Метод горячего изостатического прессования для получения изделий готовой формы

Данная статья посвящена вопросам использования метода горячего изостатического прессования (ГИП) для получения изделий конечной формы в порошковой металлургии. С помощью данного метода можно получать изделия сложной формы весом от 1 кг до 15 тонн. Метод горячего изостатического прессования основан на порошковой металлургии и сочетает в себе преимущества технологии литья с технологиями ковки.

Ниже приведена краткая последовательность действий в технологии ГИП

Аналогом метода горячего изостатического прессования были и остаются следующие широко известные технологии

Все методы имеют свои недостатки и преимущества. Рассмотрим основные недостатки и преимущества методов в таблице

Рассмотрим, для каких материалов выгоднее осуществлять горячее изостатическое прессование по сравнению с традиционными методами

Видно, что ГИП применяется там, где присутствуют значительные затраты материала при обработке и предъявляются высокие требования к конечной форме изделий.

Метод ГИП это один из способов уплотнения металлических или керамических материалов путем приложения высокого изотропного давления при высокой температуре ниже температуры плавления материала. Используется в двух случаях:

1. Устранение закрытой пористости в отлитой или спеченной детали
2. Консолидации порошка в закрытом металлическом контейнере

Рассмотрим второй случай, поскольку он является наиболее сложным. Процесс горячего изостатического прессования в случае консолидации порошковых материалов состоит из стадий:

• Разработка и производство металлической формы
• Заполнение формы требуемым порошком
• Вакуумирование формы
• Помещение в пресс ГИП
• Повышение температуры и давления
• Выдержка при нужных технологических параметрах
• Охлаждение пресса и формы
• Удаление полученной детали из формы

Ниже, на рисунке приведен пример изготовления детали конечной формы с помощью метода ГИП. Форма отделяется от детали механической обработкой, если деталь имеет простую форму. В случае сложной формы детали, отделение от формы осуществляется с помощью выщелачивания кислотой.

Итак, посмотрим, как выглядит вся производственная цепочка для получения изделий готовой формы методом порошковой металлургии. Также ниже рассмотрены технологические параметры, которые являются наиболее важными для контроля на каждой стадии обработки:

 Применение метода горячего изостатического прессования для получения деталей готовой формы:

• изготовление вентилей и клапанов из никеля и нержавеющей стали
• производство лопаток для турбин в аэрокосмической отрасли
• в медицине для получения заготовок для имплантантов

Основные вопросы, которые должны быть приняты во внимание, при рассмотрении метода горячего изостатического прессования на производстве:

• экономические  выгоды  при  использовании  метода порошковой металлургии и горячего изостатического прессования (ГИП) вместо традиционных методов;
• будет ли повышение качества продукции после применения метода горячего изостатического прессования;
• есть ли новые возможности для разработки высокотемпературных компонентов при использовании метода ГИП;
• позволит ли использование метода ГИП снизить расходы на обработку деталей;
• будут ли сокращены издержки в результате потерь материала при обработке.

Все эти вопросы должны быть тщательно проработаны перед тем, как заменять существующие технологии по производству деталей из металлов и сплавов на технологию горячего изостатического прессования.

Поделиться:

Технология изостатического прессования

Процесс компактирования порошка является наиболее значимым. Не зависимо от точности и параметров спекания, деталь требуемого качества невозможно получить из плохо подготовленного компакта.

Разработанная в 50х годах 20го века методика изостатического прессования стремительно развивалась и получила широкое распространение во многих областях промышленности. Применение изостатического прессование используется для производства комплексных  заготовок с более плотной и равномерной структурой, чем при компактировании другим способом. Изостатическое прессование позволяет точно формовать внутренние полости как простых, так и сложных текстур. Оно сводит к минимуму или полностью отменяет дальнейшую обработку и экономит ценные материалы

Технология изостатического прессования

Изостатическое прессование (формование) – барометрическая обработка изделий посредством сжатого газа или жидкости в специальных аппаратах высокого давления.

Сущность процесса изостатического прессования –  в изменении первоначального объема взятого материала: до получения более компактной его формы.  Происходит это за счет уменьшения пустот между отдельными фракциями, а также за счет пластической деформации частиц. В зависимости от заданной плотности компакта, подбирают нужные значения давления, периода воздействия (выдержки) и температуры. В результате произведенных действий получают заготовку, обладающую высокой технологической плотностью и не разрушающуюся при последующих обработках.

Достоинства технологии:

— практически 100 % уплотнение материалов при малых потерях их изначального объема, что особенно важно при обработке дорогостоящих либо радиоактивных материалов;

— получение изделий различной, близкой к конечной формы. Минимизация последующей обработки

— изготовление составных конструкций различной сложности с внутренними полостями.

— гибкость технологии, возможность быстрого перехода на новый вид изделия.

Оборудование

 Устройства для изостатического прессования разделяют на холодные гидростаты (CIP) и горячие газостаты (HIP).

Холодное изостатическое прессование (CIP)

Обработка материала осуществляется в жидкой среде гидростата без дополнительного нагрева. Различают жидкостное и сухое методы прессования. Жидкостное позволяет получать изделия сложные по форме и большие по размеру. Когда контакт заготовки с рабочей жидкостью нежелателен, применяют сухое прессование. Прессование порошка происходит в герметичной эластичной форме, что обеспечивает равномерное сжатие всего объема и, как следствие, устранение локальных плоскостей концентрации деформаций и условий к нарушению  структуры.  Применение сухой формы позволяет автоматизировать процесс, что вкупе с небольшой длительностью цикла обеспечивает значительную производительность. Ограничения по форме и размеру изделия обуславливают применение сухого метода для производства несложных малогабаритных изделий.

CIP в основном используют при работе с порошковыми материалами, в том числе с графитом, керамикой, пластиком. Перед прессованием они проходят предварительное формование. Для этого в них подмешивают специальные связующие вещества, скрепляющие частицы между собой. Впоследствии эти вещества удаляются из сформованной заготовки посредством выжигания, при этом плотность материала увеличивается.

Метод применяют для производства:

— огнеупорной керамики и тонкокерамических изделий;

— металлических фильтров и изделий из редкоземельных металлов;

— политетрафторэтиленовых соединений и тефлона;

— изделий конечной формы из карбида вольфрама;

— стоматологических имплантатов;

—  сопел/форсунок.

Горячее изостатическое прессование (HIP)

В газостатах материал подвергается обработке давлением при высоком температурном режиме в среде инертного газа. Технологический процесс обработки HIP может быть как самостоятельным, включающим в себя этапы холодного прессования и спекания, так и дополнительным этапом обработки изделий, полученных другими методами.  Комбинация высокой температуры и высокого давления способствует достижению исключительных свойств  материалов, максимально уплотняя заготовку. Такое воздействие обеспечивает наивысшее качество структуры, а полученные таким образом изделия, обладающие уникальными свойствами, проявляют отличные эксплуатационные характеристики. Технология HIP позволяет наделить обычные изделия новыми качествами, расширяя области их применения.

Области применения:

— техническая керамика;

— производство режущих, твердосплавных инструментов;

— производство деталей газовых турбин;

— изготовление материалов для микроэлектроники;

— спекание алмазного инструмента

и многие другие.

Информация по оборудованию в разделе изостатическое прессование  >>>

Горячее изостатическое прессование | Обработка HIP

Это горячее изостатическое прессование

Качество и производительность в центре внимания

Вот уже более 70 лет компания Quintus Technologies является лидером отрасли в области передовой технологии горячего изостатического прессования (ГИП). Клиенты полагаются на нас благодаря превосходному проектированию, результатом которого являются высоконадежные системы HIP, работающие круглосуточно со сроком службы в десятки тысяч циклов.

Быстро, точно и экономично

HIP используется для формирования и уплотнения порошковых форм в контейнерах и бесконтейнерных металлических, керамических и пластиковых деталей. При типичных давлениях от 1035 до 2070 бар (от 15000 до 30000 фунтов на кв. дюйм) и температурах до 2000°C (4000°F) HIP может достигать 100% максимальной теоретической плотности и улучшать пластичность и сопротивление усталости критически важных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. . Компоненты часто имеют чистую форму или конфигурацию, близкую к чистой форме.

Проверенный процесс для высокопроизводительных деталей

Общие области применения HIP включают заживление дефектов отливок, консолидацию деталей из порошкового металла и керамики или диффузионное соединение.

Устранение дефектов крупных отливок

«Bodycote уже много лет сотрудничает с Quintus Technologies в разработке и создании высокоэффективных систем HIP. Вместе с их специалистами мы разработали спецификацию для нашей системы HIP из стали P/M, чтобы предоставить нам наилучшее решение для наших конкретных потребностей».

Нильс-Бертил Густавссон, бывший президент отдела операций HIP, Bodycote

ХИП-приложения. Установлено более 1900 изостатических прессов по всему миру

Новейшие знания о горячем изостатическом прессовании

Открытый центр знаний

Преимущества горячего изостатического прессования и почему вам следует использовать HIP

Преимущества использования технологии горячего изостатического прессования

Непревзойденная долговечность
Более 90% наших HIP, установленных за последние 40 лет, все еще находятся в эксплуатации. Наша эксклюзивная концепция предварительно напряженного сосуда и рамы QUINTUS с проволочной обмоткой представляет собой лучшую из когда-либо разработанных систем сдерживания давления, предлагая:

• максимальную безопасность
• наибольшая прочность
• высочайшая экономичность
• наименьший вес

Более эффективное производство по сравнению с традиционным производством

• Снижение потерь брака
• Без НК
• NNS с точным допуском
• MIM и AM в сочетании с HIP могут снизить потребление энергии до 50 %
• MIM и AM в сочетании с HIP могут снизить материальные затраты до 90%

Почему следует использовать горячее изостатическое прессование

100% теоретической плотности

• Увеличенный срок службы
• Расчетный срок службы
• Легкие и легкие конструкции

Улучшенные свойства материала

• Улучшенные механические свойства напр. усталость, износ, истирание и удлинение
• Уменьшенный разброс механических свойств
• Повышенные антикоррозионные свойства
• Снятие напряжения с деталей MIM
• Снятие напряжения с деталей AM

Свяжитесь с нами для запроса

Улучшение свойств материала с помощью горячего изостатического прессования

Горячее изостатическое прессование (ГИП) представляет собой форму термической обработки, при которой для улучшения свойств материала используется высокое давление. Это давление создается инертным газом, обычно аргоном. Время при повышенных температуре и давлении позволяет происходить пластической деформации, ползучести и диффузии. Отливки для ответственных применений подвергаются ГИП для устранения внутренней микропористости, тем самым улучшая механические свойства за счет устранения дефектов. Горячее изостатическое прессование также позволяет склеивать или плакировать два или более материалов вместе в твердом или порошкообразном виде.

Горячее изостатическое прессование также играет важную роль в порошковой металлургии и 3D-печати. Bodycote имеет многолетний опыт создания как простых, так и сложных компонентов из металлического порошка. Технологии Bodycote Powdermet® представляют собой группу производственных процессов, используемых при производстве сложных компонентов; и теперь включают новые запатентованные методы, которые сочетают 3D-печать с хорошо зарекомендовавшими себя методами почти чистой формы и выборочной формы чистой поверхности. Эти решения значительно сокращают время изготовления и стоимость изготовления детали по сравнению с изготовлением той же детали с использованием только 3D-печати.

Являясь мировым лидером в области специализированной термической обработки, компания Bodycote предлагает широкий спектр услуг по горячему изостатическому прессованию. Наши предприятия обрабатывают компоненты самых разных размеров в соответствии со строгими стандартами с надежными и воспроизводимыми результатами. Нашими операциями по горячему изостатическому прессованию управляют одни из лучших инженеров и техников в отрасли, обладающие опытом и знаниями, чтобы обеспечить жизненно важную поддержку и реальное понимание требований клиентов.

Паудермет ^® технологии

Представьте себе компонент без слабых мест, без трещин из-за сварки, с оптимизированным весом и свойствами материала, а также с превосходным сроком службы.

Услуги по изостатическому прессованию

Охватывает весь производственный процесс HIP, от проектирования, моделирования и инженерной экспертизы до изготовления, проверки качества и вторичных операций.

Вспомогательные услуги HIP

Поддержка клиентов Bodycote с металлургическими лабораториями, предлагающими определение характеристик порошка, металлографию, световую и сканирующую электронную микроскопию, а также техническую экспертизу.

Горячее изостатическое прессование (ГИП) — это форма термообработки, при которой используется высокое давление для улучшения свойств материала. Это давление создается инертным газом, обычно аргоном. Время при повышенных температуре и давлении позволяет происходить пластической деформации, ползучести и диффузии. Отливки для ответственных применений подвергаются ГИП для устранения внутренней микропористости, тем самым улучшая механические свойства за счет устранения дефектов. Горячее изостатическое прессование также позволяет склеивать или плакировать два или более материалов вместе в твердом или порошкообразном виде.

Горячее изостатическое прессование также играет важную роль в порошковой металлургии и 3D-печати. Bodycote имеет многолетний опыт создания как простых, так и сложных компонентов из металлического порошка. Технологии Bodycote Powdermet® представляют собой группу производственных процессов, используемых при производстве сложных компонентов; и теперь включают новые запатентованные методы, которые сочетают 3D-печать с хорошо зарекомендовавшими себя методами почти чистой формы и выборочной формы чистой поверхности. Эти решения значительно сокращают время изготовления и стоимость изготовления детали по сравнению с изготовлением той же детали с использованием только 3D-печати.

Являясь мировым лидером в области специализированной термической обработки, компания Bodycote предлагает широкий спектр услуг по горячему изостатическому прессованию. Наши предприятия обрабатывают компоненты самых разных размеров в соответствии со строгими стандартами с надежными и воспроизводимыми результатами. Нашими операциями по горячему изостатическому прессованию управляют одни из лучших инженеров и техников в отрасли, обладающие опытом и знаниями, чтобы обеспечить жизненно важную поддержку и реальное понимание требований клиентов.

Паудермет ^® технологии

Представьте себе компонент без слабых мест, без трещин из-за сварки, с оптимизированным весом и свойствами материала, а также с превосходным сроком службы.

Услуги по изостатическому прессованию

Охватывает весь производственный процесс HIP, от проектирования, моделирования и инженерной экспертизы до изготовления, проверки качества и вторичных операций.