การกดด้วยไอโซสแตติกแบบร้อนคืออะไร?

การกดด้วยไอโซสแตติกแบบร้อนคืออะไร?

ภาพรวม

เทคโนโลยีการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) ได้รับการเสนอในปี 1950 โดยสถาบัน Battelle Memorial เดิมทีมันถูกใช้สำหรับพันธะการแพร่กระจายของชิ้นส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ไม่นานนักก็ค้นพบว่าเป็นเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมสำหรับการรวมผงและการกำจัดความพรุนในซีเมนต์คาร์ไบด์ การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนได้พัฒนาเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมสำหรับการเพิ่มความหนาแน่นและการเพิ่มความหนาแน่นของโลหะผสม เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล ความเรียบ และความสามารถในการชุบ หน้าที่หลักคือการขจัดช่องว่างภายในวัสดุ ผู้ผลิตแม่พิมพ์ฉีดโลหะส่วนใหญ่ว่าจ้างผู้ให้บริการกระบวนการกดไอโซสแตติกร้อน MIM แบบมืออาชีพหรือซัพพลายเออร์ด้านการประมวลผล HIP ที่ได้รับการรับรอง

เนื่องจากกระบวนการนี้ง่ายและต้องการเพียงอุณหภูมิและแรงดันสูงในการบำบัดชิ้นส่วน อุปกรณ์กดไอโซสแตติกแบบร้อนจึงได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้บรรลุสภาวะเหล่านี้ และราคาอุปกรณ์ก็สูง ในระหว่างกระบวนการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน อุณหภูมิสูงจะทำให้วัสดุมีความนุ่มมากและเปลี่ยนรูปได้ง่าย ในขณะที่แรงดันสูงจะบีบอัดไมโครพอร์ภายในวัสดุ รูขุมขนจะถูกกำจัดออกด้วยกลไกการคืบและการแพร่กระจาย ความแข็งแรงของผลผลิต (YS) ของวัสดุจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อใช้ออกซิเจนกับวัสดุที่เป็นโลหะ โปรตอนที่อุ่นจะไม่กระจายเข้าสู่วัสดุที่เป็นโลหะ กลไกการเสียรูปก่อน-ในระยะแรกของการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน ได้แก่ การคืบของปลาเฮอร์ริ่งนาบาร์โร ({6}} การคืบผ่านด้านในของเมล็ดข้าว) การคืบของ Coble (การคืบของขอบเขตเกรน) และการคืบของการเคลื่อนที่

ขั้นตอนสุดท้ายของการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนรวมถึงการยึดเกาะแบบแพร่กระจายของผนังรูพรุนที่ปิดเข้าหากัน เนื่องจากความหนาแน่นของการเผาผนึกของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดโลหะนั้นสูงเพียงพอ และรูพรุนภายในถูกปิด (ไม่เชื่อมต่อกัน) และสามารถอัดได้ พวกมันจึงเหมาะมากสำหรับเทคโนโลยีการอัดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน หากชิ้นส่วนที่ฉีดขึ้นรูปด้วยโลหะมีรูเปิดโล่งและไม่มีการปิด ก๊าซอัดที่ระบายออกมาจะเติมเต็มรูพรุนเหล่านี้โดยไม่บีบอัด หลังจากเตรียมโลหะผสมไททาเนียมด้วยเทคโนโลยีการกดไอโซสแตติกแบบร้อนด้วยผง ผงโลหะจะต้องใส่ลงในเตากดไอโซสแตติกแบบร้อนและดูดฝุ่น จากนั้นประตูเตาจะปิดลง เพื่อให้เกิดพันธะที่ใกล้ชิดระหว่างผงภายใต้การกระทำของแรงดันและอุณหภูมิ โชคดีที่ความหนาแน่นของการเผาผนึกของชิ้นส่วนแม่พิมพ์ฉีดโลหะมักจะสูงถึงมากกว่า 95% และในกรณีส่วนใหญ่เกิน 98% ในขณะที่ความหนาแน่นขั้นต่ำของวัสดุอัดไอโซสแตติกแบบร้อนอยู่ระหว่าง 92% ถึง 94% ตารางที่ 9.1 แสดงความหนาแน่นขั้นต่ำของชิ้นส่วนโลหะฉีดขึ้นรูปหลังจากการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน การมาร์กบนชิ้นส่วนโลหะฉีดขึ้นรูปด้วยมาร์กเกอร์อุณหภูมิสูง-สามารถทดสอบได้ว่าสามารถกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนได้หรือไม่

หากเครื่องหมายไม่ได้รับการบันทึกอย่างชัดเจนและไม่กระจายเข้าไปในชิ้นส่วนภายใน สามารถใช้การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนเพื่อให้ได้ความหนาแน่นที่สูงขึ้น หากเข้าไปด้านในของชิ้นส่วน จะไม่สามารถใช้การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนเพื่อให้ได้ความหนาแน่นที่สูงขึ้นได้ ซัพพลายเออร์ด้านการเพิ่มความหนาแน่นของ HIP สำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะทั่วโลกหลายรายในปัจจุบันเสนอบริการ-หยุดหลัง-บริการในการประมวลผลแบบครบวงจรเพื่อช่วยให้ลูกค้าได้รับส่วนประกอบ MIM ที่มีความหนาแน่นเต็มรูปแบบ-

ตารางที่ 9.1 ความหนาแน่นขั้นต่ำของชิ้นส่วนโลหะฉีดขึ้นรูปหลังจากการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (g/cm³)

กระบวนการกดไอโซสแตติกแบบร้อน

กระบวนการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนใช้ก๊าซร้อนเฉื่อยที่ถูกบีบอัดเพื่อออกแรงกดบนชิ้นงาน สำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดโลหะ อุณหภูมิการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนมักจะต่ำกว่าอุณหภูมิการเผาผนึก 100~200 องศา และความดันมักจะอยู่ในช่วง 15 000~20 000 psi (105~140 MPa) ก๊าซที่ต้องการสำหรับการกดไอโซสแตติกแบบร้อนคืออาร์กอนเนื่องจากขนาดอะตอมมีขนาดใหญ่ สามารถใช้ไนโตรเจนได้ แต่ผลไม่ดีเท่าอาร์กอน รูปที่ 9.1 แสดงแผนผังของการกดไอโซสแตติกแบบร้อน กระบวนการนี้เป็นกระบวนการประมวลผลเป็นชุดและโดยปกติจะใช้เวลา 4~10 ชั่วโมง ขั้นตอนมีดังนี้:

(1) ใส่วัสดุลงในเตาเผาแล้วปิดประตูเตาเผา
(2) ดูดและเติมก๊าซเฉื่อย
(3) ให้ความร้อนและแรงดันในเวลาเดียวกัน
(4) เย็นลงและซึมเศร้าในเวลาเดียวกัน
(5) ไอเสีย;
(6) นำชิ้นส่วนออก

ลำดับนี้แสดงถึงกระบวนการกดไอโซสแตติกแบบร้อนอิสระ และมักจะใช้ในการผลิตเหล็กแท่งหนาหนาแน่นสำหรับการหล่อและชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปโลหะ ในอุตสาหกรรมซีเมนต์คาร์ไบด์ กระบวนการที่เรียกว่าการเผาผนึกแบบกดไอโซสแตติกแบบร้อนหรือการเผาผนึกด้วยแรงดันเป็นกระบวนการที่ใช้เพื่อทำให้ส่วนประกอบที่ใช้ซีเมนต์คาร์ไบด์/ผงโคบอลต์มีความหนาแน่นมากขึ้น เนื่องจากการเผาผนึกและการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนเสร็จสิ้นในขั้นตอนเดียว เวลาการประมวลผลและต้นทุนทั้งหมดจึงลดลง โดยทั่วไปความดันจะอยู่ที่ 1.5~10 MPa ซึ่งต่ำกว่าการกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อนมาตรฐานมาก แต่ก็เพียงพอที่จะกำจัดรูพรุนในซีเมนต์คาร์ไบด์ ผู้จำหน่ายชิ้นส่วน MIM ชั้นนำของจีนในการอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนและการฉีดขึ้นรูปโลหะระดับสากล- ผู้ให้บริการโซลูชันความหนาแน่นเต็มรูปแบบนำเทคโนโลยีแบบบูรณาการนี้มาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อมอบส่วนประกอบที่มีสมรรถนะความล้าที่สูงขึ้นสำหรับลูกค้าด้านการบินและอวกาศ การแพทย์ และยานยนต์