Горячее изостатическое прессование разработано для эффективного уплотнения сложных составляющих, сделанных из различных металлов. Приборы подобного действия на данный момент используют в различных сферах деятельности, среди которых космическая, авиационная, энергетическая промышленность, медицина и прочие отрасли.
Содержание:
- Особенности методики прессования
- Рабочие стадии
- Прессы для HIP
- Конструктивные характеристики оборудования
- Преимущества и выгода горячего изостатического прессования
Особенности методики прессования
HIP – горячее изостатическое прессование, дает возможность равномерно, с максимальной точностью оказывать большое давление на всю обрабатываемую площадь в условиях высокой температуры. Методика идеально подходит для литых, керамических и даже пластиковых заготовок. Подобные процессы необходимы для улучшения плотности, удаления пористости и других нарушений отливочного процесса. Кроме того, обработка соединяет материалы одинаковой и разнородной структуры, формирует товары из порошков металлического, керамического или графитового типа.
Прессы для HIP производят с различными размерами рабочей камеры, которые бывают в диапазоне 50-1500 мм. Они рассчитаны на давление до 3000 бар при нагреве до 2200 градусов. За счет равномерности давления газа достигается 100% уплотнение, изотропные параметры.
Рабочие стадии
Сравнивая горячий метод изостатического прессования со стандартными технологиями в порошковой металлургии можно получить множество преимуществ. Среди них улучшение характеристик обрабатываемых заготовок:
- Прочность;
- к износу и процессам коррозии;
- Достижение цельности металла.
Изначально методика создана для военной и авиационной сферы, но сегодня используется во многих отраслях. Производственный процесс делится на несколько этапов. Для начала изделия упаковывают в специальные капсулы, что позволяет придать необходимую форму. При помощи силы давления и нагрева достигается нужная плотность в ходе сжатия.
Основные этапы функционирования:
- Атомизация;
- Размещение материала в капсулы;
- Изостатическое прессование горячим методом;
- Дополнительная обработка.
Для первого цикла используют индукционные печи для плавления. Это объем, который полностью защищен от атмосферы, в него можно добавлять различные сплавы. Использование резервуара позволяет не только смешать материалы, но и корректировать температуру плавления. После удаления расплава, происходит прямая транспортировка в емкость для атомизации. Это помогает расщеплять сталь инертным газом, который подается сильным потоком. Насыщенный атомами сплав остывает в небольших сверхчистых частицах круглой формы, в составе предельно низкое количество кислорода. Диаметр частиц составляет меньше 500 мкр. и такой порошок сохраняется в герметичных сосудах с инертными газами.
Вторым циклом выступает капсульная упаковка. Порошок размещается в капсулах из листовой стали. Такие элементы производятся при помощи сгибания и сварки. Узел нужен для формовки конечного продукта. Производство многосоставных сплавов может проводиться через проектирование отдельных секций в капсулах. Далее заготовки отправляются под пресс, где начинается обработка под условиями нагрева и давления. В зависимости от технических условий и периода HIP достигается нужная плотность и другие свойства материала.
Если производственные процессы или сами материалы нуждаются во вторичной обработке, тогда используют:
- Термическое или механическое воздействие;
- Проверку качества;
- Контроль красителями, ультразвуком.
Для удаления из состава углеродистой стали, которая использована для капсулы, необходима обработка механическим методом или кислотным.
Прессы для HIP
Прессы, которые позволяют оказывать одновременное влияние нагрева и давления помогают достигать равномерности усадки и высокой плотности. Технология подходит для основного производственного процесса порошковых материалов или в виде дополнительного для работы со спеченным сырьем. Оборудование производит много компаний из различных стран мира. Техника создается под определенные условия и задачи, которые нужны в лабораториях и других отраслях. К примеру, для изготовления нитридов кремния не нужно высокого давления для ГИП. В некоторых других работах может потребоваться кислород из атмосферы или моментальное газовое нагнетание.
Приборы подходят для сырья различных типов. В результате ГИП получается однородная структура стали, появляется усталостная долговечность. Прессы обеспечивают возможностью создания сложных форм, к которым относятся пасти турбин. Для таких элементов необходимо последовательное воздействие установками. Изначально используется технология холодного изостатического прессования, а после ГИП без пресс-форм.
Прессы для HIP
Конструктивные характеристики оборудования
В основе системы горячего прессования лежит несколько агрегатов с различными задачами:
- Рабочая камера в виде цилиндрической формы. Этот объем создается на основе разных материалов, которые подбираются исходя из параметров эксплуатации и других особенностей. Чтобы защитить деталь от взрыва при появлении избыточного давления, по периметру резервуара проложены стальные витки;
- Вакуумный насос, который соединяется с рабочей камерой специальным трубопроводом. Это важная часть пресса для создания нужного вакуума;
- Система охлаждения закольцованного типа. С ее помощью газы рабочей среды не будут выходить из камеры до полной остановки прибора. Обработка материалов таким методом дает наилучшее качество стали;
- Рама и крышка для объемных прессов с гидравлическим приводом;
- Панель управления для контроля, настройки и других задач.
Конструктивные характеристики оборудования
В перечне представлены основные компоненты станций прессования, но они могут дополняться другими деталями, которые упрощают, ускоряют процессы обработки. Среди них выделяют ускорители охлаждения материала, оборудование для транспортировки, емкости хранения газовой массы, системы очищения, регуляторы, панели удаленного доступа и прочее элементы.
Рабочая камера должна соответствовать многим параметрам безопасности. Материалы для нее подбираются исходя из условий и технологического процесса. К примеру, графитовые резервуары подходят для вакуума до 320 МПа при нагреве до 2000 градусов. Стабильное сопротивление сырья дает возможность сократить период повышения температуры в объеме, поэтому весь цикл занимает меньше времени.
Молибденовые варианты подходят для процессов, которые требуют нагрев не более 1400 градусов. Они подходят для устранения дефектов и других нарушений, которые были при литье стали. Также камеры используют для твердосплавного сырья или допрессовки керамики.
Рабочая камера – газостат, емкость герметичная, в ней размещаются капсулы с порошком. После этого насос запускается для удаления воздуха. При достижении нужного разряжение включается подогрев и напуск инертного газа. Достигнув нужных настроек, поддерживается стабильность функционирования, после этого капсула поддается охлаждению и давление снижается к атмосферному. После основного цикла можно покрывать заготовки различными веществами, поддавать их ковке, декорации и прочим процессам.
Преимущества и выгода горячего изостатического прессования
За счет использования современной техники ГИП, удается получить ряд уникальных свойств, позволяющих решать много задач. Основными достоинствами считают:
- Повышается качество компонентов, среди которых отличные изотропные характеристики, у сложных деталей сокращается число швов от сварки, плотность достигается без сегрегации;
- Гибкость позволяет делать двойные изделия из стали или использовать композитные материалы;
- Все расходы сокращаются путем уменьшения времени общего цикла;
- Сокращается негативное влияние на окружающую среду;
- Готовое изделие из стали или керамики сохраняет мелкую зернистость, которая позволяет определить свойства;
- Усиливается скорость охлаждения заготовок, что обеспечивает возможностью дальнейшей закалки. Этот фактор появляется от высокой тепловой проводимости газа;
- Исключена неоднородность материала, которая присуща отливкам при стандартных методах литья по причине длительного охлаждения;
- Внутри материала нет микротрещин, усадки и других негативных качеств, которые могут быть при остывании;
- Нет пористости, которая может ухудшить обработку материала, уменьшается сила трения во время использования деталей;
- Металлическая основа получает характеристики, которые можно было получать только через деформационные процессы;
- Повышается сопротивление давлению газа в местах швов от сварки.
Преимущества и выгода горячего изостатического прессования
В результате описанных преимуществ можно готовить, что метод ГИП отлично себя зарекомендовал в различных сферах деятельности в качестве точной, производительной и экономически выгодной методики.