Горячее изостатическое прессование подразумевает метод компактирования металлического порошка в эластичной или деформируемой капсуле. Технология востребована, как при изготовлении готовых изделий, так и при залечивании брака, полученного в результате литья или эксплуатации.
Содержание:
Принцип
Под горячим изостатическим прессованием (ГИП) подразумеваются технические процессы, которые чаще всего применяются для допрессовки спечённых заготовок, залечивании дефектов, полученных в результате некачественного литья, технологии прессовки порошкообразных металлов в готовую фигуру с результативной плотностью.
В процессе ГИП на заготовку воздействует большое разряжение инертного газа и повышенный температурный коэффициент. Технология даёт возможность создания финишной или практически финишной формы в производственной сфере сложноформовых металлических, керамических и керамо-металлических фигур и соединений. Максимальная изотропность достигается за счёт равномерного давления, оказываемого на весь объём фигуры. Использование высокой нагрузки гарантирует получение финишной плотности материалов уже при температурах со значением менее требующейся при стандартной методике спекания.
Принцип
Из-за этого ГИП позволяет организовать более точную нагрузку на микроструктуры заготовки в результате чего, изделия, полученный таким способом отличаются непревзойдёнными эксплуатационными свойствами.
Помимо этого, ГИП успешно применяется в допрессовке спечённых изделий, залечивании дефектных литых заготовок, технологии диффузионного сваривания металлов и изготовлении композитов.
Особенности оборудования
Производители горячих изостатических прессов предусматривают персональные потребности потребителя. Исходя из этого сегодня доступны различные компоновки и конфигурации оборудования. Стандартная комплектация ГИП включает:
- Печь (камеру, рабочий объём) в котором нагнетается высокое разряжение и температура, необходимые для обработки прессовок;
- Закачивающего и распределяющего оборудования, для транспортировки инертных газов, необходимых для нагнетания разряжения в рабочем объёме;
- Электрифицированной системы питания, выполняющей управляющую и контролирующую функцию;
- Закольцованной охлаждающей системы;
- Гидропривода для управления дверкой или крышкой.
Особенности оборудования
Материал, объём и конфигурация печи могут быть разными, как с вертикальной, так и с горизонтальной загрузкой. Кроме этого, возможен выбор загрузки холодной или разогретой заготовки. В базовой комплектации с печью предусмотрено наличие:
- Теплоизолированного корпуса;
- Многозонного нагревателя из молибдена или графита;
- Контролирующей температуру термопары.
Модификация представляется в виде стационарной конструкции или сборной, с простым технологическим присоединением посредством использования контактных гнёзд.
Дополнительное оборудование установки (подкачивающий насос, автоматизированный блок управления с возможностью подключения к ПК, газохранилище и многое другое) возможны на усмотрение заказчика.
Особенности технологии
Использование порошкового прессования решает возникшую проблему преобразованием расплава металла в мельчайшие слитки в цикле его обработки. В этой ситуации цикл заключается в использовании четырёх наименований:
- За счёт атомизации заготовки в среде инертности, происходит формирование порошка;
- Загрузка полученного в капсульную тару, удаление воздушной смеси и иных газов из его объёма и запаивание. Для создания необходимой жесткости процедура выполняется на вибростоле;
- Цикл изостатического прессования заключается в прессовке до тех пор, пока не повысится теплопроводность металла, которая осуществляется за счёт увеличения контактной площади между микроэлементами порошковой массы; На следующем этапе, происходит нагрев капсулы до значения, требующегося для начала процесса прессования перед её расположением в рабочем объёме.
- Предварительный нагрев позволяет минимизировать занятость пресса, на котором происходит предварительное прессование при значении температуры 1 150ᴼС и разряжении 100 МПа. В следствие того, что заготовка в последствии переходит на штамповку и прокатку, максимальная плотность на этом этапе не достигается, что становится причиной значительного снижения, затраченного на барометрическую обработку, времени.
Особенности технологии
Требующееся значение температуры в процессе барометрической подготовки, поддерживается в диапазоне пластического деформирования металлов, что обеспечивает высокое качество диффузионного соединения и не допускает вероятности перегрева и возникновения нежелательных изменений, которые могут произойти в микроструктуре, например, увеличения зёрен.
Сфера применения
Основная особенность услуги горячего изостатического прессования заключается в существенном понижении температурного показателя, который требуется для запекания, что достигается последствием нагнетаемого разряжения. Эта характерность объясняет популярность способа со стороны обработки металлов, керамических поверхностей. После того, как материалы проходят барометрическую обработку, сохраняется их мелкозернистая кристаллическая структура, что обеспечивает определение их механического свойства.
Максимальная востребованность ГИП прослеживается в консолидации. Объяснить это можно существенное преимущество над классическими технологиями. Например, при отливке слитков посредством непрерывного литья, требуется внушительное время для остывания заготовки. В итоге, в её структуре происходит диффузия молекул, сдвигающихся из наружных плоскостей к внутренним. Это способствует возникновению разбитости в химическом составе и микроструктуре металла, что негативно сказывается на физико-механических характеристиках заготовки.
Сфера применения
Применение ГИП порошкового металла даёт возможность получения сложноформовых изделий с многочисленными внутренними полостями и каналами, в том числе и крупногабаритных. Причем в производстве крупногабаритных элементов, их масса снижается на 60%.
Не менее заметна роль тепловых процессов при горячем изостатическом прессовании в лечении дефектных заготовок, полученных литьём. Из-за того, что консолидация порошков попадает в категорию самых перспективных направлений технологии, улучшение качества литых изделий является необходимым этапом производственной сферы. Методика пересекается с устранением брака внутренних структур: пористости, результатов внутреннего усаживания, междендритных отслоений, образующихся в результате твердения металла. Прессование выполняет соединение пустотных стенок за счёт того, что использует механизмы ползучести и пластичной деформации металлов. После чего может быть применена техника диффузионной сварки контактирующих плоскостей. В результате заготовка получает однородную, отличающуюся хорошей гомогенностью и плотностью структуру.
Пример использования ГИП
В качестве примера использования методики горячего изостатического прессования порошков в качестве устранения дефектов, можно привести технологию восстановления турбинных лопаток вращающегося характера, считающихся самыми нагруженными элементами газовой турбины, из-за повышенной температуры и постоянной механической напряжённости.
В результате длительной подверженности вышеупомянутых нагрузкам, происходит изменение микроструктуры металла и ухудшение его механических характеристик. Прослеживается они огрублением упорядоченных фаз, карбидов, появлением охрупчивания, пустот, межзёренных микротрещин, вытягивающихся по принципу ползучести.
Пример использования ГИП
Технология восстановления отработавших положенный ресурс турбинных лопаток, осуществляется несколькими этапами:
- Сваркой;
- Термической обработкой;
- Нанесением защитных покрытий;
- ГИП.
Цель очевидна – ремонт и восстановление физических свойств изделия для его дальнейшей эксплуатации.