HIP-teknologia juontaa juurensa Battellen Columbus-laboratorioon 1950-luvulla. Alkuperäinen sovellus oli zirkoniumpäällysteen liittäminen uraanipolttoaine-elementteihin varhaisissa painevesireaktoreissa-kapea ongelma, joka sattui tuottamaan laajalti hyödyllisen valmistustekniikan. Crucible Steel ja Kennametal ottivat teknologian käyttöön 1960-luvulla jauhemetallurgian sovelluksissa, ja siitä tuli vähitellen vakiokäytäntö kriittisissä ilmailuvaluissa 1970- ja 1980-luvuilla. Fysiikka ei ole paljoa muuttunut sen jälkeen, vaikka laitteisto on kasvanut huomattavasti ja nopeampi.

Prosessin perusteet

Konsepti on riittävän yksinkertainen. Osat istuvat paineastiassa, kun taas argonkaasu (joskus typpi, mutta argonin suurempi atomisäde toimii paremmin) paineistaa jonnekin 100-200 MPa:iin korotetussa lämpötilassa. Rautametallien MIM-lejeeringeille tämä tarkoittaa tyypillisesti 1065 astetta tai niin; koboltti-kromi kuumenee kuumemmaksi noin 1220 asteessa ; titaaniseokset prosessi alempi lähellä 900 astetta . Pitoajat ovat 2-4 tuntia riippuen osan paksuudesta ja materiaalista.

Näissä olosuhteissa tapahtuu kolme asiaa samanaikaisesti. Muovinen muodonmuutos romuttaa tyhjiä tiloja, koska myötölujuus laskee lämpötilan myötä ulkoisen paineen pysyessä vakiona. Creep jatkaa tiivistymistä, kun dislokaatioliike mukautuu tilavuuden muutokseen. Ja atomidiffuusio romahtaneiden tyhjien pintojen poikki luo todellisia metallurgisia sidoksia-tämä viimeinen mekanismi erottaa HIP:n yksinkertaisesta kuumapuristamisesta ja varmistaa, että huokoisuus ei avaudu uudelleen.

Mekaaniset ominaisuudet

HIP:n omaisuusparannukset vaihtelevat melkoisesti sen mukaan, mitä mittaat. Vetolujuus ja kovuus eivät nouse{1}}mikään, mikä oikeuttaisi lisäkustannukset sinänsä. Todelliset hyödyt näkyvät ominaisuuksissa, jotka ovat herkkiä sisäisille vikoille.

17-4PH ruostumattoman teräksen iskunkestävyystiedot osoittavat asian. Käytettäessä esiseostettua jauheen raaka-ainetta, Charpy-arvot nousivat noin 5,4 joulesta-sintrattuna 9,5 jouleen HIP:n jälkeen. Päämetalliseosreitit osoittivat vielä suurempia hyppyjä: joissakin tutkimuksissa 6,8 joulesta yli 20 jouleen. Tämä on ero hauraan vikatilan ja sitkeän tilan välillä monissa sovelluksissa. Väsymyselämän parannukset noudattavat samanlaisia ​​kaavoja{14}}sisäisten jännityskeskittimien poistaminen pidentää syklejä epäonnistumiseen kertoimella 5–10 korkean syklin väsymistestissä.

Implantti{0}}laatuisten materiaalien muovattavuusluvuilla on eniten merkitystä. Koboltti-kromi ASTM F75:tä kohden tarvitsee noin 20 % venymäarvoja täyttääkseen kirurgisten implanttien vaatimukset, mitä -sintrattu MIM ei yleensä pysty saavuttamaan. HIP-käsittely sulkee tämän aukon. Ti-6Al-4V per F2885 osoittaa, että myötölujuus itse asiassa kasvaa noin 870 MPa:sta 960 MPa:iin HIP:n jälkeen pitäen samalla venymän vastakkaisena, kunnes muistat, että huokoisuus vaikuttaa molempiin ominaisuuksiin negatiivisesti.

Yksi käytännön etu, joka ei näy materiaalin ominaisuustaulukoissa: erien-to-yhtenäisyys paranee huomattavasti. Sintrausuunin lämpötilagradientit luovat tiheysvaihteluita kuorman välillä-. Lämmityselementtien lähellä olevat osat tiivistyvät eri tavalla kuin keskellä olevat osat. HIP:n jälkeen kaikki konvergoi kohti teoreettista tiheyttä lähtöpisteestä riippumatta. Tilastollista prosessiohjausta harjoittaville metallin ruiskuvaluvalmistajille tällä tiukennetulla jakaumalla on usein yhtä suuri merkitys kuin absoluuttisella omaisuushyödykkeellä.

Tuotannon realiteetit

Useimmat metallin ruiskupuristuspalveluntarjoajat ulkoistavat HIP:n erikoisprosessoreille sen sijaan, että tuovat valmiuksia{0}}taloihin. Laitteet ovat kalliita, yksittäisen MIM-operaation käyttöasteet oikeuttavat harvoin dedikoitua kapasiteettia, eikä käyttöosaaminen ole juurikaan päällekkäistä ydinsintraus- ja muovausosaamisen kanssa. Bodycote, Quintus ja kourallinen muita sopimusprosessoreita hoitavat suurimman osan kaupallisesta volyymista.

Kierrostalous riippuu suuresti kuormauksen tehokkuudesta. Tuotanto-HIP-astiassa voi olla kuuma vyöhyke, jonka halkaisija on 1,5 metriä ja korkeus 3 metriä, -huomattava tilavuus, joka on täytettävä tuottavasti ottaen huomioon 4–8 tunnin sykliajat. Pienet MIM-osat voidaan kiinnittää tiiviisti; suurempia komponentteja, joilla on monimutkainen geometria, on vaikeampi pakata tehokkaasti. Sopimushinnoittelu heijastelee tätä, sillä osakohtaiset-kustannukset laskevat huomattavasti suuremmilla määrillä.

 

Pintakontaminaatio aiheuttaa toistuvaa päänsärkyä käytettäessä moni{0}}metalliseospalvelukeskuksia. Laitokset, jotka käsittelevät nikkelin superseoksia, työkaluteräksiä ja titaania samoilla laitteilla, jättävät väistämättä jäämiä, jotka voivat siirtyä MIM-osien pinnoille. Kromi- ja piiyhdisteet näkyvät vihreänä tai ruskehtavana. Yleensä pinnallinen ja irrotettavissa kevyellä hiomalla tai kemiallisella puhdistuksella, mutta kannattaa keskustella prosessorin kanssa etukäteen kosmeettisista tai bioyhteensopivuus{4}}kriittisistä sovelluksista. Jotkin mukautetut MIM-osien OEM-ohjelmat määrittävät omat HIP-syklit ristikontaminaation välttämiseksi kokonaan-.

Mittojen muutokset HIP:n aikana vaativat huomiota osan suunnittelussa. Huokoisuussulkeminen aiheuttaa tasaisen kutistumisen, joka on verrannollinen tiheyden kasvuun,{1}}on helppo ennustaa ja kompensoida. Ongelmallisempia ovat ruiskuvalusta perityt tiheysgradientit. Suurempi pakkaustiheys lähellä porttia verrattuna ohuempiin osiin kauempana aiheuttaa differentiaalista kutistumista HIP:n aikana, mikä voi vääristää monimutkaisia ​​geometrioita. Kokeneet metallin ruiskupuristuksen toimittajat suorittavat testisyklit varhaisessa kehitysvaiheessa näiden vaikutusten karakterisoimiseksi ja kompensoimiseksi ennen työkalujen suorittamista.

Missä HIP:llä on taloudellista järkeä

Lisätyt käsittelykustannukset merkitsevät sitä, että HIP määritetään silloin, kun suorituskykyvaatimukset oikeuttavat sen, ei oletusvaiheena. Ilmailu-avaruuskomponentit-turbiinien siivet, rakennekannattimet, lento-kriittiset laitteistot-läpivät rutiininomaisesti HIP:n kautta AS9100-laatujärjestelmän vaatimusten mukaisesti. Lääketieteelliset implantit ovat samanlaisia; Luokan III laitteiden sääntelyreitit edellyttävät täys-tiheyttä materiaalia kaikelle, joka näkee syklistä latausta in vivo.

Autoteollisuuden sovellukset laajenevat sähköistyksen nostaessa lämmönhallintavaatimuksia. Suuri-virtakuparikiskot ja tehoelektroniikan kotelot määrittävät yhä useammin HIP:n varmistaakseen, että lämmönjohtavuus täyttää suunnittelutavoitteet. Sähköisten voimansiirtojen tarkkuusvaihteisto hyötyy parantuneesta väsymissuorituskyvystä. Useat metalliruiskuvalukomponenttien toimittajat, jotka ovat olleet esillä viimeaikaisissa Chinaplas-näyttelyissä, ovat korostaneet HIP--käsitellyt osat sähköajoneuvojen sovelluksiin kasvualueena.

Kaupallisille MIM-osille, joissa kustannuspaine on hallitseva ja kiinteistövaatimukset pysyvät{0}}sintrattujen ominaisuuksien sisällä, HIP lisää kustannuksia ilman suhteellista hyötyä. Tekniikka löytää roolinsa siinä vaativissa sovelluksissa, joissa täysi tiheys mahdollistaa suoraan tuotteen suorituskyvyn-ja joissa asiakkaat ymmärtävät, että materiaalin eheys on ensiluokkaista.