Горячее изостатическое прессование: особенности, виды, преимущества обработки

Содержание:

1. Как происходит горячее изостатическое прессование
2. Особенности технологии ГИП
3. Виды изостатического прессования
4. Преимущества изостатических прессов
5. Отличия ГИП от других способов обработки
6. Горячее изостатическое прессование порошковых материалов

Горячее изостатическое прессование проводится в специальных камерах, где находится сжатый газ. Эти устройства называются прессами. Цель обработки - улучшить качественные характеристики изделия воздействием температуры и давления.

Как происходит горячее изостатическое прессование

Изостатическое прессование предназначено для изделий из металла, керамики или порошковых материалов. При этом сжатые инертные газы или жидкости создают высокое давление в герметичном пространстве.

Процесс полностью безопасен для окружающей среды и самого изделия. Для этого внутри пресса радиальная нагрузка воздействует на цельный стальной цилиндр, оснащенный прочной обмоткой. Осевое усилие через подвижные крышки направляется на наружную опору. Оснащение проволокой придает раме напряжение, чтобы сжать конструкцию независимо от давления. Изостатические прессы не тяжелые, но стойки к поломкам и не оказывают негативного воздействия. Давление и температура зависят от режима обработки и вида материала, на который направлено усилие. Максимальная температура в камере составляет 3000 градусов, а давление - 200 МПа.

ГИП позволяет допрессовать объект после спекания, убрать дефекты структуры и поверхности и выполнить порошковое прессование. В результате изделие становится плотным и ровным.

Как происходит горячее изостатическое прессование

Особенности технологии ГИП

ГИП применяют для слитков материалов, чтобы удалить пузырьки газов, поры, включая усадочные деформации. В результате обработки изделий из структура меняется. Горячее воздействие положительно влияет на свойства объекта: улучшает прочность, устойчивость к усталости и ползучести, вязкость. При обработке в прессах давление на изделия осуществляется равномерно. Положительные изменения касаются и слитков из никеля и титана.

Чтобы получить изделие с нужными параметрами, производят предварительные расчеты с учётом его размера и плотности. Материалы имеют разную усадку и форму, особенно те, у которых эластичная структура. Порошковая металлургия позволяет создать объекты, которые устойчивы к воздействию стандартными методами. При литье и нагрузке давлением у подобных материалов образуются трещины или ненужные фазы, увеличивается пористость, а также проявляется неоднородность состава в результате разной температуры плавления составляющих элементов.

Особенности технологии ГИП

Во всех случаях при изостатическом прессовании главными факторами являются: давление и температура за определенный промежуток времени. Но обработка объектов разного размера и технических характеристик отличаются.

Виды изостатического прессования

Цельные рабочие колеса прессуют горячим способом в слое стекла. Его образуют путем насыпания порошка в форму для изделия. При повышении температуры стеклянные компоненты расплавляются и создают равномерное покрытие. При такой обработке изделие сжимается со всех сторон. В результате получаются прочные элементы с ровной поверхностью. Воздействию подвергают объекты из керамики, а также материалы с порошковым и гранульным составом.

Диффузионная сварка применяется для соединения твердых изделий посредством сжатия. При этом деформации практически отсутствуют. Сварка включает 2 этапа:

1. Сжатие изделий для обеспечения контакта их покрытий. Площадь контакта незначительна, поскольку поверхности неровные;
2. Диффундирование компонентов. Образование сварного шва.

Для применения горячего изостатического прессования при сварке подбирают изделия с тонкими стенками, которые не получится соединить другими методами. ГИП является основой для нитроцементации и цементации покрытий. Эти процессы нужны для модифицирования поверхности с применением реакционных воздушных смесей. По итогам испытаний и научных работ, технологии на основе высоких давлений газовых сред способствуют активному насыщению стальных и титановых покрытий. Благодаря им элементы сложной конфигурации приобретают равномерную структуру по всему объему. С применением горячего прессования эффективно проходит азотирование изделий из титана для увеличения стойкости к износу. При этом формируется поверхностный композиционный слой, который и упрочняет материал.

Преимущества изостатических прессов

Изостатические прессы - это оборудование для обработки изделий с составом из металлических гранул, слитков титана и алюминия, элементов, изготовленных способом 3D-печати.

Агрегат создаёт давление 100-3100 Бар. Действует на удаление пор давлением и одновременной термообработкой. В результате происходят изменения характеристик изделия:

1. Отсутствуют трещины;
2. Повышается механическое сопротивление;
3. Восстанавливается ресурс от усталостных нагрузок.

Преимущества изостатических прессов

Объект прослужит дольше благодаря повышению ударной вязкости, стойкости к усталостным нагрузкам. Порошковые составы приобретут цельную структуру. Изделия после спекания станут более плотными. Функциональные возможности техники позволяют проводить следующие виды обработок:

1. ГИП металлических порошков, чтобы создать элементы определенной формы и размера;
2. Уплотнение слитков за счёт удаления пор и отверстий в их структуре;
3. Повышение качества, устранение пор и отверстий в элементах, созданных методом 3D-печати.

Горячее изостатическое прессование применяют в комплексе с другими способами воздействий для улучшения результатов обработки. С помощью ГИП становится возможным производство элементов с тонкими стенками, решетками и полостями. Сборные детали объединяют в одну цельную.

Отличия ГИП от других способов обработки

Чтобы оценить качество полученных деталей до и после обработки, эксперты проводят испытания. В результате выявили значительные изменения в лучшую сторону касаемо наличия пор и мельчайших трещин.

Конструкция пресса предполагает загрузку объекта через нижний приемник. Это обеспечивает защиту обслуживающих сотрудников от отравляющего действия аргона. Комплексное воздействие температурой и давлением позволяет быстрее получить высокую плотность материала, чем при традиционных способах обработки. Поэтому изостатическое прессование широко применяется для создания высококачественных, прочных объектов. К примеру, при спекании температура выше на 10-15%, а результат часто не такой хороший, как при ГИП. При спекании кристаллическая решетка металлов и керамики разрушается, поэтому для них используют только горячее прессование. Если решетка повреждена, механическая стойкость материала существенно снижается.

Горячее изостатическое прессование порошковых материалов

В изостатических прессах обработка осуществляется быстро, поскольку плотность газа и жидкости в условиях повышенного давления одинакова, а на охлаждение влияет коэффициент теплопроводности. Сокращение времени цикла позволяет дополнительно обработать изделие закалкой. Эта особенность позволила использовать прессы для обработки порошковых металлов.

При литье охлаждение происходит дольше, чем при горячем изостатическом прессовании. Компоненты из внешних слоев перемещаются в центр структуры. В результате частицы распределяются неравномерно, что снижает устойчивость к механическим воздействиям и усложняет дальнейшую обработку. При ГИП расплавленные компоненты распадаются на отдельные атомы и обеспечивают равномерный состав материала.

Горячее изостатическое прессование порошковых материалов

Обработка порошковых металлов происходит в следующем порядке:

1. Создание гранулированного состава;
2. Обработка порошка в капсуле на вибростоле, чтобы создать плотную структуру. Частицы газа при этом удаляют и герметично закрывают капсулу;
3. Холодное изостатическое прессование объекта для повышения теплопроводности. При этом площадь контактов увеличивается;
4. Размещение капсулы в изостатический пресс с ее предварительным нагреванием. В камере на объект воздействуют давлением 100 МПа и температурой 1150 градусов.

Полученное изделие не имеет абсолютной плотности. Для конечного результата его подвергают дополнительным обработкам. ГИП эффективно устраняет дефекты металлических слитков после первичной обработки. Предприятия стремятся изготовить объекты высокого качества, поэтому часто применяют изостатические прессы. Улучшению структуры изделия способствует отсутствие пор и междендритных щелей, внутренняя усадка. Суть горячего прессования - соединение стенок пустот и увеличение поверхности контакта. Плотное смыкание пор обеспечивает плотную структуру. ГИП применяют для разных материалов, чтобы повысить износостойкость, уменьшить риск появления коррозии и трение. Это наилучшая обработка для металлов и керамики.