Was ist heißisostatisches Pressen?
Überblick
Die Hot Isostatic Pressing (HIP)-Technologie wurde in den 1950er Jahren vom Battelle Memorial Institute vorgeschlagen. Es wurde ursprünglich zum Diffusionsschweißen von Kernreaktorteilen verwendet. Es wurde bald entdeckt, dass es sich um eine hervorragende Technologie zur Pulververfestigung und Beseitigung der Porosität in Hartmetall handelt. Heißisostatisches Pressen hat sich in der Industrie zu einer anerkannten Technologie zur Verdichtung und Legierungsverdichtung entwickelt, um deren mechanische Eigenschaften, Glätte und Galvanisierungsfähigkeit zu verbessern. Seine Hauptfunktion besteht darin, Hohlräume im Material zu entfernen. Die meisten Hersteller von Metallspritzgussverfahren lagern diesen Prozess an professionelle MIM-Dienstleister für heißisostatisches Pressen oder zertifizierte HIP-Verarbeitungslieferanten aus.
Da der Prozess einfach ist und nur eine Behandlung der Teile bei hoher Temperatur und hohem Druck erfordert, sind Geräte zum heißisostatischen Pressen speziell dafür ausgelegt, diese Bedingungen zu erreichen, und die Gerätekosten sind hoch. Beim heißisostatischen Pressverfahren wird das Material durch hohe Temperaturen sehr weich und leicht verformbar, während hoher Druck die Mikroporen im Inneren des Materials komprimiert. Die Poren werden durch Kriech- und Diffusionsmechanismen beseitigt. Die Streckgrenze (YS) des Materials nimmt mit steigender Temperatur ab. Wenn Sauerstoff auf Metallmaterialien aufgebracht wird, diffundieren die warmen Protonen nicht in die Metallmaterialien. Zu den Vorverformungsmechanismen im Frühstadium des heißisostatischen Pressens gehören das Nabarro-Hering-Kriechen (Diffusion durch das Korninnere), das Coble-Kriechen (Korngrenzenkriechen) und das Versetzungskriechen.
Die letzte Stufe des heißisostatischen Pressens umfasst die Diffusionsbindung der geschlossenen Porenwände untereinander. Da die Sinterdichte von Metallspritzgussteilen hoch genug ist und die inneren Poren geschlossen (nicht miteinander verbunden) und komprimierbar sind, eignen sie sich sehr gut für die heißisostatische Presstechnologie. Wenn die Metallspritzgussteile freiliegende und unverschlossene Poren aufweisen, füllt das entlüftete Druckgas diese Poren, ohne sie zu komprimieren. Nach der Herstellung einer Titanlegierung durch heißisostatische Pulverpresstechnologie muss das Metallpulver in einen heißisostatischen Pressofen gegeben und abgesaugt werden. Anschließend wird die Ofentür geschlossen, damit unter der Einwirkung von Druck und Temperatur eine enge Bindung zwischen den Pulvern erreicht werden kann. Glücklicherweise erreicht die Sinterdichte von Metallspritzgussteilen in der Regel mehr als 95 % und in den meisten Fällen mehr als 98 %, während die Mindestdichte heißisostatisch gepresster Materialien zwischen 92 % und 94 % liegt. Tabelle 9.1 zeigt die Mindestdichte von Metallspritzgussteilen nach heißisostatischem Pressen. Durch Markieren von Metallspritzgussteilen mit einem Hochtemperaturmarker kann getestet werden, ob sie heißisostatisch gepresst werden können.
Wenn die Markierung nicht deutlich sichtbar ist und nicht in das Innere des Teils diffundiert, kann heißisostatisches Pressen verwendet werden, um eine höhere Dichte zu erzielen. Wenn es in das Innere des Teils gelangt, kann durch heißisostatisches Pressen keine höhere Dichte erreicht werden. Viele globale Anbieter von Metallspritzguss-HIP-Verdichtungen bieten jetzt -Nachbearbeitungsdienstleistungen aus einer Hand an, um Kunden dabei zu helfen, MIM-Komponenten mit voller -Dichte zu erhalten.
Tabelle 9.1 Mindestdichte von Metallspritzgussteilen nach heißisostatischem Pressen (g/cm³)
| Legierung | Theoretische Dichte | Mindestdichte nach HIP |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17–4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| 316L SS | 8.0 | 7.4 |
| Niedrig-legierter Stahl | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Heißisostatischer Pressprozess
Beim heißisostatischen Pressverfahren wird komprimiertes inertes Heißgas verwendet, um Druck auf das Werkstück auszuüben. Bei Metallspritzgussteilen ist die heißisostatische Presstemperatur normalerweise 100–200 Grad niedriger als die Sintertemperatur, und der Druck liegt normalerweise im Bereich von 15 000~20 000 psi (105–140 MPa). Das bevorzugte Gas für heißisostatisches Pressen ist Argon, da seine Atomgröße groß ist. Auch Stickstoff kann verwendet werden, die Wirkung ist jedoch nicht so gut wie die von Argon. Abbildung 9.1 zeigt ein schematisches Diagramm des heißisostatischen Pressens. Der Prozess ist ein Stapelverarbeitungsprozess und dauert normalerweise 4 bis 10 Stunden. Die Schritte sind wie folgt:
(1) Laden Sie das Material in den Ofen und schließen Sie die Ofentür.
(2) Vakuumieren und mit Inertgas füllen;
(3) gleichzeitig erhitzen und unter Druck setzen;
(4) Abkühlen und gleichzeitig den Druck abbauen;
(5) Auspuff;
(6) Nehmen Sie die Teile heraus.
Diese Sequenz stellt einen unabhängigen Prozess des heißisostatischen Pressens dar und wird normalerweise zur Herstellung dichter Rohlinge für Guss- und Metallspritzgussteile verwendet. In der Hartmetallindustrie wird ein Prozess namens heißisostatisches Presssintern oder Drucksintern verwendet, um Komponenten auf der Basis von Hartmetall/Kobaltpulver zu verdichten. Da Sintern und heißisostatisches Pressen in einem Schritt durchgeführt werden, werden Gesamtverarbeitungszeit und -kosten reduziert. Der Druck beträgt normalerweise 1,5–10 MPa, was viel niedriger ist als beim standardmäßigen heißisostatischen Pressen, aber er reicht aus, um Poren im Hartmetall zu beseitigen. Führende chinesische Anbieter von MIM-Teilen für heißisostatisches Pressen und internationale Anbieter von Metallspritzgusslösungen mit voller Dichte nutzen diese integrierte Technologie in großem Umfang, um Komponenten mit höherer Ermüdungsleistung für Kunden aus der Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Automobilbranche zu liefern.
