Процесс подразумевает методику компактирования порошка из металлов в эластичной или деформируемой капсуле, помещаемой в ёмкость, где на неё оказывается всестороннее повышенное давление при одновременном поднятии температуры. Горячее изостатическое прессование (ГИП) металлического порошка – это сложная техническая процедура, включающая целый спектр операций: проектирование и изготовление капсул, заполнение капсул порошком, герметизация капсулы с помощью сварки, процесс изостатического прессования, удаление капсул из ёмкости.
Содержание
Устройство горячего изостатического пресса
Устройство
Конструкция горячего изостатического пресса состоит из следующих элементов:
- Графитовой или молибденовой печи высокого давления. Материал, из которого изготовлены стенки, зависит от модификации и сферы применения. Металлическая считается менее мощной и используется при обработке заготовок, помещённых без герметичных капсул. Температура нагревания не выше 1 400ᴼС. Графитовые печи выдерживают нагревы до 2 000ᴼС, могут использоваться под вакуумом в 320 Мпа и гарантируют высокую беспрерывную производительность при относительно невысоких энергозатратах.
- Системы распределяющей и закачивающей инертные газы, благодаря чему организуется последующее высокое давление внутри барабана.
- Электрифицированного автоматического блока управления, настройка которого может осуществляться удаленно, посредством использования Интернет-соединения.
- Закольцованной системы охлаждения установки, газового насоса и перекачиваемых инертных газов.
Принцип работы
Тепловые процессы при горячем изостатическом прессовании протекают при постоянном давлении на заготовку. Благодаря этому на заготовку оказывается постоянное давление, которое становится причиной улучшения плотности и изотропных свойств обрабатываемого материала. В большинстве случаев температурный показатель при газостатировании ниже, чем величина солидуса капсулы. Разница между ними может составлять 25-30%. Это предотвращает допустимость ликвидации легирующего элемента и концентрацию жидких фаз.
Принцип работы
После завершения процесса изостатического прессования капсула удаляется механическим способом. Полученная заготовка проходит дополнительную процедуру очистки и может подвергнуться последующим воздействиям. Например, обработке на прокатном станке, ковке, иной декоративной механической обработке.
Производители
Производители
Иностранные производители горячих прессов изостатического прессования:
- AIP – американское предприятие, имеющее собственный исследовательский центр занимающийся лабораторными разработками новых принципов холодного и горячего прессования. Специализируется преимущественно на производстве небольших агрегатов, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, небольших мелкосерийных производственных предприятиях. По характеристикам ничем не уступает равнозначным аналогам иных производителей. Имеет возможность управления процессом прессования удалённым способом.
- Zhengzhou CY Scientific Instrument Co., Ltd – китайское предприятие, показывающее стабильность производства оборудования. Дислоцируется в Чжэнчжоу, занимается не только производством, но и собственными технологическими исследованиями и нововведениями.
- Quintus Technologies AB – один из мировых лидеров производства горячих изостатических прессов сверхвысокого давления. Штаб-квартира предприятия находится в Вестеросе (Швеция), основана в 1962 г.
- Shanxi Golden Kaiyuan Co., Ltd – предприятие из китайской провинции Шанхи.
Производители горячих изостатических прессов представлены не только иностранными предприятиями, но и рядом российских заводов:
- «Промэнерголаб» - российское предприятие, которое на протяжении 15 лет занимается поставками комплексного оснащения исследовательских лабораторий.
- Группа Компаний «Ерствак» - специализирующаяся на комплексных поставках высококачественного оборудования.
Следует отметить, что развитие передовой технологии производства ГИП принадлежит Соединённым Штатам и Швеции. Россия в данном сегменте не занимает лидирующие позиции, но работы в этом направлении ведутся.
Особенности ГИП
Услуги горячего изостатического прессования являются востребованными ввиду неоспоримого преимущества способа. Это становится очевидно при сравнительном анализе результатов, получаемых после проведения обработки.
Особенности ГИП
Принцип заключается в помещении заготовки в капсулу, способную принимать нужную эластичность. Происходит это под воздействием высоких температур и повышенного давления, в результате чего улучшаются многие физико-механические характеристики обрабатываемых заготовок:
- Характеристики структуры, плотность химических составов и текстура.
- Снижается время, необходимое для остывания обрабатываемой капсулы.
- Сохраняются свойства мелкозернистой кристаллической структуры, определяющие механические свойства после процесса прессования.
- Пропадает вероятность обнаружения неоднородной массы внутри продукта.
- Происходит увеличение коэффициента износостойкости, понижается степень трения в ходе эксплуатации заготовки.
- Заделываются микротрещины, сколы, царапины, образовавшиеся в результате недопекания.
Вероятность разрыва
Принцип ГИП появился в середине XX. Первые лабораторные исследования проводились в Швеции и Соединённых Штатах. При их выполнении возникала высокая вероятность взрыва, так как сосуд, под воздействием высокого давления, выступал в роли элемента, аккумулирующего большое количество энергии. В целях обеспечения безопасности использования методики, емкость обрабатывается металлической стальной лентой, предохраняющей его от разрыва. Данный принцип используется и сегодня.
Вероятность разрыва
Вероятность разрыва современного изостатического барабана сведена к нолю. Тем не менее, возможность разрыва капсул сохраняется. Это может произойти по причине того, что при некачественном запаивании, внутрь проникает газ, который не успевает выйти в ходе откачивания. В результате этого, разница между давлениями внутри снаружи приводит к тому, что капсулу раздувает и может разорвать. При попадании аргона внутрь капсулы, это отображается на повышенной пористости заготовки и возникновению брака.
Преимущества ГИП
Микроструктура материала, прошедшего обработку ГИП становится более дисперсной и однородной, что положительно сказывается на его прочности и вязкости. Сравнив металлорежущие инструменты, произведённые разными способами, можно обнаружить то, что сделанный из порошковой стали, обладает превосходящими в 4-5 раз характеристиками, чем стандартные стали, с тем же химическим составом.
Преимущества ГИП
Уже созданы высокопрочные сталистые соединения, относящиеся к группе порошковых быстрорежущих, которым свойственно повышенное содержание углерода, азота, ванадия и кобальта. Все они выступают в качестве ничем не уступающего аналога твёрдым сплавам.
Подробный анализ и обобщение представленных зарубежных исследований показывает, что методика горячего изостатического прессования порошков - это исключительно эффективный и перспективный технологический процесс, применяющийся в порошковой металлургии для изготовления высокопрочных сплавов из металла.