Công nghệ HIP bắt nguồn từ phòng thí nghiệm Battelle's Columbus vào những năm 1950. Ứng dụng ban đầu là liên kết lớp vỏ zirconium với các thành phần nhiên liệu uranium cho các lò phản ứng nước áp lực thời kỳ đầu-một vấn đề đặc biệt đã xảy ra nhằm tạo ra một kỹ thuật sản xuất hữu ích rộng rãi. Crucible Steel và Kennametal đã sử dụng công nghệ này vào những năm 1960 cho các ứng dụng luyện kim bột và dần dần nó trở thành thông lệ tiêu chuẩn cho các vật đúc quan trọng trong hàng không vũ trụ trong suốt những năm 1970 và 1980. Vật lý không thay đổi nhiều kể từ đó, ngay cả khi thiết bị đã lớn hơn và nhanh hơn đáng kể.

Quy trình cơ bản

Khái niệm này đủ đơn giản. Các bộ phận được đặt trong bình áp suất trong khi khí argon (đôi khi là nitơ, nhưng bán kính nguyên tử lớn hơn của argon hoạt động tốt hơn) tạo áp suất đến khoảng từ 100 đến 200 MPa ở nhiệt độ cao. Đối với hợp kim MIM màu, điều đó thường có nghĩa là 1065 độ hoặc hơn; cobalt-chrome nóng hơn khoảng 1220 độ ; quá trình hợp kim titan thấp hơn gần 900 độ. Thời gian giữ kéo dài từ 2 đến 4 giờ tùy thuộc vào độ dày của phần và vật liệu.

Ba điều xảy ra đồng thời trong những điều kiện đó. Biến dạng dẻo làm sụp đổ các lỗ rỗng vì cường độ chảy giảm theo nhiệt độ trong khi áp suất bên ngoài không đổi. Creep tiếp tục quá trình cô đặc khi chuyển động lệch vị trí phù hợp với sự thay đổi âm lượng. Và sự khuếch tán nguyên tử qua các bề mặt trống bị sụp đổ tạo ra các liên kết luyện kim thực sự-cơ chế cuối cùng này là yếu tố phân biệt HIP với quá trình ép nóng đơn giản và đảm bảo độ xốp không mở lại.

Hiệu ứng thuộc tính cơ học

Những cải tiến về đặc tính từ HIP thay đổi khá nhiều tùy theo những gì bạn đang đo lường. Độ bền kéo và độ cứng tăng lên một cách khiêm tốn-không có gì có thể biện minh cho chi phí tăng thêm. Lợi ích thực sự thể hiện ở những tài sản nhạy cảm với những khiếm khuyết bên trong.

Dữ liệu về độ bền va đập trên thép không gỉ 17-4PH minh họa cho điều này. Sử dụng nguyên liệu bột-hợp kim trước, giá trị Charpy tăng từ khoảng 5,4 joules khi-thiêu kết thành 9,5 joules sau HIP. Các tuyến đường hợp kim chính thậm chí còn cho thấy những bước nhảy lớn hơn: 6,8 joules đến hơn 20 joules trong một số nghiên cứu. Đó là sự khác biệt giữa chế độ hư hỏng giòn và chế độ dẻo trong nhiều ứng dụng. Việc cải thiện tuổi thọ mỏi tuân theo các mô hình tương tự-việc loại bỏ các bộ tập trung ứng suất bên trong sẽ kéo dài chu kỳ dẫn đến hư hỏng theo hệ số từ 5 đến 10 trong thử nghiệm độ mỏi chu kỳ cao.

Đối với vật liệu-cấy ghép, chỉ số độ dẻo là quan trọng nhất. Cobalt-chrome theo tiêu chuẩn ASTM F75 cần giá trị độ giãn dài khoảng 20% ​​để đáp ứng các thông số kỹ thuật của bộ cấy ghép phẫu thuật, điều mà-MIM thiêu kết thường không thể đạt được. Quá trình xử lý HIP thu hẹp khoảng cách đó. Ti-6Al-4V trên F2885 cho thấy cường độ chảy thực tế tăng từ khoảng 870 MPa lên 960 MPa sau HIP trong khi vẫn duy trì độ giãn dài - phản trực giác cho đến khi bạn nhớ rằng độ xốp ảnh hưởng tiêu cực đến cả hai đặc tính.

Một lợi ích thiết thực không hiển thị trong bảng thuộc tính vật liệu: tính nhất quán của từng đợt-đến- đợt được cải thiện đáng kể. Độ dốc nhiệt độ của lò thiêu kết tạo ra sự thay đổi mật độ trên một tải-các bộ phận gần bộ phận làm nóng có mật độ khác với các bộ phận ở trung tâm. Sau HIP, mọi thứ đều hội tụ về mật độ lý thuyết bất kể điểm bắt đầu. Đối với các nhà sản xuất khuôn ép phun kim loại đang thực hiện kiểm soát quy trình thống kê, sự phân phối chặt chẽ này thường quan trọng ngang với mức tăng tài sản tuyệt đối.

Thực tế sản xuất

Hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ ép phun kim loại đều thuê ngoài HIP cho các bộ xử lý đặc biệt thay vì tự cung cấp khả năng này. Thiết bị đắt tiền, tỷ lệ sử dụng cho một hoạt động MIM hiếm khi phù hợp với năng lực chuyên dụng và chuyên môn vận hành không trùng lặp nhiều với năng lực đúc và thiêu kết cốt lõi. Bodycote, Quintus và một số nhà chế biến theo hợp đồng khác xử lý phần lớn khối lượng thương mại.

Kinh tế chu kỳ phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả tải. Tàu HIP sản xuất có thể có vùng nóng có đường kính 1,5 mét và cao 3 mét-có thể tích đáng kể cần được lấp đầy một cách hiệu quả trong thời gian chu kỳ từ 4 đến 8 giờ. Các bộ phận MIM nhỏ có thể được cố định dày đặc; các thành phần lớn hơn với hình học phức tạp sẽ khó đóng gói hiệu quả hơn. Giá hợp đồng phản ánh điều này, với-chi phí cho mỗi bộ phận giảm đáng kể ở khối lượng cao hơn.

 

Ô nhiễm bề mặt là vấn đề thường xuyên khiến bạn đau đầu khi sử dụng các trung tâm dịch vụ đa hợp kim. Các cơ sở xử lý siêu hợp kim niken, thép công cụ và titan thông qua cùng một thiết bị chắc chắn sẽ để lại vết cặn có thể chuyển sang bề mặt bộ phận MIM. Các hợp chất crom và silicon xuất hiện dưới dạng đổi màu xanh lục hoặc nâu. Thường ở bề ngoài và có thể tháo rời bằng cách mài nhẹ hoặc làm sạch bằng hóa chất, nhưng đáng để thảo luận trước với bộ xử lý đối với các ứng dụng quan trọng-về mặt thẩm mỹ hoặc khả năng tương thích sinh học. Một số chương trình OEM của bộ phận MIM tùy chỉnh chỉ định chu trình HIP chuyên dụng để tránh hoàn toàn-nhiễm chéo.

Những thay đổi về kích thước trong HIP đòi hỏi sự chú ý trong quá trình thiết kế bộ phận. Việc đóng lỗ xốp gây ra sự co rút đồng đều tỷ lệ thuận với mức tăng mật độ-dễ dàng dự đoán và bù đắp. Vấn đề hơn là độ dốc mật độ được kế thừa từ quá trình ép phun. Mật độ đóng gói cao hơn ở gần cổng so với các phần mỏng hơn ở xa hơn tạo ra độ co rút khác biệt trong HIP có thể làm biến dạng hình học phức tạp. Các nhà cung cấp khuôn ép phun kim loại có kinh nghiệm chạy các chu kỳ thử nghiệm sớm trong quá trình phát triển để mô tả và bù đắp cho những ảnh hưởng này trước khi đưa vào chế tạo dụng cụ.

Nơi HIP mang lại ý nghĩa kinh tế

Chi phí xử lý tăng thêm có nghĩa là HIP được chỉ định khi yêu cầu về hiệu suất chứng minh điều đó chứ không phải là bước mặc định. Các bộ phận hàng không vũ trụ-cánh tuabin, khung kết cấu,-phần cứng quan trọng của chuyến bay-thường xuyên trải qua HIP như thông lệ tiêu chuẩn theo yêu cầu hệ thống chất lượng AS9100. Cấy ghép y tế cũng tương tự; lộ trình quản lý dành cho thiết bị Loại III về cơ bản bắt buộc phải có-vật liệu có mật độ đầy đủ đối với bất kỳ thiết bị nào có khả năng tải theo chu kỳ in vivo.

Các ứng dụng ô tô đang mở rộng khi điện khí hóa thúc đẩy các yêu cầu quản lý nhiệt. Thanh cái đồng-hiện tại cao và vỏ điện tử công suất ngày càng chỉ định HIP để đảm bảo độ dẫn nhiệt đáp ứng mục tiêu thiết kế. Hộp số chính xác cho hệ thống truyền động điện được hưởng lợi từ hiệu suất mỏi được cải thiện. Một số nhà cung cấp linh kiện ép phun kim loại trưng bày tại các triển lãm Chinaplas gần đây đã nêu bật các bộ phận được xử lý HIP{4}}cho các ứng dụng xe điện là một lĩnh vực tăng trưởng.

Đối với các bộ phận MIM thương mại nơi áp lực chi phí chiếm ưu thế và các yêu cầu về đặc tính vẫn nằm trong phạm vi-khả năng thiêu kết, HIP sẽ tăng thêm chi phí mà không mang lại lợi ích tương xứng. Công nghệ này phát huy vai trò của mình trong tập hợp con các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong đó mật độ đầy đủ trực tiếp mang lại hiệu suất sản phẩm-và nơi khách hàng nhận ra rằng tính toàn vẹn của vật liệu đòi hỏi sự cao cấp.