Что такое горячее и холодное изостатическое прессование

Благодаря глубокому изучению естественных физических процессов, развитию технологий и промышленному скачку в ХХ веке появилась новая технология обработки материалов под давлением. Она получила название изостатическое прессование и заключается в барометрическом обрабатывании предметов, размещенных в сжатом газе или жидкости.

Изостатическое прессование – это технологическая операция материала путем равномерного сжатия. Основным направлением применения является получение заготовки или детали из порошкового сырья для последующей обработки с помощью давления. Метод используется также для устранения пор в заготовке (литой, кованной, прессованной).

Исходя из рабочей температуры процедура разделяется на:

• Горячее (HIP) – процедура заключается в одновременном нагревании и формировании заготовки из порошка (металлического или керамического). На порошок оказывается равное во всех направлениях давление при повышенной температуре, что вызывает пластическую деформацию и запекание.
• Холодное (CIP) – давление приложено к исходному материалу, имеющему температуру окружающей среды.

Среда, которая передает давление, также определяет тип действия и может быть гидростатическим или газостатическим.

Основными характеризующими процесс свойствами является температурный режим, давление и продолжительность воздействия. Каждое из них подбирается в соответствии с поставленными задачами, что позволяет добиться в изделии максимальной плотности.

Суть процесса

Технология обработки входит в число наиболее прогрессирующих и востребованных на современном рынке. Это легко объясняется тем, что метод прессования имеет неоспоримые преимущества в сравнении с уже действующими длительное время способами обработки изделий с помощью давления и температуры. Кроме этого ускоренные темпы развития оборудования для обработки давлением также способствуют активному внедрению технологии.

Заготовка помещается в оболочку, которая принимает необходимую эластичность при воздействии высокой температуры, например, стекло или металл. Заготовка испытывает рабочее давление через промежуточную среду (чаще всего газ). Печь помещается в так называемый газостат, который представляет собой оболочку повышенной прочности, выдерживающую во время спекания давление газовой среды до 200 МПа. В этом и заключаются проблемы технического характера. В процессе повышения температур увеличивается и степень теплопроводности газовой среды. При этом степень прочности материала, из которого выполнен корпус снижается.

Горячее изостатическое прессование используется при производстве особо плотных деталей со сложной конфигурацией (к примеру, керамическая турбина).

Изостатическое прессование характеризуется высокими физико-механическими характеристиками обработанных изделий:

• Равномерная, хорошо регулируемая плотность, характеристики структуры, химического состава, текстуры.
• Получение готовой продукции любой по сложности формы.
• Необходимость чистовой обработки практически отсутствует либо присутствует, но минимальная.
• Происходит почти 100% сжатие и уплотнение исходного сырья.
• Незначительная потеря исходного материала. Это свойство чрезвычайно важно во время обрабатывания дорогой или опасной основы.
• Создание сложных конструкций, включая изделия с внутренними полостями из разнородных элементов.

Достоинства горячего изостатического прессования

Современная технология позволяет достичь ряда уникальных характеристик, позволяющих разрешать разные технические задачи:

• В конечном продукте (металл или керамика) сохраняется мелкозернистая кристаллическая структура, определяющая механические свойства после выдавливания.
• Достигается повышенная скорость охлаждения обработанной детали, что позволяет производить закалку, достигаемой высокой теплопроводностью газа.
• Исключается возникновение неоднородности, которая характерна отливкам при обыкновенном литье из-за продолжительного времени остывания и диффундированием слоев.
• Исключается усадка и развитие трещин во внутренней структуре, возникающих при остывании металлов.
• Отсутствует пористость, существенно ухудшающая качество механической обработки, повышается износостойкость, снижается степень трения при эксплуатации элементов.
• Металл может получить свойства, которые раньше могли быть переданы лишь при деформационных воздействиях.
• Улучшается сопротивление газовому давлению в точках сварных соединений и исключение зон, подверженных коррозии.
• Удаляются микротрещины, характерных для восстановительных операций.

Благодаря горячему изостатическому прессованию подвергаются оптимизации различные привычные технологические процедуры, могут производится изделия, которые не способны быть изготовлены иными методами. Поэтому горячее изостатическое прессование – один из наиболее перспективных направлений в обработке металлов, порошков и керамики.

Изостатическое прессование порошков или керамики – идеальная технология при необходимости уплотнения пористой структуры материала.  Черты универсальности ГИП характеризуются термодинамическими процессами, протекающими при уплотнении. Приложенное для сжатия объемное давление и развитие самопроизвольных процессов повышают плотность материала путем ликвидации пор. Но необходимо обратить внимание на то, что при помощи данной технологии исключаются поры и трещины лишь закрытого вакуумного типа.

Технологическая пористость заваривается за счет пластической деформации и диффузии. Чтобы механизмы уплотнения пошли в ход материал нагревается до необходимой температуры и выдерживается определенное время.

Неоспоримый факт, что в процессе прессовки происходят не только необходимые процессы, но и иные изменения структуры, подвергающихся контролю. Так, одним из дефектов в слоистой аддитивной структуре является увеличения зерен. Результат трудно устраним доступными способами термообработки. Объемный рост зерновой структуры при проведении горячего изостатического прессования особо неблагоприятен для металлосплавов, которые склонны к увеличению хрупкости, к примеру, на основе никеля и алюминия.

Подробно о технологии можно узнать и следующего видео: