Technologie HIP se datuje k práci v laboratoři Battelle's Columbus v 50. letech minulého století. Původní aplikací bylo lepení zirkoniového pláště na uranové palivové články pro rané tlakovodní reaktory-, což je okrajový problém, který vedl k výrobě široce použitelné výrobní techniky. Crucible Steel a Kennametal převzaly technologii v 60. letech 20. století pro aplikace práškové metalurgie a v 70. a 80. letech se postupně stala standardní praxí pro kritické odlévání v leteckém průmyslu. Fyzika se od té doby příliš nezměnila, i když se vybavení podstatně zvětšilo a zrychlilo.

Základy procesu

Koncept je dostatečně jednoduchý. Součásti sedí v tlakové nádobě, zatímco plynný argon (někdy dusík, ale větší atomový poloměr argonu funguje lépe) natlakuje při zvýšené teplotě někde mezi 100 a 200 MPa. U železných slitin MIM to obvykle znamená 1065 stupňů nebo tak; kobalt-chrom je teplejší kolem 1220 stupňů; titanové slitiny proces nižší blízko 900 stupňů. Doba výdrže je 2 až 4 hodiny v závislosti na tloušťce řezu a materiálu.

Za těchto podmínek se dějí tři věci současně. Plastická deformace hroutí dutiny, protože mez kluzu klesá s teplotou, zatímco vnější tlak zůstává konstantní. Creep pokračuje v zhušťování, protože dislokační pohyb se přizpůsobuje změně objemu. A atomová difúze napříč zhroucenými prázdnými povrchy vytváří skutečné metalurgické vazby-tento poslední mechanismus odlišuje HIP od jednoduchého lisování za tepla a zajišťuje, že se pórovitost znovu neotevře.

Vlivy mechanických vlastností

Vylepšení vlastností z HIP se dost liší podle toho, co měříte. Pevnost v tahu a tvrdost se mírně nezlepšují-nic, co by samo o sobě ospravedlnilo dodatečné náklady. Skutečné zisky se projevují ve vlastnostech citlivých na vnitřní defekty.

Údaje o rázové houževnatosti u nerezové oceli 17-4PH to ilustrují. Při použití před-legované práškové suroviny se hodnoty Charpyho zvýšily z přibližně 5,4 joulů-sintrovaných na 9,5 joulů po HIP. Trasy mistrovských slitin vykazovaly ještě větší skoky: v některých studiích 6,8 joulů až přes 20 joulů. To je rozdíl mezi režimem křehkého porušení a tvárným režimem pro mnoho aplikací. Zlepšení únavové životnosti se řídí podobnými vzory{14}}eliminace vnitřních koncentrátorů napětí prodlužuje cykly až do selhání o faktory 5 až 10 při vysokocyklovém testování únavy.

U materiálů pro implantáty-nejdůležitější jsou čísla tažnosti. Kobalt-chrom podle ASTM F75 potřebuje hodnoty prodloužení kolem 20 %, aby vyhověl specifikacím chirurgických implantátů, kterých-sintrovaný MIM obvykle nemůže dosáhnout. Zpracování HIP tuto mezeru uzavírá. Ti-6Al-4V na F2885 ukazuje, že mez kluzu se ve skutečnosti zvyšuje ze zhruba 870 MPa na 960 MPa po HIP při zachování protažení – kontraintuitivní, dokud si nepamatujete, že poréznost ovlivňuje obě vlastnosti negativně.

Jedna praktická výhoda, která se neobjevuje v tabulkách materiálových vlastností: Konzistence mezi jednotlivými dávkami se podstatně zlepšuje. Teplotní gradienty slinovací pece vytvářejí změny hustoty napříč zátěží-části poblíž topných prvků zhušťují jinak než části ve středu. Po HIP vše konverguje k teoretické hustotě bez ohledu na výchozí bod. Pro výrobce kovových vstřikovacích forem, kteří provádějí statistickou kontrolu procesu, je toto zúžené rozdělení často důležité stejně jako absolutní zisky vlastností.

Výrobní reality

Většina poskytovatelů služeb v oblasti vstřikování kovů outsourcuje HIP speciálním zpracovatelům místo toho, aby tyto schopnosti přenášeli-ve společnosti. Zařízení je drahé, míra využití pro jednu operaci MIM zřídka ospravedlňuje vyhrazenou kapacitu a provozní odbornost se příliš nepřekrývá s kompetencemi v oblasti slinování jádra a lisování. Bodycote, Quintus a několik dalších smluvních zpracovatelů zpracovává většinu komerčního objemu.

Ekonomika cyklu silně závisí na účinnosti nakládání. Produkční HIP nádoba může mít žhavou zónu o průměru 1,5 metru a výšce 3 metry-podstatný objem, který je třeba produktivně naplnit při 4 až 8hodinovém cyklu. Malé díly MIM mohou být upevněny hustě; větší součásti se složitou geometrií se hůře efektivně balí. Smluvní ceny to odrážejí, přičemž náklady na díl-při vyšších objemech výrazně klesají.

 

Povrchová kontaminace je opakovaná bolest hlavy při používání-servisních středisek pro různé slitiny. Zařízení, která zpracovávají niklové superslitiny, nástrojové oceli a titan prostřednictvím stejného zařízení, nevyhnutelně zanechávají stopy usazenin, které se mohou přenést na povrchy součástí MIM. Sloučeniny chrómu a křemíku se projevují jako zelené nebo nahnědlé zbarvení. Obvykle povrchové a odstranitelné lehkým broušením nebo chemickým čištěním, ale stojí za to předem prodiskutovat s procesorem, pokud jde o kosmetické aplikace nebo -kritické aplikace pro biokompatibilitu. Některé vlastní programy OEM dílů MIM specifikují vyhrazené cykly HIP, aby se zcela zabránilo křížové kontaminaci.

Rozměrové změny během HIP vyžadují pozornost při návrhu součásti. Uzavření pórovitosti způsobí rovnoměrné smrštění úměrné nárůstu hustoty-, což lze snadno předvídat a kompenzovat. Problematičtější jsou gradienty hustoty zděděné po vstřikování. Vyšší hustota ucpávky v blízkosti brány oproti tenčím sekcím ve větší vzdálenosti vytváří rozdílné smrštění během HIP, které může deformovat složité geometrie. Zkušení dodavatelé vstřikování kovů provádějí testovací cykly v raném stádiu vývoje, aby charakterizovali a kompenzovali tyto vlivy před provedením nástroje.

Kde HIP dává ekonomický smysl

Přidané náklady na zpracování znamenají, že HIP je specifikováno tam, kde to odůvodňují požadavky na výkon, nikoli jako výchozí krok. Letecké součásti-lopatky turbín, konstrukční držáky, letový-kritický hardware-procházejí běžně HIP jako standardní postup podle požadavků na systém kvality AS9100. Lékařské implantáty jsou podobné; regulační cesty pro zařízení třídy III v podstatě nařizují materiál s plnou{6}}hustotou pro vše, co je in vivo vystaveno cyklickému zatížení.

Automobilové aplikace se rozšiřují s tím, jak elektrifikace tlačí na požadavky tepelného managementu. Silnoproudé měděné přípojnice a pouzdra výkonové elektroniky stále více specifikují HIP, aby se zajistilo, že tepelná vodivost splňuje cíle návrhu. Přesné ozubení pro elektrické hnací ústrojí těží ze zlepšeného únavového výkonu. Několik dodavatelů komponentů pro vstřikování kovů vystavujících na nedávných výstavách Chinaplas zdůraznilo HIP-zpracované díly pro aplikace EV jako oblast růstu.

U komerčních dílů MIM, kde dominuje tlak na náklady a požadavky na vlastnosti zůstávají v rámci-slinutých možností, přidává HIP náklady bez úměrných výhod. Tato technologie nachází svou roli v podmnožině náročných aplikací, kde plná hustota přímo umožňuje výkon produktu-a kde zákazníci uznávají, že integrita materiálu je prvořadá.