Аналогичная технология обработки порошковых ингредиентов входит в число прогрессивных и востребована на мировом рынке вакуумного оборудования. Объясняется такой большой интерес тем, что ГИП (горячее изостатическое прессование) отличается неоспоримым преимуществом перед другими методиками обработки материалов, имеющих различные свойства, где присутствуют высокие параметры нагрева и активное сжимание в вакууме.
Содержание:
- Суть процесса ГИП
- Горячее изостатическое прессование порошков
- Преимущества горячего изостатического прессования
- Области применения
Суть процесса ГИП
Заготовка или металлический порошок помещается в оболочку, которая при нагревании принимает эластичную форму, в качестве контейнера используется стекло или легкоплавкий металл. Давление пресса происходит через промежуточную среду, которую выполняет чаще всего аргон, а оболочка может выдержать сжатие до 2000 бар.
ГИП используют во время изготовления особой сложности детали, например, турбины из керамики, такие технологические процессы характеризуются высокими физико-математическими параметрами обработки деталей:
- Равномерная плотность, характер текстуры, однородность химического состава;
- Возможность изготовления сложных конфигураций;
- Минимальная последующая чистовая обработка готового изделия;
- Сырье сжимается и уплотняется практически на 100%;
- Потери сырья незначительные, что чрезвычайно важно при обработке драгметаллов.
Суть процесса ГИП
Такая методика по созданию сложной конструкции подходит при изготовлении конструкций из разнородных по структуре компонентов, с множественными перфорациями, что усложняют конфигурацию.
Горячее изостатическое прессование порошков
Аналогичная обработка порошкообразных или гранулированных смесей с применением ГИП — довольно сложный в технологическом плане процесс, который включает такие основные этапы:
- Проектирование и предварительное изготовление капсул;
- Наполнение их порошком или гранулами;
- Герметизация капсул с применение сварки или пайки, что зависит от материала, например, металла или стекла;
- Сжатие порошка в прессе с давлением 1000—2000 бар при одновременном нагревании до 2250° С;
- Удаление остатков капсул;
- Последующая механическая обработка.
Горячее изостатическое прессование порошков
Для обработки в горячих изостатических прессах чаще всего применяются порошковые образования сферической консистенции, которые состоят из разных металлических сплавов.
Капсулы — тонкостенные оболочки, которые имеют форму, максимально приближенную к изготавливаемым изделиям, например, цилиндр, плоский слиток или диск, пригодные для последующей ковки или прокату. Особой сложности изготовления отличаются, так называемые фасонные изделия довольно сложной конфигурации — они не требуют дополнительной обработки. Оболочки из металла изготавливаются из низкоуглеродистой листовой стали, которая отлично поддается сварке.
Давление через напускаемый газ обеспечивает равномерность воздействия по всем направлениям, плотность достигает 100%, как и изотропные свойства спрессованного материала. Для предотвращения негативного расплавления порошка до жидкого состояния термическая обработка производится ниже на 20% от точки расплавления, чтобы не произошло распада легирующих элементов и ухудшения первоначальных свойств листового металла капсулы.
После окончания процесса обработки раздавленная оболочка удаляется в процессе механической обработки, полученные изделия далее могут подвергаться обработке ковкой, прокатом или механической зачисткой поверхностей.
Аналогичный технологический процесс довольно новый, потому что первые опытные исследования проводились в середине прошлого столетия в США и Швеции. Производительность была низкая, да и опасность взрыва оборудования на тот момент развития вакуумного оборудования существовала реальная, поэтому в серийное производство такие агрегаты не попали. Сегодня, несмотря на прогресс развития устройств с высокими параметрами вакуума внутри рабочих камер, газостат считается взрывоопасным агрегатом, потому что способен к накоплению большого запаса энергии.
ABB-ASEA QIH-345:
- Рабочая газовая среда — технический аргон;
- Давление внутри рабочей камеры— до 1500 бар;
- Максимально возможный нагрев — 1200° C;
- Габариты садки — 1180х1180х2150 мм;
- Масса — 7 т.
Горячий изостатический пресс марки ABB-ASEA QIH-345 является по мнению специалистов аналогичного оборудования одним из крупнейших на территории Европейского континента и наиболее крупным в Российской Федерации.
Преимущества горячего изостатического прессования
Аналогичные технологии позволяют достигать довольно уникальных параметров, необходимых для выполнения технических задач, поэтому ГИП имеет такие положительные факторы:
- В конечном продукте сохранена мелкозернистая кристаллическая структура, которая определяет механические свойства изделия после такой обработки;
- Скорость охлаждения применяется повышенная, что способствует дополнительному закаливанию;
- Нет неоднородности, которая постоянно присутствует при стандартной отливке деталей, т. к. в этом случае процесс остывания длится долго;
- Нет усадки и микротрещин во внутренней структуре, что свойственно металлам при долгом остывании;
- Отсутствие пористости благоприятно сказывается на последующей механической обработке, снижает трение при дальнейшей работе деталей, значительно повышается износостойкость;
- Металл заготовок приобретает новые свойства;
- После активной обработки у материалов значительно улучшается сопротивляемость давлению газа, отсутствуют зоны, где может возникнуть коррозия;
- В некоторых материалах наблюдается незначительное увеличение зернистость структуры.
Преимущества горячего изостатического прессования
При обработке в ГИП доказано, что можно изготовить изделия определенной конфигурации, которые невозможно сделать по другой методике или же стандартным технологическим процессам. Поэтому такая прогрессивная технология, основанная на сжимании порошковых веществ в замкнутом пространстве с одновременным активным нагреванием, считается наиболее приемлемой с дальнейшей перспективой развития.
Области применения
Довольно важная особенность ГИП — понижение на 15% по сравнению со стандартной температурой обработки порошковых фракций во время спекания, что считается побочным эффектом от приложенных усилий сдавливания. Такое обстоятельство заинтересовало специалистов по технологиям обработки различных металлических материалов и керамики, потому что при барометрическом воздействии сохраняется неизменной кристаллическая решетка, за редким исключением.
Методику аналогичной обработки заготовок применяют при серийном изготовлении вентилей и клапанов различной конструкции из никеля или нержавеющей стали, которые отличаются особой прочностью. При производстве лопаток для турбин двигателей нового поколения, используемых в отрасли аэрокосмического производства летательных аппаратов.
Области применения
В медицине, например, стоматологической хирургии, для изготовления прочных основ для имплантатов, которые заменяют отсутствие естественных зубов у пациента и являются прочной основой при установке протезов.