Фундаментальное изучение процессов, происходящих в естественной среде, активное развитие промышленного прогресса и высоких технологий в прошлом столетии стали первопричиной появления новых способов термической обработки различных веществ под высокими параметрами давления в искусственно созданном разряжении. Такая методика в технике стала называться горячим изостатическим прессованием и основано на эффекте барокамеры, потому что предметы помещены в герметичную камеру с искусственно созданным вакуумом. Основное направление — технологический процесс получения новых конструкций или деталей из порошкового сырья методом термической обработки под прессом. При таком воздействии в итоге устраняются любые поры и изъяны во внутренней структуре изделий.
Содержание:
- Изостатические прессы — конструкция, принцип действия
- Предназначение и основные параметры
- Горячие изостатические прессы — особенности
- Сферы применения и производители
Изостатические прессы — конструкция, принцип действия
Такие изделия отличаются сложностью в конструктивном исполнении, потому что состоит из квадратного основания с круглой формы выемкой, которое для закладки контейнеров и выемки готовых изделий выдвигается из нижней части мощного пресса. Гидравлическая система под давлением направляет в углубление стержень пресса, при помощи которого и происходит основной процесс сдавливания порошкообразных смесей, которые разогреваются предварительно до нужной температуры, чтобы одновременно происходило спекание и сдавливание.
Во время процесса горячего изостатического прессования или HIP в английской аббревиатуре и ГИП в русской, однородность обрабатываемого материала становится полной, где нет места порам, пузырькам воздуха и прочим посторонним примесям. Это происходит из-за равномерной обработки по всему объему заготовок при одновременном давлении и температурном воздействии, что невозможно достичь во время стандартного спекания гранулированных или металлических порошков. Благодаря методики HIP, стало возможным получать наилучшую микроструктуру обрабатываемых материалов и значительно повысить их эксплуатационные характеристики.
Изостатические прессы — конструкция, принцип действия
Герметические контейнеры для порошкообразных веществ изготавливаются из металла или стекла, в процессе обработки он деформируется и уплотняет порошок, который предварительно подвергается вибрации для обеспечения равномерной плотности и дегазации, т. к. воздух, сохраняющийся в порах порошка, может помешать уплотнению.
С применение методики HIP удается достигнуть не только многих уникальных свойств материалов, подвергнутых обработке, но и решить важные технологические задачи:
- Сохранение мелкозернистой кристаллической структуры конструкций из металла или керамики;
- Быстрое охлаждение изделий позволяет провести дополнительную их закалку;
- Полное устранение неоднородности, которое происходит при обычном литье из-за остывания в течение длительного времени;
- Отсутствие внутренних трещин и пористости;
- Улучшенное противодействие давлению со стороны газов и отсутствие мест, которые способны при дальнейшем использовании инициировать коррозию.
После выемки из рабочей чаши пресса необходимо удалить остатки контейнеров, такого требования нет в других похожих технологиях порошковой металлургии.
Предназначение и основные параметры
Оборудование изостатического пресса специально разработано для горячей обработки капсул или контейнеров с металлическими гранулами (порошкообразными веществами), а также заготовок, выполненных из титанового или алюминиевого литья, деталей полученных методом 3D-печати.
Технические характеристики:
- Диаметр и высота рабочей камеры — 300х750 мм;
- Давление внутри — 100-3100 бар;
- Температура — до 2200° C.
Предназначение и основные параметры
Функциональные особенности позволяют обеспечить такие технологические процессы:
- Горячее прессование капсул или контейнеров вместе с внутренним содержимым для получения деталей по форме и размерам близких к конечным формам готового изделия;
- Обработка литых заготовок любой конфигурации с целью устранения пор и внутренних микротрещин;
- Устранение в деталях, полученных методом 3D-печати, пористых недостатков для улучшения их механических свойств.
Если сравнивать с аналогичными устройствами для холодного прессования, то технология ГИП обеспечивает полное отсутствие растягивающих осевых напряжений в силовом цилиндре, что благоприятно сказывается на безопасности проведения работ.
HIP позволяет равномерно и по всей поверхности прикладывать статическое давление на предварительно разогретом материале. Их применение благоприятно сказывается на обработке литых, керамических или пластиковых деталей, например, при производстве автомобилей или конструкций для авиакосмического промышленного комплекса. Они повышают плотность изделий, устраняют раковины или дефекты отливки, способны прочно соединить разные по структуре материалы.
Особенности конструкции
Устройства, относящиеся к ГИП, применяются для быстрой обработке любых веществ с участием мощного статического давления и высоких параметров температуры, что в результате позволило получить равномерность плотности конечного изделия.
Аналогичная методика используется для качественного и плотного спекания веществ, состоящих из гранул или порошка, так и для дополнительного, когда используются уже спекшиеся материалы, только требуется уплотнить их внутреннюю структуру.
Особенности конструкции
Изостатические горячие прессы от американской компании AIP изготовлены для конкретных задач, выполняемых на производственных предприятиях заказчиков или при НИИ в исследовательских лабораториях, потому что такой вид обработки используется практически для всех существующих в технике материалов.
AIP40-30H:
- Диаметр и высота рабочей камеры — 800х1500 мм;
- Давление — 1050-3100 бар;
- Применяемые газы — технический аргон и азот.
После аналогичной обработки появляется однородная мелкозернистая структура и долговечность по параметрам усталости металла, что способствует долгой эксплуатации таких деталей без какого-либо ремонта, потому что максимально повышается износостойкость.
Существует много технологий, которые невозможно выполнить без участия прессов изостатического горячего воздействия, например, в производстве прозрачной керамики.
В изделиях ГИП можно изготавливать такие сложные конфигурации, как турбинные лопатки направляющего аппарата современных авиационных двигателей — в этом случае применяется последовательное прессование по схеме от простой обработки к более сложным. Вначале изделие подвергается холодному прессованию, а затем сырец проходит финишную обработку ГИП.
Сферы применения и производители
ГИП специально в свое время были сконструированы для изготовления изделий из металлического гранулированного порошка или керамических составляющих высокой плотности. При качественном равномерном, всестороннем давлении и воздействии высоких температур в замкнутом пространстве на помещенные внутрь камеры образцы, а также обязательном создании искусственного вакуума, полностью устраняются поры и микроскопические трещины, а структура материала становится полностью однородной и монолитной.
Основные области применения устройств ГИП:
- Формовка композитных и керамических изделий;
- Производство режущих инструментов;
- Утилизация отходов ядерного производства;
- Производство протезов.
Сферы применения и производители
Для научно-исследовательских работ с такими параметрами:
- Размеры рабочей камеры (диаметр, длина) — 25-150 мм, 100-300 мм;
- Материал — легированные или нержавеющие стали;
- Максимальное давление — до 4140 бар; агрегат для создания вакуума — одноступенчатый насос с пневматическим приводом.
Среди зарубежных производителей аналогичной продукции на первом месте находится ASEA — компания из Швеции, с такими достижениями:
- Первое гидравлическое устройство, которое было задействовано в производстве искусственных алмазов;
- Промышленный ГИП для обработки порошковых материалов;
- Установки марки Quintus.
Сегодня в промышленном производстве во многих странах находится более 1000 аналогичного оборудования.
Среди российских производителей аналогичных устройств выделяется Центр электронно-лучевых технологий (ЦЭЛТ), расположенный в непосредственной близости от столицы РФ городе Москве.