Горячее изостатическое прессование — принцип работы, конструктивные особенности, области применения, преимущества изостатического пресса

Процессы литья и обработки материалов применяют для получения готовых изделий. Альтернативный вариант позволяет выбрать горячее изостатическое прессование для выпуска продукции с уникальными характеристиками. Достоинства технологии способствуют распространению способа в разных областях промышленности.

Содержание:

1. Горячее изостатическое прессование — конструктивные отличия
2. Принцип действия при горячем изостатическом прессовании
3. Особенности проведения процесса прессования
4. Сфера применения и преимущества изостатического прессования

Горячее изостатическое прессование — конструктивные отличия

Развитие аддитивных технологий вызвано необходимостью получения материалов, обладающих улучшенной структурой и уникальными свойствами. Эксперименты помогли лучше понять физические процессы, связанные с воздействием высокой температуры и давления. Появилась специальная аппаратура, способная проводить обработку методами холодного и горячего изостатического прессования (ГИП). Потенциал был недолго ограничен диффузионной сваркой. Возможности пресса способствовали созданию материалов с уникальными характеристиками.

Выросли требования к качеству сборки оборудованию Основным компонентом стал сосуд высокого давления цилиндрической формы. Выдерживать постоянно давление и перепады температур удается после дополнительной изоляции с помощью проволоки из стали.

Горячее изостатическое прессование

Проволока частично увеличивает нагрузку на раму. Определенное усилие передается на две встроенные крышки. Температура будет подниматься постепенно и учитывается состав сырья. Сжатое состояние основных частей пресса необходимо для поднятия давления в сосуде. Удается уменьшить вес конструкции и проводить неоднократно циклы. После завершения термической обработки важно охладить готовый материал и пресс. Закалка только добавит положительных характеристик.

Для разогрева установлена система нагревателей. Теплоизолирующий слой оградит нагреватели от сосудов. Газ при повышении давления обретает плотность и свойства жидкости. В качестве сырья используются специальные порошки (металл, керамика). В результате обработки удается уменьшить объем втрое. Для изготовления порошков понадобится метод плавления плазмой или газового распыления. Готовые микро-гранулы имеют сферическую форму и отсутствует пористость.

Тепловые процессы при горячем изостатическом прессовании особенно подходят для сплавов стали, никеля и кобальта. Удается создавать сложные металлические и керамические изделия с полой структурой.

Принцип действия при горячем изостатическом прессовании

Создание материалов с равномерной и сложной структурой возможно исключительно при помощи горячего изостатического прессования. Принцип действия приводит к барометрической обработке посредством жидкости или газа.

Существует некоторое отличие порошковой металлургии от изостатического прессования. Порошок располагается в герметичном контейнере. Созданный барьер ограничивает воздействие среды (газа, жидкости). Добиваются равномерного давления всего объема после нагрева и начала деформации гранул. Для передачи давления и поддержания вакуума нередко применяют инертный гелий или аргон. Достижение высокой температуры приводит к пластической деформации контейнера, чтобы получить однородную плотную структуру. В зависимости от материала на порошок воздействуют температурой и давлением с учетом времени. Это освобождает от проведения дополнительного спекания и последующей зачистке материала.

Принцип действия при горячем изостатическом прессовании

Особенности проведения процесса прессования

Выбирают метод ГИП для устранения скрытой пористости или консолидации материалов. Второй способ наиболее сложен и разделяется на несколько этапов:

1. Конструирование и изготовление формы;
2. Заполнение заготовки требуемым объемом;
3. Проведение вакуумирования;
4. Нагрев и повышение давления;
5. Выдержка определенного времени;
6. Охлаждение пресса и контейнера;
7. Выемка готового изделия.

Механический вариант отделения предусмотрен для простых деталей. Сложные изделия вынимают при помощи кислот. Немаловажное значение уделяется подготовке формы и закладке порошка. Недостатки при подготовке компакта приведут к выпуску бракованной продукции.

Металлический порошок засыпают в капсулы и сваривают. Форма тонкостенных капсул может быть простой (плоская, цилиндрическая) и сложной. Весь процесс изотермического прессования протекает в газостатах. По существу это сосуд высокого давления с дополненными система подачи и нагрева.

Подготовленные контейнеры с порошком размещают внутри камеры. После закрытия откачивается воздух. Начинается нагревание и подача газа. Насос будет поддерживать высокое давление. Достижение расчетных параметров приводит к поддержке температуры от 900 до 2200°. Значения вакуума располагаются в границах 100-200 МПа. Высокое давление равномерно распределяется по всем направлением и охватывает заложенный объем. Изменяется плотность и изотропные свойства материала.

Первые конструкции не отличались надежностью и продуктивностью. Опасность эксплуатации сопровождало немалое потребление энергии. Современные агрегаты не вызывают опасений. Создать прочность газостату помогает обмотка стальной лентой. Вероятность взрыва минимальна, если капсулы подготовлены соответствующим образом. По завершении цикла давление в сосуде и капсуле может сильно отличаться. Продолжается модернизация изостатического пресса. Нередко предусмотрен предварительный нагрев капсул перед закладкой. Для принудительного охлаждения газа устанавливают внутренний теплообменник. Вспрыскивание жидкого азота в цилиндр резко повышает давление.

Изменились габариты агрегатов для увеличения пропускной способности. Для камеры с диаметром 2 метра высота достигает свыше 4 метров. Кроме выпуска изделий проводится обработка материалов, особенно если они изготовлены методами холодного изостатического прессования или спекания.

Сфера применения и преимущества изостатического прессования

Литье и механическая обработка далеко не всегда могут дать нужный результат. Применение горячего изостатического прессования способствую решению важных технологических проблем.

1. Создается мелкая зернистая структура, отличающая плотностью изделий из керамики и металла;
2. Быстрое охлаждение после окончания процесса обработки закаляет материал и повышает прочностные характеристики;
3. Отливка отличается однородностью и отсутствием диффундирования слоев по всему объему;
4. Отсутствуют внутренние пустоту и микротрещины, образующиеся при остывании сплавов;
5. Значительное сокращение объема не допускает пористости;
Поверхность не нуждается в дополнительной обработке;
6. Вырастает срок службы деталей с улучшенной износостойкостью;
Появляются новые свойства, отсутствующие перед прессованием;
7. Изделие будет лучше выдерживать давление при сварке;
Опасность коррозии заметно уменьшается;
8. При необходимости создают внутренние полости, особенно для продукции из керамики;

В некоторых случаях ГИП не подходит. Для более хрупких материалов понадобится использовать холодное изотермическое прессование. Разница заключена в отсутствии высоких температур. Для сложных деталей понадобится жидкостное прессование, при изготовлении мелких изделий — сухое.

Сфера применения и преимущества изостатического прессования

При холодном прессовании потребуется добавить в порошки связующие компоненты. В процессе спекания они выжигаются и достигается планируемая анизотропия свойств. Разработка технологии ГИП была связана с развитием ядерной энергетики для получения элементов топлива. Вырос спрос на синтетические алмазы и материалы из бериллия. Сегодня выделяют несколько направлений использования изостатического прессования. Аппараты необходимы для изготовления:

• Жаропрочной и тонкостенной керамики;
• Деталей из карбидов вольфрама и графита;
• Жаропрочных материалов;
• Изделий из металлов (редкоземельных);
• Тефлона и полимерных соединений;
• Металлических фильтров.

Агрегаты также понадобятся для предварительного компактирования порошков, керамики и заготовок. Проводят обработку изделий и металлов для устранения недостатков. Достоинство ГИП заключено в умении выпускать небольшие элементы и сложные по конфигурации детали. Изолятор и сопло, труба и фильтр готовы к эксплуатации и не нуждаются в дополнительной зачистке. Услуги горячего изостатического прессования не ограничены. Технология способствует созданию структуры, не имеющей недостатков. Сжатие объема при давлении и высокой температуре способствует закрытию пор и ликвидации трещин. Созданные компоненты теперь будут в состоянии выдерживать температуры свыше 1450°.

Области применения затрагивают авиакосмическую, металлургическую, нефтехимическую, автомобилестроительную отрасли. Создаются коррозионностойкие компоненты и медицинские импланты. В зависимости от сферы подбирают изостатические агрегаты с высокой продуктивностью.