فن آوری HIP در آزمایشگاه کلمبوس Battelle در دهه 1950 شروع به کار کرد. کاربرد اصلی اتصال روکش زیرکونیوم به عناصر سوخت اورانیوم برای راکتورهای آب تحت فشار اولیه بود{2}}یک مشکل مهم که اتفاقاً یک تکنیک تولیدی بسیار مفید را ایجاد کرد. Crucible Steel و Kennametal این فناوری را در دهه 1960 برای کاربردهای متالورژی پودر انتخاب کردند و به تدریج در دهه های 1970 و 1980 به یک روش استاندارد برای ریخته گری های مهم هوافضا تبدیل شد. فیزیک از آن زمان تاکنون تغییر چندانی نکرده است، حتی اگر تجهیزات به طور قابل ملاحظه‌ای بزرگ‌تر و سریع‌تر شده باشند.

مبانی فرآیند

مفهوم به اندازه کافی ساده است. قطعات در یک مخزن تحت فشار قرار می گیرند در حالی که گاز آرگون (گاهی اوقات نیتروژن، اما شعاع اتمی بزرگتر آرگون بهتر عمل می کند) تا جایی بین 100 تا 200 مگاپاسکال در دمای بالا تحت فشار قرار می گیرد. برای آلیاژهای MIM آهنی، این معمولاً به معنای 1065 درجه یا بیشتر است. کبالت-کروم در حدود 1220 درجه گرمتر است. فرآیند آلیاژهای تیتانیوم نزدیک به 900 درجه کاهش می یابد. زمان نگهداری بسته به ضخامت بخش و جنس 2 تا 4 ساعت است.

در آن شرایط سه چیز به طور همزمان اتفاق می افتد. تغییر شکل پلاستیک حفره ها را فرو می ریزد زیرا قدرت تسلیم با دما کاهش می یابد در حالی که فشار خارجی ثابت می ماند. خزش تراکم را ادامه می دهد زیرا حرکت نابجایی با تغییر حجم سازگار است. و انتشار اتمی در سراسر سطوح خالی فرو ریخته، پیوندهای متالورژیکی واقعی ایجاد می‌کند{3}}این مکانیسم آخر همان چیزی است که HIP را از پرس گرم ساده متمایز می‌کند و تضمین می‌کند که تخلخل دوباره باز نمی‌شود.

اثرات خواص مکانیکی

پیشرفت‌های دارایی HIP با آنچه که اندازه‌گیری می‌کنید کمی متفاوت است. استحکام کششی و سختی نسبتاً افزایش می‌یابد-هیچ چیزی که به خودی خود هزینه اضافی را توجیه نمی‌کند. سود واقعی در خواص حساس به عیوب داخلی ظاهر می شود.

داده های چقرمگی ضربه در ضد زنگ 17-4PH این نکته را نشان می دهد. با استفاده از مواد اولیه پودر آلیاژی{4}، مقادیر Charpy از حدود 5.4 ژول به 9.5 ژول بعد از HIP رسید. مسیرهای آلیاژ اصلی پرش‌های بزرگ‌تری را نشان دادند: 6.8 ژول تا بیش از 20 ژول در برخی مطالعات. این تفاوت بین حالت شکست شکننده و شکل پذیر برای بسیاری از کاربردها است. بهبود عمر خستگی از الگوهای مشابه پیروی می‌کند{14}از بین بردن تمرکزکننده‌های استرس داخلی چرخه‌های شکست را با فاکتورهای 5 تا 10 در تست خستگی در چرخه بالا افزایش می‌دهد.

برای مواد درجه-ایمپلنت، اعداد شکل پذیری بیشترین اهمیت را دارند. کبالت-کروم در هر ASTM F75 به مقادیر کشیدگی در حدود 20% برای برآوردن مشخصات ایمپلنت جراحی نیاز دارد، که به عنوان{5}}MIM متخلخل معمولاً نمی‌تواند به آن دست یابد. پردازش HIP این شکاف را می‌بندد. Ti{13}}6Al-4V در هر F2885 نشان می‌دهد که قدرت تسلیم در واقع از تقریباً 870 مگاپاسکال به 960 مگاپاسکال پس از HIP افزایش می‌یابد، در حالی که ازدیاد طول می‌کشد تا زمانی که به یاد داشته باشید که تخلخل بر هر دو ویژگی تأثیر منفی می‌گذارد.

یکی از مزایای عملی که در جداول دارایی مواد نشان داده نمی شود: سازگاری دسته ای-به-به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد. گرادیان دمای کوره تف جوشی تغییرات چگالی را در سرتاسر بار ایجاد می‌کند-قسمت‌های نزدیک عناصر گرمایشی متفاوت از قطعات در مرکز متراکم می‌شوند. بعد از HIP، همه چیز بدون توجه به نقطه شروع به سمت چگالی نظری همگرا می شود. برای سازندگان قالب‌گیری تزریقی فلز که کنترل فرآیند آماری را انجام می‌دهند، این توزیع سفت‌شده اغلب به اندازه سود مطلق اهمیت دارد.

واقعیت های تولید

اکثر ارائه‌دهندگان خدمات قالب‌گیری تزریقی فلز، HIP را به‌جای ارائه قابلیت‌های- به پردازنده‌های تخصصی برون‌سپاری می‌کنند. تجهیزات گران هستند، نرخ بهره برداری برای یک عملیات MIM به ندرت ظرفیت اختصاصی را توجیه می کند، و تخصص عملیاتی با صلاحیت های پخت هسته و قالب گیری همپوشانی ندارد. Bodycote، Quintus، و تعداد انگشت شماری از پردازنده های قراردادی دیگر، بیشتر حجم تجاری را اداره می کنند.

اقتصاد چرخه به شدت به بازده بارگذاری بستگی دارد. یک کشتی HIP تولیدی ممکن است دارای یک منطقه داغ با قطر 1.5 متر و ارتفاع 3 متر باشد-حجم قابل توجهی که باید با توجه به زمان چرخه 4 تا 8 ساعته پر شود. قطعات کوچک MIM را می توان به صورت متراکم ثابت کرد. بسته بندی موثر اجزای بزرگتر با هندسه پیچیده دشوارتر است. قیمت‌گذاری قرارداد منعکس‌کننده این است، با کاهش قابل توجه هزینه‌های هر-قطع در حجم‌های بالاتر.

 

هنگام استفاده از مراکز خدمات چند آلیاژی، آلودگی سطحی یک سردرد مکرر است. تأسیساتی که سوپرآلیاژهای نیکل، فولادهای ابزار و تیتانیوم را از طریق همان تجهیزات پردازش می کنند، به ناچار رسوبات ردیابی را به جای می گذارند که می توانند به سطوح قطعات MIM منتقل شوند. ترکیبات کروم و سیلیکون به صورت تغییر رنگ سبز یا قهوه ای ظاهر می شوند. معمولاً سطحی است و با سنگ زنی سبک یا تمیز کردن شیمیایی قابل جابجایی است، اما برای کاربردهای مهم لوازم آرایشی و بهداشتی یا زیست سازگاری{4}}ارزش بحث با پردازنده را دارد. برخی از برنامه‌های OEM قطعات MIM سفارشی چرخه‌های HIP اختصاصی را برای جلوگیری از آلودگی متقابل به طور کامل مشخص می‌کنند.

تغییرات ابعادی در طول HIP نیاز به توجه در طراحی قطعه دارد. بسته شدن تخلخل باعث انقباض یکنواخت متناسب با افزایش چگالی می‌شود-به‌طور مستقیم برای پیش‌بینی و جبران. مشکل سازتر شیب چگالی است که از قالب گیری تزریقی به ارث رسیده است. تراکم بسته‌بندی بالاتر در نزدیکی دروازه در مقابل بخش‌های نازک‌تر دورتر، انقباض متفاوتی را در طول HIP ایجاد می‌کند که می‌تواند هندسه‌های پیچیده را مخدوش کند. تامین‌کنندگان باتجربه قالب‌گیری تزریقی فلز، چرخه‌های آزمایشی را در مراحل اولیه توسعه اجرا می‌کنند تا این اثرات را قبل از انجام ابزارسازی مشخص کنند و جبران کنند.

جایی که HIP معنای اقتصادی دارد

هزینه پردازش اضافه شده به این معنی است که HIP در جایی که الزامات عملکرد آن را توجیه می کند، مشخص می شود، نه به عنوان یک مرحله پیش فرض. اجزای هوافضا-پره‌های توربین، براکت‌های ساختاری، پرواز-سخت‌افزار حیاتی-به‌طور معمول تحت شرایط سیستم کیفیت AS9100 به‌عنوان یک روش استاندارد از HIP استفاده می‌کنند. ایمپلنت های پزشکی مشابه هستند. مسیرهای نظارتی برای دستگاه‌های کلاس III اساساً مواد با چگالی کامل- را برای هر چیزی که بارگذاری چرخه‌ای را در داخل بدن مشاهده می‌کند الزامی می‌کند.

کاربردهای خودرویی در حال گسترش هستند زیرا برق رسانی به الزامات مدیریت حرارتی فشار می آورد. شینه‌های مسی با جریان بالا و محفظه‌های الکترونیک قدرت به طور فزاینده‌ای HIP را مشخص می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که هدایت حرارتی به اهداف طراحی می‌رسد. دنده دقیق برای پیشرانه های الکتریکی از عملکرد خستگی بهبود یافته سود می برد. چندین تامین‌کننده قطعات قالب‌گیری تزریقی فلز که در نمایشگاه‌های اخیر Chinaplas به نمایش گذاشته شده‌اند، قطعات پردازش شده HIP{4}}برای کاربردهای EV را به‌عنوان یک منطقه رشد برجسته کرده‌اند.

برای قطعات تجاری MIM که فشار هزینه غالب است و الزامات دارایی به عنوان{0}}قابلیت‌های زینتر شده باقی می‌ماند، HIP هزینه‌ای را بدون سود متناسب اضافه می‌کند. این فناوری نقش خود را در زیرمجموعه‌ای از برنامه‌های کاربردی می‌یابد که در آن تراکم کامل به طور مستقیم عملکرد محصول را ممکن می‌سازد-و جایی که مشتریان تشخیص می‌دهند که یکپارچگی مواد برتری دارد.