Изучение процессов, которые постоянно происходят в окружающей среде, активное развитие производственного процесса и применение высоких технологий в прошлом веке, позволило ученым открыть новые способы термической обработки материалов при использовании активного сжатия в герметическом пространстве с искусственно созданным вакуумом. Появилось новое в технике направление, которое получило название горячее изостатическое прессование или сокращенно ГИП, в зарубежной литературе применяется аббревиатура HIP.
При такой барометрической обработке порошковых и гранулированных субстанций при сжатии с помощью мощных горячих прессов получаются совершенно новые материалы с уникальными характеристиками и плотной структурой, где нет места полостям или мелким изъянам.
Содержание:
- Принцип работы изостатических прессов
- Характеристики и предназначение
- Изостатические прессы — конструктивные нюансы
- Производители, область применения
Принцип работы изостатических прессов
Установка ГИП отличается сложностью в конструктивном исполнении: в основании находится квадратная, выдвигающаяся в сторону платформа с круглой выемкой посредине, куда закладываются капсулы с порошком металлического или керамического содержания.
Гидравлическая система направляет в эту выемку стержень мощного пресса, который сдавливает капсулы, нагреваемые при помощи сильных тепловых излучателей до оптимальной температуры, необходимой для прочного спекания и одновременного сдавливания, чтобы в результате получились новые конструкции или детали.
Принцип работы изостатических прессов
Во время HIP однородность порошкообразного вещества становится настолько прочной, что в последующей механической обработке такие изделия не нуждаются, а поверхность получается ровная, как при полировке.
Применение других методик спекания не позволяет достичь такого уровня обработки, чем такая обработка выгодно отличается, при этом микроструктура и эксплуатационные характеристики значительно улучшаются.
Герметичные контейнеры изготавливаются из металла или стекла, а после сдавливания их остатки удаляются с поверхности. После заполнения капсулы подвергаются активной вибрации, чтобы порошкообразная масса уплотнилась, затем проводится дегазация для удаления примесей и пузырьков воздуха, которые могут помешать горячему прессованию. Затем металлические контейнеры завариваются с помощью сварки, а из стекла — запаиваются.
Применение прогрессивной методики обработки позволяет добиться не только новых уникальных свойств материалов, которые подвергались ГИП, но и решить некоторые довольно важные для промышленности технологические задачи:
- Cохранить мелкозернистую структуру;
- Быстрое время охлаждения способствует дополнительной закалке;
- Полное и качественное устранение неоднородности такого эффекта не удается достигнуть при стандартном литье;
- Появляется улучшенное противодействие давлению газов, а также нет мест, где при дальнейшей эксплуатации, могла бы концентрироваться коррозия.
После выемки капсул следует обязательно устранить остатки их оболочки — это новое требование, которого нет в похожих технологиях порошковой металлургии выплавки.
Характеристики и предназначение
Оборудование горячих изостатических прессов было специально разработано для термической обработки капсул и контейнеров с гранулами, порошкообразными консистенциями металла или керамики, а также деталей из титана или алюминиевых сплавов, полученных методом 3D-печати.
Основные технические параметры:
- Диаметр рабочей камеры — 300 мм;
- Высота — 750 мм;
- Создаваемое давление — до 3000 бар;
- Температура — 2200° C.
Характеристики и предназначение
Уникальные функциональные особенности прессов класса ГИП позволяют обеспечивать следующие технологические процессы:
- Прессование разогретых до высоких температур контейнеров или капсул вместе с внутренним содержанием, чтобы в результате получить детали по форме и размерам очень близких к конечной форме готового изделия;
- Обработка литых заготовок определенной конфигурации, чтобы устранить поры и внутренние микротрещины;
- В деталях, которые были получены с использованием методики 3D-печати, устраняются пористые недостатки и улучшаются механические свойства.
При сравнении с аналогичными устройствами для холодного прессования технология ГИП обеспечивает полное отсутствие растяжения осевых напряжений, которые концентрируются в силовом цилиндре, что повышает безопасность применения такой методики и оборудования.
Горячее прессование позволяет равномерно по всей поверхности материала приложить статическое давление в течение необходимого времени, поэтому такая технология благоприятно сказывается на внутренней структуре литых деталей из пластика, керамики, например, при изготовлении бамперов легковых автомобилей или конструкций из титана для авиакосмической промышленности и Военно-промышленного комплекса.
Изостатические прессы — конструктивные нюансы
Аналогичные устройства применяются для эффективной и быстрой обработке любых веществ с активным применением статического давления и высокой температуры. В результате такого воздействия получаются детали с равномерной плотностью по всей поверхности и внутренней структуре.
Методика применяется не только для качественной и высокой плотности спекания массы из металлического порошка или гранулированной керамики, но и в процесс дополнительной барометрической обработки, когда уже сформировавшиеся материалы нужно уплотнить до высокой однородности.
Изостатические прессы — конструктивные нюансы
Прессы для горячей изостатической обработки от промышленной компании AIP , США, изготовлены для конкретных задач, которые выполняются на производственных предприятиях или в лабораториях при многих НИИ, т. к. такие виды воздействия на различные материалы активно применяют во многих странах.
AIP32-30H:
- Диаметр и высота рабочей камеры — 625х1200 мм;
- Давление — до 3100 бар;
- Применяемые газы — технические Ar и N.
После обработки внутренняя структура материала мелкозернистая, повышаются параметры усталости, увеличивается долговечность эксплуатации без ремонта, максимально усиливается износостойкость деталей.
В технике существует множество технологических процессов, которые невозможно выполнить без участия прессов класса ГИП, например, производство прозрачной керамики. В аналогичных устройствах можно изготавливать сложной конфигурации турбинные лопатки для многокаскадных турбореактивных авиационных двигателей. Только в этом случае применяют последовательное прессование по схеме от простого вида к более сложной обработке: вначале изделие проходит обработку холодного прессования, а потом заготовки обрабатываются в установках класса ГИП.
Производители, область применения
Горячие изостатические прессы были специально спроектированы, а затем введены в строй для изготовления уникальных конструкций из гранулированной или порошковой смеси нескольких металлов или керамических составляющих с высокой плотностью. При таком воздействии гарантируется равномерное и всестороннее воздействие высокой температуры на материалы, помещенные в замкнутый герметический объем рабочей камеры, где создается искусственный вакуум. После обработки структура материала уплотняется, становится монолитной.
Основные сферы применения прессов класса ГИП:
- Формовка керамических и композитных изделий;
- Производство режущего инструмента;
- Утилизация различных отходов производства;
- При изготовлении протезов.
Производители, область применения
В исследовательских лабораториях при НИИ используются установки с такими параметрами:
- Диаметр, длина — 25-100 мм, до 300 мм;
- Давление — не более 4100 бар.
Для создания вакуума применяются одноступенчатые насосы с пневматическим приводом.
Среди импортного аналогичного оборудования лидирующее положение занимает шведская компания ASEA, у которой в активе такие достижения:
- Для промышленного производства искусственных алмазов было изготовлено первое гидравлическое устройство подобного класса;
- Обработка порошковых материалов с использованием промышленного горячего изостатического пресса.
Во многих странах мира сегодня эксплуатирует более 1000 аналогичных устройств.
Среди российских производителей аналогичных прессов лидирует Центр электронно-лучевой технологии, который расположен в пригороде Москвы.