HIP teknolojisinin tarihi 1950'lerde Battelle'in Columbus laboratuvarında çalışmaya dayanmaktadır. Orijinal uygulama, ilk basınçlı su reaktörleri için zirkonyum kaplamanın uranyum yakıt elemanlarına yapıştırılmasıydı-genel anlamda kullanışlı bir üretim tekniği ortaya çıkaran bir niş problemdi. Crucible Steel ve Kennametal, toz metalurjisi uygulamaları için bu teknolojiyi 1960'larda benimsedi ve 1970'ler ve 1980'ler boyunca kritik havacılık dökümleri için yavaş yavaş standart uygulama haline geldi. Ekipman önemli ölçüde büyüyüp daha hızlı hale gelmiş olsa bile fizik o zamandan bu yana pek değişmedi.

Süreç Temelleri

Konsept yeterince basit. Argon gazı (bazen nitrojen, ancak argonun daha büyük atom yarıçapı daha iyi çalışır) yüksek sıcaklıkta 100 ila 200 MPa arasında bir yere basınç uygularken parçalar bir basınçlı kapta durur. Demirli MIM alaşımları için bu genellikle 1065 derece veya daha fazlası anlamına gelir; kobalt-krom 1220 derece civarında daha sıcak çalışır; titanyum alaşımları 900 dereceye yakın daha düşük sıcaklıklarda işlenir. Tutma süreleri kesit kalınlığına ve malzemeye bağlı olarak 2 ila 4 saat arasında değişir.

Bu koşullar altında üç şey aynı anda gerçekleşir. Plastik deformasyon boşlukları çökertir çünkü dış basınç sabit kalırken akma dayanımı sıcaklıkla düşer. Sürünme, dislokasyon hareketi hacim değişikliğine uyum sağladıkça yoğunlaşmaya devam eder. Ve çökmüş boşluk yüzeyleri boyunca atomik difüzyon, gerçek metalurjik bağlar oluşturur-bu son mekanizma, HIP'i basit sıcak preslemeden ayıran şeydir ve gözenekliliğin yeniden açılmamasını sağlar.

Mekanik Özellik Etkileri

HIP'ten elde edilen özellik iyileştirmeleri, ölçtüğünüz şeye göre oldukça farklılık gösterir. Çekme mukavemeti ve sertliği orta düzeyde bir artış gösterir-hiçbir şey tek başına ek maliyeti haklı çıkarmaz. Gerçek kazanımlar, iç kusurlara duyarlı özelliklerde ortaya çıkar.

17-4PH paslanmaz çelik üzerindeki darbe dayanıklılığı verileri bu noktayı göstermektedir. Ön alaşımlı toz besleme stoğu kullanıldığında, Charpy değerleri sinterlendiğinde yaklaşık 5,4 joule'den HIP'den sonra-9,5 joule'e çıktı. Ana alaşım rotaları daha da büyük sıçramalar gösterdi: bazı çalışmalarda 6,8 joule'den 20 joule'e kadar. Pek çok uygulama için kırılgan kırılma modu ile sünek kırılma modu arasındaki fark budur. Yorulma ömrü iyileştirmeleri de benzer kalıpları takip eder-dahili stres yoğunlaştırıcıların ortadan kaldırılması, yüksek döngülü yorulma testinde döngüleri 5 ila 10 kat daha fazla hataya kadar uzatır.

İmplant-sınıflı malzemeler için süneklik sayıları en önemli husustur. ASTM F75'e göre kobalt-krom, cerrahi implant spesifikasyonlarını karşılamak için %20 civarında uzama değerlerine ihtiyaç duyar;-sinterlenmiş MIM'in genellikle elde edemeyeceği bir değerdir. HIP işleme bu açığı kapatır. F2885'e göre Ti-6Al-4V, gözenekliliğin her iki özelliği de olumsuz yönde etkilediğini hatırlayana kadar uzamayı mantıksız bir şekilde korurken, HIP'den sonra aslında kabaca 870 MPa'dan 960 MPa'ya yükselen akma mukavemetini gösterir.

Malzeme özelliği tablolarında gösterilmeyen pratik bir avantaj: Toplu-toplu{-toplu işler arası tutarlılık önemli ölçüde artar. Sinterleme fırını sıcaklık gradyanları, yük boyunca yoğunluk farklılıkları yaratır-ısıtma elemanlarının yakınındaki parçalar, merkezdeki parçalardan farklı şekilde yoğunlaşır. HIP'ten sonra başlangıç ​​noktası ne olursa olsun her şey teorik yoğunluğa doğru yaklaşır. İstatistiksel süreç kontrolü yürüten metal enjeksiyon kalıplama imalatçıları için bu sıkı dağıtım genellikle mutlak mülkiyet kazanımları kadar önemlidir.

Üretim Gerçekleri

Çoğu metal enjeksiyonlu kalıplama hizmet sağlayıcısı, bu yeteneği kendi bünyesine getirmek yerine HIP'i özel işlemcilere dışarıdan tedarik ediyor-. Ekipman pahalıdır, tek bir MIM operasyonu için kullanım oranları nadiren özel kapasiteyi haklı çıkarır ve operasyonel uzmanlık, temel sinterleme ve kalıplama yetkinlikleriyle pek örtüşmez. Bodycote, Quintus ve bir avuç diğer sözleşmeli işleyici ticari hacmin çoğunu yönetiyor.

Çevrim ekonomisi büyük ölçüde yükleme verimliliğine bağlıdır. Bir üretim HIP kabı, 1,5 metre çapında ve 3 metre yüksekliğinde-4 ila 8 saatlik döngü süreleri dikkate alındığında verimli bir şekilde doldurulması gereken önemli bir hacme sahip bir sıcak bölgeye sahip olabilir. Küçük MIM parçaları yoğun bir şekilde sabitlenebilir; karmaşık geometriye sahip daha büyük bileşenlerin verimli bir şekilde paketlenmesi daha zordur. Sözleşme fiyatlandırması bunu yansıtıyor; daha yüksek hacimlerde{8}}parça başına maliyetler önemli ölçüde düşüyor.

 

Yüzey kirliliği, çok-alaşımlı servis merkezlerini kullanırken tekrarlayan bir baş ağrısıdır. Nikel süper alaşımlarını, takım çeliklerini ve titanyumu aynı ekipmanla işleyen tesisler, kaçınılmaz olarak MIM parça yüzeylerine geçebilecek iz birikintileri bırakır. Krom ve silikon bileşikleri yeşil veya kahverengimsi renk değişikliği olarak ortaya çıkar. Genellikle yüzeyseldir ve hafif taşlama veya kimyasal temizlemeyle çıkarılabilir, ancak kozmetik veya biyouyumluluk-kritik uygulamaları için işlemciyle önceden görüşmeye değer. Bazı özel MIM parçaları OEM programları, çapraz bulaşmayı tamamen önlemek için özel HIP döngüleri belirler.

HIP sırasındaki boyutsal değişiklikler, parça tasarımı sırasında dikkat gerektirir. Gözenekliliğin kapanması, yoğunluk artışıyla orantılı olarak tekdüze büzülmeye neden olur-. Bunu tahmin etmek ve telafi etmek kolaydır. Enjeksiyon kalıplamadan miras kalan yoğunluk gradyanları daha sorunludur. Geçidin yakınındaki daha yüksek paketleme yoğunluğuna karşın uzaktaki daha ince kesitler, HIP sırasında karmaşık geometrileri bozabilecek diferansiyel büzülme yaratır. Deneyimli metal enjeksiyonlu kalıplama tedarikçileri, işleme başlamadan önce bu etkileri karakterize etmek ve telafi etmek için geliştirmenin erken safhalarında test döngüleri gerçekleştirir.

HIP'in Ekonomik Anlamlı Olduğu Yer

Eklenen işlem maliyeti, HIP'in varsayılan bir adım olarak değil, performans gereksinimlerinin gerektirdiği yerde belirtilmesi anlamına gelir. Havacılık bileşenleri-türbin kanatları, yapısal braketler, uçuş-kritik donanım-AS9100 kalite sistemi gereklilikleri kapsamında standart uygulama olarak düzenli olarak HIP'den geçer. Tıbbi implantlar benzerdir; Sınıf III cihazlara yönelik düzenleyici yollar, in vivo döngüsel yükleme gören herhangi bir şey için esasen tam-yoğunluklu malzemeyi zorunlu kılar.

Elektrifikasyonun termal yönetim gerekliliklerini zorlamasıyla otomotiv uygulamaları genişliyor. Yüksek-akımlı bakır baralar ve güç elektroniği muhafazaları, termal iletkenliğin tasarım hedeflerini karşılamasını sağlamak için giderek daha fazla HIP'yi tercih ediyor. Elektrikli aktarma organları için hassas dişli sistemi, gelişmiş yorulma performansından yararlanır. Son Chinaplas fuarlarında sergilenen birçok metal enjeksiyon kalıplama bileşeni tedarikçisi, EV uygulamalarına yönelik HIP-işlenmiş parçaları bir büyüme alanı olarak vurguladı.

Maliyet baskısının hakim olduğu ve özellik gereksinimlerinin sinterlenmiş yetenekler dahilinde kaldığı ticari MIM parçaları için HIP, orantılı bir fayda sağlamadan masrafı artırır. Teknoloji, tam yoğunluğun doğrudan ürün performansını mümkün kıldığı-ve müşterilerin malzeme bütünlüğünün birinci sınıf bir değer gerektirdiğini anladığı zorlu uygulamaların alt kümesinde rolünü buluyor.