ما هو الضغط المتوازن الساخن؟
ملخص
تم اقتراح تقنية الضغط المتوازن الساخن (HIP) في الخمسينيات من قبل معهد باتيل التذكاري. تم استخدامه في الأصل لربط أجزاء المفاعل النووي. وسرعان ما تم اكتشاف أنها تقنية ممتازة لتجميع المسحوق وإزالة المسامية في الكربيد الأسمنتي. لقد تطور الضغط المتوازن المتوازن الساخن إلى تقنية معترف بها في الصناعة للتكثيف وتكثيف السبائك لتحسين خواصها الميكانيكية ونعومتها وقدرتها على الطلاء. وتتمثل مهمتها الرئيسية في إزالة الفراغات داخل المادة. تقوم معظم الشركات المصنعة لقوالب حقن المعادن بالاستعانة بمصادر خارجية لهذه العملية لمقدمي خدمات الضغط المتوازن الساخن MIM المحترفين أو موردي معالجة HIP المعتمدين.
نظرًا لأن العملية بسيطة وتتطلب فقط معالجة الأجزاء بدرجة حرارة عالية وضغط عالٍ، فقد تم تصميم معدات الضغط المتوازن على الساخن خصيصًا لتحقيق هذه الظروف، كما أن تكلفة المعدات مرتفعة. أثناء عملية الضغط المتساوي التوازن الساخن، تجعل درجة الحرارة المرتفعة المادة ناعمة جدًا وسهلة التشوه، في حين أن الضغط العالي يضغط المسام الدقيقة داخل المادة. تتم إزالة المسام من خلال آليات الزحف والانتشار. تتناقص مقاومة الخضوع (YS) للمادة مع زيادة درجة الحرارة. عندما يتم تطبيق الأكسجين على المواد المعدنية، فإن البروتونات الدافئة لن تنتشر في المواد المعدنية. تشتمل آليات ما قبل-التشوه في المرحلة المبكرة من الضغط المتوازن الساخن على زحف نابارو-زحف الرنجة (الانتشار عبر الجزء الداخلي للحبوب)، وزحف كوبل (زحف حدود الحبوب) وزحف الخلع.
تتضمن المرحلة الأخيرة من الضغط المتوازن الساخن ربط الانتشار لجدران المسام المغلقة مع بعضها البعض. نظرًا لأن الكثافة الملبدة للأجزاء المقولبة بالحقن المعدنية عالية بدرجة كافية والمسام الداخلية مغلقة (غير مترابطة) وقابلة للضغط، فهي مناسبة جدًا لتكنولوجيا الضغط المتوازن الساخن. إذا كانت الأجزاء المعدنية المقولبة بالحقن بها مسام مكشوفة وغير مغلقة، فإن الغاز المضغوط المنفوخ سوف يملأ هذه المسام دون ضغطها. بعد تحضير سبائك التيتانيوم بواسطة تقنية ضغط المسحوق الساخن المتساوي التضاغط، يجب وضع المسحوق المعدني في فرن ضغط متساوي الضغط الساخن وتفريغه بالمكنسة الكهربائية، ثم يتم إغلاق باب الفرن، بحيث يمكن تحقيق الترابط الوثيق بين المساحيق تحت تأثير الضغط ودرجة الحرارة. لحسن الحظ، تصل الكثافة الملبدة للأجزاء المقولبة بالحقن المعدنية عادة إلى أكثر من 95%، وتتجاوز في معظم الحالات 98%، في حين أن الحد الأدنى لكثافة المواد المضغوطة الساخنة المتساوية الضغط يتراوح بين 92% و94%. يوضح الجدول 9.1 الحد الأدنى لكثافة الأجزاء المقولبة بالحقن المعدني بعد الضغط المتوازن على الساخن. من خلال وضع علامة على الأجزاء المعدنية المصبوبة بالحقن باستخدام علامة درجة حرارة عالية-يمكن اختبار ما إذا كان من الممكن الضغط عليها بشكل متساوي.
إذا لم يتم تسجيل العلامة بوضوح ولم تنتشر إلى داخل الجزء، فيمكن استخدام الضغط المتوازن الساخن للحصول على كثافة أعلى. إذا دخل الجزء الداخلي للجزء، فلا يمكن استخدام الضغط المتوازن الساخن للحصول على كثافة أعلى. يقدم الآن العديد من موردي تكثيف HIP لقوالب حقن المعادن العالمية -خدمات معالجة ما بعد التوقف- لمساعدة العملاء على تحقيق -مكونات MIM كاملة الكثافة.
الجدول 9.1 الحد الأدنى لكثافة الأجزاء المقولبة بالحقن المعدني بعد الضغط المتوازن على الساخن (جم / سم مكعب)
| سبيكة | الكثافة النظرية | الحد الأدنى من الكثافة بعد HIP |
|---|---|---|
| تي-6Al-4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17-4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| 316 لتر إس إس | 8.0 | 7.4 |
| فولاذ منخفض-سبائك الصلب | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
عملية الضغط المتوازن الساخن
تستخدم عملية الضغط المتوازن الساخن غازًا ساخنًا خاملًا مضغوطًا لتطبيق الضغط على قطعة العمل. بالنسبة للأجزاء المقولبة بالحقن المعدنية، تكون درجة حرارة الضغط المتوازن الساخن عادةً أقل بـ 100 ~ 200 درجة من درجة حرارة التلبيد، ويكون الضغط عادةً في نطاق 15 000~20 000 رطل لكل بوصة مربعة (105 ~ 140 ميجاباسكال). الغاز المفضل للضغط متساوي الضغط الساخن هو الأرجون لأن حجمه الذري كبير. يمكن أيضًا استخدام النيتروجين، لكن تأثيره ليس بنفس جودة الأرجون. يوضح الشكل 9.1 رسمًا تخطيطيًا للضغط المتوازن الساخن. العملية عبارة عن عملية معالجة دفعية وتستمر عادةً من 4 إلى 10 ساعات. الخطوات هي كما يلي:
(1) قم بتحميل المادة إلى الفرن وأغلق باب الفرن؛
(2) فراغ وملء بالغاز الخامل؛
(3) التسخين والضغط في نفس الوقت؛
(4) التبريد وخفض الضغط في نفس الوقت؛
(5) العادم؛
(6) إخراج الأجزاء.
يمثل هذا التسلسل عملية ضغط متوازنة متوازنة ساخنة مستقلة وعادةً ما يستخدم لتصنيع قطع معدنية كثيفة لأجزاء الصب والحقن المعدنية. في صناعة الكربيد الأسمنتي، يتم استخدام عملية تسمى تلبيد الضغط المتساوي التضاغط الساخن أو تلبيد الضغط هي العملية المستخدمة لتكثيف المكونات القائمة على مسحوق الكربيد/الكوبالت الأسمنتي. بما أنه يتم إتمام عملية التلبيد والضغط المتوازن على الساخن في خطوة واحدة، يتم تقليل إجمالي وقت المعالجة والتكلفة. يتراوح الضغط عادةً ما بين 1.5 إلى 10 ميجا باسكال، وهو أقل بكثير من الضغط القياسي المتساوي الضغط الساخن، ولكنه يكفي لإزالة المسام في الكربيد الأسمنتي. يتبنى كبار موردي أجزاء MIM في الصين بالضغط المتوازن الساخن وموفري حلول حقن المعادن ذات الكثافة الكاملة -الدولية هذه التكنولوجيا المتكاملة على نطاق واسع لتقديم مكونات أداء إجهاد أعلى لعملاء الطيران والطب والسيارات.
