Горячее изостатическое прессование: суть метода и виды горячего прессования, способы формования, устройство и принцип работы агрегатов

Содержание:

1. Особенности и виды горячего прессования
2. Способы формования заготовок горячим прессом
3. Характеристики обрабатываемых изделий
4. Оборудование для горячего изостатического прессования
5. Устройство агрегатов горячего изостатического пресса
6. Специфика действия горячего изостатического прессования

Горячее изостатическое прессование – метод, который заключается в одновременном спекании и прессовании газовым давлением порошков. Одновременное использование двух технологий дает возможность улучшить свойства и эксплуатационные качества материалов. Изделия получаются без пор, а обработка проводится для таких классов (карбиды, бориды и т.д.), для которых нельзя использовать иные методы. Сжатие осуществляется всесторонне и равномерно.

Особенности и виды горячего прессования

Исходя из условий и методов давления, горячее прессование может проводиться через сжатие по одной или двум осям, со всех сторон (изостатическое), методом ковки, штамповки, экструзии. Основное достоинство обработки материалов заключается в самом быстром уплотнении заготовок, полном устранении пористости. В результате можно получать товары с плотностью, максимально приближенной к теоретической, она составляет 99,9%. Операторы при помощи блока управления могут контролировать и настраивать характеристики микроструктуры от нескольких мкм до 1000 мкм.

В сравнении с холодным вариантом обработка при горячей технологии существенно увеличивается выдержка в условиях вакуумной среды. Это нужно, чтоб пройти полный цикл спекания. За счет внешнего давления процесс существенно сокращается в периоде. Нагрев подбирается на основе обрабатываемого сырья, и он может быть 0,5-0,9 Тпл. основного материала. Принцип уплотнения, в случае горячей обработки, подобен механизму при спекании, характеризуется появлением механического контакта, увеличением плотности и габаритов частиц с их дальнейшим ростом. Параметры готовых изделий сильно зависят от условий основного процесса. Зачастую они имеют:

Особенности и виды горячего прессования

1. Большую прочность;
2. Усиленную твердость;
3. Улучшенную электропроводность;
4. Точные размеры в сравнении с заготовками, которые получены после последовательного действия процессов.

Такие качества будут усиливаться от силы давления пресса. У товаров получается мелкая зерновая структура, в некоторых случаях они не уступают аналогичным литым изделиям по механическим параметрам.

Способы формования заготовок горячим прессом

Существует несколько известных вариантов для горячего прессования. Среди них выделяют:

1. Пресс-форму;
2. Прокатку;
3. Динамическое прессование.

Самый популярный вариант через пресс-формы. Повышение температуры чаще обеспечено электрическим током, однако формы и сами порошки могут разогреваться другими методами до приложения давления. В практической деятельности стараются внедрять прямые методы нагрева, подводя ток к матрице или индукционное повышение температур.

Способы формования заготовок горячим прессом

Графит или жаростойкие сплавы – основные материалы для пресс-форм. В последние годы популярность набирают элементы на основе тугоплавких оксидов и иных соединений. Исключить контакт порошка с сырьем формы позволяет инертный состав, которым покрывают поверхность. Для этого подходит жидкое стекло, эмаль или металлизированная фольга. Защита порошка от окислов обеспечена вакуумной или другой средой. Во время горячего метода обработки большое значение удалено методу приложения и удаления нагрузки. Технологически правильно считается изначальный нагрев порошка, после достижения нужных показателей оказывается газовое давление. В таком случае удаление газов будут улучшено, порошок эффективнее уплотняется. Снятие нужно проводить после полного охлаждения заготовок, чтобы сократить потери плотности.

В промышленности чаще используют гидравлические прессы, в конструкции их есть элемент для разогрева порошков. Давление и нагрев осуществляется попеременно до нужных параметров. Всю технологию горячего пресса рекомендуется применять для высоких механических качеств изделий и физических свойств. В некоторых случаях аналогов обработки металлов или иных материалов е существует. Невзирая на возможности и преимущества, технология не может превзойти раздельные процессы прессования и спекания по своей производительности, что вызвано конструктивными особенностями. Кроме того, системы сложно автоматизировать полностью.

Характеристики обрабатываемых изделий

Изостатическое прессование с помощью нагрева дает возможность получить высокие механические и физические свойства. Все товары, которые будут обработаны, получают такие характеристики:

1. Равномерную плотностью, которую можно корректировать в процессе обработки;
2. Улучшенные параметры структуры и химического состава;
3. Возможность формирования готовой продукции различной сложности;
4. Почти полное отсутствие дальнейшей обработки или ее минимальное количество;
5. Сжатие и уплотнение порошкового материала будет на 99,9%;
6. Минимальные потери сырья, что очень важно для работы с дорогостоящими или опасными веществами;
7. Возможность производства сложных деталей, среди которых элементы с внутренними секциями из разных материалов.

Сфера применения аппаратов и методики очень широкая, поэтому важно понимать устройство техники, принцип работы и другие характеристики.

Оборудование для горячего изостатического прессования

Станции такого вида дают возможность сильно улучшить качество порошкового сырья при помощи изостатического давления и нагрева. Все процессы выполняют в рабочей камере, которая полностью герметична. Чтобы получить идеальный результат, необходимо лучшее соотношение давления, температуры и времени обработки под этими условиями. Если сочетание оптимальное, то достигается лучший эффект.

Оборудование для горячего изостатического прессования

Устройство агрегатов горячего изостатического пресса

В классическом исполнении агрегаты включают в себя следующие элементы:

1. Вакуумная печь, которая необходима для разогрева пресса. Она может быть создана на основе стальных сплавов, графита, выбор материала зависит от модели и области эксплуатации. Рабочий объем полностью герметичен;
2. Установки для деления и подачи инертного газа, которые потребуются для достижения номинального давления;
3. Система питания на 1 или 3 фазы;
4. Элемент управления основным циклом, но с его помощью можно следить за процессом, узнавать при помощи сигналов о сбоях и других нарушениях. Прессование получается автоматизированным, но степень этого зависит от сложностей задач;
5. Высокоэффективная охлаждающая система. В процессе остывания инертный газ не выходит из рабочей камеры;
6. Гидравлические системы, которые используются для крупных агрегатов и монтируются на раму и крышку.

Вспомогательные элементы дают возможность ускорить охлаждение, упростить перемещение заготовок в камеру. Есть емкость для хранения газов, а также анализаторы среды, очистительные конструкции. Современные блоки управления позволяют не просто автоматизировать процессы, но и удаленно управлять техникой через компьютер.

Устройство агрегатов горячего изостатического пресса

Специфика действия горячего изостатического прессования

Действие технологии заключается в последовательном выполнении следующих задач:

1. Заготовки загружаются в специальную капсулу и рабочую камеру пресса, которая герметично закрывается;
2. Запускается вакуумный насос для устранения воздуха из объема;
3. Внутри начинается нагрев до нужной температуры и происходит одновременное разрежение среды;
4. После этого происходит сброс давления и подача инертного газа;
5. В конце рама отводится, пресс открывается, чтобы достать материал.

Принцип действия может быть основан на нескольких циклах. В первом случае нужное давление создается при помощи компрессорного оборудования, после чего увеличивается температура рабочего объема и происходит рост давления к номинальному. Подобная технология подходит для изостатической обработки порошков металла в полностью герметичной среде. Аналогичный способ подойдет для допрессовки или удаления литьевого брака. В данном случае на агрегаты не приходятся высокие нагрузки, поэтому для выполнения задач потребуется немного времени и энергетического ресурса.

Второй способ основан на изначальном нагреве, после которого активируется насос для достижения нужного давления. Компрессорные установки отличаются высокой мощностью, способностью давать большие нагрузки в течение всего цикла. Технология будет актуальна для пресса порошков, которые размещены в стеклянных сосудах.

Последний принцип работы заключается в нагреве рабочей среды и поддержки температуры на заданных уровнях. Компрессор нагнетает нужное давление, а его мощность обеспечивает максимальной величиной. Подходит обработка для серийного производства, когда аппаратура не останавливается, эксплуатируется на линиях прессования порошков суперсплава или быстрорежущей стали. Данный метод считается самым эффективным.