现代热等静压设备在熔模铸造中的应用（一）

The use of Modern HIP equipment for the investment castings industry 》，详细介绍HIP技术在精密铸造中的应用。

内容介绍

◼热等静压（HIP）简介

◼高压高温热处理（HPHT）

◼热等静压（HIP）带来的材料性能改进

◼ 涉及高压气密处理的铸造案例研究

◼ 总结

1  等静压基础学

热等静压定义：

“施加一个明显高于材料在热等静压温度下的屈服强度的等静压压力”

等静压？:

·一种在产品上施加全方位均匀压力的成型工艺，从各个方向均匀地压缩工件，压力必须通过流体施加。

·HIP：惰性气体作为压力介质

参数：

温度通常在 500至 2000摄氏度（932至 3632华氏度）之间。

·约 80%的材料固相线温度

压力通常为 100至 200兆帕（15000至 30000磅/平方英寸）

为什么？:

·固体致密化 - 消除内部缺陷

·粉末的压实——使封装的粉末致密化

致密化机制：

1.机械变形——内部缺陷开始坍塌

2.蠕变

3.扩散

真实案例示例：人工预制孔隙的压缩

金属铸件 HIP前后

参考文献：S. Mashl 等人，《A356 和 380/383 铝合金的热等静压：对孔隙率、疲劳性能的评估》

缺陷消除基础

◼仅消除内部缺陷

◼表面连通孔隙未被消除

◼ 需要气密表面

◼对于铸件来说通常不是问题

◼收缩量相当于致密化程度。

◼例如：孔隙率为 1%的材料经热等静压处理至 100%密度 ➔ 体积收缩

1%体积收缩 1%相当于每个方向线性收缩 0.33%（1 - ³√（1- 排除的孔隙率））

HIP循环参数

◼高频感应加热温度通常约为材料熔点的 80%(Tsolidus)温度通常在500至 2000摄氏度（932至 3632华氏度）之间。

◼压力通常为 7000至 30000磅/平方英寸（50至 207兆帕）

在一定程度上取决于材料的强度

◼ 金属加工中热等静压（HIP）压力增大的趋势

◼通常处理时间为 1至 4小时，高温蠕变合金需要更长的热等静压时间

◼ 高温合金、TiAl等等。

不同的参数集可以实现100%的密度。

◼最优参数集可能取决于其他因素，例如：

◼减少晶粒生长

◼避免或促进相变

◼工艺经济性

TiAl合金的HIP窗口

热等静压的益处

◼ 消除内部缺陷可得：

  消除应力集中和裂纹萌生点

◼优越的材料性能

  疲劳性能提升，10至 100 倍

  提高了延展性和断裂韧性

  更佳的蠕变性能

◼减少性能分散

  消除了部件缺陷的自然波动

  更多预测属性

 ◼ 提高了机加工/抛光表面的质量

  密封应用中的重要事项

  改进了耐腐蚀性、光学性能和美观度

◼废品率降低

◼强度主要由微观结构决定，而非缺陷！

热等静压机的重要设计考量因素

◼ 压力容器设计

  缠绕式压力容器

  预应力薄壁锻造圆筒

  集成冷却回路

  内表面的压应力可防止裂纹的萌生和扩展。

  泄漏前破裂准则——临界裂纹长度大于气缸壁厚度

◼  生产力与系统灵活性

  线绕技术

  水冷式压力容器强制对流冷却

  实现快速冷却！

快速冷却热等静压炉技术

强制对流冷却

◼由风扇和/或喷射器驱动的气体循环

◼  热气与冷气的混合

◼水冷式压力容器用作热交换器

  在压力容器内为 URQ配置的附加换热器

典型的热等静压（HIP）工艺流程的各个部分

1.真空

2.均衡化

3.充压

4.加热

5.保持

6.冷却

7.均衡化

8.反向泵送

9.发布

HPHT高温高压热处理技术-热等静压联合热处理技术

什么是高温高压热处理（HPHT）？

◼许多（HIP）炉设计的冷却速度很慢

◼对于许多类型的热处理来说速度太慢

◼在热等静压（HIP）之后的进一步操作步骤中，必须对微观结构进行修改和优化现代 Quintus®HIP 系统能够实现很高的冷却速率在热等静压系统中，可以在热等静压循环过程中进行原位热处理。消除缺陷后，有可能实现定制的微观结构以及随后的材料性能

高压热处理的主要目的

高压热处理可获得：                                    节省在：

▪工艺步骤减少                                         ▪  交货期；前置时间

▪总周期时间、停机时间和交付周期缩短       ▪  能源消耗

▪改进的工艺和质量控制                             ▪  成本

▪在高温下停留的时间更短                         ▪   资本投资

常规处理

高温高压热处理

HPHT的益处

在冷却/淬火过程中，高压得以保持。

▪高压气体 ➔ 高密度气体 ➔ 高热导率：

       ▪气体与部件之间具有高热传递性

▪从与部件相同的高温持续冷却介质

       ▪低热梯度 ➔ 低热应力 ➔ 裂纹或变形风险低

在高压下进行热处理 ➔

      ▪无热致孔隙（起泡）风险

不同热处理工艺下工件的应力水平

优化冷却可使材料性能稳定一致

对冷却速率敏感的材料都可以采用这个技术

HIP冷却速率对CMSX-4合金微观组织影响

（冷却速率越高，组织越细密均匀）

免责申明：所有信息均源于网络，本公众号致力于打造分享国外高端精密铸造技术等相关资讯及经验交流平台，相关内容仅供参考学习，所有转载及汇编内容，均不代表本公众号赞同其观点，不能完全保证其真实性。如若本公众号无意侵犯媒体或个人知识产权，请私信联系，我们将立即予以删除。