本文来源于Quintus公司的产品手册,附在文末。内容有修改。
前言
热等静压技术在航空航天领域,被广泛用于粉末冶金、熔模铸造等工艺,目的是消除材料的内部缺陷以及提高特定应用中材料的性能。
在高温、高压条件下, HIP 工艺的使用可以得到理论上100%密度的固结材料,从而降低废品率,并且提高零件寿命,除此以外,热等静压技术的使用,使得零件的寿命可预测,还对零件结构的轻量化设计产生了积极影响。
热等静压技术能够提高机械性能,如疲劳、磨损,抗腐蚀性能,降低材料性能的分散性。
常见应用
1. 铸件、增材制造零部件、金属注射成型零部件的缺陷修复
2. 粉末金属和陶瓷零部件的固结
3. 关键零部件的致密化和热处理工艺集成
4. 扩散粘结
5. 3D打印或金属注射成型零部件的后处理
这是手册中的介绍。在航空航天,实际上热等静压还被用于材料化学成分的均匀化、服役零件损伤后的修复。
紧凑型系统的功能
近年来, Quintus 开发的专利产品 URC 和 URQ 炉能够控制冷却温度,具有快速冷却的功能,因此可同时进行 HIP 和零部件的热处理复合工艺。同时进行HIP 和零部件的后处理,是有成本效益的生产流程,同时能够很好地控制被加工零部件的质量。
零部件首先装载到配有电炉的圆筒形钢丝缠绕压力容器中。隔热罩可以起到隔热的作用,使热量远离水冷压力容器。最常用的压力介质是氩气,但也可以选择其他压力介质。
注:其它压力介质必须得到客户的批准。
Quintus 紧凑型 HIP 系统组合成即插即用单元发货。这些单元适合用于小规模生产、实验室或者研究目的。最小型号(QIH9)放置在一个独立的、节省空间的控制柜内,而其他型号则被设置在独立的框架上,包括设备机柜和操作平台。每个型号都配有操作 HIP 的必要子系统,如:
1. 真空气体系统,包括用于加压 HIP 的高压压缩机、阀门和传感设备,其中还包括用于抽气的气体回收装置,降低气体消耗量。
2. 初始抽真空的真空系统。
3. 用于为炉子以及所有电机、传感器和电子设备供电的电力系统。
4. 操作时用于冷却压力容器的冷却系统。
5. 控制系统( PLC )和便于机器操作的人机界面( HMI )。
所有型号都配备内置行车,以帮助加载和卸载零件。较大的型号还配备上缸盖开闭装置机械手、装料工作站以及炉罩放置工位。所有这些设备都使生产物流操作变得更为简单。
均匀快速冷却:URC 炉
Quintus URC 炉可提供最高生产率,一般同时进行 HIP 和热处理周期,均匀冷却工作负载的所有区域,最大限度地减少被加工零部件的热变形。
高效快速冷却工作负载的前提条件是在很短的时间内,大量能量可以从负载转移至压力容器外部的冷却水。 Quintus 压力容器可以满足这个条件。
均匀快速淬火:URQ炉
对于某些需要极端冷却性能的 HIP 应用,常规的 URC 系统可能无法提供足够快的冷却速度。这种类型的应用实例包括旨在提高材料性能的沉淀硬化和马氏体硬化。对于这些应用, Quintus 可以提供配备均匀快速淬火炉的 HIP。
热等静压炉的安全性
每个 Quintus 热等静压机都配备圆柱形缸体和轭式框架,这些结构都采用高强度弹簧钢丝的预应力缠绕设计。
预应力可使压力容器缸壁即使在最大工作压力时也保留残留压应力,以消除拉伸载荷,防止裂纹扩展和脆性破坏。
Quintus HIP 系统的钢丝缠绕压力容器设计被广泛认为是有史以来最安全、最可靠和最耐用的压力容器系统设计。
附:产品手册