什麼是熱均壓
在高溫下以惰性氣體從所有方向施加相等的高壓,使粉末緻密化,或消除鑄件與燒結體內部封閉氣孔的方法。簡稱HIP。
日文名稱: 熱間静水圧プレス
「熱均壓」出現在1領域的1道練習題中(材料的加工與接合等)。
這個名詞所屬的領域: 材料的加工與接合
在高溫下以惰性氣體從所有方向施加相等的高壓,使粉末緻密化,或消除鑄件與燒結體內部封閉氣孔的方法。簡稱HIP。
日文名稱: 熱間静水圧プレス
「熱均壓」出現在1領域的1道練習題中(材料的加工與接合等)。
這個名詞所屬的領域: 材料的加工與接合
HIP是把零件或填裝粉末的封罐放入高壓容器,以氬等惰性氣體為壓力介質,在高溫下從所有方向施加相等壓力的處理。壓力約為100~200 MPa,溫度依材料選在低於熔點、但擴散與潛變能充分進行的範圍,保持數小時。例如鈦合金為900℃上下,Ni基超合金為1100~1200℃上下。內部封閉的氣孔,藉周圍材料的塑性變形、潛變與擴散而壓合,相對的面以擴散接合而消失。壓力從所有方向相等,因此零件的形狀幾乎不變。
HIP能壓合的只有不與表面相連的封閉氣孔。因為壓力介質的氣體會進入開放氣孔,使內外壓力平衡。燒結體要在相對密度超過約92~95%、氣孔封閉後才處理,也有在1個爐中接續進行燒結與HIP的方法(燒結HIP)。直接由粉末製作時,把粉末填入金屬封罐,抽真空後密封,連同封罐一起壓實。把填充率65%的粉末緻密化到真密度,長度約收縮13%,因此封罐的形狀須預估此收縮來設計。
靜壓加壓也有在常溫下以液體為壓力介質、壓實裝在橡膠模中之粉末的冷均壓(CIP)。CIP是使成形體密度均勻的成形製程,緻密化在之後的燒結中進行;HIP在高溫下處理,因此當場就緻密化到接近真密度。放入石墨等模具而從單一方向加壓的熱壓,裝置雖簡單,形狀卻限於圓板、方板等簡單形狀,密度也容易因方向而有差異。HIP的強項是對形狀複雜的零件也能施加相等壓力。
HIP廣泛用於消除航空引擎鑄造零件內部的縮孔與氣孔、減少疲勞強度的分散,也已成為金屬積層製造零件不可或缺的後處理。也用於由粉末製作接近最終形狀之大型零件的PM-HIP,以及以擴散接合異種材料的HIP接合。不過氧化物等夾雜物或內面已氧化的氣孔,即使壓合也不易接合,可能殘留為缺陷。由於保持在高溫,也會發生晶粒成長與析出物變化,因此要與處理後的熱處理一併決定條件。
兩者都從所有方向施加相等壓力,但HIP在高溫下以惰性氣體為壓力介質,進行到緻密化;CIP在常溫下以水或油為壓力介質,把橡膠模中的粉末均勻成形。CIP的成形體之後再以燒結緻密化。
若是封閉氣孔,多半能壓合到接近真密度。不過與表面相連的開放氣孔不會壓合,內面已氧化的氣孔也可能不易接合。若氣孔中封入了氬等氣體,之後再加熱時氣孔也可能再度膨脹。
常用約100~200 MPa,相當於大氣壓的約1000~2000倍。壓力太低時氣孔壓合需要較長時間,溫度太低時材料不易變形,因此依材料組合溫度、壓力與時間來決定。
HIP是將零件放入壓力容器,一邊加熱到高溫,一邊以氬等惰性氣體從所有方向施加相等、約100 MPa以上的壓力。
為了消除粉末冶金零件或鑄件內部殘留的封閉氣孔,會進行熱均壓(HIP)。其方法何者正確?