Ізостатичне пресування, поняття і технології
Досягнення в галузі теоретичної фізики і розвиток технологій виробництва апаратури високого тиску дозволили створити в середині XX століття методику, принципом роботи якої була барометрична обробка виробів в середовищі стисненого газу або рідини. Ця методика отримала назву ізостатичного пресування.
Параметрами ізостатичного пресування є тиск, температура і час. Їх підбирають в залежності від поставленої на виробництві або в лабораторії завдання - так, щоб об'єкт ізостатичного обробки набував в результаті їх впливу максимальну щільність.
Ізостатичне пресування відноситься до найбільш швидко прогресуючим технологіям. Це пов'язано з незаперечними перевагами цих методів у порівнянні з традиційними технологіями обробки матеріалів високим тиском і температурою, а також з швидким розвитком апаратури високого тиску.
Одним з головних достоїнств ізостатичного пресування є високі фізико-механічні характеристики одержуваних матеріалів:
- рівномірні, легко регульовані: щільність, структура, хімічний склад, текстура;
- будь-якої складності форма одержуваних виробів, що вимагають мінімальної механічної обробки після пресування, або взагалі обходяться без такої обробки;
- практично 100% ущільнення матеріалів;
- малі втрати (що особливо важливо для обробки дорогих, токсичних та радіоактивних матеріалів);
- можливість отримання унікальних композиційних і складених конструкцій, в тому числі з внутрішніми порожнинами і з різних матеріалів.
Існує два види ізостатичного пресування:
- холодну ізостатичне пресування (CIP) - барометрична обробка без використання високих температур;
- гаряче ізостатичне пресування (HIP) -барометріческая обробка в умовах високих температур, що проходить в середовищі інертного газу.
У свою чергу холодну ізостатичне пресування поділяється на рідинне ізостатичне пресування і сухе ізостатичне пресування.
Рідинне ізостатичне пресування потрібно для отримання великих, складних за формою деталей (наприклад сопло, труба, фільтр).
Сухе ізостатичне пресування застосовується для отримання деталей нескладної форми і невеликих розмірів.
Холодним ізостатичним пресуванням найчастіше обробляються (компактіруются) матеріали, які з тих чи інших причин не можуть бути піддані безпосередній обробці при високій температурі. В основному такими є вироби з порошкових матеріалів. При цьому здійснюється їх попереднє формування з використанням сполучних матеріалів, які в подальшому, з метою кінцевої консолідації одержуваних деталей, випалюються в процесі спікання. При спіканні вдається досягти дуже високої щільності матеріалу, домагаючись контрольованої анізотропії його властивостей.
При гарячому ізостатичному пресуванні одночасно здійснюються технологічні процеси, що відбуваються при холодному ізостатичному пресуванні і спіканні. Крім того, ці процеси можуть виконуватися при значному часу експозиції. Гаряче ізостатичне пресування може також використовуватися в якості додаткової обробки матеріалів після холодного ізостатичного пресування і спікання. В процесі HIP щільність і однорідність оброблюваного матеріалу стають остаточно можливими. Обробка матеріалів рівним з усіх боків тиском призводить до изотропности їх властивостей. Фактор одночасності впливу температури і тиску дозволяє досягти максимальної щільності оброблюваного матеріалу при значно нижчих температурах (в порівнянні зі звичайним спіканням). Завдяки цьому гаряче ізостатичне пресування дозволяє досягти найкращої мікроструктури матеріалу і, як наслідок, - неперевершених експлуатаційних характеристик оброблюваних деталей.
В даний час із застосуванням гарячого ізостатичного пресування вдається досягти цілого ряду унікальних властивостей матеріалів і вирішити різні технологічні завдання:
- збереження дрібнозернистої кристалічної структури виробів з металів і кераміки, яка визначає їх механічні властивості;
- застосування високої швидкості охолодження оброблених виробів і можливість застосування гарту, що досягаються високою теплопровідністю газу, що знаходиться під високим тиском;
- виключення неоднорідності виливків, що виникає при звичайному лиття і викликаної диффундирования шарів виробів у зв'язку великою тривалістю їх охолодження;
- видалення усадки і внутрішніх тріщин, що утворюються в процесі охолодження металу;
- видалення пористості металів, в тому числі поблизу поверхні виливків, що істотно покращує якість механічно обробленої поверхні, надає поліпшену зносостійкість і знижує тертя в процесі експлуатації деталей;
- повідомлення металів властивостей, раніше одержуваних тільки при їх деформаційної обробки;
- поліпшення опору газового тиску в місцях зварювання, зменшення числа центрів, що ініціюють корозію;
- видалення мікротріщин, що з'являються при відновлювальної зварюванні, наприклад, при відновленні лопаток для турбін.
З огляду на викладене, а також те, що методом гарячого ізостатичного пресування можна оптимізувати багато традиційних технологічні процеси, а також створювати деталі, які не можуть виготовлятися іншими способами, метод HIP в даний час є найбільш перспективним напрямком в обробці матеріалів.