¿Qué es el prensado isostático en caliente?
Descripción general
La tecnología de prensado isostático en caliente (HIP) fue propuesta en la década de 1950 por el Battelle Memorial Institute. Originalmente se utilizó para la unión por difusión de piezas de reactores nucleares. Pronto se descubrió que es una excelente tecnología para la consolidación de polvos y la eliminación de la porosidad en el carburo cementado. El prensado isostático en caliente se ha convertido en una tecnología reconocida en la industria para la densificación y densificación de aleaciones para mejorar sus propiedades mecánicas, suavidad y capacidad de recubrimiento. Su función principal es eliminar los huecos en el interior del material. La mayoría de los fabricantes de moldeo por inyección de metal subcontratan este proceso a proveedores profesionales de servicios de prensado isostático en caliente MIM o proveedores de procesamiento HIP certificados.
Debido a que el proceso es simple y solo requiere un tratamiento de las piezas a alta temperatura y alta presión, el equipo de prensado isostático en caliente está especialmente diseñado para lograr estas condiciones y el costo del equipo es alto. Durante el proceso de prensado isostático en caliente, las altas temperaturas hacen que el material sea muy suave y fácil de deformar, mientras que la alta presión comprime los microporos dentro del material. Los poros se eliminan mediante mecanismos de fluencia y difusión. El límite elástico (YS) del material disminuye a medida que aumenta la temperatura. Cuando se aplica oxígeno a materiales metálicos, los protones calientes no se difundirán en los materiales metálicos. Los mecanismos de pre-deformación en la etapa inicial del prensado isostático en caliente incluyen la fluencia Nabarro-Herring (difusión a través del interior del grano), la fluencia Coble (fluencia del límite del grano) y la fluencia por dislocación.
La etapa final del prensado isostático en caliente incluye la unión por difusión de las paredes de los poros cerrados entre sí. Debido a que la densidad sinterizada de las piezas moldeadas por inyección de metal es lo suficientemente alta y los poros internos están cerrados (no interconectados) y comprimibles, son muy adecuadas para la tecnología de prensado isostático en caliente. Si las piezas moldeadas por inyección de metal tienen poros expuestos y no cerrados, el gas comprimido ventilado llenará estos poros sin comprimirlos. Después de preparar la aleación de titanio mediante la tecnología de prensado isostático en caliente, el polvo metálico debe colocarse en un horno de prensado isostático caliente y aspirarse, y luego se cierra la puerta del horno, de modo que se pueda lograr una unión estrecha entre los polvos bajo la acción de la presión y la temperatura. Afortunadamente, la densidad sinterizada de las piezas moldeadas por inyección de metal suele alcanzar más del 95%, y en la mayoría de los casos supera el 98%, mientras que la densidad mínima de los materiales prensados isostáticos en caliente está entre el 92% y el 94%. La Tabla 9.1 muestra la densidad mínima de piezas moldeadas por inyección de metal después del prensado isostático en caliente. Al marcar piezas moldeadas por inyección de metal con un marcador de alta-temperatura se puede comprobar si se pueden prensar isostáticamente en caliente.
Si la marca no se graba claramente y no se difunde hacia el interior de la pieza, se puede utilizar prensado isostático en caliente para obtener una mayor densidad. Si entra al interior de la pieza, no se puede utilizar el prensado isostático en caliente para obtener mayor densidad. Muchos proveedores globales de densificación HIP de moldeo por inyección de metal ahora ofrecen servicios de procesamiento integrales-post-para ayudar a los clientes a lograr componentes MIM de densidad total-.
Tabla 9.1 Densidad mínima de piezas moldeadas por inyección de metal después del prensado isostático en caliente (g/cm³)
| Aleación | Densidad Teórica | Densidad mínima después de HIP |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17-4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| Acero inoxidable 316L. | 8.0 | 7.4 |
| Acero de baja-aleación | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Proceso de prensado isostático en caliente
El proceso de prensado isostático en caliente utiliza gas caliente inerte comprimido para aplicar presión a la pieza de trabajo. Para piezas moldeadas por inyección de metal, la temperatura de prensado isostático en caliente suele ser entre 100 y 200 grados más baja que la temperatura de sinterización, y la presión suele estar en el rango de 15 000~20 000 psi (105 a 140 MPa). El gas preferido para el prensado isostático en caliente es el argón porque su tamaño atómico es grande. También se puede utilizar nitrógeno, pero el efecto no es tan bueno como el del argón. La figura 9.1 muestra un diagrama esquemático del prensado isostático en caliente. El proceso es un proceso de procesamiento por lotes y suele durar entre 4 y 10 h. Los pasos son los siguientes:
(1) Cargue el material en el horno y cierre la puerta del horno;
(2) Aspirar y llenar con gas inerte;
(3) Calentar y presurizar al mismo tiempo;
(4) Enfriar y despresurizar al mismo tiempo;
(5) Escape;
(6) Saque las piezas.
Esta secuencia representa un proceso de prensado isostático en caliente independiente y generalmente se utiliza para fabricar palanquillas densas para fundición y piezas moldeadas por inyección de metal. En la industria del carburo cementado, se utiliza un proceso llamado sinterización por prensado isostático en caliente o sinterización a presión para densificar componentes a base de carburo cementado/polvo de cobalto. Dado que la sinterización y el prensado isostático en caliente se completan en un solo paso, se reducen el tiempo y el costo total de procesamiento. La presión suele ser de 1,5 a 10 MPa, que es mucho más baja que el prensado isostático en caliente estándar, pero es suficiente para eliminar los poros del carburo cementado. Los principales proveedores de prensado isostático en caliente de piezas MIM de China y los proveedores internacionales de soluciones de densidad completa de moldeo por inyección de metal-adoptan ampliamente esta tecnología integrada para ofrecer componentes con mayor rendimiento de fatiga para clientes aeroespaciales, médicos y automotrices.
