热等静压法综述.pdfVIP

材料加工方法——热等静压法简述 前言 热等静压法作为材料现代成型技术的一种，是等静压技术一个分支。等静压 是粉末冶金领域的一种技术，已有近百年历史。等静压技术按其成型和固结温度 的高低，通常划分为冷等静压、温等静压、热等静压三种。近几十年，来随着科 学技术的进步，特别是热等静压的发展，等静压技术不再只是粉末冶金的专用技 术，它的应用已经扩大到了原子能工业、制陶工业、铸造工业、工具制造、塑料 和石墨等生产部门。随着其应用范围日益扩大，作用和经济效益的不断提高，热 等静压法已经成为一种及其重要的材料现代成型技术 1. 热等静压法定义和特点 热等静压 （HIP ）是在高温高压密封容器中，以高压气体为介质，对其中的 粉末或待压实的烧结坯料(或零件)施加各向均等静压力，形成高致密度坯料(或零 件)的方法。该法采用金属、陶瓷包套（低碳钢、Ni、Mo 、玻璃等）或不采用， 使用氮气、氩气作加压介质，使材料热致密化。其成型过程如图一： 加热装置 包套法 玻璃浴法 直接法 图一：热等静压法成型过程 由于热等静压法在高温下对工件施加各向均等静压力成型，使其与传统工艺 相比如下优点： 1）在很低的温度下粉末便可固结到很高的密度。 2 ）可以压缩形成型状复杂的工件。 3 ）经过热等静压的工件具有一致的密度 4) 高的气体密度可以促进热交换，提高加热速度缩，短循环时间。 5 ）由于非常一致的加热，脆性材料也可被压缩成型 2. 工艺过程及工作原理 由于热等静压法用于粉末固结更具用代表性，下面以粉末固结过程介绍热等 静压法的工艺工程和原理。热等静压法在其他领域的应用的工艺与原理与上述相 似，只是省略部分阶段，故不再赘述 2.1 热等静压法的工艺过程 热等静压法的一般工艺周期如下： 粉末填充 包套密封 将工件装入热等静 抽空并氩洗炉 压炉内 开缸 用气压泵抽回气体 降温降压 保压 升温升压 取出包套模具 剥去包套模具 热等静压成品 粉末填充一般在真空或惰性气体氛围中进行。为了提高填充粉末的密度，包 套要不停的震动。为了得到统一的收缩，则需要填充粉末的密度应不低于理论密 度的68%。填充后包套要抽真空并密封，这是因为热等静压过程是通过压差来固 结被成型粉末和材料的，一旦包套密封不严，气体介质进入包套，将影响粉末的 烧结成型。另外，真空密封可以去除空气和水，防止氧化反应和阻碍烧结过程 其中升温升压、保压、降温减压阶段被称为高温高压循环。根据升温、升压 的先后顺序不同可以分为四种不同的循环方式 （如图二），并具有各自的优点。 分别为： 图二：热等静压循环 循环一：冷加载循环 升压力先于升温，并且两者同时达到各自的峰值。这 种方式有利于更好的控制薄壁金属包套的几何形状。 循环二：热加载循环 当温度达到一定值后再升压。这种方式在使用玻璃包 套时尤为重要，过早的加压会使脆性的玻璃破裂。 循环三：后热循环 这种方式与冷加载循环相似，亦为升压力先于升温，不 同的是升压到峰值后才开始升温，并保压。这种方式通过塑性变形 促进粉末粒子的再结晶，从而降低成型温度。 循环四：最有效循环 同时升温升压，从而缩短热等静压时间，获得最高的 效率 2.2 热等静压法的工作原理 根据帕斯卡原理，在一个密封的容器内，作用在静态液体或气体的外力所产 生的静压力，将均匀地在各个方向上传递，在其作用的表面积上所受到的压力与 表面积成正比。在高温高压作用下，热等静压炉内的包套软化并收缩，挤压内部 粉末使其与自己一起运动。 高温高压同时作用下的粉末的致密化过程与一般无压烧结或常温压制有很 大差异。其致密化过程 （图三）大致分为以下三个阶段：