熱間静水圧プレスとは何ですか?

熱間静水圧プレスとは何ですか?

概要

熱間静水圧プレス (HIP) 技術は、1950 年代にバッテル記念研究所によって提案されました。元々は原子炉部品の拡散接合に使用されていました。これは粉末を強化し、超硬合金の気孔を除去するための優れた技術であることがすぐに発見されました。熱間静水圧プレスは、機械的特性、平滑性、めっき能力を向上させる緻密化と合金の緻密化のため、業界で認められた技術に発展しました。その主な機能は、材料内の空隙を除去することです。ほとんどの金属射出成形メーカーは、このプロセスを専門の MIM 熱間静水圧プレス サービス プロバイダーまたは認定 HIP 加工サプライヤーに委託しています。

このプロセスは単純であり、部品の高温高圧処理のみを必要とするため、熱間静水圧プレス装置はこれらの条件を達成するために特別に設計されており、装置コストが高くなります。熱間静水圧プレスプロセスでは、高温により材料が非常に柔らかくなり、変形しやすくなりますが、高圧により材料内の微細孔が圧縮されます。細孔は、クリープおよび拡散メカニズムによって除去されます。材料の降伏強度 (YS) は、温度が上昇するにつれて低下します。金属材料に酸素を供給すると、温かいプロトンは金属材料中に拡散しません。熱間静水圧プレスの初期段階における予備変形メカニズムには、ナバロ-ヘリング クリープ (粒子内部を通る拡散)、コーブル クリープ (粒界クリープ)、転位クリープなどがあります。

熱間静水圧プレスの最終段階には、閉気孔壁同士の拡散結合が含まれます。金属射出成形部品の焼結密度は十分に高く、内部細孔は閉じており (相互につながっていない) 圧縮可能であるため、熱間静水圧プレス技術に非常に適しています。金属射出成形部品に露出した気孔と閉じていない気孔がある場合、排出された圧縮ガスはこれらの気孔を圧縮せずに満たします。粉末熱間静水圧プレス技術によってチタン合金を製造した後、金属粉末を熱間静水圧プレス炉に入れて真空にし、その後炉のドアを閉める必要があります。これにより、圧力と温度の作用下で粉末間の緊密な結合が達成されます。幸いなことに、金属射出成形部品の焼結密度は通常 95% 以上に達し、ほとんどの場合は 98% を超えますが、熱間静水圧プレスされた材料の最小密度は 92% ～ 94% です。表 9.1 に、熱間静水圧プレス後の金属射出成形品の最小密度を示します。金属射出成形部品に高温マーカーでマーキングすることで、熱間静水圧プレスが可能かどうかをテストできます。-

マークが明確に記録されず、部品の内部に拡散しない場合は、熱間静水圧プレスを使用してより高い密度を得ることができます。部品の内部に入ると、熱間静水圧プレスを使用してより高い密度を得ることができなくなります。多くの世界的な金属射出成形 HIP 高密度化サプライヤーは現在、顧客が完全な密度の MIM コンポーネントを実現できるよう、ワンストップの後処理サービスを提供しています。--

表 9.1 熱間静水圧プレス後の金属射出成形部品の最小密度 (g/cm3)

熱間静水圧プレスプロセス

熱間静水圧プレスプロセスでは、圧縮不活性高温ガスを使用してワークピースに圧力を加えます。金属射出成形部品の場合、熱間静水圧プレス温度は通常、焼結温度より 100 ～ 200 度低く、圧力は通常 15 000 ～ 20 000 psi (105 ～ 140 MPa) の範囲にあります。熱間静水圧プレスに好ましいガスは原子サイズが大きいアルゴンです。窒素も使用できますが、効果はアルゴンほど良くありません。図9.1に熱間静水圧プレスの模式図を示します。このプロセスはバッチ処理プロセスであり、通常は 4 ～ 10 時間かかります。手順は次のとおりです。

(1) 材料を炉に装填し、炉のドアを閉めます。
(2) 真空にし、不活性ガスを充填します。
（３）加熱と加圧を同時に行う。
（４）冷却と減圧を同時に行う。
(5) 排気。
(6) 部品を取り出します。

このシーケンスは独立した熱間静水圧プレスプロセスを表しており、通常、鋳造および金属射出成形部品用の緻密なビレットを製造するために使用されます。超硬合金産業では、熱間静水圧加圧焼結または加圧焼結と呼ばれるプロセスが、超硬合金/コバルト粉末ベースの部品を緻密化するために使用されます。焼結と熱間静水圧プレスが 1 つのステップで完了するため、総処理時間とコストが削減されます。圧力は通常 1.5 ～ 10 MPa で、標準的な熱間静水圧プレスよりもはるかに低くなりますが、超硬合金の気孔を除去するには十分な圧力です。中国の大手 MIM 部品熱間静水圧プレス ベンダーや国際的な金属射出成形の高密度ソリューション プロバイダーは、この統合テクノロジーを広く採用し、航空宇宙、医療、自動車の顧客に疲労性能の高いコンポーネントを提供しています。{6}}