热等静压法综述.pdf

《热等静压法综述.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、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

2、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）

3、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

4、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

5、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

6、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：（1）粒子靠近及重排阶段在加温加压开始之前，松散粉末粒子之间存在大量孔隙，同时由于粉末粒子形状不规则及表面凹凸不平，他们之间多呈点状接触，所以与一个粒子直接接触的其它粒子数（粒子配位数）很少。当向粉末施加外力时，在压应力作用下，粉末体可能发生下列各种情况：随机堆叠的粉末将发生平移或转动而相互靠近；某些粉末被挤进临近空隙之中；一些较大的搭桥孔洞将坍塌等。由于上述变化的结果，粒子的临近配位数明显增大，从而使粉末体的空隙大大减少，相对密度迅速提高。（2）塑性变形阶段第一

7、阶段的致密化使粉末体的密度已有了很大的提高，粒子之间的接触图三：粉末致密化过程面积急剧增大，粒子之间相互抵触或相互楔住。这是要使粉末体继续致密化，可以提高外加压力以增加粒子接触面上的压应力，也可升高温度以降低不利于粉末发生塑性流动的临界切应力。如果同时提高压力和温度，对继续致密化将更加有效。当粉末体承受的压应力超过其屈服切应力时，粒子将以滑移方式产生塑性变形。（3）扩散蠕变阶段粉末粒子发生大量塑性流动后，粉末体的相对密度迅速接近理论密度值。这时，粉末粒子基本上连成一片整体，残留的气孔已经不再连通，而是弥散分布在粉末基体之中，好像悬浮在固体介质中的

8、气泡。这些气孔开始是以不规则的狭长形态存在，但在表面张力作用下，将球化而成圆形。残存气孔在球化过程中其所占体积分数也将不断减小。粒子间的