粉末冶金/热等静压(PMHIP)零件的生产工艺与设计准则

热等静压(HIP)经过几十年发展,现已成为一种用各种金属和/或陶瓷制造形状复杂的、高性能零件的,竞争性制造技术。这些零件现已用于许多对环境要求高的产业部门,例如:航空航天、近海油与气田、能源及医疗等。这篇评述主要讲述关于在金属包套中压制金属粉末的HIP工艺过程,即所谓的PM HIP零件的生产工艺、设计准则及其应用。     

热等静压(HIP)技术在硬质合金及陶瓷材料中的应用

本文是 1 999年 6月 9日至 1 1日北京国际热等静压会议 (HIP’99)有关论文的综合简述。介绍了热等静压技术在硬质合金、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷、复相陶瓷、Al2 O3陶瓷材料中的应用。     

快速固化法制造坚韧陶瓷

用快速固化(RS)方法制造的陶瓷能获得高温韧性,而不存在陶瓷——陶瓷复合材料面临的加工问题。据Battelle报导,快速固化粉末经热等静压制成的陶瓷具有独特的显微结构,其韧性与变性韧化陶瓷和陶瓷—     

FGH96合金原始颗粒边界(PPB)及其对冲击性能的影响

对Ar雾化(AA) FGH96合金的原始粉末颗粒表面、热等静压(HIP)和HIP+热处理(HT)后的合金断口分别进行俄歇电子能谱(AES)分析,并利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对HIP态合金及HIP+ HT态合金进行组织观察.结果表明:HIP态合金的PPB析出相主要由MC型碳化物和尺寸为1～5μm的大γ相所组成;HIP态合金的夏比冲击断口是沿着PPB的位置断裂的,而HIP+ HT态合金的冲击断口的断裂方式是穿晶断裂,呈韧-脆混合断裂的形式;HIP+ HT态合金基本消除了PPB缺陷组织,冲击性能得到明显提高.     

热等静压设备的最新发展趋势

近几年来,粉末冶金陶瓷和特种碳工业的发展速度相当快。在所采用的成型与烧结工艺中,热等静压工艺正在越来越引起人们的重视。日本神户钢公司于1974年研制出自己的第一台热等静压设备,目前该公司已向用户提供130多台HIP设备。本文论述了HIP的最新发展趋势,同时还介绍了该公司生产的新型HIP设备。     

制备工艺对氮化硅泡沫陶瓷组织和性能的影响

采用泡沫塑料浸渍法成形、常压烧结法制备出氮化硅骨架体积分数从15％－70％范围的泡沫陶瓷。无包套热等静压处理（HIP）可以高泡沫陶瓷筋的致密度,其原理为HIP压力促进了烧结残余α氮化硅向β氮化硅的转变,从而提高了氮化硅中原子手扩散活性。     

近年来热等静压(HIP)处理与应用发展趋势

自1970年以来,高温合金、不锈钢及钛等主要的大型粉末冶金(PM)近终形零件,已广泛采用热等静压(HIP)处理,从1970年以来,已安装的约有1 000台热等静压装置(这些HIP装置约50%是用于研究与开发的)。HIP装置也用于使铸件致密化处理、扩散粘结与包层及使硬质合金致密化。这篇述评主要着眼于HIP技术和粉末材料应用的发展趋势。     

粉末冶金Ti—14Al—21Nb合金的HIP成形

本文讨论了Ti-14Al-21Nb合金粉末热等静压(HIP)成形方法和工艺参数对合金室温拉伸性能的影响。用钛作包套并以电子束封焊是用于Ti_3Al基合金粉末HIP成形的有效方法。HIP成形的合金均可得到α_2+β结构,但是初生α_2相的含量随HIP温度的提高而减少,合金经1100℃HIP可以获得较好的强度和延伸率。     

镍基粉末高温合金中的夹杂物

介绍了用等离子旋转电极法(PREP)制造的镍基高温合金粉末中的夹杂物及其对热等静压(HIP)和[热等静压 锻造(F)]成形件组织和性能的影响。通过掺夹杂物试验结果，系统阐述了尺寸为50～500μm的不同类型夹杂物在HIP和(HIP F)态的形貌及其对粉末高温合金低周疲劳寿命的影响，并提出了去除和控制夹杂物的有效措施。     

热等静压(HIP)工艺模型化进展

关于HIP(热等静压)工艺的模型化,已进行了30多年。开发HIP工艺模型的目的,在于使HIP工艺最佳化,节约材料,减少HIP坯料或制品的切削加工量,降低生产成本,尽快生产出近终形或成品零件。本文评述了开发HIP工艺模型的3条途径,概述了4种HIP工艺模型化的现状与效果,最后介绍了对AshbyHIP6 0模型的一个试验验证。     

ASTM核准HIP标准

涉及钢、不锈钢及相关合金铸造热等静压(HIP)实践的新ASTM国际标准——ASTM A1080,已开发出来。HIP热加工某些合金,可降低返工、节省时间。HIP工艺可提高材料性能,可扩散连接2个部件。     

大型粉末冶金/热等静压(PM HIP)产品:一个增长有望的产业

用热等静压能生产出用任何其他工艺无法生产的大型粉末冶金产品,大型的HIP(热等静压)装置能制造非常大的零件。大型粉末冶金/热等静压产品(以下简称PM HIP)装置为产业带来了新的机会。ZMet Inc的Dr Stephen J Mashl在为Powder Metallurgy Review撰写的这篇独家报告中,概述了HIP装置的发展,并估计了大型粉末冶金产品的生产潜力。     

由气体雾化和热等静压制成的超级奧氏体不镑钢粉末冶金材料的性能

高合金不锈钢热等静压(HIP)近终型(NNS)部件的应用十分广泛。生产近终型部|件的工艺包括粉末的气体雾化、将粉末填充进容器、热等静压容器和最终加工前的热处理。本文给出了由粉末冶金(PM)和热等静压(HIP)生产的,从气体雾化不锈钢粉末到全致密产品的性能报道,例如耐腐蚀性和机械性能。     

Ti3AlC2陶瓷材料制备工艺研究进展

综合阐述了合成Ti3AlC2新型陶瓷材料的几种主要的制备方法.由于三元层状陶瓷材料Ti3AlC2具有特殊的结构特征,因此它同时具备金属和陶瓷的双重优点.从粉体材料和块体材料两方面,分别介绍了Ti3AlC2的几种主要的制备方法,有自蔓延高温合成(SHS)、无压合成(PLS)、机械合金化(MA)或机械诱发自蔓延反应合成(MSR)、放电等离子烧结(SPS)、热压烧结(HP)以及热等静压(HIP)烧结.     

高强度高透光性纯氧化铝的合成

日本工业技术院名古屋工业技术试验所采用1200～1400℃的 HIP(热等静压压制法)法,成功地合成出高强度、高透光性的氧化铝陶瓷。以前为制作透光性好的氧化铝,采用1600～1800℃的常压烧结法,但存在晶粒异常长大而降低强度的缺点,对此虽可加镁控制,但反而会因相对密度下降而降低了透光     

镍基双合金扩散偶的拉伸性能研究

采用热等静压(HIP)扩散连接工艺,获得了镍基单晶高温合金与粉末高温合金的扩散偶。研究了热等静压和热处理工艺对扩散偶的组织和拉伸性能的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合,瞬时拉伸断口位置处于DD402侧,断裂面为{111}滑移面。随着HIP温度升高,DD402母材的γ′相粒子粗化,FGH95粉末合金母材的再结晶晶粒长大;1 166℃HIP扩散偶热处理后,FGH95粉末合金的γ′相由晶界大尺寸γ′相、晶粒内中等尺寸的和细小的γ′相组成。扩散偶试样的650℃抗拉强度受HIP温度影响小,而屈服强度随着HIP温度升高而降低。     

国外动态

热等静压工艺应用前景广阔据工业材料工艺公司(IMT)透露,热等静压(HIP)工艺新应用的发展速度之快,令人吃惊。该公司列举了压焊相同或不同材料的各种应用实例。例如,钢铁厂用HIP方法在坚韧的材料上焊接耐磨颗粒,在轧边机轧辊上的试验表明,耐热部件的耐磨性能提高了三倍。在塑料领域,HIP方法把耐磨防腐蚀涂层粘接到钢筒内壁上,通常使用螺旋进料机把热塑料注入压模。在汽车工业中,一种特殊的焊接工艺能把碳化钨硬质合金耐磨表面应用到柴油机的钢阀顶杆上。IMT报导,焊接和HIP致密化工艺相结合,显著地改善了焊接接头的可靠性及顶杆的使用寿命。在军工方面,业已证明,HIP是把Stellite(钨铬钴硬质合金)和其它涂层应用于50口径炮管及更小的     

粉末预热处理对HIP Rene‘95粉末高温合金组织的影响

本文研究了Rene′95合金粉末经不同温度预热处理再热等静压(HIP)后合金原始颗粒边界(PPB)碳化物析出、γ′含量及晶粒度的变化;探讨了采用粉末预处理方法减少HIP Rene′95合金PPB碳化物聚集的可能性。结果表明:预处理可以明显改善HIP Rene′95合金PPB碳化物的聚集程度,并且增加合金γ′含量而不改变合金的晶粒度。指出,这是由于预处理改善了HIP前粉末颗粒的表面状态,改变了碳化物在PPB的形核条件所致。     

粉末冶金新技术-准HIP法

热态各向同性压力成形(HIP)法已经普及,日本现在已有100台HIP设备。但这种设备价格昂贵,生产周期长。为了弥补这一缺陷,欧美国家开辟了被称为准HIP法的新技术,尽管该技术还不像HIP那样完善,但相当重要,也将成为日本今后的课题。现介绍如下: 1.STAMP法该法的特点之一是将真空中或大气中熔解的熔融金属用氮气朝水平方向喷雾,如图1所示。粉末为球状,含氧量在100ppm以下。将粉末装入容器脱气、焊接、装罐等工序与HIP处理相同。连同容器加热至成形温度后,装入封闭模,用液压成形压力机,用5分钟使之致密化。与HIP法相比,成形条件为低温高压。再经与以往相同锻造,制成钢坯。其钢坯的组织均匀、无缺陷、各向同性,与HIP法无区别。与熔炼材料相比,不仅偏析、缺陷少,且热态加工性优良,材料损失少,合格率提高0.6倍。 AISI4150(Cr—Mn钢)、AISI422(12％Cr耐热不锈钢)、AISI329(铁素体不锈钢)的机械性能如表1所示。表2是各种材料锻什的机械性能。由表2可以看出,STAMP法明显优于熔炼材,且具有在韧性上各向异性小的特点,与HIP+锻造材不相上下。其次,疲劳性能和耐腐蚀性能都比熔炼材好,延伸率与之相同。     

粉末粒度对FGH95粉末高温合金组织和性能的影响

选用-100目+150目(粗粉),-100目(全粉)和-150目(细粉)3种粒度组成的等离子旋转电极法(PREP)FGH95合金粉末,经1180℃热等静压(HIP)成形,再经1050℃等温锻造(HIF)工艺.研究结果表明3种粒度组成的合金在热等静压状态下的显微组织中,细粉合金较均匀,但再结晶程度及再结晶晶粒度差别不明显.经过HIP+HIF工艺后,3种粒度组成的合金晶粒度差别不大,再结晶晶粒度为ASTM 9～10级,枝晶区域均明显减少,但仍有部分残余枝晶,且粗粉多于全粉和细粉.经过HIP+HIF+HT工艺后粗粉的综合力学性能好于全粉和细粉.总之,采用HIP+HIF工艺路线,粉末粒度组成对FGH95合金的显微组织和力学性能影响不明显.