HIP 기술의 역사는 1950년대 Battelle의 Columbus 실험실에서 시작되었습니다. 원래 응용 분야는 초기 가압 경수로용 우라늄 연료 요소에 지르코늄 클래딩을 접합하는 것이었습니다.{2}}이러한 틈새 문제는 광범위하게 유용한 제조 기술을 만들어냈습니다. Crucible Steel과 Kennametal은 1960년대에 분말 야금 응용 분야를 위해 이 기술을 채택했으며, 1970년대와 1980년대에 걸쳐 점차 중요한 항공우주 주조 분야의 표준 관행이 되었습니다. 장비가 훨씬 더 크고 빨라졌음에도 불구하고 물리학은 그 이후로 크게 변하지 않았습니다.

프로세스 기초

개념은 충분히 간단합니다. 아르곤 가스(때때로 질소이지만 아르곤의 더 큰 원자 반경이 더 잘 작동함)가 고온에서 100~200MPa 사이의 압력을 가하는 동안 부품은 압력 용기에 들어갑니다. 철 MIM 합금의 경우 일반적으로 1065도 정도를 의미합니다. 코발트-크롬은 약 1220도에서 더 뜨거워집니다. 티타늄 합금은 900도 가까이 낮아집니다. 유지 시간은 단면 두께와 재료에 따라 2~4시간 정도 소요됩니다.

이러한 조건에서는 세 가지 일이 동시에 발생합니다. 외부 압력은 일정하게 유지되는 동안 온도에 따라 항복 강도가 떨어지기 때문에 소성 변형으로 보이드가 붕괴됩니다. 전위 운동이 부피 변화를 수용함에 따라 크리프는 계속해서 치밀화됩니다. 그리고 붕괴된 공극 표면을 가로지르는 원자 확산은 실제 야금학적 결합을 생성합니다.-이 마지막 메커니즘은 HIP를 단순한 열간 압착과 구별하고 다공성이 다시 열리지 않도록 보장합니다.

기계적 성질 효과

HIP의 속성 개선은 측정 대상에 따라 상당히 다릅니다. 인장 강도와 경도는 약간 증가합니다.-추가 비용 자체를 정당화할 만한 요소는 없습니다. 실제 이득은 내부 결함에 민감한 속성에서 나타납니다.

17-4PH 스테인레스의 충격 인성 데이터가 그 점을 보여줍니다. 사전 합금된 분말 공급원료를 사용하여-샤르피 값은 소결 시 약 5.4줄에서 HIP 후 -9.5줄로 증가했습니다. 마스터 합금 루트는 일부 연구에서 6.8줄에서 20줄 이상으로 훨씬 더 큰 점프를 보여주었습니다. 이것이 많은 응용 분야에서 취성 파손 모드와 연성 파손 모드의 차이점입니다. 피로 수명 개선은 유사한 패턴을 따릅니다.{14}}내부 응력 집중 장치를 제거하면 고주기 피로 테스트에서 고장 주기가 5~10배 연장됩니다.

임플란트{0}}등급 재료의 경우 연성 수치가 가장 중요합니다. ASTM F75에 따른 코발트{2}크롬은 수술용 임플란트 사양을 충족하려면 약 20%의 연신율 값이 필요합니다. 이는 -소결 MIM으로는 일반적으로 달성할 수 없습니다. HIP 처리는 이러한 격차를 해소합니다. F2885당 Ti{13}}6Al-4V는 다공성이 두 특성에 부정적인 영향을 미친다는 사실을 기억할 때까지 반직관적인 신장률을 유지하면서 실제로 HIP 후 약 870MPa에서 960MPa로 증가하는 항복 강도를 보여줍니다.

재료 특성 표에는 나타나지 않는 실질적인 이점 중 하나는 배치-간-일관성이 크게 향상된다는 것입니다. 소결로 온도 구배는 부하 전반에 걸쳐 밀도 변화를 생성합니다.{3}}가열 요소 근처 부품의 밀도는 중앙 부품과 다르게 치밀화됩니다. HIP 이후에는 시작점에 관계없이 모든 것이 이론적 밀도로 수렴됩니다. 통계적 공정 제어를 실행하는 금속 사출 성형 제조업체의 경우 이러한 엄격한 분포는 절대적인 특성 향상만큼 중요한 경우가 많습니다.

생산 현실

대부분의 금속 사출 성형 서비스 제공업체는 HIP 기능을 내부로 가져오는 대신 특수 가공업체에 아웃소싱합니다.- 장비는 비싸고 단일 MIM 작업의 활용률은 전용 용량을 거의 정당화하지 않으며 운영 전문 지식은 핵심 소결 및 성형 역량과 많이 겹치지 않습니다. Bodycote, Quintus 및 소수의 기타 계약 프로세서가 대부분의 상업 물량을 처리합니다.

사이클 경제성은 적재 효율성에 크게 좌우됩니다. 생산 HIP 용기에는 직경 1.5m, 높이 3m-의 핫 존이 있을 수 있으며, 이 영역은 4~8시간의 사이클 시간을 고려하여 생산적으로 채워야 합니다. 작은 MIM 부품은 조밀하게 고정될 수 있습니다. 복잡한 형상을 가진 대형 구성요소는 효율적으로 포장하기가 더 어렵습니다. 계약 가격은 이를 반영하며,{8}}부품당 비용은 대량 구매 시 크게 감소합니다.

 

표면 오염은 다중-합금 서비스 센터를 사용할 때 반복적으로 발생하는 문제입니다. 동일한 장비를 통해 니켈 초합금, 공구강, 티타늄을 처리하는 시설에서는 필연적으로 MIM 부품 표면으로 옮겨질 수 있는 미량 침전물이 남습니다. 크롬 및 실리콘 화합물은 녹색 또는 갈색 변색으로 나타납니다. 일반적으로 가벼운 연삭 또는 화학적 세척으로 피상적이고 제거 가능하지만 미용 또는 생체 적합성-중요한 응용 분야에 대해서는 프로세서와 사전에 논의할 가치가 있습니다. 일부 맞춤형 MIM 부품 OEM 프로그램은 교차-오염을 완전히 방지하기 위해 전용 HIP 주기를 지정합니다.

HIP 중 치수 변경은 부품 설계 시 주의가 필요합니다. 다공성 폐쇄는 밀도 증가에 비례하여 균일한 수축을 발생시켜-간단하게 예측하고 보상할 수 있습니다. 더 문제가 되는 것은 사출 성형에서 유전된 밀도 구배입니다. 게이트 근처의 높은 패킹 밀도와 멀리 있는 얇은 섹션은 HIP 중에 차등 수축을 발생시켜 복잡한 형상을 왜곡할 수 있습니다. 경험이 풍부한 금속 사출 성형 공급업체는 개발 초기에 테스트 주기를 실행하여 툴링을 시작하기 전에 이러한 효과를 특성화하고 보상합니다.

HIP가 경제적으로 의미 있는 곳

처리 비용이 추가된다는 것은 기본 단계가 아닌 성능 요구 사항이 정당화되는 곳에 HIP가 지정된다는 의미입니다. 항공우주 부품-터빈 블레이드, 구조 브래킷, 비행-핵심 하드웨어-는 AS9100 품질 시스템 요구 사항에 따라 표준 관행으로 HIP를 정기적으로 거칩니다. 의료용 임플란트도 비슷합니다. 클래스 III 장치에 대한 규제 경로는 본질적으로 생체 내에서 순환 로딩이 나타나는 모든 것에 대해 전체{6}}밀도 재료를 요구합니다.

전기화로 인해 열 관리 요구 사항이 늘어나면서 자동차 애플리케이션이 확장되고 있습니다. 고전류 구리 버스바 및 전력 전자 하우징에서는 열 전도성이 설계 목표를 충족하도록 HIP를 점점 더 많이 지정하고 있습니다. 전기 구동계의 정밀 기어링은 피로 성능이 향상되는 이점을 얻습니다. 최근 Chinaplas 전시회에 참가한 여러 금속 사출 성형 부품 공급업체는 EV 애플리케이션용 HIP{4}}가공 부품을 성장 분야로 강조했습니다.

비용 압박이 크고 속성 요구 사항이 소결 능력 범위 내에서 유지되는 상업용 MIM 부품의 경우{0}}HIP는 이에 상응하는 이점 없이 비용을 추가합니다. 이 기술은 완전 밀도가 제품 성능을 직접적으로 구현하고{2}}고객이 재료 무결성이 프리미엄을 요구한다는 것을 인식하는 까다로운 응용 분야의 하위 집합에서 그 역할을 찾습니다.