열간 등압 성형이란 무엇입니까?
개요
HIP(Hot Isostatic Pressing) 기술은 1950년대 Battelle Memorial Institute에서 제안되었습니다. 원래 원자로 부품의 확산 접합에 사용되었습니다. 초경합금의 분말 고화 및 다공성 제거를 위한 탁월한 기술이라는 것이 곧 발견되었습니다. 열간 등방압 프레싱은 기계적 특성, 평활도 및 도금 능력을 향상시키기 위한 치밀화 및 합금 치밀화 분야에서 업계에서 인정받는 기술로 발전했습니다. 주요 기능은 재료 내부의 공극을 제거하는 것입니다. 대부분의 금속 사출 성형 제조업체는 이 프로세스를 전문적인 MIM 열간 등방압 프레싱 서비스 제공업체 또는 인증된 HIP 처리 공급업체에 아웃소싱합니다.
공정이 간단하고 부품의 고온, 고압 처리만 필요하기 때문에 열간 등압 프레스 장비는 이러한 조건을 달성하기 위해 특별히 설계되었으며 장비 비용이 높습니다. 열간 등방압 프레싱 공정 중 고온은 재료를 매우 부드럽고 쉽게 변형시키는 반면, 고압은 재료 내부의 미세 기공을 압축합니다. 기공은 크리프 및 확산 메커니즘을 통해 제거됩니다. 재료의 항복강도(YS)는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 금속 재료에 산소를 가하면 따뜻한 양성자가 금속 재료로 확산되지 않습니다. 열간 등압성형 초기 단계의 사전-변형 메커니즘에는 Nabarro-Herring creep(곡물 내부를 통한 확산), Coble creep(곡면 경계 변형) 및 Dislocation creep이 포함됩니다.
열간 등압 성형의 마지막 단계에는 닫힌 기공 벽이 서로 확산 결합되는 과정이 포함됩니다. 금속 사출 성형 부품의 소결 밀도가 충분히 높고 내부 기공이 닫혀 있고(상호 연결되지 않음) 압축 가능하기 때문에 열간 등압 성형 기술에 매우 적합합니다. 금속 사출 성형 부품에 노출되거나 닫히지 않은 기공이 있는 경우, 배출된 압축 가스는 이러한 기공을 압축하지 않고 채웁니다. 분말 열간 등압 성형 기술로 티타늄 합금을 준비한 후 금속 분말을 열간 등압 성형로에 넣고 진공 청소기로 청소한 다음 노 문을 닫아 압력과 온도의 작용으로 분말 사이의 긴밀한 결합을 달성할 수 있습니다. 다행스럽게도 금속 사출 성형 부품의 소결 밀도는 일반적으로 95% 이상에 도달하고 대부분의 경우 98%를 초과하는 반면, 열간 등압 성형 재료의 최소 밀도는 92%~94% 사이입니다. 표 9.1은 열간 등압 성형 후 금속 사출 성형 부품의 최소 밀도를 보여줍니다. 고온-온도 마커를 사용하여 금속 사출 성형 부품에 표시하면 열간 등압 성형이 가능한지 여부를 테스트할 수 있습니다.
마크가 명확하게 기록되지 않고 부품 내부로 확산되지 않는 경우 열간 등압 성형을 사용하여 더 높은 밀도를 얻을 수 있습니다. 부품 내부로 들어가면 열간 등압 성형을 사용하여 더 높은 밀도를 얻을 수 없습니다. 현재 많은 글로벌 금속 사출 성형 HIP 치밀화 공급업체는 고객이 전체 밀도 MIM 구성요소를 달성할 수 있도록 원스톱 후처리- 서비스를 제공하고 있습니다.-
표 9.1 열간 등압 성형 후 금속 사출 성형 부품의 최소 밀도(g/cm3)
| 합금 | 이론적 밀도 | HIP 이후 최소 밀도 |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17~4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| 316L SS | 8.0 | 7.4 |
| 저-합금강 | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
열간 등방압 프레싱 공정
열간 등방압 프레싱 공정에서는 압축된 불활성 고온 가스를 사용하여 공작물에 압력을 가합니다. 금속 사출 성형 부품의 경우 열간 등압 성형 온도는 일반적으로 소결 온도보다 100~200도 낮고 압력은 일반적으로 15 000~20 000psi(105~140MPa) 범위입니다. 열간 등압 성형에 선호되는 가스는 원자 크기가 크기 때문에 아르곤입니다. 질소도 사용할 수 있지만 효과는 아르곤만큼 좋지 않습니다. 그림 9.1은 열간 등압 성형의 개략도를 보여줍니다. 이 공정은 일괄 처리 공정으로 보통 4~10시간 정도 소요됩니다. 단계는 다음과 같습니다:
(1) 재료를 퍼니스에 넣고 퍼니스 도어를 닫습니다.
(2) 진공을 제거하고 불활성 가스로 채우는 단계;
(3) 동시에 가열하고 가압합니다.
(4) 냉각과 동시에 감압;
(5) 배기;
(6) 부품을 꺼냅니다.
이 시퀀스는 독립적인 열간 등압 성형 공정을 나타내며 일반적으로 주조 및 금속 사출 성형 부품을 위한 조밀한 빌렛을 제조하는 데 사용됩니다. 초경합금 산업에서는 초경합금/코발트 분말 기반 부품의 치밀화를 위해 열간 등방압 압축 소결 또는 가압 소결이라는 공정이 사용됩니다. 소결과 열간 정수압 성형이 한 단계로 완료되므로 전체 가공 시간과 비용이 절감됩니다. 압력은 일반적으로 1.5~10 MPa로 표준 열간 등압 프레스보다 훨씬 낮지만 초경합금의 기공을 제거하는 데는 충분합니다. 선도적인 중국 MIM 부품 열간 등방압 프레스 공급업체와 국제 금속 사출 성형 전{6}}밀도 솔루션 제공업체는 이 통합 기술을 널리 채택하여 항공우주, 의료 및 자동차 고객에게 더 높은 피로 성능 부품을 제공합니다.
