热等静压研究进展课件

热等静压研究进展热等静压研究进展1粉末成形对象－－粉末材料金属、陶瓷、核原料、硬质合金、难加工材料等粉末冶金成形的重要用途航空、航天汽车、摩托车输油管道……粉末体零件（多孔或致密体）致密化？汽车产业占粉末冶金总量比例粉末成形对象－－粉末材料粉末体零件（多孔或致密体）致密化？汽2粉末冶金的应用轻型汽车中使用粉末冶金零件的质量进展粉末冶金的应用轻型汽车中使用粉末冶金零件的质量进展3粉末冶金成形方法粉末成形方法传统方法新技术模压+烧结冷等静压+烧结压坯+热等静压模压+烧结+热等静压热等静压温压高速压制技术动力磁性压制放电等离子烧结流动温压爆炸压制选择性激光熔化粉末锻造注射成形粉末冶金成形方法粉末成形方法传统方法新技术模压+烧结冷等静压4粉末成形优势粉末冶金原材料的利用率高达95％以上，远高于传统加工方式消耗的能量为传统锻造和机械加工的43％左右据欧洲粉末冶金协会(EPMA)资料显示粉末成形优势粉末冶金原材料的利用率高达95％以上，远高于传统5多种致密化成形方法成本对比多种致密化成形方法成本对比6粉末锻造原理将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法特点可得到较细的晶粒组织具有传统粉末冶金和精密锻造的优势可制造接近理论密度的零件，大于98％相对密度性能达到甚至超过普通锻造成形精度高，材料利用率高，能耗少粉末锻造原理7冷等静压（ColdIsostaticPressing,CIP）原理常温下，用橡胶或塑料作包套模具材料，以液体为压力介质对粉体材料成型应用为后续烧结、锻造或热等静压工序提供坯体破坏菌体蛋白中的非共价键，超高压杀菌，食品加工压力介质－－水、油100~700MPa 冷等静压（ColdIsostaticPressing,8热等静压（HoldIsostaticPressing,HIP）原理在高温和高压同时作用下，使物料经受等静压的工艺技术特点与应用粉末体的固结．使传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成扩散粘结铸件缺陷的消除高性能复杂零件的近净成形工况温度500-2200℃，压力100-320MPa介质惰性气体（氩气、氦气），通常用氩气包套通常用软钢或玻璃粉末热等静压致密化成形原理示意图1－上密封盖；2－高压缸；3－屏蔽罩；4－压力介质；5－加热体；6－包套；7－粉末；8－下密封盖；9－泵123456897热等静压（HoldIsostaticPressing,9热等静压工艺优点制件密度高制件密度分布均匀，制造出理论密度的致密体零件；晶粒细小等静压力可抑制晶粒快速增长，得到具有良好晶粒尺寸的制件力学性能好晶粒各向同性且均匀细小，可提高制件宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能。实用范围广可以对难加工材料（如钛合金、高温合金、钨合金、金属陶瓷等材料）以粉末热等静压的方式成形和致密化。材料利用率高。可以实现复杂零部件进行近净成形，减少昂贵材料的浪费，达到节约成本的目的。热等静压工艺优点制件密度高10热等静压技术的发展1955年美国巴特尔(Battelle)研究所为美国原子能委员会研制核燃料元件而提出，首先应用于核燃料元素的扩散粘结研究，当时被称为“气压粘结”。整体筒式结构的高压缸部分是用锻压整体成形，在工作过程中，直接通过冷却水对整个筒体进行冷却，整体筒的筒壁较厚，冷却效果差，长期使用，容易产生破坏，存在安全隐患，安全性差。预应力钢丝缠绕框架式结构，当设备处于最大工作压力状态，缠绕钢丝的预应力可以消除框架承受的工作应力，并使炉体保持轻微的压紧状态。更加安全可靠，结构更加紧凑。热等静压技术的发展1955年美国巴特尔(Battelle)研11HIP炉腔一般使用电阻式加热元件两种类型炉腔高温状态含氧气氛的炉腔常以抗氧化的镍铬合金或铬铝钴合金为加热元件最高使用温度1200℃可以允许用户在高温状态对工件进行填料和卸料热等静压周期，达到提高加工效率的优点使用温度较低的缺点HIP炉腔一般使用电阻式加热元件12HIP炉腔高温状态惰性气氛的炉腔以惰性气体（氩气或氮气）或氮气为传力介质大量使用钼和石墨为加热材料钼具有成形方便、安装简便、易于维护等优点而得到广泛使用，炉腔最高温度为1450℃当需要更高的加热温度时，则可使用石墨作为加热元件，但是该种设备需要低电压、高电流的电源需要在升温前完成物料的装填HIP炉腔高温状态惰性气氛的炉腔13HIP快速冷却可实现超过100℃/min的均匀快速冷却冷却时间短，可用于热等静压淬火工艺降低了制造成本，提高生产效率，更节能环保HIP快速冷却可实现超过100℃/min的均匀快速冷却14HIP设备发展世界上第一台HIP设备当前世界上最大的HIP设备（Giga-HIP）HIP设备发展世界上第一台HIP设备当前世界上最大的HIP设15Giga-HIP制造：美国Avure公司使用：2010年6月在日本KinzokuGiken公司正式投入使用Giga-HIP制造：美国Avure公司16美国Avure公司前身ABB公司是世界上最早生产热等静压设备的厂商，该公司生产的热等静压系统具有高安全性、高可靠性和高效率、规格多样化等特点美国Avure公司前身ABB公司17日本神户钢铁公司超高温热等静压设备：最高使用温度为3000℃日本神户钢铁公司超高温热等静压设备：最高使用温度为30018日本神户钢铁公司超高压热等静压设备1.0GPa×1600°C直径70mmX高150mm超高温热等静压设备3000°C×196MPa直径250mmX高600mm超高压热等静压设备超高温热等静压设备日本神户钢铁公司超高压热等静压设备超高压热等静压设备超高温热19国内HIP供应商中国钢研科技集团有限公司(CISRI)四川航空工业川西机器有限责任公司CISRI的典型HIP设备型号国内HIP供应商中国钢研科技集团有限公司(CISRI)CI20设备总量全球1983年有HIP装置350台、1984年约450台、1988年达到800台。日本从1980年到1989年的10年中，HIP设备由15台猛增到190台国内1980年前仅有8台，1988年25台，1998年则达到63台，而到了2010年已经发展到近百台设备总量全球21热等静压的典型应用热等静压的典型应用22典型应用(AvureCo.)医学器械异质材料连接近净成形铸件处理预成形+HIP的陶瓷件核原料典型应用(AvureCo.)医学器械异质材料连接近净成23镍基高温合金蠕变性能比较镍基高温合金蠕变性能比较24谢谢！谢谢！25热等静压研究进展热等静压研究进展26粉末成形对象－－粉末材料金属、陶瓷、核原料、硬质合金、难加工材料等粉末冶金成形的重要用途航空、航天汽车、摩托车输油管道……粉末体零件（多孔或致密体）致密化？汽车产业占粉末冶金总量比例粉末成形对象－－粉末材料粉末体零件（多孔或致密体）致密化？汽27粉末冶金的应用轻型汽车中使用粉末冶金零件的质量进展粉末冶金的应用轻型汽车中使用粉末冶金零件的质量进展28粉末冶金成形方法粉末成形方法传统方法新技术模压+烧结冷等静压+烧结压坯+热等静压模压+烧结+热等静压热等静压温压高速压制技术动力磁性压制放电等离子烧结流动温压爆炸压制选择性激光熔化粉末锻造注射成形粉末冶金成形方法粉末成形方法传统方法新技术模压+烧结冷等静压29粉末成形优势粉末冶金原材料的利用率高达95％以上，远高于传统加工方式消耗的能量为传统锻造和机械加工的43％左右据欧洲粉末冶金协会(EPMA)资料显示粉末成形优势粉末冶金原材料的利用率高达95％以上，远高于传统30多种致密化成形方法成本对比多种致密化成形方法成本对比31粉末锻造原理将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法特点可得到较细的晶粒组织具有传统粉末冶金和精密锻造的优势可制造接近理论密度的零件，大于98％相对密度性能达到甚至超过普通锻造成形精度高，材料利用率高，能耗少粉末锻造原理32冷等静压（ColdIsostaticPressing,CIP）原理常温下，用橡胶或塑料作包套模具材料，以液体为压力介质对粉体材料成型应用为后续烧结、锻造或热等静压工序提供坯体破坏菌体蛋白中的非共价键，超高压杀菌，食品加工压力介质－－水、油100~700MPa 冷等静压（ColdIsostaticPressing,33热等静压（HoldIsostaticPressing,HIP）原理在高温和高压同时作用下，使物料经受等静压的工艺技术特点与应用粉末体的固结．使传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成扩散粘结铸件缺陷的消除高性能复杂零件的近净成形工况温度500-2200℃，压力100-320MPa介质惰性气体（氩气、氦气），通常用氩气包套通常用软钢或玻璃粉末热等静压致密化成形原理示意图1－上密封盖；2－高压缸；3－屏蔽罩；4－压力介质；5－加热体；6－包套；7－粉末；8－下密封盖；9－泵123456897热等静压（HoldIsostaticPressing,34热等静压工艺优点制件密度高制件密度分布均匀，制造出理论密度的致密体零件；晶粒细小等静压力可抑制晶粒快速增长，得到具有良好晶粒尺寸的制件力学性能好晶粒各向同性且均匀细小，可提高制件宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能。实用范围广可以对难加工材料（如钛合金、高温合金、钨合金、金属陶瓷等材料）以粉末热等静压的方式成形和致密化。材料利用率高。可以实现复杂零部件进行近净成形，减少昂贵材料的浪费，达到节约成本的目的。热等静压工艺优点制件密度高35热等静压技术的发展1955年美国巴特尔(Battelle)研究所为美国原子能委员会研制核燃料元件而提出，首先应用于核燃料元素的扩散粘结研究，当时被称为“气压粘结”。整体筒式结构的高压缸部分是用锻压整体成形，在工作过程中，直接通过冷却水对整个筒体进行冷却，整体筒的筒壁较厚，冷却效果差，长期使用，容易产生破坏，存在安全隐患，安全性差。预应力钢丝缠绕框架式结构，当设备处于最大工作压力状态，缠绕钢丝的预应力可以消除框架承受的工作应力，并使炉体保持轻微的压紧状态。更加安全可靠，结构更加紧凑。热等静压技术的发展1955年美国巴特尔(Battelle)研36HIP炉腔一般使用电阻式加热元件两种类型炉腔高温状态含氧气氛的炉腔常以抗氧化的镍铬合金或铬铝钴合金为加热元件最高使用温度1200℃可以允许用户在高温状态对工件进行填料和卸料热等静压周期，达到提高加工效率的优点使用温度较低的缺点HIP炉腔一般使用电阻式加热元件37HIP炉腔高温状态惰性气氛的炉腔以惰性气体（氩气或氮气）或氮气为传力介质大量使用钼和石墨为加热材料钼具有成形方便、安装简便、易于维护等优点而得到广泛使用，炉腔最高温度为1450℃当需要更高的加热温度时，则可使用石墨作为加热元件，但是该种设备需要低电压、高电流的电源需要在升温前完成物料的装填HIP炉腔高温状态惰性气氛的炉腔38HIP快速冷却可实现超过100℃/min的均匀快速冷却冷却时间短，可用于热等静压淬火工艺降低了制造成本，提高生产效率，更节能环保HIP快速冷却可实现超过100℃/min的均匀快速冷却39HIP设备发展世界上第一台HIP设备当前世界上最大的HIP设备（Giga-HIP）HIP设备发展世界上第一台HIP设备当前世界上最大的HIP设40Giga-HIP制造：美国Avure公司使用：2010年6月在日本KinzokuGiken公司正式投入使用Giga-HIP制造：美国Avure公司41美国Avure公司前身ABB公司是世界上最早生产热等静压设备的厂商，该公司生产的热等静压系统具有高安全性、高可靠性和高效率、规格多样化等特点美国Avure公司前身ABB公司42日本神户钢铁公司超高温热等静压设备：最高使用温度为3000℃日本神户钢铁公司超高温热等静压设