O que é prensagem isostática a quente?
Visão geral
A tecnologia de prensagem isostática a quente (HIP) foi proposta na década de 1950 pelo Battelle Memorial Institute. Foi originalmente usado para ligação por difusão de peças de reatores nucleares. Logo se descobriu que se trata de uma excelente tecnologia para consolidação de pós e eliminação de porosidade em metal duro. A prensagem isostática a quente tornou-se uma tecnologia reconhecida na indústria para densificação e densificação de ligas para melhorar suas propriedades mecânicas, suavidade e capacidade de galvanização. Sua principal função é remover vazios no interior do material. A maioria dos fabricantes de moldagem por injeção de metal terceiriza esse processo para prestadores de serviços profissionais de prensagem isostática a quente MIM ou fornecedores certificados de processamento HIP.
Como o processo é simples e requer apenas tratamento de peças em alta temperatura e alta pressão, o equipamento de prensagem isostática a quente é especialmente projetado para atingir essas condições, e o custo do equipamento é alto. Durante o processo de prensagem isostática a quente, a alta temperatura torna o material muito macio e fácil de deformar, enquanto a alta pressão comprime os microporos dentro do material. Os poros são eliminados através de mecanismos de fluência e difusão. A resistência ao escoamento (YS) do material diminui à medida que a temperatura aumenta. Quando o oxigênio é aplicado a materiais metálicos, os prótons quentes não se difundem nos materiais metálicos. Os mecanismos de pré-deformação no estágio inicial da prensagem isostática a quente incluem fluência de Nabarro-Herring (difusão através do interior do grão), fluência de Coble (fluência de limite de grão) e fluência de deslocamento.
O estágio final da prensagem isostática a quente inclui a ligação por difusão das paredes dos poros fechados entre si. Como a densidade sinterizada das peças moldadas por injeção de metal é alta o suficiente e os poros internos são fechados (não interconectados) e compressíveis, elas são muito adequadas para a tecnologia de prensagem isostática a quente. Se as peças metálicas moldadas por injeção tiverem poros expostos e não fechados, o gás comprimido ventilado preencherá esses poros sem comprimi-los. Depois de preparar a liga de titânio pela tecnologia de prensagem isostática a quente em pó, o pó metálico precisa ser colocado em um forno de prensagem isostática a quente e aspirado, e então a porta do forno é fechada, para que a ligação estreita entre os pós possa ser alcançada sob a ação de pressão e temperatura. Felizmente, a densidade sinterizada de peças moldadas por injeção de metal geralmente atinge mais de 95% e, na maioria dos casos, excede 98%, enquanto a densidade mínima de materiais prensados isostáticos a quente está entre 92% e 94%. A Tabela 9.1 mostra a densidade mínima de peças metálicas moldadas por injeção após prensagem isostática a quente. Ao marcar peças moldadas por injeção de metal com um marcador de alta-temperatura, é possível testar se elas podem ser prensadas isosticamente a quente.
Se a marca não for gravada claramente e não se difundir no interior da peça, a prensagem isostática a quente pode ser usada para obter maior densidade. Se entrar no interior da peça, a prensagem isostática a quente não pode ser utilizada para obter maior densidade. Muitos fornecedores globais de densificação HIP para moldagem por injeção de metal agora oferecem serviços de pós-processamento completos de -pós-{3}}para ajudar os clientes a obter componentes MIM de{4}densidade total.
Tabela 9.1 Densidade mínima de peças moldadas por injeção de metal após prensagem isostática a quente (g/cm³)
| Liga | Densidade Teórica | Densidade mínima após HIP |
|---|---|---|
| Ti–6Al–4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17–4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| Aço inoxidável 316L | 8.0 | 7.4 |
| Aço-de baixa liga | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Processo de prensagem isostática a quente
O processo de prensagem isostática a quente utiliza gás quente inerte comprimido para aplicar pressão à peça de trabalho. Para peças moldadas por injeção de metal, a temperatura de prensagem isostática a quente é geralmente 100 ~ 200 graus mais baixa que a temperatura de sinterização, e a pressão geralmente está na faixa de 15 000 ~ 20 000 psi (105 ~ 140 MPa). O gás preferido para prensagem isostática a quente é o argônio porque seu tamanho atômico é grande. O nitrogênio também pode ser usado, mas o efeito não é tão bom quanto o argônio. A Figura 9.1 mostra um diagrama esquemático de prensagem isostática a quente. O processo é um processo de processamento em lote e geralmente dura de 4 a 10 horas. As etapas são as seguintes:
(1) Carregue o material no forno e feche a porta do forno;
(2) Aspirar e encher com gás inerte;
(3) Aquecer e pressurizar ao mesmo tempo;
(4) Resfrie e despressurize ao mesmo tempo;
(5) Exaustão;
(6) Retire as peças.
Esta sequência representa um processo independente de prensagem isostática a quente e geralmente é usada para fabricar tarugos densos para fundição e peças moldadas por injeção de metal. Na indústria de metal duro, um processo chamado sinterização por prensagem isostática a quente ou sinterização por pressão é o processo usado para densificar componentes à base de metal duro/pó de cobalto. Como a sinterização e a prensagem isostática a quente são concluídas em uma única etapa, o tempo total de processamento e o custo são reduzidos. A pressão é geralmente de 1,5 ~ 10 MPa, que é muito menor do que a prensagem isostática a quente padrão, mas é suficiente para eliminar poros no metal duro. Os principais fornecedores de prensagem isostática a quente de peças MIM da China e fornecedores internacionais de soluções de densidade total para moldagem por injeção de metal adotam amplamente essa tecnologia integrada para fornecer componentes com maior desempenho de fadiga para clientes aeroespaciais, médicos e automotivos.
