01. 什么是熱等靜壓？
一種提高材料質(zhì)量的特殊熱處理工藝！
熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing，HIP）是一種對(duì)金屬或陶瓷材料的特殊熱處理工藝，是制備高性能材料的重要手段。該工藝技術(shù)可用于粉末冶金成型或?qū)Τ尚秃蟮蔫T件（鈦合金、高溫合金、鋁合金等疏松縮孔鑄件)進(jìn)行致密化處理。經(jīng)過熱等靜壓處理，材料的耐磨、耐腐蝕性以及機(jī)械性能會(huì)獲得極大的提升，疲勞壽命可增加10~100倍。
加工特點(diǎn)：
高溫 最高可達(dá)2000℃
高壓 最大可達(dá)200 MPa
等靜壓力 利用惰性氣體作為傳壓介質(zhì)，相同的壓力從各個(gè)方向均勻作用于部件表面
主要應(yīng)用材料體系：
高溫合金、鈦合金、鋁合金、銅合金、難熔金屬、硬質(zhì)合金、不銹鋼、耐蝕合金，陶瓷、復(fù)合材料、電子材料、功能材料等。
02. 為什么使用熱等靜壓？
極大的提升材料機(jī)械性能，使其疲勞壽命增加10~100倍
任何材料制成的制品都有一定的使用壽命，不可能無限期的使用下去，造成材料失效的根本原因有兩種，一種是材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即由于外界環(huán)境的干擾使材料的成分發(fā)生變化，新的成分無法達(dá)到合適的性能，材料隨即失效； 另一種更為常見的原因是，由于材料內(nèi)部殘留雜質(zhì)，微小裂紋，孔洞等，形成了性能突變點(diǎn)，我們稱之為材料缺陷，在材料工作狀態(tài)時(shí)，例如材料受到高溫循環(huán)和應(yīng)力循環(huán)時(shí)，在性能突變的位置會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，最終在該點(diǎn)產(chǎn)生疲勞擴(kuò)散，使材料斷裂失效。 目前任何一種傳統(tǒng)成型方法，都無法直接消除材料內(nèi)部殘留的缺陷，都需要進(jìn)行后續(xù)的處理加工。
當(dāng)然，在常規(guī)的工作環(huán)境中，不需要對(duì)材料的性能提出過高要求，在不影響材料使用的情況下，一些缺陷是允許存在的。 但是在某些特殊工作環(huán)境下，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、重型燃機(jī)、海底石油開采等情況下，材料需要承受極高的溫度，壓力，振幅或腐蝕性環(huán)境，此時(shí)對(duì)材料的性能要求也就極高，不僅需要有超高的強(qiáng)度，韌性，抗腐蝕性，還要有極高的穩(wěn)定性。此時(shí)，消除材料內(nèi)部缺陷就變得尤為重要。
熱等靜壓作為一種特殊的金屬熱處理工藝，目前是最有效的消除材料內(nèi)部缺陷的熱處理方法，也是使材料內(nèi)部缺陷最少的材料成型方法。因此，熱等靜壓是世界范圍內(nèi)，各領(lǐng)域重要關(guān)鍵零部件的例行加工步驟。
根據(jù)待加工產(chǎn)品的需求
可將熱等靜壓處理服務(wù)分為以下三類：
1、致密化處理
消除制品內(nèi)部缺陷，達(dá)到理論密度
2、擴(kuò)散連接
將兩種或多種金屬一體化
3、熱等靜壓粉末冶金
HIP粉末成型，高性能、低成本
致密化處理
消除材料及制品內(nèi)部缺陷，達(dá)到理論密度
材料服役過程中，材料內(nèi)部殘留的孔隙和微小裂紋既是斷裂萌生點(diǎn)，也是磨損和腐蝕萌生點(diǎn)。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，核反應(yīng)堆，重型燃機(jī)等復(fù)雜工作環(huán)境中，一旦材料發(fā)生斷裂失效，將造成極嚴(yán)重的后果。而經(jīng)過熱等靜壓處理，材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生致密化，孔隙和缺陷全部消失，形成了均勻致密的整體，極大提高材料的耐磨、耐腐蝕性，機(jī)械性能及疲勞強(qiáng)度。
在鑄造工藝中，由于材料冷卻時(shí)溫度擴(kuò)散不均勻會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部疏松、偏析、縮孔、微裂紋等工藝固有缺陷，降低材料性能、使用壽命和穩(wěn)定性。同樣，在金屬注射成型和3D打印工藝中也存在著材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，殘留部分缺陷的問題。
熱等靜壓致密化處理是指將鑄件、注射成型或3D打印制品等內(nèi)部存在缺陷的產(chǎn)品，置于高溫環(huán)境下，通過惰性氣體作為傳力介質(zhì)，對(duì)其施加各項(xiàng)等同的等靜壓力，迫使制品固態(tài)相下發(fā)生形變，原子層面上發(fā)生擴(kuò)散，內(nèi)部孔隙和微小裂紋消失，以消除材料內(nèi)部斷裂萌生點(diǎn)（應(yīng)力集中點(diǎn)），從而極大提升制品的整體性能。
·內(nèi)部缺陷消除 – 消除縮松、縮孔、偏析
·大幅提升疲勞壽命 – 10~100倍
·提升延展性和斷裂韌性
·制品可達(dá)到理論密度
·耐磨，耐腐蝕性極大提高
·消除材料內(nèi)部應(yīng)力
在過往的50余年中，利用熱等靜壓技術(shù)對(duì)材料、特別是鑄件進(jìn)行熱等靜壓處理是提升產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序。鋼研昊普在中國(guó)國(guó)內(nèi)的致密化處理業(yè)務(wù)上一直處于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者地位，在過去幾十年間持續(xù)為國(guó)內(nèi)關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量提供重要保障。 近年來，隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的整體提升，致密化處理業(yè)務(wù)逐漸擴(kuò)展到了更多的應(yīng)用范圍，各領(lǐng)域民用產(chǎn)品通過致密化處理讓產(chǎn)品質(zhì)量獲得了全面提高。鋼研昊普秉持行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的責(zé)任，擁有實(shí)力雄厚的加工能力和廣泛的加工范圍，致力于為全球客戶提供最前沿的技術(shù)保障和最值得信賴的服務(wù)質(zhì)量。
擴(kuò)散連接
將兩種或多種金屬材料一體化
工業(yè)制造中，工程師們通常將不同的材料粘接在一起以獲得最佳的材料性能組合，但常規(guī)的焊接方式往往無法實(shí)現(xiàn)或者效果不佳，尤其是對(duì)異形件或尺寸較大部件的連接。熱等靜壓可以通過高溫高壓的作用，將兩種或兩種以上的金屬材料或陶瓷材料之間實(shí)現(xiàn)固-固連接，固-粉連接，粉-粉連接，使多種材料整體化。與其他連接技術(shù)相比，兩種材料的交界處緊密結(jié)合，無缺陷，交界處性能與母材無差別。
·連接相同性能材料時(shí)，由于界面不產(chǎn)生液相，界面結(jié)合強(qiáng)度與母材相當(dāng)，連接不同性能材料時(shí)界面可實(shí)現(xiàn)良好的冶金結(jié)合，且性能不低于兩種材料中的較低者
｜可以連接接觸面具有復(fù)雜形狀的零件，并實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的尺寸控制
｜可在一道工序中連接多個(gè)同類或異類材料
｜可快速實(shí)現(xiàn)大面積的連接
｜可使采用常規(guī)焊接方法無法連接的脆性金屬，或熔點(diǎn)相差較大的金屬，實(shí)現(xiàn)固態(tài)連接
｜由于作用在零件上的等靜壓力高且均勻因此減少及消除了在連接區(qū)外側(cè)的微小氣孔或裂紋
｜無傳統(tǒng)焊接工藝中產(chǎn)生的焊縫、熱影響區(qū)、表面氣孔、夾雜、咬邊、裂縫等缺陷
由于不同金屬熱膨脹系數(shù)不同，受熱時(shí)會(huì)在交界面處產(chǎn)生位錯(cuò)和內(nèi)應(yīng)力，影響連接效果。鋼研昊普工程師們近年來在擴(kuò)散連接技術(shù)上取得了飛躍式的進(jìn)步，開發(fā)出不同材料間的連接技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用到更多種類的材料上，如銅、不銹鋼、鎢合金、鈷基合金、鎳基合金、鉻、鉬等。
粉末冶金近終成形
熱等靜壓一次成型，高性能、低成本
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熱等靜壓粉末冶金是指利用熱等靜壓工藝，將粉末狀原材料灌裝于特殊設(shè)計(jì)的包套中，在高溫高壓和等靜壓力作用下直接燒結(jié)成指定形狀的產(chǎn)品，建立在粉末冶金優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，熱等靜壓技術(shù)可以使粉末狀材料固結(jié)成更加致密，性能更高的成品。
?設(shè)計(jì)靈活 - 設(shè)計(jì)成與最終制品幾乎相同的形狀，減少原料浪費(fèi)，機(jī)加工程序，和運(yùn)輸時(shí)間。
?晶粒細(xì)小均勻，具有各向同性的材料性能- 耐磨，耐腐蝕，機(jī)械性能提升，壽命超長(zhǎng)。
?制備高溫合金材料 – 溫度達(dá)到熔點(diǎn)的0.8倍即可。
?內(nèi)部均一致密 – 超聲波檢測(cè)無影響。
?不產(chǎn)生液相 - 最大程度減小偏析，提高材料耐腐蝕性。
?可以實(shí)現(xiàn)兩種不同金屬材料錠坯料的制備 - 雙金屬仍可進(jìn)行后續(xù)的鍛造及擠壓等加工。
熱等靜壓技術(shù)應(yīng)用有多廣？一組例子帶你了解！
航天器在穿越浩瀚宇宙時(shí)，要承受極端溫度和強(qiáng)大壓力，對(duì)材料的性能要求近乎苛刻。在石油天然氣行業(yè)，深井鉆探面臨著高溫、高壓和復(fù)雜的化學(xué)腐蝕環(huán)境，也需要堅(jiān)固且耐腐蝕的材料保駕護(hù)航；在軌道交通領(lǐng)域，列車高速行駛，關(guān)鍵部件必須具備卓越的耐磨和機(jī)械性能。
傳統(tǒng)的材料處理技術(shù)在應(yīng)對(duì)這些紛繁復(fù)雜且嚴(yán)苛的要求時(shí)，就顯得有些力不從心了。
