Курсовая теория на тему Горячее изостетическое прессование гранул жаропрочных сплавов

Содержание:

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 2
1. Общее понятие горячего изостатического прессования. 6
2. Инструменты и оборудование для горячего
изостатического прессования  10
3. Технологический процесс горячего изостатического
прессования гранул жаропрочных сплавов. 14
4. Качество прессованных изделий. 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 21
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 24

Введение:

Актуальность. Порошковая металлургия (ПМ) — это
термин, охватывающий широкий спектр способов изготовления материалов или
компонентов из металлических порошков. Процессы PM могут избежать или
значительно снизить необходимость использования процессов удаления металла, тем
самым резко снижая потери урожая при производстве и часто приводя к снижению
затрат.

Порошковая металлургия также используется для того,
чтобы уникальные материалы невозможно было получить путем плавления или
формования другими способами. Очень важным продуктом этого типа является карбид
вольфрама (WC). WC используется для резки и формования других металлов и
состоит из частиц WC, связанных с кобальтом. Он очень широко используется в
промышленности для инструментов многих типов, и во всем мире ~ 50 000 тонн в
год (т / год) производится PM. Другие продукты включают спеченные фильтры,
пористые пропитанные маслом подшипники, электрические контакты и алмазные
инструменты.

С появлением в 2010-х годах аддитивного производства
на основе металлических порошков в промышленных масштабах, селективное лазерное
спекание и другие процессы металлического порошка стали новой категорией
коммерчески важных применений порошковой металлургии.

Процесс прессования и спекания порошковой металлургии
обычно состоит из трех основных этапов: смешивание порошка (измельчение),
прессование в штампе и спекание. Уплотнение обычно проводят при комнатной
температуре, а процесс спекания при повышенной температуре обычно проводят при
атмосферном давлении и при тщательно контролируемом составе атмосферы. Для
получения особых свойств или повышенной точности часто следует дополнительная
вторичная обработка, такая как чеканка или термообработка.

Один из старых таких методов, который до сих пор
используется для производства структурных компонентов из сплавов на основе
железа (около 1 млн т / год), представляет собой процесс смешивания
мелкодисперсных (<180 микрон) порошков металлов (обычно железа) с такими
добавками, как смазка. воск, углерод, медь и / или никель, прессование их в
матрицу желаемой формы, а затем нагрев сжатого материала («сырая часть») в
контролируемой атмосфере для связывания материала путем спекания. Таким образом
получаются точные детали, обычно очень близкие к размерам штампа, но с
пористостью 5–15% и, следовательно, с характеристиками полуковкованной стали.
Есть несколько других процессов PM, которые были разработаны за последние
пятьдесят лет. Это включает:

Поковка из порошка: «Преформа», изготовленная обычным
методом «прессования и спекания», нагревается, а затем подвергается горячей
штамповке до полной плотности, что приводит к практически деформируемым
свойствам.

Горячее изостатическое прессование (ГИП): здесь
порошок (обычно распыляемый газом, сферического типа) заливается в форму,
обычно состоящую из металлической «банки» подходящей формы. Банку подвергают вибрации,
затем откачивают и запечатывают. Затем его помещают в горячий изостатический
пресс, где нагревают до гомологической температуры около 0,7 и подвергают
внешнему давлению газа ~ 100 МПа (1000 бар, 15 000 фунтов на квадратный дюйм) в
течение нескольких часов. В результате получается фасонная деталь полной
плотности с деформируемыми или лучшими свойствами. ГИП был изобретен в
1950-60-х годах и начал тоннажное производство в 1970-80-х годах. В 2015 году
он использовался для производства ~ 25000 т / год нержавеющей и
инструментальной стали, а также важных деталей суперсплавов для струйной резки.
двигатели.

Литье металла под давлением (MIM): здесь порошок,
обычно очень мелкий (<25 микрон) и сферический, смешивается с пластиковым
или восковым связующим почти до максимальной твердой нагрузки, обычно около 65 об.
%, И подвергается литью под давлением с образованием «зеленого» часть сложной
геометрии. Затем эту часть нагревают или обрабатывают другим способом для
удаления связующего (удаления связующего) с получением «коричневой» части.
Затем эта деталь спекается и сжимается на ~ 18%, чтобы получить сложную готовую
деталь с плотностью 95–99% (шероховатость поверхности ~ 3 мкм). Производство,
изобретенное в 1970-х годах, с 2000 года увеличилось, и, по оценкам, мировой
объем в 2014 году составил 12 000 тонн на сумму 1265 миллионов евро.

Технологии спекания с использованием электрического
тока (ECAS) полагаются на электрические токи для уплотнения порошков, что
позволяет значительно сократить время производства (с 15 минут самого
медленного ECAS до нескольких микросекунд самого быстрого), не требуя
длительного нагрева печи и позволяя почти теоретические плотности, но с
недостатком простых форм. В порошках, используемых в ECAS, можно избежать
связующих веществ благодаря возможности прямого спекания без необходимости
предварительного прессования и зеленого прессования. Формы предназначены для
окончательной формы детали, поскольку порошки уплотняются при заполнении
полости под приложенным давлением, что позволяет избежать проблемы изменения
формы, вызванной неизотропным спеканием, и деформаций, вызванных гравитацией
при высоких температурах. Наиболее распространенной из этих технологий является
горячее прессование, которое использовалось для производства алмазных
инструментов, используемых в строительной отрасли. Искровое плазменное спекание
и электроэрозионная ковка — это две современные промышленные коммерческие
технологии ECAS.

Аддитивное производство (AM) — это относительно новое
семейство методов, в которых используются металлические порошки (среди других
материалов, таких как пластмассы) для изготовления деталей путем лазерного
спекания или плавления. Этот процесс быстро развивается по состоянию на 2015
год, и на данном этапе, возможно, неясно, можно ли его классифицировать как
процесс управления проектами. Процессы включают в себя 3D-печать, селективное
лазерное спекание (SLS), селективное лазерное плавление (SLM) и плавление
электронным лучом (EBM).

Цель исследования – рассмотреть особенности горячем
изостатического прессования гранулированных жаропрочных сплавов.

В ходе рассмотрения работы будут решены следующие
задачи:

1. Рассмотрена сущность ГИП;

2. Рассмотрены инструменты ГИП;

3. Рассмотрен технологические процесс ГИП;

4. Рассмотрено качество прессованных изделий.

Заключение:

История порошковой металлургии и искусство спекания
металлов и керамики тесно связаны друг с другом. Спекание предполагает
изготовление твердого металла или керамической детали из исходного порошка.
Древние инки изготавливали украшения и другие артефакты из порошков драгоценных
металлов, хотя массовое производство изделий из PM началось только в середине
или конце 19 века. В этих ранних производственных операциях железо извлекалось
вручную из металлической губки после восстановления, а затем повторно
использовалось в виде порошка для окончательного плавления или спекания.

С помощью порошковых процессов можно получить гораздо
более широкий спектр продуктов, чем путем прямого легирования плавленых
материалов. При плавлении «правило фаз» применяется ко всем чистым и
комбинированным элементам и строго определяет распределение жидких и твердых
фаз, которые могут существовать для определенных составов. Кроме того, для
легирования требуется плавление всего тела исходных материалов, что накладывает
нежелательные химические, термические ограничения и ограничения на
производство. К сожалению, обращение с порошками алюминия / железа создает
серьезные проблемы. Другие вещества, которые особенно реагируют с атмосферным
кислородом, такие как титан, спекаются в специальной атмосфере или с временными
покрытиями.

В порошковой металлургии или керамике можно
изготавливать компоненты, которые в противном случае разложились бы или
распались. Все соображения, связанные с фазовыми переходами твердое и жидкое,
можно игнорировать, поэтому порошковые процессы более гибкие, чем методы литья,
экструзии или ковки. Контролируемые характеристики продуктов, полученных с
использованием различных порошковых технологий, включают механические,
магнитные и другие нетрадиционные свойства таких материалов, как пористые
твердые тела, агрегаты и интерметаллические соединения. Конкурентные характеристики
производственной обработки (например, износ инструмента, сложность или
возможности поставщика) также можно строго контролировать.

Горячее изостатическое прессование (ГИП) — это
производственный процесс, используемый для уменьшения пористости металлов и
увеличения плотности многих керамических материалов. Это улучшает механические
свойства и обрабатываемость материала.

Процесс может быть использован для получения классов
формы отходов. Прокаленные радиоактивные отходы (отходы с добавками)
упаковываются в тонкостенный металлический контейнер. Адсорбированные газы
удаляются с помощью сильного нагрева, а оставшийся материал сжимается до полной
плотности с использованием газообразного аргона во время теплового цикла. Этот
процесс позволяет производить усадку стальных контейнеров, чтобы уменьшить
пространство в контейнерах для утилизации и во время транспортировки. Он был изобретен
в 1950-х годах компанией Battelle и использовался для приготовления ядерного
топлива для подводных лодок с 1960-х годов. Он также используется для
приготовления неактивной керамики, и Национальная лаборатория Айдахо утвердила
его для консолидации форм радиоактивных керамических отходов. ANTSO
(Австралийская организация ядерной науки и технологий) использует ГИП как часть
процесса иммобилизации радионуклидов из отходов производства молибдена-99.

В процессе ГИП компонент подвергается воздействию как
повышенной температуры, так и изостатического давления газа в герметичной
емкости высокого давления. Наиболее широко используемым сжатым газом является
аргон. Используется инертный газ, чтобы материал не вступал в химическую
реакцию. Выбор металла позволяет свести к минимуму негативные последствия
химических реакций. В зависимости от желаемых окислительно-восстановительных
условий можно выбрать никель, нержавеющую или низкоуглеродистую сталь или
другие металлы. Камера нагревается, в результате чего давление внутри сосуда
увеличивается. Многие системы используют откачку попутного газа для достижения
необходимого уровня давления. К материалу прилагается давление со всех сторон
(отсюда и термин «изостатический»).

Для обработки отливок металлический порошок также может
быть превращен в компактные твердые тела с помощью этого метода, инертный газ
подается в диапазоне от 7350 фунтов на квадратный дюйм (50,7 МПа) до 45000
фунтов на квадратный дюйм (310 МПа), наиболее распространенным является 15000
фунтов на квадратный дюйм (100 МПа). Диапазон рабочих температур выдержки
составляет от 900 ° F (482 ° C) для алюминиевых отливок до 2400 ° F (1320 ° C)
для суперсплавов на никелевой основе. Когда отливки обрабатываются ГИП,
одновременное приложение тепла и давления устраняет внутренние пустоты и
микропористость за счет комбинации пластической деформации, ползучести и
диффузионного связывания; этот процесс улучшает сопротивление усталости детали.
Основные области применения — уменьшение микроусадки, уплотнение металлических порошков,
керамических композитов и металлических покрытий. Таким образом, горячее
изостатическое прессование также используется как часть процесса спекания
(порошковая металлургия) и для изготовления композитов с металлической
матрицей, которые часто используются для постобработки в аддитивном
производстве.

Фрагмент текста работы:

1. Общее понятие горячего
изостатического прессования Горячее изостатическое прессование (ГИП), представляет
собой один из методов обработки материалов, при котором материалы сжимаются
путем одновременного применения высокой температуры от нескольких сотен до 2000 °C и изостатического давления от
нескольких десятков до 200 МПа. Аргон — наиболее часто используемая среда под
давлением.

Горячее прессование очень похоже на ГИП. При
фрезеровании, ковке, экструзии также применяются высокие температура и
давление, но не изостатическое давление, в отличие от ГИП.

Чтобы четко объяснить разницу между ГИП и горячим
прессованием, предположим, что ГИП или горячее прессование применяется к
Материалу A (металл с порами внутри) и Материалу B (металл с неровными
концами).

В случае ГИП, Материал A, как показано на рисунке 1, сжимается, сохраняя свою
первоначальную форму, пока поры внутри не исчезнут, и соединяется вместе из-за
эффектов диффузии. С другой стороны, материал B не претерпевает никаких
изменений формы, потому что к неровным краям прилагается равномерное давление. [2]

В случае горячего прессования те же явления, что и в
случае ГИП, происходят с материалом A, который показан на рисунке 1. Материал B, однако, не может сохранять
свою первоначальную неравномерную форму, поскольку давление прикладывается
только к выпуклым частям. И Материал A, и Материал B будут иметь разные
конечные формы после горячего прессования в зависимости от формы формы и
используемого пуансона. Изготовление крупных изделий и формованных изделий при
высокой температуре может быть затруднено из-за неоднородности из-за силы
трения с формой и ограничений из-за температуры и размеров во время деформации.

По сравнению с горячим
прессованием, ГИП может обеспечить форму материала, не сильно отличающуюся от
исходной формы после давления. Ма