Изостатического прессования

НИЕ - изостатическое прессование, при к-ром в качестве рабочей среды используют жидкость: воду или масло (при холодном Т.п.), расплавл. стекло или металл (при горячем). Осуществляется в спец. установках - гидростатах. Холодное Г.п. ведут при давлении рабочей жидкости 300-1500 МПа, горячее - 150-500 МПа. Г.п. применяется гл. обр. для получения из порошковых материалов беспористых готовых деталей либо заготовок для послед, объёмной штам-

бия, для которых технологические операции плавки и обработки давлением применять крайне сложно. В этом случае весьма (перспективно гидростатическое или изостатическое прессование шихты, позволяющее получать изделия с равномерным распределением плотности, а следовательно, и свойств. Шихту засыпают -в эластичную оболочку и подвергают всестороннему гидростатическому сжатию в герметичных камерах. В качестве рабочих жидкостей используется масло, вода или глицерин. Гидростатическое давление составляет 2 тысячи атмосфер и выше. Методом гидростатического прессования можно получать изделия очень сложной формы.

Исследованы три промышленных метода выплавки и горячее изостатическое прессование сплава Inconel X750 на материале одного состава. Химический состав и режимы термообработки материала приведены в табл. 1. Результаты замеров твердости и величины зерна представлены в табл. 2.

TiAl Горячее изостатическое прессование 0,99 20 6,0

SiC Горячее изостатическое прессование 0,97 70 27

говой плавкой с вращающимся анодом и неподвижным вольфрамовым катодом, электроплазменной плавкой либо распылением в вакууме и других позволяет исключить загрязнения. Повышение качества полуфабрикатов и готовых деталей сложных форм может быть достигнуто в результате использования новых прогрессивных методов, таких, как горячее компактирование гранул, горячее изостатическое прессование легированных порошков (ГИП).

Спекание, горячее прессование или горячее изостатическое прессование

При получении готовых изделий заключительные операции не нужны. В других случаях — горячее прессование или горячее изостатическое прессование

Микроусадочную раковину можно устранить одновременным наложением газового давления и высокой температуры, способ известен под названием "горячее изостатическое прессование". Выбирают предельно высокую температуру, ограничивая ее уровнем, при котором еще не возникает плавление, но, если возможно, выше температуры сольвус для у'-фазы. Большинство суперсплавов нагревают до 1200-1220 °С при давлении 103 МПа. При таких условиях достаточно 4-ч выдержки для завершения обработки. Если в сплаве содержится гафний, точка плавления понижена, и температуру снижают до 1185 °С при соответствующем повышении давления до 174 МПа. Сплавы повышенной прочности MAR-M 247 и IN-792Hf не реагируют на более низкие давления (предпочтительные с экономической точки зрения) при разумной продолжительности цикла обработки. Применение горячего изостатического прессования в значительной мере снижает разброс в характеристиках длительной прочности. Это снижение наиболее существенно при промежуточных температурах, когда роль пористости как источника локальной концентрации напряжения особенно значительна (рис. 15.13). Соответственно замечено улучшение характеристик усталостной прочности

Сплав IN-718 был разработан как деформируемый дисковый материал с хорошей свариваемостью и превосходными характеристиками прочности примерно до 650 °С. Современная практика высококачественного промышленного производства включает использование чистых (первичных) сырьевых материалов, вакуумной выплавки, фильтрования; на этой основе сплав IN-718 теперь предпочитают использовать в качестве материала главного корпуса и других крупных элементов конструкции двигателя, которые изготавливают литьем с последующим горячим изостатическим прессованием и термической обработкой (рис. 15.17). В литой структуре могут присутствовать фазы Лавеса (рис. 15.16, в); чтобы обеспечить сплаву требуемые свойства, содержание фаз Лавеса должно быть минимальным. Этой цели можно достичь путем гомогенизации при 1120 °С или выше; длительность гомогенизации определяется фактической степенью ликвации. Горячее изостатическое прессование и/или гомогенизирующая обработка способны вызвать нежелательное растворение выделений д (Ni3Nb) фазы, являющихся нормальной компонентой микроструктуры (рис. 15.16, г); такое растворение сообщает изделиям чувствительность к надрезу в условиях ползу-

Для придания системе Si3N4-5 %Y2O3 высокой плотности используют горячее изостатическое прессование. Перспективным для SiC (см. ниже) и для Si3N4 является сочетание холодного изостатического прессования, спекания и горячего изостатического прессования без капсулирования. Правда, высокотемпературное спекание препятствует управлению микроструктурой. Есть сведения о горячем изостатическом прессовании керамических материалов в стеклянных капсулах.

разновидность изостатического прессования, при к-ром рабочей средой является газ (аргон, азот, гелий). В процессе Г.п. осуществляются ком-пактирование и спекание металлич. порошков, диффузионная сварка деталей, помещённых в вакуумиров. и герметизиров. оболочки-капсулы, а также «залечивание» (заварка) внутр. дефектов (пор, раковин) в литых заготовках, катаных плитах, крупных поковках. Г.п. осуществляется при давлениях до 200 МПа и темп-pax до 2000 "С в спец. установках - газо-статах.

Никелевые покрытия и плакирующие сплавы на основе никеля используют в зарубежной практике для защиты от коррозии элементов оборудования глубоких нефтяных скважин (труб, вентилей). В работе [48] приведены результаты испытания труб, изготовленных из стали марки AISI 4130 с плакировкой никелевым сплавом 625, полученных методом горячего изостатического прессования. Толщина плакирующего слоя биметалла составляла 29 и 4 мкм. Испытания включали анализ изменения механических свойств материалов после выдержки в хлор-содержащей среде в присутствии сероводорода, оценку стойкости их к коррозионному растрескиванию и питтинговой коррозии. Результаты лабораторных и промышленных испытаний показали высокие эксплуатационные свойства биметалла при использовании в качестве конструкционного материала для оборудования высокоагрессивных сероводородсодержащих глубоких скважин.

Изостатическое, или автоклавное прессование. Процесс изостатического горячего прессования известен сравнительно недавно. Впервые этот процесс был запатентован Баттелевским мемориальным институтом в 1956 г. [145]. Интересно, что первым патентом защищалось именно изостатическое диффузионное соединение, или соединение под давлением газа. В дальнейшем области применения этого метода значительно расширились, однако наиболее часто его продолжают применять для соединения вместе различных материалов. Особенно широкие возможности метод изостатического прессования открывает перед разработчиками композиционных материалов и изделий из них.

Процесс изостатического горячего прессования является процессом, сочетающим в себе воздействие на тело температуры и давления газа. Обычно тело, на которое оказывается воздейстие, заключают в вакуумированный герметичный контейнер, способный деформироваться при температуре процесса. Установка для изостатического горячего прессования чаще всего состоит из трех основных агрегатов: сосуда высокого давления, или автоклава, системы для создания давления и системы обеспечения температуры [145]. Сосуд высокого давления может быть выполнен либо в виде оболочки умеренной толщины, подкрепленной намотанной на нее проволокой, либо толстостенным, монолитным. Применяемые в настоящее время в США в опытном производстве установки горячего изостатического прессования имеют диаметр рабочего пространства до 910 мм и рассчитаны на давление от 210 до 2100 кгс/см2. Наиболее часто применяют установки с давлением 700 — 1050 кгс/см2. Экспериментальные установки горячего изостатического прессования могут работать под давлением до 10 500 кгс/см2. Давление в установках создается компрессорами диафрагмеиного или поршневого типа, в зависимости от требуемой скорости создания давления. Высокие скорости создания давления достигаются в результате использования аккумуляторов высокого давления. В качестве рабочего газа обычно применяют гелий или аргон, однако существуют системы, где используют азот или воздух.

Совершенствование конструкций установок изостатического прессования в течение последних 5—8 лет проводилось в двух основных направлениях. Первое направление связано с совершенствованием сосудов высокого давления. Были разработаны автоматические быстрозакрывающиеся механизмы, позволяющие быстро закладывать и извлекать обрабатываемые детали, в которых нашли широкое применение прерывистая резьба, затворы игольчатого типа и безрезьбовые затворы (закрепляемые обоймой), применяемые в дополнение к обычным резьбовым гидравлическим затворам.

Для прессования заготовок с ориентированными волокнами целесообразнее использование метода изостатического прессования заготовки в гибких оболочках; это позволяет максимально сохранить заданное распределение волокон в материале.

Никелевый жаропрочный сплав Inconel X750 аустенитно-го класса очень широко используют для жаровых труб, экранов, наружных обшивок корпусов и валов сверхпроводящих генераторов мощностью 5 МВт, разработанных компанией «Вестингауз» [1,2]. Для оценки поведения безопасно повреждаемой конструкции такого генератора проведены исследования характеристик разрушения и механических свойств указанного сплава при низких температурах в зависимости от технологии изготовления и режимов термообработки. Изучено влияние трех промышленных методов выплавки и горячего изостатического прессования, а также двух видов термообработки: закалки и закалки с последующим двухступенчатым старением.

Исходным материалом для горячего изостатического прессования (ГИП) сплава Inconel X750 были литые электроды материала ВИ+ВД, которые распыляли в атмосфере инертного газа. Все образцы изготавливали методом ГИП при 1463 К и давлении 69 МПа в атмосфере аргона. При исследовании структуры материала в состоянии после ГИП, а также после ГИП в сочетании с последующими закалкой и двухступенчатым старением, проведенным с помощью сканирующего электронного микроскопа, обнаружены единичные мелкие поры на границах раздела между отдельными частицами при полном спекании. Твердость сплава Inconel X750, полученого методом ГИП (как без последующей термообработки, так и с ней) примерно на 15 % выше, чем у материала, изготовленного методами ВИ + ВД (табл. 2).

500 мкм из UO2 зольгель или плазменным методом с последующим газофазным осаждением металлизацией в вакууме, химическим или электрохимическим осаждением из солей [1.34, 1.37]. Для получения компактных таблеток или микротвэлов дисперсного топлива, обладающего высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах, применяются методы горючего прессования, горючего изостатического прессования в замкнутом объеме пресс-формы и др. [1.34]. В Днглии микротвэлы с двойной защитной оболочкой на основе Сг или PyC + SiC прошли реакторные испытания при 900СС до выгораний 13%, т.е. в тепловом спектре нейтронов, а в 1975—1976 гг. намечалось испытание такого топлива в быстром спектре реактора «Rapsodia» во Франции [1.37].

Эффективной является комбинированная технология изготовления отливок из нелинейных титановых и некоторых других сплавов с применением горячего изостатического прессования (ГИП). При этом вначале по упрощенной технологии с введением в расплав газификатора (например, гидрата титана) изготовляют фасонные отливки с заведомо повышенной пористостью, а затем применяют ГИП для залечивания дефектов (пор) деформированием заготовки в условиях всестороннего обжатия под высоким давлением. В результате образуется композиционный материал, состоящий из литой матрицы и деформированного металла в зонах заполнения дефектов.

сталлического после горячего изостатического прессования удается