熱等靜壓研究進(jìn)展課件

熱等靜壓研究進(jìn)展熱等靜壓研究進(jìn)展1粉末成形對象－－粉末材料金屬、陶瓷、核原料、硬質(zhì)合金、難加工材料等粉末冶金成形的重要用途航空、航天汽車、摩托車輸油管道……粉末體零件（多孔或致密體）致密化？汽車產(chǎn)業(yè)占粉末冶金總量比例粉末成形對象－－粉末材料粉末體零件（多孔或致密體）致密化？汽2粉末冶金的應(yīng)用輕型汽車中使用粉末冶金零件的質(zhì)量進(jìn)展粉末冶金的應(yīng)用輕型汽車中使用粉末冶金零件的質(zhì)量進(jìn)展3粉末冶金成形方法粉末成形方法傳統(tǒng)方法新技術(shù)模壓+燒結(jié)冷等靜壓+燒結(jié)壓坯+熱等靜壓模壓+燒結(jié)+熱等靜壓熱等靜壓溫壓高速壓制技術(shù)動(dòng)力磁性壓制放電等離子燒結(jié)流動(dòng)溫壓爆炸壓制選擇性激光熔化粉末鍛造注射成形粉末冶金成形方法粉末成形方法傳統(tǒng)方法新技術(shù)模壓+燒結(jié)冷等靜壓4粉末成形優(yōu)勢粉末冶金原材料的利用率高達(dá)95％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加工方式消耗的能量為傳統(tǒng)鍛造和機(jī)械加工的43％左右據(jù)歐洲粉末冶金協(xié)會(EPMA)資料顯示粉末成形優(yōu)勢粉末冶金原材料的利用率高達(dá)95％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)5多種致密化成形方法成本對比多種致密化成形方法成本對比6粉末鍛造原理將粉末燒結(jié)的預(yù)成形坯經(jīng)加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成形工藝方法特點(diǎn)可得到較細(xì)的晶粒組織具有傳統(tǒng)粉末冶金和精密鍛造的優(yōu)勢可制造接近理論密度的零件，大于98％相對密度性能達(dá)到甚至超過普通鍛造成形精度高，材料利用率高，能耗少粉末鍛造原理7冷等靜壓（ColdIsostaticPressing,CIP）原理常溫下，用橡膠或塑料作包套模具材料，以液體為壓力介質(zhì)對粉體材料成型應(yīng)用為后續(xù)燒結(jié)、鍛造或熱等靜壓工序提供坯體破壞菌體蛋白中的非共價(jià)鍵，超高壓殺菌，食品加工壓力介質(zhì)－－水、油100~700MPa 冷等靜壓（ColdIsostaticPressing,8熱等靜壓（HoldIsostaticPressing,HIP）原理在高溫和高壓同時(shí)作用下，使物料經(jīng)受等靜壓的工藝技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用粉末體的固結(jié)．使傳統(tǒng)粉末冶金工藝成型與燒結(jié)兩步作業(yè)一并完成擴(kuò)散粘結(jié)鑄件缺陷的消除高性能復(fù)雜零件的近凈成形工況溫度500-2200℃，壓力100-320MPa介質(zhì)惰性氣體（氬氣、氦氣），通常用氬氣包套通常用軟鋼或玻璃粉末熱等靜壓致密化成形原理示意圖1－上密封蓋；2－高壓缸；3－屏蔽罩；4－壓力介質(zhì)；5－加熱體；6－包套；7－粉末；8－下密封蓋；9－泵123456897熱等靜壓（HoldIsostaticPressing,9熱等靜壓工藝優(yōu)點(diǎn)制件密度高制件密度分布均勻，制造出理論密度的致密體零件；晶粒細(xì)小等靜壓力可抑制晶?？焖僭鲩L，得到具有良好晶粒尺寸的制件力學(xué)性能好晶粒各向同性且均勻細(xì)小，可提高制件宏觀力學(xué)性能的均勻性，有助于提高制件的疲勞壽命，增強(qiáng)延展性、抗沖擊強(qiáng)度及蠕變性能。實(shí)用范圍廣可以對難加工材料（如鈦合金、高溫合金、鎢合金、金屬陶瓷等材料）以粉末熱等靜壓的方式成形和致密化。材料利用率高?？梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件進(jìn)行近凈成形，減少昂貴材料的浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)約成本的目的。熱等靜壓工藝優(yōu)點(diǎn)制件密度高10熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展1955年美國巴特爾(Battelle)研究所為美國原子能委員會研制核燃料元件而提出，首先應(yīng)用于核燃料元素的擴(kuò)散粘結(jié)研究，當(dāng)時(shí)被稱為“氣壓粘結(jié)”。整體筒式結(jié)構(gòu)的高壓缸部分是用鍛壓整體成形，在工作過程中，直接通過冷卻水對整個(gè)筒體進(jìn)行冷卻，整體筒的筒壁較厚，冷卻效果差，長期使用，容易產(chǎn)生破壞，存在安全隱患，安全性差。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞框架式結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)備處于最大工作壓力狀態(tài)，纏繞鋼絲的預(yù)應(yīng)力可以消除框架承受的工作應(yīng)力，并使?fàn)t體保持輕微的壓緊狀態(tài)。更加安全可靠，結(jié)構(gòu)更加緊湊。熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展1955年美國巴特爾(Battelle)研11HIP爐腔一般使用電阻式加熱元件兩種類型爐腔高溫狀態(tài)含氧氣氛的爐腔常以抗氧化的鎳鉻合金或鉻鋁鈷合金為加熱元件最高使用溫度1200℃可以允許用戶在高溫狀態(tài)對工件進(jìn)行填料和卸料熱等靜壓周期，達(dá)到提高加工效率的優(yōu)點(diǎn)使用溫度較低的缺點(diǎn)HIP爐腔一般使用電阻式加熱元件12HIP爐腔高溫狀態(tài)惰性氣氛的爐腔以惰性氣體（氬氣或氮?dú)猓┗虻獨(dú)鉃閭髁橘|(zhì)大量使用鉬和石墨為加熱材料鉬具有成形方便、安裝簡便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用，爐腔最高溫度為1450℃當(dāng)需要更高的加熱溫度時(shí)，則可使用石墨作為加熱元件，但是該種設(shè)備需要低電壓、高電流的電源需要在升溫前完成物料的裝填HIP爐腔高溫狀態(tài)惰性氣氛的爐腔13HIP快速冷卻可實(shí)現(xiàn)超過100℃/min的均勻快速冷卻冷卻時(shí)間短，可用于熱等靜壓淬火工藝降低了制造成本，提高生產(chǎn)效率，更節(jié)能環(huán)保HIP快速冷卻可實(shí)現(xiàn)超過100℃/min的均勻快速冷卻14HIP設(shè)備發(fā)展世界上第一臺HIP設(shè)備當(dāng)前世界上最大的HIP設(shè)備（Giga-HIP）HIP設(shè)備發(fā)展世界上第一臺HIP設(shè)備當(dāng)前世界上最大的HIP設(shè)15Giga-HIP制造：美國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：美國Avure公司16美國Avure公司前身ABB公司是世界上最早生產(chǎn)熱等靜壓設(shè)備的廠商，該公司生產(chǎn)的熱等靜壓系統(tǒng)具有高安全性、高可靠性和高效率、規(guī)格多樣化等特點(diǎn)美國Avure公司前身ABB公司17日本神戶鋼鐵公司超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)備：最高使用溫度為3000℃日本神戶鋼鐵公司超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)備：最高使用溫度為30018日本神戶鋼鐵公司超高壓熱等靜壓設(shè)備1.0GPa×1600°C直徑70mmX高150mm超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)備3000°C×196MPa直徑250mmX高600mm超高壓熱等靜壓設(shè)備超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)備日本神戶鋼鐵公司超高壓熱等靜壓設(shè)備超高壓熱等靜壓設(shè)備超高溫?zé)?9國內(nèi)HIP供應(yīng)商中國鋼研科技集團(tuán)有限公司(CISRI)四川航空工業(yè)川西機(jī)器有限責(zé)任公司CISRI的典型HIP設(shè)備型號國內(nèi)HIP供應(yīng)商中國鋼研科技集團(tuán)有限公司(CISRI)CI20設(shè)備總量全球1983年有HIP裝置350臺、1984年約450臺、1988年達(dá)到800臺。日本從1980年到1989年的10年中，HIP設(shè)備由15臺猛增到190臺國內(nèi)1980年前僅有8臺，1988年25臺，1998年則達(dá)到63臺，而到了2010年已經(jīng)發(fā)展到近百臺設(shè)備總量全球21熱等靜壓的典型應(yīng)用熱等靜壓的典型應(yīng)用22典型應(yīng)用(AvureCo.)醫(yī)學(xué)器械異質(zhì)材料連接近凈成形鑄件處理預(yù)成形+HIP的陶瓷件核原料典型應(yīng)用(AvureCo.)醫(yī)學(xué)器械異質(zhì)材料連接近凈成23鎳基高溫合金蠕變性能比較鎳基高溫合金蠕變性能比較24謝謝！謝謝！25熱等靜壓研究進(jìn)展熱等靜壓研究進(jìn)展26粉末成形對象－－粉末材料金屬、陶瓷、核原料、硬質(zhì)合金、難加工材料等粉末冶金成形的重要用途航空、航天汽車、摩托車輸油管道……粉末體零件（多孔或致密體）致密化？汽車產(chǎn)業(yè)占粉末冶金總量比例粉末成形對象－－粉末材料粉末體零件（多孔或致密體）致密化？汽27粉末冶金的應(yīng)用輕型汽車中使用粉末冶金零件的質(zhì)量進(jìn)展粉末冶金的應(yīng)用輕型汽車中使用粉末冶金零件的質(zhì)量進(jìn)展28粉末冶金成形方法粉末成形方法傳統(tǒng)方法新技術(shù)模壓+燒結(jié)冷等靜壓+燒結(jié)壓坯+熱等靜壓模壓+燒結(jié)+熱等靜壓熱等靜壓溫壓高速壓制技術(shù)動(dòng)力磁性壓制放電等離子燒結(jié)流動(dòng)溫壓爆炸壓制選擇性激光熔化粉末鍛造注射成形粉末冶金成形方法粉末成形方法傳統(tǒng)方法新技術(shù)模壓+燒結(jié)冷等靜壓29粉末成形優(yōu)勢粉末冶金原材料的利用率高達(dá)95％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加工方式消耗的能量為傳統(tǒng)鍛造和機(jī)械加工的43％左右據(jù)歐洲粉末冶金協(xié)會(EPMA)資料顯示粉末成形優(yōu)勢粉末冶金原材料的利用率高達(dá)95％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)30多種致密化成形方法成本對比多種致密化成形方法成本對比31粉末鍛造原理將粉末燒結(jié)的預(yù)成形坯經(jīng)加熱后，在閉式模中鍛造成零件的成形工藝方法特點(diǎn)可得到較細(xì)的晶粒組織具有傳統(tǒng)粉末冶金和精密鍛造的優(yōu)勢可制造接近理論密度的零件，大于98％相對密度性能達(dá)到甚至超過普通鍛造成形精度高，材料利用率高，能耗少粉末鍛造原理32冷等靜壓（ColdIsostaticPressing,CIP）原理常溫下，用橡膠或塑料作包套模具材料，以液體為壓力介質(zhì)對粉體材料成型應(yīng)用為后續(xù)燒結(jié)、鍛造或熱等靜壓工序提供坯體破壞菌體蛋白中的非共價(jià)鍵，超高壓殺菌，食品加工壓力介質(zhì)－－水、油100~700MPa 冷等靜壓（ColdIsostaticPressing,33熱等靜壓（HoldIsostaticPressing,HIP）原理在高溫和高壓同時(shí)作用下，使物料經(jīng)受等靜壓的工藝技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用粉末體的固結(jié)．使傳統(tǒng)粉末冶金工藝成型與燒結(jié)兩步作業(yè)一并完成擴(kuò)散粘結(jié)鑄件缺陷的消除高性能復(fù)雜零件的近凈成形工況溫度500-2200℃，壓力100-320MPa介質(zhì)惰性氣體（氬氣、氦氣），通常用氬氣包套通常用軟鋼或玻璃粉末熱等靜壓致密化成形原理示意圖1－上密封蓋；2－高壓缸；3－屏蔽罩；4－壓力介質(zhì)；5－加熱體；6－包套；7－粉末；8－下密封蓋；9－泵123456897熱等靜壓（HoldIsostaticPressing,34熱等靜壓工藝優(yōu)點(diǎn)制件密度高制件密度分布均勻，制造出理論密度的致密體零件；晶粒細(xì)小等靜壓力可抑制晶粒快速增長，得到具有良好晶粒尺寸的制件力學(xué)性能好晶粒各向同性且均勻細(xì)小，可提高制件宏觀力學(xué)性能的均勻性，有助于提高制件的疲勞壽命，增強(qiáng)延展性、抗沖擊強(qiáng)度及蠕變性能。實(shí)用范圍廣可以對難加工材料（如鈦合金、高溫合金、鎢合金、金屬陶瓷等材料）以粉末熱等靜壓的方式成形和致密化。材料利用率高?？梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件進(jìn)行近凈成形，減少昂貴材料的浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)約成本的目的。熱等靜壓工藝優(yōu)點(diǎn)制件密度高35熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展1955年美國巴特爾(Battelle)研究所為美國原子能委員會研制核燃料元件而提出，首先應(yīng)用于核燃料元素的擴(kuò)散粘結(jié)研究，當(dāng)時(shí)被稱為“氣壓粘結(jié)”。整體筒式結(jié)構(gòu)的高壓缸部分是用鍛壓整體成形，在工作過程中，直接通過冷卻水對整個(gè)筒體進(jìn)行冷卻，整體筒的筒壁較厚，冷卻效果差，長期使用，容易產(chǎn)生破壞，存在安全隱患，安全性差。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞框架式結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)備處于最大工作壓力狀態(tài)，纏繞鋼絲的預(yù)應(yīng)力可以消除框架承受的工作應(yīng)力，并使?fàn)t體保持輕微的壓緊狀態(tài)。更加安全可靠，結(jié)構(gòu)更加緊湊。熱等靜壓技術(shù)的發(fā)展1955年美國巴特爾(Battelle)研36HIP爐腔一般使用電阻式加熱元件兩種類型爐腔高溫狀態(tài)含氧氣氛的爐腔常以抗氧化的鎳鉻合金或鉻鋁鈷合金為加熱元件最高使用溫度1200℃可以允許用戶在高溫狀態(tài)對工件進(jìn)行填料和卸料熱等靜壓周期，達(dá)到提高加工效率的優(yōu)點(diǎn)使用溫度較低的缺點(diǎn)HIP爐腔一般使用電阻式加熱元件37HIP爐腔高溫狀態(tài)惰性氣氛的爐腔以惰性氣體（氬氣或氮?dú)猓┗虻獨(dú)鉃閭髁橘|(zhì)大量使用鉬和石墨為加熱材料鉬具有成形方便、安裝簡便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用，爐腔最高溫度為1450℃當(dāng)需要更高的加熱溫度時(shí)，則可使用石墨作為加熱元件，但是該種設(shè)備需要低電壓、高電流的電源需要在升溫前完成物料的裝填HIP爐腔高溫狀態(tài)惰性氣氛的爐腔38HIP快速冷卻可實(shí)現(xiàn)超過100℃/min的均勻快速冷卻冷卻時(shí)間短，可用于熱等靜壓淬火工藝降低了制造成本，提高生產(chǎn)效率，更節(jié)能環(huán)保HIP快速冷卻可實(shí)現(xiàn)超過100℃/min的均勻快速冷卻39HIP設(shè)備發(fā)展世界上第一臺HIP設(shè)備當(dāng)前世界上最大的HIP設(shè)備（Giga-HIP）HIP設(shè)備發(fā)展世界上第一臺HIP設(shè)備當(dāng)前世界上最大的HIP設(shè)40Giga-HIP制造：美國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：美國Avure公司41美國Avure公司前身ABB公司是世界上最早生產(chǎn)熱等靜壓設(shè)備的廠商，該公司生產(chǎn)的熱等靜壓系統(tǒng)具有高安全性、高可靠性和高效率、規(guī)格多樣化等特點(diǎn)美國Avure公司前身ABB公司42日本神戶鋼鐵公司超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)備：最高使用溫度為3000℃日本神戶鋼鐵公司超高溫?zé)岬褥o壓設(shè)