Qu'est-ce que le pressage isostatique à chaud ?
Aperçu
La technologie de pressage isostatique à chaud (HIP) a été proposée dans les années 1950 par le Battelle Memorial Institute. Il était à l’origine utilisé pour le collage par diffusion de pièces de réacteurs nucléaires. On a rapidement découvert qu'il s'agissait d'une excellente technologie pour la consolidation des poudres et l'élimination de la porosité du carbure cémenté. Le pressage isostatique à chaud est devenu une technologie reconnue dans l'industrie pour la densification et la densification des alliages afin d'améliorer ses propriétés mécaniques, sa douceur et sa capacité de placage. Sa fonction principale est d'éliminer les vides à l'intérieur du matériau. La plupart des fabricants de moulage par injection de métal sous-traitent ce processus à des prestataires professionnels de services de pressage isostatique à chaud MIM ou à des fournisseurs de traitement HIP certifiés.
Étant donné que le processus est simple et ne nécessite qu'un traitement des pièces à haute température et haute pression, l'équipement de pressage isostatique à chaud est spécialement conçu pour atteindre ces conditions, et le coût de l'équipement est élevé. Pendant le processus de pressage isostatique à chaud, la température élevée rend le matériau très doux et facile à déformer, tandis que la haute pression comprime les micropores à l'intérieur du matériau. Les pores sont éliminés par des mécanismes de fluage et de diffusion. La limite d'élasticité (YS) du matériau diminue à mesure que la température augmente. Lorsque de l’oxygène est appliqué à des matériaux métalliques, les protons chauds ne se diffusent pas dans les matériaux métalliques. Les mécanismes de pré-déformation au début du pressage isostatique à chaud comprennent le fluage de Nabarro-Hareng (diffusion à travers l'intérieur du grain), le fluage de Coble (fluage aux limites des grains) et le fluage des dislocations.
L'étape finale du pressage isostatique à chaud comprend la liaison par diffusion des parois des pores fermés les unes aux autres. Étant donné que la densité frittée des pièces moulées par injection de métal est suffisamment élevée et que les pores internes sont fermés (non interconnectés) et compressibles, elles sont très adaptées à la technologie de pressage isostatique à chaud. Si les pièces métalliques moulées par injection ont des pores exposés et non fermés, le gaz comprimé ventilé remplira ces pores sans les comprimer. Après avoir préparé l'alliage de titane par la technologie de pressage isostatique à chaud de poudre, la poudre métallique doit être placée dans un four de pressage isostatique à chaud et aspirée, puis la porte du four est fermée, de sorte que la liaison étroite entre les poudres puisse être obtenue sous l'action de la pression et de la température. Heureusement, la densité frittée des pièces moulées par injection de métal atteint généralement plus de 95 % et dépasse dans la plupart des cas 98 %, tandis que la densité minimale des matériaux pressés isostatiques à chaud se situe entre 92 % et 94 %. Le tableau 9.1 montre la densité minimale des pièces métalliques moulées par injection après pressage isostatique à chaud. En marquant sur des pièces métalliques moulées par injection avec un marqueur à haute -température, on peut tester si elles peuvent être pressées isostatiquement à chaud.
Si la marque n'est pas enregistrée clairement et ne se diffuse pas à l'intérieur de la pièce, un pressage isostatique à chaud peut être utilisé pour obtenir une densité plus élevée. S'il pénètre à l'intérieur de la pièce, le pressage isostatique à chaud ne peut pas être utilisé pour obtenir une densité plus élevée. De nombreux fournisseurs mondiaux de densification HIP de moulage par injection de métal proposent désormais des services de post-traitement-à guichet unique-pour aider les clients à obtenir des composants MIM à pleine densité-.
Tableau 9.1 Densité minimale des pièces métalliques moulées par injection après pressage isostatique à chaud (g/cm³)
| Alliage | Densité théorique | Densité minimale après HIP |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 4.43 | 4.1 |
| F2886 (F75) | 8.4 | 7.8 |
| 17-4PH SS | 7.8 | 7.2 – 7.10 |
| Acier inoxydable 316L | 8.0 | 7.4 |
| Acier faiblement-allié | 7.6 – 7.9 | 7.1 – 7.3 |
| S7 | 7.83 | 7.2 |
Processus de pressage isostatique à chaud
Le processus de pressage isostatique à chaud utilise un gaz chaud inerte comprimé pour appliquer une pression sur la pièce. Pour les pièces métalliques moulées par injection, la température de pressage isostatique à chaud est généralement inférieure de 100 à 200 degrés à la température de frittage, et la pression est généralement comprise entre 15 000~20 000 psi (105~140 MPa). Le gaz préféré pour le pressage isostatique à chaud est l’argon car sa taille atomique est grande. L'azote peut également être utilisé, mais son effet n'est pas aussi bon que celui de l'argon. La figure 9.1 montre un diagramme schématique de pressage isostatique à chaud. Le processus est un processus de traitement par lots et dure généralement 4 à 10 heures. Les étapes sont les suivantes :
(1) Chargez le matériau dans le four et fermez la porte du four ;
(2) Aspirer et remplir de gaz inerte ;
(3) Chauffer et pressuriser en même temps ;
(4) Refroidissez et dépressurisez en même temps ;
(5) Échappement ;
(6) Retirez les pièces.
Cette séquence représente un processus de pressage isostatique à chaud indépendant et est généralement utilisée pour fabriquer des billettes denses pour les pièces moulées et moulées par injection de métal. Dans l'industrie du carbure cémenté, un processus appelé frittage par pressage isostatique à chaud ou frittage sous pression est le processus utilisé pour densifier les composants à base de carbure cémenté/poudre de cobalt. Puisque le frittage et le pressage isostatique à chaud sont réalisés en une seule étape, le temps et le coût total du traitement sont réduits. La pression est généralement de 1,5 à 10 MPa, ce qui est bien inférieur au pressage isostatique à chaud standard, mais elle est suffisante pour éliminer les pores du carbure cémenté. Les principaux fournisseurs chinois de pressage isostatique à chaud de pièces MIM et les fournisseurs internationaux de solutions de moulage par injection de métal pleine densité-adoptent largement cette technologie intégrée pour fournir des composants aux performances de fatigue plus élevées pour les clients de l'aérospatiale, du médical et de l'automobile.
