等静压加工

工件加工工艺

等静压加工是用高压泵把传压流体介质压入封闭的容器内，容器内的工件在高压流体介质的静态压力作用下成型，成为致密体或粘结一起。

原理

等静压工艺可使工件在各个方向上获得均匀的压应力。按加工温度分冷等静压加工和热等静压加工两类。

工艺

典型工艺是将粉末装入具有弹性的软套中（一般用橡胶或塑料制成），软套封口后放入可密封的容器（缸体）中，液体介质的压力均匀地作用在包套上，再将压力传递到工件上，实现等静压制。常用液体介质为水和油的混合乳液或油，所以有“水静压”、“油静压”之称。冷等静压多用于粉末冶金以获取粉末预成型坯料。20世纪30年代中期，开始应用冷等静压法压制钨、钼以及陶瓷制品。与机械压制相比，由于冷等静压制压力大，工件受力均匀，特别适宜压制大尺寸的粉末制品。压制的粉末制品具有密度高，密度均匀，压制的粉末不需添加润滑剂等优点。常用的冷等静压机的工作压力可高达6500kgf/cm2。按照容器密封结构不同，冷等静压机可分为螺纹式和框架式两类。螺纹式冷等静压机结构简单，但操作劳动强度大，使用过程螺纹磨损严重，通常是容器（缸体）小的等静压机；框架式冷等静压机，设备虽然复杂，但安全可靠，操作简便，通常是容器（缸体）较大的压机。

分类

冷等静压制按粉末装入方式不同又分为干袋模压制和湿袋模压制。两者根本区别是：干袋模压制的成型橡皮袋不浸泡在液体介质中，压毕，取出压块和成型模袋，而加压橡皮袋仍留在容器内供下次装料使用；干袋模压制的模袋寿命长,生产效率高,适用于单件连续生产。湿袋模压制（图1）是常用的压制工艺,装料后模袋放入容器并浸泡在液体介质中,压毕同时取出模袋和坯料。该工艺可同时压制各种形状的压件，但脱模耗时长。

相关技术

利用高温气体（氩或氦）产生的流体静压力进行加工。1955年美国巴蒂尔研究所首先研制成功，60年代初获得工业应用，解决了核燃料元件的扩散粘结问题。早期热等静压又称“气体加压粘接”(gas-pressure bonding)、“气体加压固结”（gas-pressure consolidation）。60年代中期到70年代初期,由于气体雾化和离心雾化制取高性能粉末工艺的出现和应用，使热等静压工艺获得了很大的发展，成为一种工业生产的方法。热等静压工艺是在高温下加压成型，因而获得制品的孔隙少，密度与熔炼加工材料相近，且晶粒细、各向性能均匀。因此：

①热等静压主要应用于高性能的粉末材料制品的成型，如粉末冶金高温合金、粉末冶金高速钢、陶瓷材料等的工业生产，在制取粉末冶金钛合金零件上开展了广泛的研究。

②消除硬质合金、铸件、构件或使用后的构件的内部缺陷（如气孔、裂纹等），提高铸件、构件质量或使构件重新返回使用，这也是热等静压的重要应用。

③热等静压工艺还应用于固态材料的粘结，例如金属和金属、陶瓷或纤维复合材料的粘结。

热等静压设备通常由装有加热炉体的高压容器、高压气体介质输送、电气、测温和冷却等系统组成。直到70年代末，虽然最大的热等静压机的缸体尺寸为直径3050mm，长度9150mm；最高气体压力为10500kgf/cm2；最高加热温度为2700℃。但工业生产用的热等静压机一般压力为1500～2000kgf/cm2，温度为1500℃。采用热等静压固结粉末时，将粉末预成型制成坯料或通过振动将粉末直接装入硬质包套中。包套封焊前需在室温或加温抽真空过程中封焊。封焊后的包套放入高压容器。然后，可先打入气体（低于最终气压），再进行升温，由于气体的加热膨胀最终达到所规定的气体压力；也可同时升温和加压。热等静压工艺中，包套的抽空和密封对产品质量有明显的影响，是热等静压工艺的关键之一。包套一般采用金属（软钢、不锈钢、钛等）或陶瓷材料制成。最早采用的是金属包套，适于生产简单形状的制品；陶瓷包套性脆、不致密，需放在金属套中，两层包套之间的间隙用传压介质(陶瓷粉末)填充，陶瓷包套材料适用于形状复杂和尺寸精密的制品。

优点

等静压技术作为一种先进成形技术，与传统的成形技术相比具有明显的优势，主要集中在：

第一：等静压成形的产品，具有密度高而分布均匀、产品内部不存在气泡、成品晶粒间显微孔隙度很低，其力学性能与电性能均比别的成形方法好。

第二：等静压制品几乎无内应力，压坯可以直接进窑烧结，不会翘曲与开裂。

第三：制作长径比（长度与直径之比）很大的产品是轻而易举的事，而其他方法是则是事倍功半或者无法实现。

第四：制作高熔点、高硬度材料的大型产品及形状复杂的产品。

第五：等静压成形的坯体比其他成形方法制得坯体烧成温度低并且不会污染高纯度的压坯材料。

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