الدرس 9.3التشكيل الأوليالفصل 9 · المساحيق والخزف

الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP)

اضغط بالأرغون الساخن من كل الجهات لإغلاق المسام

يضع الكبس المتساوي الضغط الساخن (HIP) قطعًا منتهية أو شبه منتهية في وعاء ضغط ويضغطها بغاز الأرغون الساخن. ويدفع الضغط بالتساوي من كل الاتجاهات («متساوي الضغط»)، فتنهار المسام الخفية وتلتحم مغلقة والشكل باقٍ كما هو. وتُعالَج بهذه الطريقة بصورة معتادة ريش توربينات المحرّكات النفاثة والغرسات الطبية من التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

الصورة: Quintus Technologies, CC BY-SA 4.0, عبر Wikimedia Commons

الكبس المتساوي الضغط الساخن · مقطع في الوعاء، وإغلاق المسام، ودورة واحدةالوعاء مرسوم مقطوعًا إلى نصفين؛ ويكبّر الإطار الصغير قطعة واحدة، ويرسم المخطط الصغير دورة واحدة. تطابق الأرقام المحاطة بدوائر الخطوات.

كيف تعمل

حمّل وأغلق. تدخل القطع على حامل، ويُغلق الوعاء بسدادات فولاذية سميكة؛ وفي الوحدات الكبيرة يثبّت إطار ثقيل السدادات في مكانها. قد تكون الحمولة مسبوكات أو قطعًا مطبوعة ثلاثية الأبعاد أو مسحوق معدن مختومًا في علبة فولاذية.
املأ بالأرغون. يُسحَب الهواء، ويضخ ضاغط الأرغون، وهو غاز خامل لا يتفاعل مع المعدن الساخن.
سخِّن وضغِط. يرفع فرن داخل درع حراري القطع إلى نحو 900–1,250 °C للفولاذ والتيتانيوم وسبائك النيكل (نحو 500 °C للألومنيوم). ويرفع تسخين الغاز المحبوس ضغطه إلى عادةً 100–200 MPa، أي نحو 1,000–2,000 ضعف الضغط الجوي.
أبقِ. لمدة تتراوح عادةً بين 2 و4 ساعات، يكون المعدن الساخن طريًا بما يكفي ليزحف (يسيل ببطء شديد) داخل مساماته. تتلامس جدران المسام وتلتحم بالانتشار (ذرات تنتقل عبر الحدود)، فيبقى معدن صلب. أما المسام المفتوحة على السطح فلا تُغلق، لأن الغاز يدخل إليها.
برّد وأفرغ. يبرد الفرن، ويُستعاد الأرغون لإعادة استخدامه، وتخرج القطع بالشكل نفسه وبكثافة كاملة تقريبًا. ثم تُزال علب المسحوق بالتشغيل الآلي أو بالحمض.

حقائق أساسية

المواد: مسبوكات وقطع مطبوعة ثلاثية الأبعاد من التيتانيوم وسبائك النيكل والفولاذ والألومنيوم؛ ومساحيق معدنية في علب مختومة؛ وسيراميك تقني
القطع النموذجية: ريش التوربينات، والغرسات الطبية، وأجسام الصمامات، وكتل فولاذ الأدوات، والقطع المعدنية المطبوعة
حجم القطعة: من غرسات صغيرة إلى قطع تزن عدة أطنان؛ وأكبر الأوعية تتسع لحمولات بعرض نحو 2 م
الدقة: يبقى الشكل؛ وتنكمش القطع بمقدار حجم مساماتها فقط، وهو عادةً جزء ضئيل من واحد بالمئة في المسبوكات
تشطيب السطح: يبقى كما كان: HIP لا يمس السطح
حجم الدفعة المناسب: أي كمية: قطعة واحدة أو حمولة فرن كاملة، وغالبًا تنفّذها شركات خدمات HIP متخصصة
كلفة العدّة والآلة: لا عُدد خاصة بالقطعة؛ وتكلّف الآلات من مئات الآلاف من الدولارات (وحدات المختبر) إلى ملايين كثيرة (وحدات الإنتاج)
السرعة: تستغرق الدورة الواحدة عادةً 6–12 ساعة شاملةً التسخين والتبريد؛ وأقل في الوحدات ذات التبريد السريع

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

يزيل المسام الداخلية ويبلغ كثافة تقارب 100%
مكاسب كبيرة في عمر الكلال (مقاومة الأحمال المتكررة) وفي الموثوقية
لا عُدد خاصة بالقطعة: يصلح أي شكل ما دام يتسع له الوعاء
يستطيع تحويل المسحوق إلى قطعة صلبة، أو وصل معدنين معًا

الحدود

لا يستطيع إغلاق المسام المتصلة بالسطح
دورات طويلة ومكلفة، وهو عادةً خطوة إضافية بعد السبك أو الطباعة
آلات باهظة جدًا، لذا تلجأ معظم الشركات إلى مزوّد خدمة
علب المسحوق تضيف تكلفة ويجب تشغيلها أو إذابتها

أين تُستخدم

الطيرانريش وشفرات توربينات مسبوكة، ومسبوكات إنشائية للمحرّكات
الطبغرسات الورك والركبة من التيتانيوم والكوبالت-كروم المسبوكين أو المطبوعين ثلاثيًا
التصنيع الإضافيمعالجة لاحقة قياسية للقطع المطبوعة من التيتانيوم وسبائك النيكل
النفط والغاز والطاقةأجسام صمامات وأجزاء مضخات ومشعّبات تُصنع من المسحوق بـ HIP
العدد والقوالبفولاذ أدوات وفولاذ عالي السرعة من المسحوق ببنية دقيقة منتظمة

كيف تتعرف عليها

HIP لا يترك أثرًا مرئيًا: تبدو القطعة تمامًا كما كانت مسبوكة أو مطبوعة.
الدليل في الداخل: مقطع مقصوص ومصقول، أو صورة بالأشعة السينية، لا يُظهر مسامًا.
القطع الكبيرة المصنوعة من المسحوق بـ HIP تُظهر أسطحًا مشغّلة في كل مكان، لأن العلبة الفولاذية قُطعت عنها؛ وغالبًا ما تذكر الرسومات والشهادات «HIPed».