[发明专利]控制热等压压力机温度的方法以及热等压压力机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于控制热等压压力机温度的方法，以及一种根据权利要求12的前序部分所述的热等压压力机。

背景技术

热等压压力机(HIP)或者高压锅炉用于当今广泛的应用领域。在此，在高温高压条件下，在模具中对固体工件或者粉末构成的模压材料进行致密化处理。此时，可将同类材料，但也可将不同材料彼此结合。通常，将工件置于由高压容器包围的具有加热装置的炉中。在加热过程中或者在加热后，通过流体或者惰性气体(通常是氩气)的各个方向的压力来实施完全等压压处理，直至工件达到最佳致密度。这种方法也用于对例如由陶瓷材料制成的部件进行再致密化处理，例如用于髋关节假体、汽车或者发动机制造中所用的铝铸件，作为轿车发动机的汽缸盖或者钛合金精密铸件，例如涡轮机叶片。在高温高压条件下进行再致密化处理时，可闭合前道生产工序中产生的微孔、愈合存在的缺陷部位并改善结构特性。另一个应用领域是生产粉末材料制成的近终成形部件，在工艺过程中对这些部件进行致密化和烧结处理。

HIP周期通常要持续非常长的时间，从几小时到几天不等。在此，周期成本的相当一部分是由资本约束的机器小时率引起的。尤其是从工作温度降低到能够安全打开压力机的允许温度所需的相当长的冷却时间通常占到周期时间的三分之一以上，且在工艺过程中无法加以利用。现在已知，冷却对于待生产零件的材料特性起到至关重要的作用。出于材料质量的原因，许多材料需要遵循一定的最大冷却速度。此外，在冷却过程中还必须注意，工件本身在其体积内均匀地而不是非均匀地以不同的温度区冷却。在生产大型部件时，温度差所引起的内应力可能会导致翘曲、带有相应的切口应力集中效应的开裂或者导致彻底毁坏。即使是通常置于加炉内的支架或台架上的小型部件，也可能出现此类问题。

从现有技术中充分已知带有或者没有例如风机之类的机械式辅助设备的热气体循环方式的高压釜。在没有应用机械式辅助设备时，通过现有的或者输送的温度差(在外壁处加热或冷却)在高压釜中使用压力剂的自然对流和重新分布。此时，较冷的流体下降，而较热的流体上升。可以使用导流机构来受控制地利用这种流体的流动，从而在高压釜内实现均匀的加热或者冷却循环。在现有技术中，在此较佳地使用由一根上、下开口的管子构成的所谓的导流套或对流套。在加热过程中，炉中的热源提供驱动力，且根据热源的布置情况开始流动。例如在装料区(在装料装置下方)中进行加热，且在装料区的中间产生向上流动，而在壁的外侧(更冷的温度)产生向下流动。为了避免不可估算的混合流，上述对流套具有的优点是，在对流间隙(对流套与隔热之间外侧)中产生受控制的向下流动，其中，确保再次冷却的流体又在进入装料区之前才进入加热室并进行加热。在冷却过程中，冷却流体在对流套和起冷却作用的外壁/隔离物之间也下降，其中，冷却流体作为较冷流体进入装料区，因此推动对流套内部的较热的流体向上移动经过装料装置。在HIP设备的顶盖上，从下而上的流动推动流体向外侧区域运动，且因此使得流体在外壁和对流套之间又重新下降。此时，又形成相应的冷却作用，从而维持持续的冷却过程。WO 2003/070402A1以及在其中介绍的用于冷却热等压压力机的方法公开了至少类似的过程。在此，根据该方法，高温流体离开装料区、与装料区外下降的低温流体混合并将混合的流体又供给到装料区。该方法本身所要求的条件复杂，因此也需要使用构造复杂、具有许多所设置的管路区的对应的热等压压力机。该方法的缺点是，当装料装置的侧凹部或者装料装置的支撑结构妨碍装料区的有序流通时，重新送入的混合流体可能会以无法控制的方式回流到装料区中，且有时会在装料区中导致不同的冷却速度。此外，将冷却到混合温度的气体从下方供给到装料区中，必然会导致装料区的下端与上端之间出现温度梯度，并且因此不能实现均匀的冷却速度。