SE513640C2 - Anordning, användning och förfarande för snabbkylning vid varmisostatisk pressning - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 51.3 640 vanligtvis kyls av omgivningen, om inte ett kylsystem är anordnat för det ändamålet. I Vid många tillämpningar är det önskvärt att snabbt kyla ugnskammaren för att erhålla vissa material- egenskaper. Det är också vanligtvis önskvärt att avlägsna behandlade föremål så fort som möjligt för att uppnå korta produktionscykeltider. Följaktligen är det också svårt att kyla ned föremål till en temperatur vid vilken de är behändiga att hantera och fortfarande uppnå en kort produktionscykeltid.

Det är känt från den amerikanska patentskriften US 4 217 087 att främja kylning i en HIP:s ugnskammare genom att inuti ugnskammaren cirkulera mängder av en kallare inert gas från ett utrymme som omger ugns- kammaren. Denna metod ger en kortare kylningstid men innefattar användandet av en ventil med rörliga delar införlivad i tryckkärlets väggar. Det är svårt och dyrbart att konstruera och underhålla ventiler med rörliga delar inuti en HIP:s tryckkärl beroende på allvarliga påfrestningar genom högt tryck i kombination med höga temperaturer.

I den amerikanska patentskriften US 5 251 880 visas ett kylsystem för en HIP, vilket innefattar öppningar i väggarna mellan en ugnskammare och ett omgivande tryck- kärl samt tillhörande öppnings- och stängningsmekanismer. Öppningar i ugnskammarens topp visas. Cirkulationen av gas, vilken omger ugnskammaren, in i ugnskammaren underlättas vid kylning. Även denna anordning innefattar i likhet med är svår och dyr att konstruera och under- en ventil med rörliga delar vilken, US 4 217 087, hålla beroende på allvarlig påfrestning genom högt tryck kombinerat med hög temperatur.

Det är känt genom den amerikanska patentskriften US 5 123 832 att snabbt kyla ugnskammaren i en HIP genom 10 15 20 25 30 35 513 6-40 cirkulationen av ett kallare tryckmedium genom en ugns- kammare. I den här anordningen och metoden för att kyla föremål är en eller flera pumpar eller fläktar anordnade i tryckkärlets botten samt i ugnskammarens botten.

Nedkylningstiden har avkortats genom att man cirkulerar proportionerliga mängder av en kallare gas, från utrymmen mellan ugnskammarens väggar och tryckkärlets väggar, in i ugnskammaren med hjälp av pumparna eller fläktarna. En brist med denna anordning är emellertid att nedkylnings- steget sker först, följt av ett dekompressionssteg, vilket bidrar till en tämligen lång produktionscykeltid.

Det är också ganska långdraget att kyla ned föremål till en tillräckligt låg temperatur för att de skall vara relativt enkla att hantera manuellt.

Sammanfattning av uppfinningen -Det är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en varmisostatisk press. Det är ett annat syfte med upp- finningen att åstadkomma ett förfarande för att snabbt kyla de behandlade föremålen i en varmisostatisk press.

Det är en annat ändamål med uppfinningen att snabbt kyla behandlade föremål så att de kan avlägsnas från uppfinningen med en temperatur vid vilken de på ett behändigt sätt kan hanteras. Det är ytterligare ett annat ändamål att uppnå förbättrad kontroll över kylningshastigheten hgš behandlade artiklar.

Dessa och andra ändamål uppnås med hjälp av en varmisostatisk pressDi_enlighet med uppfinningen.

Föreliggande uppfinning är en isostatisk press för varmisostatisk pressning av föremål, vilken har ett tryckkärl i vilket eñ"ugnskammare är anordnad med ett utrymme mellan ugnskammaren och tryckkärlets väggar.

Ugnskammaren har en yššmeisolerande mantel och värmeisolerande toppvägg och bottenvägg, och en eller flera passager är anordnade i ugnskammarens väggar.

Föreliggande uppfinning kännetecknas av att åtminstone 10 15 20 25 30 35 513 640 ett gasutlopp är anordnat i ugnskammarens inre och är anslutet till organ anordnade utanför tryckkärlet för att ta emot gas. Vid snabb kylning av behandlade föremål avlägsnas gas från ugnskammarens innandöme genom ett gasutloppsorgan såsom ett rör.

Fördelen med föreliggande uppfinning är att behandlade föremål kan kylas snabbt. Detta ger en teknisk fördel i form av bättre kontroll över materialegenskaper och en ekonomisk fördel i form av kortare produktions- cykeltider. En kortare cykeltid àstadkommes genom genom- förandet av två steg, kylningen av de behandlade före- målen samt dekompressionen av gasen, samtidigt.

Ytterligare en fördel är att föreliggande uppfinning är mer ändamålsenlig. Först kyls behandlade föremål inuti ugnskammaren av en ström av kallare gas som strömmar in i ugnskammaren ifrån det utrymme som omger ugnskammaren in.

För det andra så absorberas större delen av den adiabatiska kylningseffekten, beroende på dekompression av gasen, i ugnskammaren vilket ytterligare kyler de behandlade föremålen. Ytterligare en fördel är att de vilka har kylts snabbt har kylts till omkring 250°C, så att de behandlade föremålen behändigt isostatiskt behandlade föremålen, vid en tillämpning av uppfinningen, kan hanteras med skyddshandskar. Snabb kylning av behandlade föremål genom att gasen avlägsnas från ugnskammarens inre möjliggör också att temperaturen i ugnskammaren kan mätas mer direkt via gasströmmen.

Gasströmmen förbi föremålen är också under mer direkt kontroll än med konventionella metoder, i vilka gas cirkuleras från och avlägsnas från utrymmen vilka omger en ugnskammare och som innehåller kallare gas.

Uppfinningen har också den fördelen att inga rörliga delar, såsom ventiler, krävs i eller nära ugnskammaren.

Detta förenklar konstruktion och sänker kostnaden för en isostatisk press för HIP i enlighet med uppfinningen, vilket, tillsammans med den kortare cykeltiden, 10 15 20 25 30 35 513 640 5 väsentligt sänker kostnaden för att behandla artiklar i en HIP-process.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning beskrivs mer i detalj i samband med de bifogade ritningarna.

Figur l visar schematiskt en varmisostatisk press enligt uppfinningen. 1Figur 2 visar schematiskt en utveckling av en varm- isostatisk press enligt uppfinningen.

Beskrivning av en föredragen utföringsform Figur 1 visar schematiskt en HIP enligt föreliggande uppfinning. Ett tryckkärl l innehåller en ugnskammare 2 anordnad med ett utrymme 3 mellan ugnskammarens väggar och tryckkärlets l väggar. Ugnskammarens 2 värmeisolerade väggar kan innefatta en värmeisolerad mantel. Föremål ll som skall behandlas genom varmisostatisk pressning är anordade i ugnskammarens 2 inre 4. Passager 5, 6 är anordnade i ugnskammarens 2 bottenvägg. Ett utloppsorgan för gas från ugnskammarens 2 inre enligt uppfinningen visas i figur 1, anordnad i form av ett rör 7. Röret 7 är via styrorgan såsom en ventil 8 hopkopplat med ett gassystem 9 utanför tryckkärlet 1.

Figur 2 visar en utveckling av uppfinningen. Ett organ 10 för tvångscirkulation 10 visas placerat inuti ugnskammaren 2.

Efter en varmisostatisk tryckbehandling kyls föremålen ll snabbt enligt uppfinningen, genom man- övrering av ett styrorgan, såsom genom att öppna ventilen 8 för att tillåta gas att strömma ut direkt från ugnskammarens 2 inre. Den varma gasen från ugnskammarens 2 inre strömmar ut ur ugnskammaren 2 genom gasutlopps- organ, såsom röret 7, Kallare gas, från utrymmet 3 mellan ugnskammarens 2 och tryckkärlets l väggar, strömmar in i 10 15 20 25 30 35 513 640 ugnskammaren genom passager såsom 5, de behandlade föremålen ll, ut ur ugnskammaren 2 genom röret 7. All den närvarande 6 och kyler således innan gasen därefter strömmar gasen, det vill säga den varmare gasen som finns i ugns- kammaren 2 vid kylningens start, såväl som den kallare gasen i utrymmet 3 mellan ugnskammaren 2 och tryckkärlets 1 väggar, vilken strömmar in i ugnskammaren 2, expanderar därefter, då trycket faller i ugnskammaren 2. När detta sker så åstadkommer all gas som finns inuti HIP:n en adiabatisk kylningseffekt för att ytterligare kyla före- målen ll i ugnskammaren 2. Både kylning och dekompression äger rum samtidigt, vilket resulterar i att produktionscykeltiden blir kortare.

Figur 2 visar en utveckling av uppfinningen, i vilken ett organ 10 för tvångscirkulation, såsom en fläkt, för att åstadkomma en jämn temperaturfördelning. Under omrörare eller pump, kan anordnas i ugnskammaren 2 snabb kylning av de behandlade föremålen ll kan användningen av organ lO för tvångscirkulation kombineras med att gasutloppsorganet, visat i figur 2 som rör 7, positioneras på så sätt att en öppning in i gas- utloppsorganet, vilket i det visade exemplet är öppningen i slutet av rör 7, positioneras i en lägre punkt i ugnskammarens 2 inre, det vill säga något närmare ugns- kammarens 2 bottenväggar, snarare än väsentligen nära ugnskammarens 2 mitt.

Uppfinningen är inte begränsad till den beskrivna utföringsformen, utan till en mängd modifikationer som fackmannen inser kan genomföras inom kravens skydds- omfång. Till exempel har, i figur l, gasutloppsorganet för att avlägsna gas från ugnskammarens insida visats som ett rör 7. Som alternativ kan andra former av ledningar eller kanaler anordnas som gasutloppsorgan inuti ugns- Ett gas- utloppsorgan kan anordnas i ugnskammarens 2 inre i en kammaren 2 i stället för ett rör, såsom röret 7. 10 15 20 25 30 35 51.3 640 sådan position relativt ett föremål eller flera föremål ll att en önskad fördelning av gasströmning bland föremål ll eller runt ett ensamt föremål uppnås. Fler än ett gasutloppsorgan kan anordnas i ugnskammarens 2 inre för att åstadkomma en önsššd fördelning av gasströmning vid kylning. Detta inkluderar ett flertal gasutloppsorgan som är anordnade för att jämnt fördela gasströmmen bland många föremål ll. Detta inkluderar även ett flertal gasutloppsorgan som är placerade för att fördela gasströmning runt ett enstaka föremål, såsom ett stort gjutstycke, för att uppnå en erforderlig kylningshastighet i olika partier av ett gjutstycke, eller där exempelvis förändringar i tvärsnittstjocklek erfordrar en anpassning av gasflödet. Alternativt kan en eller flera passager anordnas i ugnskammarens 2 toppvägg såväl som, eller i stället för, i bottenväggen såsom visas med passagerna 5, 6 i figurerna 1 och 2.

I en tillämpning av uppfinningen används kvävgas som tryckmedium. Föremål ll som är tillverkade av en aluminiumbaserad legering behandlas i en HIP-process, varvid tryck mellan 300 och 2000 bar används, och kyls sedan snabbt. Behandlade föremål ll avlägsnas manuellt från HIP:n, efter snabb nedkylning till en temperatur på- omkring 250°C, varvid skyddshandskar används. I denna process utsätts föremålen ll för temperaturer i området på omkring 500 - 520°C och ett gasutloppsorgan i form av ett rör av rostfritt stål är tillräckligt.

För HIP-processer som involverar temperaturer högre än 500 - 550°C kan nigkelbaserade legeringar såsom Iconel användas. Andra nickelbaserade legeringar, såsom oxid- dispersionshärdade (ODS) legeringar, exempelvis PMl00O, är också lämpliga att användas vid höga temperaturer.

Legeringar av metallgšisåsom titan med bättre temperatur- beständighet kan också användas vid temperaturer som kraftigt överstiger 550°C. Föreliggande uppfinning kan användas för processší vilka involverar temperaturer på 10 513 640 omkring l000°C, genom att gasutloppsorganet konstrueras av metaller och/eller idag tillgängliga legeringar med hög temperaturbeständighet, och/eller med en kombination av keramiska delar och foder, och/eller kombinerat med ett kylsystem för att kyla ett gasutloppsorgan.

Föreliggande uppfinning är likasà applicerbar på den varmisostatiska pressningen av föremål som använder andra gaser som tryckmedium, likväl som vätskor såsom oljor, saltlösningar eller hydraulvätskor.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 513 640 P A T E N T K R A V

1. Isostatisk press för behandling av föremål (ll) genom varmisostatisk pressning, innefattande ett tryck- kärl (1), i vilket en ugnskammare (2) är anordnad med ett utrymme (3) mellan ugnskammaren (2) och tryckkärlets (1) väggar, vilken ugnskammare (2) har en värmeisolerande mantel och värmeisolerapde toppvägg och bottenvägg, med passager (5, 6) anordnade i ugnskammarens (2) väggar, och ett tryckmedieutloppsorgan som är anordnat i en av tryck- kärlets (l) att åtminstone ett tryckmedieutloppsorgan är anordnat så att väggar, k ä n n e t e c k n a d a v det sträcker sig in i ugnskammarens (2) inre, för att åstadkomma en direktpassage för tryckmediet från (l) utsida. k ä n n e - ugnskammarens (2) inre till tryckkärlets

2. Isostatisk press enligt krav 1, t e c k n a d a v att tryckmedieutloppet innefattar ett rör (7) som sträcker sig in i nämnda ugnskammares (2) inre. =:

3. Isostatisk prešs enligt något av kraven l till 2, k ä n n e t e c k n afig_ a v att den isostatiska pressen innefattar organ för tvångscirkulation (10) anordnat i ugnskammarens (2) inre.

4. Isostatisk press enligt något av kraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n algg a v att tryckmedieutlopps- organet är kopplat till ett styrorgan (8) för reglering av tryckmedieströmmen ut ur ugnskammaren (2).

5. Isostatisk press enligt krav 4, k ä n n e - t e c k n a d a v att styrorganet (8) innefattar en ventil för att reglera tryckmedieströmmen ut från nämnda ugnskammare (2). hwyw

6. Isostatisk press enligt något av kraven 1 till 5, att tryckmedieutloppets (7) position inuti ugnskammaren (2) är lämpligt anordnad för k ä n n e t e c k n amg _a v att åstadkomma en ström av tryckmedium runt eller bland en eller flera olika typer och/eller storlekar av föremål (ll). '"i 10 15 20 25 30 513 640 10

7. Isostatisk press enligt något av kraven 1 till att fler än ett tryck- medieutlopp är anordnat i ugnskammarens (2) 6, k ä n n e t e c k n a d a v inre, positionerade med hänsyn till ett föremål (ll), (ll), för att eller alternativt positionerade bland föremål uppnå ett erforderligt tryckmediumflöde.

8. Användande av en isostatisk press enligt något av kraven 1 till 7 för snabb kylning av isostatiskt behandlade föremål.

9. Förfarande för att avlägsna ett tryckmedium som vilken är inneslutet i en ugnskammares (2) inre, ugnskammare (2) är anordnad i ett tryckkärl (1) tillhörande en isostatisk press och med åtminstone en till ett utrymme passage (5, 6) (3) mellan tryckkärlets (1) och ugnskammarens (2) väggar, i vilken ugnskammare (ll) att tryckmediet avlägsnas direkt från inre till tryckkärlets (1) åtminstone ett föremål är anordnat, k ä n n e - t e c k n a t a v ugnskammarens (2) utsida, via ett tryckmedieutloppsorgan som är anordnat i en av och som sträcker sig in i ugns- tryckkärlets (1) väggar, kammarens (2) inre, och således samtidigt - kyler de behandlade föremålen (ll) med en ström av tryckmedium genom passager (5, 6) från utrymmet (3) mellan tryckkärlets (1) och ugnskammarens (2) väggar och - dekomprimerar tryckmediet.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e - t e c k n a t a v att den hastighet med vilken tryck- mediet avlägsnas från nämnda ugnskammare (2) genom nämnda tryckmedieutloppsorgan styres variabelt med hjälp av styrorgan (8).