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Mise en forme de matériaux par frittage flash

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Compression isostatique à chaud

Auteur(s) : Emmanuel RIGAL

Date de publication : 10 déc. 2017

Relu et validé le 23 oct. 2020

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RÉSUMÉ

La compression isostatique à chaud est une technique de densification de matériaux. Sont utilisées des enceintes souvent de grande taille (plus de 1 m³), conçues selon plusieurs variantes, qui fonctionnent sous forte pression de gaz neutre et peuvent atteindre des températures élevées. Elles permettent le traitement de pièces contenant des défauts résiduels, leur conférant ainsi des propriétés mécaniques améliorées (fonderie, métallurgie des poudres), mais également le frittage de poudres et l’assemblage par soudage diffusion, avec des matériaux et pour des applications très variées. Dans cet article, ces usages sont décrits et les mécanismes affectant la matière lors du traitement sont abordés.

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ABSTRACT

Hot isostatic pressing

Hot Isostatic Pressing is a technique used to densify materials. Vessels, designed according to different possibilities, are often larger than 1 m³ and allow a high neutral gas pressure and a high temperature to be achieved. They are used to process parts having residual defects, thereby providing improved mechanical properties (cast parts, powder metallurgy parts). They are also used to sinter loose powder and/or to achieve diffusion welds. Materials and applications of various kinds are concerned. In this article, these uses of HIP are described and mechanisms involved in the processes are introduced.

Auteur(s)

Emmanuel RIGAL : Ingénieur-chercheur - Liten, CEA-Grenoble, Grenoble, France

INTRODUCTION

La Compression Isostatique à Chaud (CIC ou HIP pour Hot Isostatic Pressing) est une technique de densification de matériaux présentant initialement des cavités. Elle fait appel à un chauffage et à une pression de gaz généralement neutre : sous les effets combinés de ces deux facteurs, les cavités sont éliminées. Les moyens pour générer, contenir et utiliser en toute sécurité ce milieu particulier de traitement de matériaux sont tout d'abord décrits, de même que les caractéristiques d’installations industrielles en termes de capacités, de mise en œuvre et de variantes. Puis, l’application de la CIC comme procédé de post-traitement de pièces présentant des défauts résiduels est présentée. Ce sont des pièces issues de la fonderie ou de la métallurgie des poudres, dont on améliore ainsi les propriétés mécaniques (ductilité, ténacité, résistance à la fatigue…) tout en réduisant la dispersion de ces propriétés. L’usage de la CIC en tant que technique de fabrication à part entière est détaillé ensuite. Dans ce cas, les matériaux sont introduits dans des enveloppes étanches et les cavités sont alors des pores (cas du frittage de poudres) et/ou des jeux (soudage par diffusion d’éléments). Les procédés de fabrication et les caractéristiques des poudres adaptées à la CIC sont donnés, de même que de nombreux exemples de réalisation.

On obtient par ces procédés des matériaux très homogènes et isotropes, à propriétés mécaniques excellentes, et des composants originaux, souvent complexes de par leur géométrie et/ou leur caractère multimatériaux. La CIC permet en outre pour certaines applications une économie de matière en supprimant ou réduisant les opérations d’usinage ou de soudage.

Nous nous intéressons pour finir aux mécanismes d’évolution de la matière en conditions de CIC : la densification bien sûr, mais aussi les évolutions physico-chimiques et microstructurales.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés, ainsi qu'un tableau de symboles.

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MOTS-CLÉS

métallurgie des poudres | compression isostatique à chaud | fonderie | soudage diffusion

KEYWORDS

powder metallurgy | hot isostatic pressing | casting | diffusion welding

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - GRINDER (O.) - A history of PM technology. Euro PM2015. - Congress and Exhibition, Bâle, Suisse (16-19 septembre 2012).
(2) - COLMAN (P.), VERBRAEKEN (C.) - Design, manufacturing, operation and safety aspects of forged high pressure vessels for HIP units. - 11th International Conference on Hot Isostatic Pressing, Stockholm (9-13 juin 2014).
(3) - AHLFORS (M.) - The possibilities and advantages with heat treatment in HIP. - 11th International Conference on Hot Isostatic Pressing, Stockholm (9-13 juin 2014).
(4) - INTRODUCTION TO PM HIP TECHNOLOGY - A guide for Designers and Engineers. - European Powder Metallurgy Association (2013).
(5) - DONACHIE (M.J.) - Titanium : a technical guide, 2^nd edition. - ASM international (2000).
(6)...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Événements

International Conference on Hot Isostatic Pressing : conférence internationale, tous les 3 ans (Stockholm 2014, Sydney 2017).

Euro PM congress and exhibition : conférence européenne annuelle sur la métallurgie des poudres avec, depuis 2012, une session sur la CIC.

World PM : conférence internationale sur la métallurgie des poudres, tous les 6 ans, avec des sessions sur la CIC (Florence 2010, Hambourg 2016).

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

HAUT DE PAGE

2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

EPSI (Engineered Pressure Systems International) : fabricant d’enceintes de CIC

http://epsi-highpressure.com/

QUINTUS technologies : fabricant d’enceintes de CIC

http://quintustechnologies.com/

BODYCOTE : services de CIC et traitements thermiques

http://www.bodycote.com/fr-FR

KENNAMETAL :...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - TECHNOLOGIE DE LA COMPRESSION ISOSTATIQUE À CHAUD

1.1 - Installations
1.2 - Conception et sécurité
1.3 - Technologies de chauffage et échanges thermiques
1.4 - Mise en œuvre
1.5 - Variantes

2 - PROCÉDÉS ET APPLICATIONS

2.1 - Principe des procédés
- Quiz d'entraînement
2.2 - La CIC en tant que procédé de post-traitement de pièces
2.3 - Métallurgie des poudres par CIC
2.4 - Soudage par diffusion
- Quiz d'entraînement
2.5 - Codes et normes

3 - PROCESSUS ET MÉCANISMES

3.1 - Densification
3.2 - Aspects physico-chimiques
3.3 - Établissement de la microstructure finale
- Quiz d'entraînement

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SYMBOLES

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