选择性激光熔化 (SLM) 会形成足够致密的“外壳”，从而无需外部封装。 通过 SLM 生产的 316L 不锈钢部件可以在没有封装的情况下进行热等静压 (HIP) 处理，因为部件的表面有效地充当了气密屏障。只要外表面不包含连通的开放孔隙，它就能阻止高压氩气渗透到内部，从而使设备能够压实内部空隙。
无封装 HIP 的成功完全取决于 SLM 部件的表面完整性。当外表面形成密封边界时，外部压力会产生压差，通过塑性变形使内部空隙塌陷；但是，如果表面孔隙允许气体渗透，则致密化过程将失败。
无封装致密化的力学原理
部件充当自身的容器
在传统的粉末冶金中，必须将松散的粉末密封在钢套（封装）中，以将其与加压气体隔离开来。
然而，SLM 部件已经是坚固、预烧结的实体。只要 SLM 工艺形成连续的外表面，316L 不锈钢本身就可以作为隔离屏障，无需单独的罐体。
产生压差
HIP 工艺以极高的压力（通常达到 100 MPa）向腔室充入氩气。
由于气体无法渗透部件的密封表面，压力仅施加在外部。这种巨大的力会压缩材料，压实添加剂制造中常见的内部闭合孔隙和收缩缺陷。
塑性变形和蠕变
在高压和高温（例如 1150°C）的共同作用下，材料会屈服。
压差迫使金属发生蠕变和塑性变形。材料的这种物理移动会填充内部空隙，使组件达到理论密度的 99% 以上。
关键先决条件：表面完整性
闭合孔隙的要求
为了使无封装 HIP 生效，部件内的缺陷必须是位于表面以下的闭合孔隙。
必须充分调整 SLM 打印参数，以确保部件的“外壳”是实心的。该过程依赖于内部空隙是孤立的真空袋，而不是与外部世界相连的通道这一事实。
开放孔隙导致失败的原因
如果 SLM 部件包含开口于表面的孔隙或裂缝，该过程就会产生“短路”。
高压氩气将通过这些开口流入内部结构。一旦气体进入内部，压力就会平衡——从内部向外推的力与从外部向内推的力相同。
没有压差，内部孔隙就不会塌陷，致密化步骤将无效。
理解权衡
无法修复表面缺陷
虽然 HIP 在内部结构完整性方面表现出色，但如果没有封装，它无法修复贯穿表面的缺陷。
如果您的 SLM 部件表面光洁度多孔，HIP 也无法将其抚平或密封。气体只会渗透表面不规则处，而不是将其压缩。
微观结构与孔隙率
区分热退火和基于压力的致密化很重要。
标准的管式炉可以改变微观结构并消除应力，但它缺乏物理闭合空隙所需的压力。只有 HIP 提供消除孔隙率所需的压力，前提是满足无封装条件。
为您的目标做出正确选择
为确保您的 316L 部件成功致密化，请评估您的制造阶段和质量：
- 如果您的主要重点是致密化标准 SLM 部件：确保您的打印参数产生气密表面（无开放孔隙），以便部件能够抵抗氩气压力并自密封。
- 如果您的主要重点是修复贯穿表面的裂缝：您必须使用封装（罐装）方法，因为无封装 HIP 无法致密化与大气相连的缺陷。
- 如果您的主要重点是纯粹的微观结构均质化：管式炉可能足以进行再结晶，但它不会像 HIP 那样提高零件密度或疲劳性能。
最终，无封装 HIP 可将您的 SLM 部件从打印形状转变为锻造级组件，前提是外壳保持不可渗透。
总结表：
| 特征 | 无封装 HIP (SLM 部件) | 传统 HIP (粉末) |
|---|---|---|
| 容器 | 部件表面充当“外壳” | 外部钢套（罐体） |
| 先决条件 | 无与表面相连的孔隙 | 封装内的真空密封 |
| 机制 | 固体外壳上的压差 | 施加于松散粉末的压力 |
| 目标缺陷 | 内部闭合孔隙/收缩 | 粉末完全固结 |
| 表面影响 | 无法修复贯穿表面的裂缝 | 可以修复表面层级的空隙 |
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参考文献
- Tomáš Čegan, Pavel Krpec. Effect of Hot Isostatic Pressing on Porosity and Mechanical Properties of 316 L Stainless Steel Prepared by the Selective Laser Melting Method. DOI: 10.3390/ma13194377
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
