热等静压技术已广泛应用多年，是一种广为人知且值得信赖的工艺，能确保材料适用于苛刻环境，目前正作为铸造、金属注射成型和增材制造等上游生产流程的核心技术加以运用。
近年来，内高压热处理（高压热处理）技术的发展带来了一些有趣的进展，在热处理行业。
热等静压（HIP）是消除关键部件材料缺陷并改善其机械性能的关键工艺，此前该工艺完成后需在另一台设备中进行热处理；然而，如今在热等静压容器内进行热处理的新可能性，促使许多终端用户为关键应用开发新的工艺流程。
现代热等静压（HIP）设备与传统的热处理市场极为契合，能够进一步改善材料性能，提供热处理服务，并有机会控制热等静压工艺流程，最终影响材料的微观结构。这项技术—许多原始设备制造商（OEM）已经采用了这种技术，并将热等静压（HIP）工艺纳入了内部生产。 为了在生产中获得灵活性。
服务市场也呈现出显著的增长态势，这主要是由于现有的热处理公司增加了产能，以满足终端用户的需求并扩大其供应范围。
图 1：线缠绕锻造。?昆图斯技术公司
图 2：热等静压压力容器示意图。?昆特斯技术公司
昆图斯科技——潮流先驱
自20世纪 50年代首批专利问世以来，昆特斯技术公司一直是热等静压市场的先驱。现代热等静压设备通常在高达 2000摄氏度（3632华氏度）的工作温度和高达207兆帕（30000磅/平方英寸）的压力下标准运行。
昆图斯设备的压力密封采用对锻件进行绕丝处理的方式，在薄壁锻件中引入压应力，从而大幅增强其强度，同时防止锻件本身出现任何可能的裂纹扩展。在热等静压循环过程中，使用绕丝框架将端盖固定到位（见图1和图 2）。
该设计符合 ASME锅炉及压力容器规范第VIII卷第 3分册、欧盟 2014/68/EU压力容器指令、中国 TSG21-2016（适用于A1级压力容器）、日本高压气体安全协会（KHK）审查的《高压气体安全法》以及韩国气体安全局（KGS）审查的《高压气体安全控制法》的要求。
通常，将载荷处理在熔点的80%至90%，以促使材料产生蠕变、扩散和微观结构的均匀化。在这种极端环境下，孔隙和其他内部缺陷得以修复，从而显著提高机械性能并减少性能差异。
不过也有一些例外情况，比如陶瓷和某些金属（如钛），出于其他原因会在远低于熔点的温度下进行处理。大多数金属是在钼炉中进行处理的，这种炉子的设计温度可达1400摄氏度（2552华氏度）。
传统热等静压最大的应用领域一直是航空航天业和工业燃气轮机业等对疲劳抗力有极高要求的行业中的铸件致密化。增材制造技术的出现，使得热等静压在从骨科植入物到赛车和火箭发动机等各种苛刻应用领域中确保材料性能的需求不断增加。
热等静压是一种间歇式工艺，零件通过装料篮或装料台装入炉腔，具体取决于零件尺寸和客户要求。出于提高生产效率的考虑，操作人员通常会使用两个装料台，以便在进行一个加热周期的同时装卸零件。
与其它间歇式炉一样，每批零件所处的环境取决于材料、所用气体、装料的清洁度、炉具以及操作程序。装料密封并加压后，进行排气和真空循环用于在加压前去除水分和杂质，以确保环境正确。通常使用 4.8的氩气，不过对于某些材料，氮气也常被使用。
炉体设计
对于炉体的建造，有几种基本的材料选择。通常，当炉温高于1400摄氏度（2552华氏度）时，石墨是首选材料，而低于此温度时，钼则是主要选择。
昆图斯科技专注于风扇驱动的对流，以确保在加热、恒温及冷却过程中温度的均匀性。不仅气体在载荷周围和内部强制流动，使载荷均匀受热，而且还能将气体导向较冷的表面，使载荷均匀冷却并加快冷却速度（见图3）。
实现精益生产的现代特性
昆图斯热等静压容器采用绕线式设计，便于在靠近压力容器锻件处增设冷却通道。冷却液用于确保绕线温度低于设计温度，从而保持其强度。同样的冷却回路可用作热交换器，从圆柱形容器及其中的负载中移除热量。通过加快对流和提高热传递效率，增强了热量移除效果。因此，风扇对于提升热处理能力至关重要。昆特斯技术公司于20世纪 80年代率先采用这种风扇技术，该技术被称为均匀快速冷却或 URC?。
那么，现代髋关节冷却有效载荷的速度有多快？
如今，较大的昆图斯生产型热等静压设备能够以每分钟超过200摄氏度（360华氏度）的速度冷却负载材料，而专注于增材制造和镍基高温合金的小型设备则能够达到每分钟超过 8000摄氏度（每分钟14432华氏度）的冷却速度。
因此，昆特斯技术公司的生产设备在热等静压循环的冷却阶段与油淬火的速度相当甚至更快。这为在热等静压过程中对材料进行加压淬火提供了巨大的机会。每个热等静压循环由若干步骤组成，这些步骤被编入一个程序序列，包括：装料；真空循环（以去除氧气等污染物）；加热，包括加压、保温、冷却、减压和卸料。
最初，高速冷却技术的开发旨在通过缩短冷却步骤来提高生产效率，从而缩短热等静压（HIP）周期。与传统冷却方式（或关闭加热器，让容器自然冷却）相比，通常能大幅缩短冷却时间。冷却时间会因合金种类、起始温度、容器大小以及负载量的不同而有所差异。图4展示了均匀快速冷却（URC?）技术。
高温高压热处理，HPHT
在热等静压致密化循环中，能够快速冷却并在保温时间结束后控制冷却速率，这对于热处理行业而言是一项重大且关键的发展。这使得将多个热处理步骤合并为一个步骤成为可能。
在压力下同时进行的热等静压（HIP）工艺已特别受到增材制造（AM）领域的关注，同时也适用于镍基高温合金及其他铸造材料的微观结构定制。在热等静压过程中加热工件时，会消除应力，这使得一些公司能够在增材制造的构建板上直接处理材料，从而省去一道工序，并避免零件在拆卸过程中出现裂纹或变形。
对于易裂材料而言，在增材制造构建板上直接进行热等静压处理尤其具有吸引力。热等静压的保温温度通常等于或略高于固溶热处理（SHT）温度，因此，工件可以在开始冷却前冷却至所需的固溶热处理温度，也可以直接从热等静压保温温度冷却。这取决于合金的种类以及材料所需的性能。
在现代热等静压设备中，通过风扇控制以选定的冷却速率将材料从SHT温度冷却下来是完全可行的，如果需要，还可以在随后的时效处理前在选定的温度停止冷却。在热等静压容器内进行的这种组合或集成热处理方法被称为高压热处理（HPHT）。
图 8：在 150MPa（左）和 50MPa（右）条件下有限元建模，展示了压力对热传递系数 HTCα 的影响。[1]
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近期发展
导向冷却
在高温高压（HPHT）工艺的可控性方面，目前出现了几个有趣且重要的进展，这些进展已成为许多相关讨论的核心内容。尤其重要的是，HPHT工艺在调整和定制微观结构方面的适用性。通过使用负载热电偶（LTC），可以控制热等静压（HIP）设备的加热和冷却速率，根据实际材料温度设定冷却速率。当考虑热等静压负载中不同厚度的部件时，这一点尤其引人关注。因此，可以对机器进行编程，使其在闭环控制中根据最厚的部件，通过LTC来控制材料芯部的冷却速率（见图 7）。更高的压力会带来更快的冷却速度。
热等静压（HIP）压力对热处理效果的影响
在近期的研究中，已证实了传热系数 HTCα 的存在。利用这一知识，可以针对特定机器、特定零件几何形状以及热等静压参数集（压力、温度、冷却速率）对冷却速率进行建模。然后，可以通过实际循环中的定向冷却来验证该模型。使用压力可改善热传递，热等静压压力的提高会增加热等静压过程中的冷却速率，因此可以模拟各种情况。这一点在文中得到了证明。
图 8所示的有限元模拟（FEM）中，相同冷却速率下的情况
涡轮叶片已在 150兆帕的压力下建模。
因此，简而言之，使用更高的压力可以更快地冷却部件。
定制化髋关节置换术周期
通过调整热等静压（HIP）工艺周期来改善材料性能是一个令众多公司颇感兴趣的新领域。由于现代热等静压和高温高压（HPHT）工艺具有出色的可控性，因此可以为特定材料性能定制加热、保温和冷却周期。这是一个研究广泛的领域，尤其对于那些需要高冷却速率或冷却范围极窄的材料而言。瑞典西海岸大学Goel等人近期的研究工作就是一个很好的例子，他们展示了通过定制 HIP工艺周期，可以将电子束熔化（EBM）生产的 IN718标准 24小时热处理周期缩短11小时，同时还能改善材料性能。
髋关节置换术适用于哪些情况？
自20世纪 60年代中期热等静压（HIP）作为一种工业工艺被引入以来，所有现代冶金工艺都已广泛采用该技术。铸件材料的热等静压处理主要用于消除气孔和提高疲劳抗力。
工业稳健性
热等静压技术已广泛应用多年，是确保材料适用于苛刻环境的知名且可靠工艺。引入包括热处理步骤在内的下一代技术，是进一步定制生产流程和缩短产品交付周期的一种方式。这正越来越多地被用作一项核心技术，以确保产品质量，并消除诸如铸造、金属注射成型和增材制造等上游生产流程中产品质量的不确定性。
对于所有生产流程而言，精益生产是提高产品质量、降低成本和实现最大生产力的关键。减少浪费和提高产量始终是重点，但仅仅增加上游产能可能并非良策。将具备热处理能力的热等静压（HIP）作为生产链的一部分，能够通过降低成品率损失、物流成本和质量相关成本来促进稳健且精益的生产流程。
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