一种金属基复合材料穿孔顶头的制作方法

本发明属于无缝钢管穿孔技术领域，具体涉及一种金属基复合材料穿孔顶头。

背景技术：

目前国内无缝钢管企业广泛使用的顶头主要有结构钢、合金结构钢、热作模具钢等，上述材料顶头均存在塌鼻、粘钢、开裂、偏鼻、坑痕、掉肉等问题，导致顶头使用寿命减少；并且顶头表面的塌鼻、粘钢、开裂、偏鼻、坑痕、掉肉会划伤管道内壁，管道内壁的划伤不但会增加后续加工的工作量，严重者还会导致管报废，进而直接影响钢管生产的产量和质量，也使钢管的价格受到影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属基复合材料穿孔顶头，以解决上述背景技术中提出现有技术中顶头均存在塌鼻、粘钢、开裂、偏鼻、坑痕、掉肉等问题，导致顶头使用寿命减少；并且顶头表面的塌鼻、粘钢、开裂、偏鼻、坑痕、掉肉会划伤管道内壁，管道内壁的划伤不但会增加后续加工的工作量，严重者还会导致管报废，进而直接影响钢管生产的产量和质量，也使钢管的价格受到影响的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种金属基复合材料穿孔顶头，包括顶头本体，所述顶头本体的外表面设置有熔覆层。

优选的，所述顶头本体采用h13、20crni4、30crni3为基材制成。

优选的，所述顶头本体为子弹头形。

优选的，所述熔覆层的厚度为10～30μm。

优选的，按照重量比计所述熔覆层的金属粉末的配方如下：

材料a占65～75％，材料b占8～12％，材料c占17～23％。

优选的，按照重量比计所述材料a中碳含量占1.65～2.65％，钒含量占1.35～1.95％，钼含量占0.5～0.75％，余量为铁；

所述材料b为镍包碳化铬，按照重量比计，其中碳化铬含量占80～90％，镍含量占10～20％；

所述材料c为钴包碳化钨，按照重量比计，其中钴含量占6～10％，碳化钨含量占90～94％。

优选的，所述熔覆层的金属粉末的制备方法，包括如下步骤：

s1、将铸铁材料加到高频炉中，升温到1400～1600℃，采用铁皮分别包住钒铁粉末及钼铁粉末，再将钒铁粉末包加入铁水中熔化并搅拌均匀，再将钼铁包加入铁水中熔覆并搅拌均匀，静置除渣，采用气雾化法对熔炼好的铁水进行雾化制粉，对粉末进行粒度分拣，得到材料a；

s2、采用高频炉熔炼电解镍后，通过气雾化法制备镍粉末，并在雾化气体传输过程中吹进1～5um的碳化铬细粉，使得碳化铬粉末和镍熔液进行混合，获得镍包碳化铬粉末，得到材料b；

s3、采用10～15um的钴粉和碳化钨粉末进行混合，加入8～10％的聚丙烯和高温固化剂混合溶液，再进一步进行混合，采用高压气枪将溶液雾化，雾化仓温度为140～160℃，使得雾化粉末固化，将雾化并固化的混合粉末放到真空炉中，采用500脱脂剂进行脱脂4～6小时，然后将温度升高到950～1050℃保温30～60分钟，进行烧结，得到材料c。

s4、将材料a、材料b和材料c按比例要求，采用v型混合机在氮气保护气氛下进行混合0.75～1.25小时，混合均匀后即得到成品。

优选的，所述顶头本体与熔覆层的熔覆方法，包括如下步骤：

s1、将待加工的顶头本体固定在车削床上，通过切削技术对待熔覆部位进行切削和打磨，去除表面的锈、油和氧化皮；

s2、将顶头本体放到退火炉内，进行升温加热，直至温度达到480～520℃进行保温，保温1～3小时，关闭退火炉加热系统，自然冷却至40～50℃时，将基体从退火炉内取出；

s3、采用打磨机对顶头本体进行打磨，将退火时产生的氧化皮打磨干净；

s4、将顶头本体装夹到激光熔覆设备上，编写熔覆程序；

s5、进行熔覆层的激光熔覆，激光功率1200～1800w，熔覆速度80～90mm/min，即可完成顶头本体外表面的熔覆层的制备。

优选的，所述s1中在通过切削技术对待熔覆部位进行切削和打磨后，对顶头本体进行pt检测。

优选的，所述s5中进行熔覆层的激光熔覆前，采用氧、氮、氢分析仪对金属粉末进行检测，金属粉末的氧、氮和氢含量应低于0.05％。

本发明提出的一种金属基复合材料穿孔顶头，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明采用激光熔覆的增材制造技术在顶头本体外表面熔覆金属粉末，形成一层表面光滑且与顶头本体牢固冶金结合的熔覆层，大大提高了顶头的耐磨、耐高温、耐冲击、耐腐蚀等性能，使得本发明的顶头的使用寿命是铸造顶头的3倍以上，热作模具钢顶头的2倍以上，可以穿制400多支合金钢管，提高了顶头使用寿命，提高了管内壁质量，管件废品率降低50％，具有很高的综合效益，能够实现综合降本的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、顶头本体；2、熔覆层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1所示的一种金属基复合材料穿孔顶头，包括顶头本体1，所述顶头本体1的外表面设置有熔覆层2，所述顶头本体1采用h13、20crni4、30crni3为基材制成，所述顶头本体1为子弹头形，所述熔覆层2的厚度为10～30μm。

按照重量比计所述熔覆层2的金属粉末的配方如下：

材料a占65～75％，材料b占8～12％，材料c占17～23％。

按照重量比计所述材料a中碳含量占1.65～2.65％，钒含量占1.35～1.95％，钼含量占0.5～0.75％，余量为铁；

所述材料b为镍包碳化铬，按照重量比计，其中碳化铬含量占80～90％，镍含量占10～20％；

所述材料c为钴包碳化钨，按照重量比计，其中钴含量占6～10％，碳化钨含量占90～94％。

所述熔覆层2的金属粉末的制备方法，包括如下步骤：

s1、将铸铁材料加到高频炉中，升温到1400～1600℃，采用铁皮分别包住钒铁粉末及钼铁粉末，再将钒铁粉末包加入铁水中熔化并搅拌均匀，再将钼铁包加入铁水中熔覆并搅拌均匀，静置除渣，采用气雾化法对熔炼好的铁水进行雾化制粉，对粉末进行粒度分拣，得到材料a；

s2、采用高频炉熔炼电解镍后，通过气雾化法制备镍粉末，并在雾化气体传输过程中吹进1～5um的碳化铬细粉，使得碳化铬粉末和镍熔液进行混合，获得镍包碳化铬粉末，得到材料b；

s3、采用10～15um的钴粉和碳化钨粉末进行混合，加入8～10％的聚丙烯和高温固化剂混合溶液，再进一步进行混合，采用高压气枪将溶液雾化，雾化仓温度为140～160℃，使得雾化粉末固化，将雾化并固化的混合粉末放到真空炉中，采用500脱脂剂进行脱脂4～6小时，然后将温度升高到950～1050℃保温30～60分钟，进行烧结，得到材料c。

s4、将材料a、材料b和材料c按比例要求，采用v型混合机在氮气保护气氛下进行混合0.75～1.25小时，混合均匀后即得到成品。

所述顶头本体1与熔覆层2的熔覆方法，包括如下步骤：

s1、将待加工的顶头本体固定在车削床上，通过切削技术对待熔覆部位进行切削和打磨，去除表面的锈、油和氧化皮，再对对顶头本体进行pt检测，为了确保待熔覆部位的原有的涂层完全脱离；

s2、将顶头本体放到退火炉内，进行升温加热，直至温度达到480～520℃进行保温，保温1～3小时，关闭退火炉加热系统，自然冷却至40～50℃时，将基体从退火炉内取出，确保顶头本体温度内外均匀，有利于避免熔覆层开裂；

s3、采用打磨机对顶头本体进行打磨，将退火时产生的氧化皮打磨干净；

s4、将顶头本体装夹到激光熔覆设备上，编写熔覆程序，程序要求熔覆过程达到连贯，速度可调；

s5、采用氧、氮、氢分析仪对金属粉末进行检测，金属粉末的氧、氮和氢含量应低于0.05％，再进行熔覆层的激光熔覆，激光功率1200～1800w，功率过高或过低都容易导致涂层开裂，功率过低涂层还会出现熔覆不充分的缺陷，熔覆速度80～90mm/min，即可完成顶头本体外表面的熔覆层的制备。

综上所述：本发明采用激光熔覆的增材制造技术在顶头本体外表面熔覆金属粉末，形成一层表面光滑且与顶头本体牢固冶金结合的熔覆层，大大提高了顶头的耐磨、耐高温、耐冲击、耐腐蚀等性能，使得本发明的顶头的使用寿命是铸造顶头的3倍以上，热作模具钢顶头的2倍以上，可以穿制400多支合金钢管，提高了顶头使用寿命，提高了管内壁质量，管件废品率降低50％，具有很高的综合效益，能够实现综合降本的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。