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1、(10)申请公布号 CN 103128122 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103128122 A *CN103128122A* (21)申请号 201310029830.2 (22)申请日 2013.01.25 B21C 25/02(2006.01) B21C 25/10(2006.01) B23K 26/34(2006.01) B23K 26/14(2006.01) (71)申请人 中国兵器工业第五二研究所 地址 014034 内蒙古自治区包头市青山区呼 得木林大街 4 号 (72)发明人 王东 李鹏 刘春兰 张登峰 周喜顺 王冬生 辛士进 庄占宇 邬富宝 (74)专。
2、利代理机构 包头市专利事务所 15101 代理人 郝荔蓁 (54) 发明名称 一种复合结构的无缝钢管穿孔针及其制造方 法 (57) 摘要 本发明的目的就是提供一种高耐磨性能复合 结构的无缝钢管穿孔针的制造方法， 可解决普通 穿孔针使用寿命低， 穿孔质量差的问题。高耐磨 性能复合结构的无缝钢管穿孔针的制造工艺流程 为 ： 制备穿孔针工作端机械车削预热激光 熔覆保温缓冷精磨。本发明的特点是 ： 采用 复合结构制造穿孔针， 制造成本与单一材料制造 的穿孔针相差很小， 制备的合金涂层具有良好的 力学性能。由于涂层硬度大、 光洁度高， 对管壁的 摩擦作用小， 因此可以提高穿孔质量。 并且该穿孔 针使用寿。
3、命大幅提高， 对于减少穿孔针更换次数、 提高生产效率、 减少人力物力投入、 节能减排， 具 有良好的效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103128122 A CN 103128122 A *CN103128122A* 1/1 页 2 1. 一种复合结构的无缝钢管穿孔针， 其特征是 ： 在穿孔针极易磨损的工作端， 即在距 离工作端端面长度小于 150mm、 深度 5mm 的部位有合金涂层。 2. 一种复合结构的无缝钢管穿孔针的。
4、制备方法， 其特征是 ： 1） 用热作模具钢材制造出穿孔针， 并对穿孔针工作端进行机械车削， 车削尺寸为 ： 长度 小于 150mm、 深度为 5mm ； 2） 用丙酮溶液将穿孔针车削部位进行清洗， 以确保去除基体表面油污 ； 3） 用加热带将穿孔针车削部位加热至 400 550， 保温 612 小时， 以确保穿孔针热 透 ； 4）配 制 合 金 粉 末， 合 金 粉 末 的 质 量 百 分 比 含 量 如 下 ： 碳 C 0.71.5%、 硅 Si 0.410.82%、 铁Fe 2.162.85%、 镍Ni 2.272.5%、 铬Cr 29.532.4%、 钼Mo 0.120.26%、 钨 。
5、W 8.717.8%、 其余为钴 Co ； 粉末粒度为 -140+325 目 ； 5）采用激光熔覆设备对穿孔针车削掉的部位进行激光熔覆 ； 激光熔覆过程中， 激 光功率为 2.5Kw3.5Kw ； 激光扫描速度为 4mm/s10mm/s ； 光斑直径为 4mm6mm ； 焦距为 400mm500mm ； 送粉方式为同步送粉， 送粉速率为 5g/min10g/min ； 最后使得合金涂层厚度 达到 5mm7mm ； 在激光熔覆过程中， 熔池采用高纯度氩气或氮气进行保护， 气体流量为 4L/ min8L/min ； 6） 用保温棉将穿孔针的合金涂层包好作缓冷处理， 自然冷却至室温 ； 7） 将穿孔。
6、针的合金涂层用磨床进行精磨处理， 粗糙度达到 1.6 3.2， 并且使得合金涂 层直径与穿孔针直径相同。 权 利 要 求 书 CN 103128122 A 2 1/4 页 3 一种复合结构的无缝钢管穿孔针及其制造方法 技术领域 0001 本发明属于穿孔针制造及激光熔覆技术领域， 具体的说是涉及一种高耐磨性能复 合结构的无缝钢管穿孔针的制造技术。 背景技术 0002 穿孔针是无缝钢管生产中的重要模具之一， 其主要作用就是对钢坯进行穿孔加 工。 生产无缝钢管时， 首先将穿孔针固定于挤压设备的上模座， 其次将加热至1100以上的 钢坯放置于下模座， 然后通过挤压设备对上下模座施加压力， 从而将钢坯挤。
7、压加工出内孔。 因此穿孔针在工作时， 工作条件极其恶劣， 在整个穿孔加工过程中， 穿孔针都要受到高温、 高压、 剧烈摩擦的作用。除此之外， 由于穿孔针受到坯料的高温作用， 穿孔针自身温度会迅 速升高， 因此穿孔加工完成后， 要立即对穿孔针表面进行喷水冷却。因此， 穿孔针在上述工 况条件下工作时， 表面极易被磨损、 划伤而导致穿孔针失效。目前， 大多数厂家都采用堆焊 的方法来修复受损失效的穿孔针， 但修复后穿孔针的使用寿命也不会有太大提高。因此在 使用一定时间后必须再次对受损失效的穿孔针进行堆焊修复。 因此这就造成了生产效率低 下、 维修成本增加、 耗时耗能一系列不良后果。 0003 激光熔覆是。
8、利用激光的能量在金属材料上熔覆耐磨、 耐腐蚀的贵金属层或金属陶 瓷层。激光熔覆层与基体金属表面为冶金结合， 对基体金属的熔化量很少。许多在恶劣环 境下工作的工件， 都可以通过激光熔覆法获得具有特殊性能的复合合金涂层。常用作金属 材料的表面改性技术或针对失效零件的修复技术。 发明内容 0004 本发明的目的就是提供一种使用寿命高、 穿孔质量好的一种复合结构的无缝钢管 穿孔针及其制造方法。 0005 本发明的技术方案 ： 0006 一种复合结构的无缝钢管穿孔针， 其特征是 ： 在穿孔针极易磨损的工作端， 即在距 离工作端端面长度小于 150mm、 深度 5mm 的部位有合金涂层 ； 0007 一种。
9、复合结构的无缝钢管穿孔针的制备方法如下 ： 0008 1） 用热作模具钢材制造出穿孔针， 并对穿孔针工作端进行机械车削， 车削尺寸为 ： 长度小于 150mm、 深度为 5mm ； 0009 2） 用丙酮溶液将穿孔针车削部位进行清洗， 以确保去除基体表面油污 ； 0010 3） 用加热带将穿孔针车削部位加热至 400 550， 保温 612 小时， 以确保穿孔 针热透 ； 0011 4）配制合金粉末， 合金粉末的质量百分比含量如下 ： 碳 C 0.71.5%、 硅 Si 0.410.82%、 铁Fe 2.162.85%、 镍Ni 2.272.5%、 铬Cr 29.532.4%、 钼Mo 0.1。
10、20.26%、 钨 W 8.717.8%、 其余为钴 Co ； 粉末粒度为 -140+325 目 ； 0012 5） 采用激光熔覆设备对穿孔针车削掉的部位进行激光熔覆 ； 激光熔覆过程中， 说 明 书 CN 103128122 A 3 2/4 页 4 激光功率为 2.5Kw3.5Kw ； 激光扫描速度为 4mm/s10mm/s ； 光斑直径为 4mm6mm ； 焦距为 400mm500mm ； 送粉方式为同步送粉， 送粉速率为 5g/min10g/min ； 最后使得合金涂层厚度 达到 5mm7mm ； 在激光熔覆过程中， 熔池采用高纯度氩气或氮气进行保护， 气体流量为 4L/ min8L/m。
11、in ； 0013 6） 用保温棉将穿孔针的合金涂层包好作缓冷处理， 自然冷却至室温 ； 0014 7） 将穿孔针的合金涂层用磨床进行精磨处理， 粗糙度达到 1.6 3.2， 并且使得合 金涂层直径与穿孔针直径相同。 0015 本发明的优点是 ： 本发明一种复合结构的无缝钢管穿孔针在极易损坏的工作端加 工了合金涂层， 该合金涂层具有以下特点 ： 与穿孔针基体呈冶金结合， 且硬度大、 光洁度高、 耐高温性能好， 能够抵抗穿孔加工过程中剧烈摩擦及高温、 高压的影响， 从而起到保护穿孔 针基体的作用。因此可以极大提高穿孔针的使用寿命。 0016 采用复合结构制造穿孔针， 制造成本与单一材料制造的穿孔。
12、针相差很小， 制备的 合金涂层具有良好的力学性能。由于涂层硬度大、 光洁度高， 对管壁的摩擦作用小， 因此可 以提高穿孔质量。 并且该穿孔针使用寿命大幅提高， 对于减少穿孔针更换次数、 提高生产效 率、 减少人力物力投入、 节能减排， 具有良好的效果。 附图说明 0017 图 1 为本发明穿孔针的结构示意图 ； 0018 其中 ： 1- 穿孔针固定端 ； 2- 穿孔针工作端 ； 3- 合金涂层。 具体实施方式 0019 下面结合具体实施方式对本发明工艺进一步的补充与说明。 这些实施例只是说明 性的并且不应该解释为限制本发明。 0020 实施例 1 0021 本实施例以制造直径为 735mm 的。
13、复合结构穿孔针为例， 步骤如下 ： 0022 1） 用牌号为 H13 的钢材制造出穿孔针， 并对穿孔针的工作端进行机械车削， 车削 尺寸为 ： 长度为 120mm、 深度为 5mm ； 0023 2） 用丙酮溶液将穿孔针车削部位进行清洗， 以确保去除基体表面油污 ； 0024 3） 用加热带将穿孔针车削部位加热至 450， 保温 12 小时， 以确保穿孔针热透 ； 0025 4）配制合金粉末， 合金粉末的质量百分比含量如下 ： 碳 C 1.2%、 硅 Si 0.6%、 铁 Fe 2.2%、 镍 Ni 2.3%、 铬 Cr 29.8%、 钼 Mo 0.23%、 钨 W 9.8%、 其余为钴 Co。
14、 ； 粉末粒度 为 -140+325 目 ； 0026 5） 采用激光熔覆设备对穿孔针车削掉的部位进行激光熔覆。激光熔覆过程中， 激 光功率为 3.5Kw ； 激光扫描速度为 4mm/s ； 光斑直径为 4mm ； 焦距为 400mm ； 送粉速率为 8g/ min， 最后使得合金涂层厚度达到 5.6mm ； 在激光熔覆过程中， 熔池采用高纯度氩气进行保 护， 气体流量为 7L/min ； 0027 6） 用保温棉将穿孔针的合金涂层包好作缓冷处理， 自然冷却至室温 ； 0028 7） 将穿孔针的合金涂层用磨床进行精磨处理， 使得合金涂层直径与穿孔针直径相 同， 粗糙度达到 3.2。 说 明 书。
15、 CN 103128122 A 4 3/4 页 5 0029 该实施例运用激光熔覆技术制造的复合结构穿孔针， 合金涂层厚度 5mm， 长度 120mm。经过性能测试， 涂层平均洛氏硬度 HRC=60.5， 该穿孔针与单一材料制造的穿孔针相 比， 耐磨性提高 4.8 倍。 0030 实施例 2 0031 本实施例以制造直径为 500mm 的复合结构穿孔针为例， 步骤如下 ： 0032 1） 用牌号为 H13 的钢材制造出穿孔针， 并对穿孔针工作端进行机械车削， 车削尺 寸为 ： 长度为 130mm、 深度为 5mm ； 0033 2） 用丙酮溶液将穿孔针车削部位进行清洗， 以确保去除基体表面油污。
16、 ； 0034 3） 用加热带将穿孔针车削部位加热至 500， 保温 10 小时， 以确保穿孔针热透 ； 0035 4）配制合金粉末， 合金粉末的质量百分比含量如下 ： 碳 C 1.2%、 硅 Si 0.68%、 铁 Fe 2.4%、 镍 Ni 2.36%、 铬 Cr 31.2%、 钼 Mo 0.2%、 钨 W 12.8%、 其余为钴 Co ； 粉末粒度 为 -140+325 目 ； 0036 5） 采用激光熔覆设备对穿孔针车削掉的部位进行激光熔覆。激光熔覆过程中， 激 光功率为3Kw ； 激光扫描速度为8mm/s ； 光斑直径为5mm ； 焦距为450mm ； 送粉速率为6g/min， 最后。
17、使得合金涂层厚度达到 6mm ； 在激光熔覆过程中， 熔池采用高纯度氩气进行保护， 气体 流量为 5L/min ； 0037 6） 用保温棉将穿孔针的合金涂层包好作缓冷处理， 自然冷却至室温 ； 0038 7） 将穿孔针的合金涂层用磨床进行精磨处理， 使得合金涂层直径与穿孔针直径相 同， 粗糙度达到 3.2。 0039 该实施例运用激光熔覆技术制造的复合结构穿孔针， 合金涂层厚度 5mm， 长度 130mm， 涂层平均洛氏硬度 HRC=61.5。经过性能测试， 该穿孔针与单一材料制造的穿孔针相 比， 新型复合结构的穿孔针的耐磨性提高 4.5 倍。 0040 实施例 3 0041 本实施例以制造。
18、直径为 350mm 的复合结构穿孔针为例， 步骤如下 ： 0042 1） 用牌号为 H13 的钢材制造出穿孔针， 并对穿孔针工作端进行机械车削， 车削尺 寸为 ： 长度为 150mm、 深度为 5mm ； 0043 2） 用丙酮溶液将穿孔针车削部位进行清洗， 以确保去除基体表面油污 ； 0044 3） 用加热带将穿孔针车削部位加热至 550， 保温 6 小时， 以确保穿孔针热透 ； 0045 4）配制合金粉末， 合金粉末的质量百分比含量如下 ： 碳 C 0.9%、 硅 Si 0.76%、 铁 Fe 2.46%、 镍 Ni 2.42%、 铬 Cr 29.8%、 钼 Mo 0.18%、 钨 W 1。
19、5.6%、 其余为钴 Co ； 粉末粒度 为 -140+325 目 ； 0046 5） 采用激光熔覆设备对穿孔针车削掉的部位进行激光熔覆。激光熔覆过程中， 激 光功率为 2.8Kw ； 激光扫描速度为 10mm/s ； 光斑直径为 6mm ； 焦距为 500mm ； 送粉速率为 5g/ min， 最后使得合金涂层厚度达到 6.2mm ； 在激光熔覆过程中， 熔池采用高纯度氮气进行保 护， 气体流量为 4L/min ； 0047 6） 用保温棉将穿孔针的合金涂层包好作缓冷处理， 自然冷却至室温 ； 0048 7） 将穿孔针的合金涂层用磨床进行精磨处理， 使得合金涂层直径与穿孔针直径相 同， 粗糙度达到 1.6。 0049 该实施例运用激光熔覆技术制造的复合结构穿孔针， 合金涂层厚度 5mm， 长度 说 明 书 CN 103128122 A 5 4/4 页 6 150mm， 涂层平均洛氏硬度HRC=60。 经过性能测试， 该穿孔针与单一材料制造的穿孔针相比， 新型复合结构的穿孔针的耐磨性提高 4.6 倍。 说 明 书 CN 103128122 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103128122 A 7 。