CN108637260A - 一种用于加工无缝钢管的钼顶头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于加工无缝钢管的钼顶头，属于钼顶头技术领域，由以下百分比的原料制成：Ti：1.0‑1.5%、Zr：0.1‑0.3%、C：0.1‑0.3%、WC：0.5‑3.0%，余量为钼粉。通过改进原料和烧结工艺，制备的产品的密度≥9.8g/cm3，维氏硬度≥220，大大提高了耐磨性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钼顶头技术领域，尤其是涉及一种用于加工无缝钢管的钼顶头及其制备方法。
背景技术
钼顶头主要用于穿孔不锈钢、钎钢、高温合金钢等无缝钢管，现有的钼顶头主要是采用钼粉原料添加稀土材料，经过混料成型、外形加工、高温烧结等工序加工制成，成品密度≥9.4g/cm3。但是钼顶头是穿轧不锈钢无缝管的一种易消耗工件，随着钼资源的日趋稀少和钼价格的不断攀升，提高钼顶头的耐磨强度和使用寿命是钼顶头急需解决的问题。
中国专利公开号CN 101879593 A公开一种高密度钼合金顶头及其制备方法，所述的钼顶头含有如下重量组份的原料：钼95.8％、Ti 2％、Zr 0.2％、Nb 0.15％、Cr0.55％、V1.1％、Ni 0.05％、C 0.15％，其制备方法为：选配原材料、混料、压制成坯料、1970℃中频高温烧结、车削成型。该发明与现有普通钼顶头相比，具有如下优点：密度大于9.7g/cm3，比普通钼顶头提高2-6个百分点，维氏硬度可达350以上。由于其制备过程中，压制压力≥200MPa，并经在1970℃的中频高温炉烧结，可以使钼顶头表层和内部的密度、硬度一致，因此，本发明具有的耐磨性强的优点，耐磨程度可以提高60-80％。该发明中的原料有钼、Ti、Nb、Cr等，原料种类多，成本比较高。
曾建辉在《稀有金属与硬质合金》上公开的“稀土钼顶头材质的研究”上公开了粉冶态钼顶头在TZC材质的基础上，通过添加单一稀土铈 、钇和同时添加铈钇稀土元素，对其高温强度、硬度和金相组织等进行了研究及现场穿孔试验。研究发现：在TZC合金中添铈可以较大地提高合金的硬度；添钇可以较大地提高合金的强度；同时添铈、钇，可产生复合强化效应，合金的高温强度、硬度都有较大幅度提高，使钼顶头穿不锈钢坯数量在添加单一稀土铈强化的基础上再增加25%左右。但是增加稀土元素就大大增加了钼顶头的制作成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种加工无缝钢管的钼顶头，通过改进原料和烧结工艺，制备的产品的密度≥9.8g/cm3，维氏硬度≥220，大大提高了耐磨性和使用寿命，成本低廉。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.0-1.5%、Zr：0.1-0.3% 、C：0.1-0.3%、WC：0.5-3.0%，余量为钼粉。
进一步的，所述Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
进一步的，所述用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合12-24h；
（2）制坯：经冷静压成型后，采用机床车切削；
（3）高温烧结成型；
（4）成品加工：烧结之后的产品加工成型。
进一步的，所述步骤（3）中高温烧结的温度为1900-2000℃，烧结时间为5-6h，停机随炉冷却，到80℃出炉。
进一步的，所述步骤（3）中高温烧结为：12h升温至950℃，保温1.5h后，3.5h升温至1200℃，保温3h后，4h升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉。
进一步的，所述步骤（2）中冷静压压力为335-350MPa。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开用于加工无缝钢管的钼顶头，对钼顶头的成分进行调整，原料中增加了碳化钨WC，并相应调整其他成分的配比，一方面能降低成本，另一方面WC具有优异的硬度和耐磨性，在钼粉中添加WC，与Ti、Zr、C等复合使用，在烧结过程中，合金晶粒均匀细化，合金的硬度和耐磨性增加，提高钼顶头的硬度和耐磨性，从而提高使用寿命。
2、本发明还限定了原料的粒度，原料粒度均匀，能提高烧结组织的致密性。
3、不同于锻压工艺，本申请采用压制烧结工艺，合金晶粒尺寸小，性能更好，冷静压压力为335-350MPa，高温烧结采用三个阶段进行烧结，第一阶段，在12h内均匀从室温升温至950℃，保温1.5h，主要目的是排出气体，这个阶段限定时间较长，有利于过程的充分进行金属的回复，吸附的气体、水分的挥发；第二阶段，在3.5h内匀速升温至1200℃进入烧结中期，保温3h，颗粒之间开始形成烧结颈，同时还发生颗粒表面氧化物的还原和粉末颗粒内的再结晶；第三阶段，在4h内匀速升温至1950℃进入高温烧结阶段，保温5h，在此阶段发生烧结颈的长大、晶界迁移、颗粒合并，随着烧结的进行，烧结体内部空隙封闭并球化，烧结体收缩。采用本申请中的三阶段烧结工艺，第一阶段缓慢排出气体，增加组织的致密性和均匀性，然后通过第二阶段和第三阶段，烧结体内部空隙封闭并球化，烧结体收缩，进一步提高产品的密度，从而提高硬度和耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.0%、Zr：0.1% 、C：0.3%、WC：0.5%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合12h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为350MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：其中高温烧结的温度为1900℃，烧结时间为6h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
实施例2
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.2%、Zr：0.15% 、C：0.25%、WC：0.8%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合16h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为345MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：其中高温烧结的温度为2000℃，烧结时间为5h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
实施例3
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.3%、Zr：0.2% 、C：0.2%、WC：1.5%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合18h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为340MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：具体步骤是：12h匀速升温至950℃，保温1.5h后，3.5h匀速升温至1200℃，保温3h后，4h匀速升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
实施例4
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.4%、Zr：0.25% 、C：0.15%、WC：2.0%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合20h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为335MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：具体步骤是：12h匀速升温至950℃，保温1.5h后，3.5h匀速升温至1200℃，保温3h后，4h匀速升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
实施例5
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.5%、Zr：0.3% 、C：0.1%、WC：2.5%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合22h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为340MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：具体步骤是：12h匀速升温至950℃，保温1.5h后，3.5h匀速升温至1200℃，保温3h后，4h匀速升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
实施例6
一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.1%、Zr：0.3% 、C：0.1%、WC：3.0%，余量为钼粉。
其中Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合24h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为350MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：具体步骤是：12h匀速升温至950℃，保温1.5h后，3.5h匀速升温至1200℃，保温3h后，4h匀速升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中去掉WC，烧结温度调整为1800℃。
具体如下：一种用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下百分比的原料制成：Ti：1.1%、Zr：0.3% 、C：0.1%，余量为钼粉；
其中Ti、Zr、C以及钼粉的粒度均为2-5μm。
用于加工无缝钢管的钼顶头，由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合12h；
（2）制坯：在橡胶带填料并经冷静压成型，其中冷静压压力为350MPa，然手采用机床车切削出成品的大概尺寸规格；
（3）高温烧结成型：其中高温烧结的温度为1800℃，烧结时间为6h，停机随炉冷却，到80℃出炉；
（4）成品加工：烧结之后的产品按照图纸要求进行成型加工。
性能检测数据
检测实施例1-6以及对比例1制备的产品的性能，结果见表1所示。
表1 检测数据
| 密度/（g/cm3） | 硬度 | |
| 实施例1 | 9.8 | 220 |
| 实施例2 | 9.8 | 221 |
| 实施例3 | 10.3 | 235 |
| 实施例4 | 9.9 | 230 |
| 实施例5 | 10.2 | 231 |
| 实施例6 | 10.0 | 234 |
| 对比例1 | 9.2 | 185 |
如表1所示，本申请制备的产品的密度≥9.8g/cm3，维氏硬度≥220，且实施例3-6的烧结工艺不同于实施例1-2，其密度和硬度优于实施例1-2，说明本申请实施例3-6的烧结工艺能提高产品的密度和硬度。
且对比例1是在实施例1的基础上去掉原料WC，其性能比实施例1要差，说明本申请在原料中添加WC，与其他成分复配使用，能大大提高材料的性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：由以下百分比的原料制成：Ti：1.0-1.5%、Zr：0.1-0.3% 、C：0.1-0.3%、WC：0.5-3.0%，余量为钼粉。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：所述Ti、Zr、C、WC以及钼粉的粒度均为2-5μm。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：由以下步骤制备而成：
（1）混料：将原料在混料机中混合12-24h；
（2）制坯：经冷静压成型后，采用机床车切削；
（3）高温烧结成型；
（4）成品加工：烧结之后的产品加工成型。
4.根据权利要求3所述的一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：所述步骤（3）中高温烧结的温度为1900-2000℃，烧结时间为5-6h，停机随炉冷却，到80℃出炉。
5.根据权利要求3所述的一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：所述步骤（3）中高温烧结为：12h升温至950℃，保温1.5h后，3.5h升温至1200℃，保温3h后，4h升温至1950℃，保温5h，停机随炉冷却，到80℃出炉。
6.根据权利要求3所述的一种用于加工无缝钢管的钼顶头，其特征在于：所述步骤（2）中冷静压压力为335-350MPa。
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