[發(fā)明專利]一種穿孔頂尖激光3D打印再制造方法

有效

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• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107119270B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 程四華;晁月林;呂廼冰;柳洋波;陳濤;孫齊松;楊佳才;張金濤;孔祥春;李偉
• 申請（專利權）人: 首鋼集團有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05;C22C19/07;B33Y10/00
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種高強長壽命穿孔頂尖激光3D打印再制造方法，屬于激光快速成形技術領域。包括在頂尖尾部一側任意點選取起熔點，激光3D打印熔覆第一層第一道圓環(huán)，完成后激光光斑沿第一道圓環(huán)內(nèi)側向頂尖鼻部一側移動1.5～2.0mm，開始激光熔覆第二道圓環(huán)；反復操作激光熔覆步驟至頂尖表面全覆蓋，后機加工；然后將激光頭高度升高1～2mm，激光熔覆第二層；各層熔覆方向一致，最終由兩層激光熔覆層組成頂尖熔覆層，總計厚度為2～3mm；激光3D打印熔覆層功能梯度設計，底層為Ni基金屬粉末，表層為Co基金屬粉末，步驟所使用的激光熔覆參數(shù)一致均為激光功率：3000～4000kw，光斑直徑：3～5mm等。優(yōu)點在于，表層硬度高、抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕，綜合性能優(yōu)越，使用壽命高。

技術領域

本發(fā)明屬于激光快速成形技術領域。特別涉及一種穿孔頂尖激光3D打印再制造方法。尤其涉及一種高強長壽命穿孔頂尖激光3D打印再制造方法。

背景技術

作為工業(yè)4.0最受矚目的技術之一，3D打印在全球范圍內(nèi)的發(fā)展速度“突飛猛進”。近年來，我國對3D打印技術的發(fā)展和應用更是空前關注，尤其是2016年初科技部在《中國制造2025》基礎上宣布啟動實施增材制造和激光制造重點專項后，金屬激光3D打印技術和再制造技術在復雜冶金零部件的制造和再制造應用上持續(xù)升溫，對于一些傳統(tǒng)制造方法難于制造和修復的零部件可進行功能梯度設計，起到表面改性目的，顯著提高工件的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，具有極大的市場前景。

鋼管生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，世界各國都十分重視鋼管生產(chǎn)技術的發(fā)展。斜軋穿孔是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中最重要的成形工序，它的任務是將實心的坯料穿成空心的毛管。而穿孔頂尖(見圖1)則是無縫鋼管生產(chǎn)中消耗量最大的關鍵工具之一。它的質(zhì)量好壞和壽命高低直接影響鋼管生產(chǎn)的效率和鋼管的質(zhì)量。由于穿孔頂尖的工作條件相當惡劣(經(jīng)常受到高溫高壓、急冷急熱，并經(jīng)受高周次機械疲勞和熱疲勞)，極易造成頂尖鼻部塌陷、表面開裂、尾部起堆等失效形式而損壞，使得它的使用壽命不長，嚴重影響了鋼管的生產(chǎn)效率和鋼管的質(zhì)量，是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中急需解決的問題。據(jù)了解，一般材質(zhì)頂尖穿普通鋼管，壽命不超過300支，穿合金鋼管時，壽命不超過100支，有的只穿幾支。因此，為了提高穿孔頂尖的使用壽命，國內(nèi)外不少高校、研究院所、企業(yè)對穿孔頂尖進行了研究。1、改進穿孔頂尖形狀以及制備工藝，目前趨于成熟；2、研究頂尖新材質(zhì)，①選擇淬透性高、熱強性能好的4Cr5MoSiV鋼做穿孔頂尖，壽命比傳統(tǒng)材質(zhì)3Cr2W8V提高一倍以上；②選擇20CrNi8作為穿孔頂尖的新材質(zhì)，頂尖消耗有明顯下降趨勢，且鋼管內(nèi)表面光亮；③選擇Mo合金頂尖，雖然使用壽命可顯著提高，但成本高昂；3、頂尖熱處理、氧化工藝，頂尖氧化膜在穿孔時可以起到隔熱、潤滑的作用，有利于壽命的提高；4、復合涂層制造，是目前研究的熱點。它是以模具鋼作為頂尖基體，在鼻部外表面堆焊一層抗氧化Mo基或Co基硬化合金層，使鼻部與鋼基體之間形成冶金結合，構成復合頂尖，平均壽命可提高3-5倍，軋制每千噸鋼管耗頂頭損耗降至1.5t。但是，由于堆焊熔合區(qū)有時會出現(xiàn)延伸性下降的脆性交界面，受沖擊載荷作用時可能產(chǎn)生堆焊層剝離現(xiàn)象。在高溫條件下工作時，可能會發(fā)生碳遷移現(xiàn)象，導致高溫強度和抗腐蝕能力降低。若基材與堆焊層熱膨脹系數(shù)差別較大時，在焊接、焊后熱處理、或使用過程中，可能發(fā)生裂紋。另外，由于堆焊工藝本身特點的要求，往往采用預熱、緩冷、多層焊工藝，反復熱循環(huán)將引起堆焊層化學成分和金相組織的變化，造成組織和成分的不均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高強長壽命穿孔頂尖激光3D打印再制造方法，解決了復合涂層制造堆焊層容易剝離及組織和成分的不均勻的問題。實現(xiàn)了熔覆層梯度功能設計，底層與基體浸潤性好、結合強度高，表層硬度高、抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕，綜合性能優(yōu)越，顯著提高了頂尖使用壽命。

一種高強長壽命穿孔頂尖激光3D打印再制造方法，具體步驟及參數(shù)如下：

1、在頂尖尾部任意點選取起熔點，開始激光3D打印熔覆第一層第一道圓環(huán)的熔覆，第一道圓環(huán)的外側要與頂尖尾部外側對齊；