[發明專利]提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末及激光熔覆方法

在審

• 申請號: 202211626208.5
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115838929A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王曉飚;曹偉業
• 申請（專利權）人: 西安必盛激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C38/52;C22C38/44;C22C38/04;C22C38/02;C22C30/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明涉及一種激光熔覆粉末及方法，具體涉及一種提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末及激光熔覆方法，解決現有的穿孔芯棒頂頭的蓋面層使用壽命低且不具備綜合的高溫力學性能，導致穿孔芯棒在冷熱交替的環境中，易產生熱疲勞裂紋，進而導致穿孔芯棒報廢的技術問題。該提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末，成分以百分比計包括：0.17wt％≤C≤0.19wt％；13.9wt％≤Cr≤14.1wt％；29.5wt％≤Co≤30.5wt％；1.20wt％≤Ni≤1.24wt％；2.9wt％≤Mo≤3.1wt％；0.3wt％≤Mn≤0.5wt％；0.7wt％≤Si≤0.8wt％；O≤0.015wt％；S≤0.030wt％；P≤0.030wt％；其余為Fe。本發明粉末根據基材和蓋面層材料的特性，提高了頂頭的抗熱疲勞性能和使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種激光熔覆粉末及方法，具體涉及一種提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末及激光熔覆方法。

背景技術

無縫鋼管的制作常選用實心棒材為坯料，其加工流程為：將坯料加熱至1200℃的高溫后，在穿孔芯棒前端安裝一個圓錐形頂頭，在高速、高推力的作用下，頂頭將實心的穿孔芯棒穿孔成無縫鋼管，然后再以高速度和高拉力的作用下將穿孔芯棒從無縫鋼管中抽出，待穿孔芯棒上的頂頭冷卻至70℃～120℃之后，再進行下一次的穿孔作業。

穿孔芯棒頂頭的基材為20CrNi3Mo合金鋼，20CrNi3Mo合金鋼在惡劣的環境下難以滿足穿孔芯棒連續作業的需求。為了提高頂頭的熱疲勞壽命，現有技術常用熱噴涂陶瓷合金進行表面強化，但是熱噴涂的陶瓷合金與基材的結合力僅為70MPa～100MPa,在冷熱交替和高載荷的工況條件下引起陶瓷合金涂層剝落，使得頂頭的使用壽命僅為60～200次左右，更嚴重的是由于基材20CrNi3Mo合金鋼受熱傳導的影響，其熱疲勞裂紋甚至可以延伸至基材1～3mm處，直接導致頂頭材料報廢。也有人提出使用電弧堆焊鈷基合金的方式進行頂頭表面強化，但是，由于頂頭是一個φ35±0.1mm～φ175±0.5mm的平頂圓錐形零件。電弧堆焊過高的熱輸出常導致頂頭的前端燒彎變形，從而引起頂頭的報廢。也有人提出使用鈷/鉬/鎢合金整體代替現有的20CrNi3Mo基材，但因其造價和使用壽命差距太大，而不了了之。

中國專利CN102732878 B公開了，“穿孔芯棒頂頭的激光強化方法”，該專利中激光熔覆的中間過渡層合金為鎳基合金粉末，其蓋面層成為自主發明的鈷基合金粉末，在鐵基基材上使用鎳基和鈷基材料顯然有一定的局限性，因為三種合金的熱膨脹系數不一致，這將導致涂層材料的使用壽命低于鐵基基材-鐵鈷基中間過渡層-鈷基蓋面層的梯度涂層材料組合。中國專利CN101519778 B公開了“一種穿孔芯棒頂頭表面強化的激光熔覆方法”，該專利中使用的合金粉末為鈷基材料75％～90％，WC增強相為10％～25％，該專利的核心設計思路是鈷基碳化鎢合金的高紅硬性是以犧牲韌性為代價的，在穿孔芯棒冷熱交替的環境中，這種合金不具備綜合的高溫力學性能，雖然專利中使用了預熱等手段，但是其開裂傾向過大，不利于產業化的推廣。

綜上所述，目前現有的穿孔芯棒頂頭的蓋面層使用壽命低且不具備綜合的高溫力學性能，使得穿孔芯棒在冷熱交替的環境中產生熱疲勞裂紋，難以夠滿足穿孔作業需求。

發明內容

本發明的目的是解決現有的穿孔芯棒頂頭的蓋面層使用壽命低且不具備綜合的高溫力學性能，導致穿孔芯棒在冷熱交替的環境中，易產生熱疲勞裂紋，進而導致穿孔芯棒報廢的技術問題，而提供一種提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末及激光熔覆方法，根據基材和蓋面層材料的特性，提高了頂頭的抗熱疲勞性能和使用壽命。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種提高頂頭抗熱疲勞性能的激光熔覆粉末，其特殊之處在于，成分以百分比計包括：