CN102618707A - 一种用于金属热变形工艺的工具及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于金属热变形工艺的工具及生产方法，涉及一种工具，尤其是用于金属热变形工艺的工具，以及它的生产方法。用于金属热变形工艺的工具，是在基体上附有表面涂层，其关键技术是在基体上附有凹凸型结构的支撑格，在支撑格上涂覆有表面涂层，表面涂层由涂层颗粒和涂层颗粒之间的气孔组成。用于金属热变形工艺的工具的生产方法包括：①在基体上附着凹凸型结构的支撑格；②在支撑格上涂覆陶瓷颗粒形成表面涂层，在表面涂层形成涂层颗粒和涂层颗粒之间的气孔。本发明的有益效果是：在工件基体上附着凹凸型的支撑格，支撑格上再附着表面涂层，可以防止厚的表面涂层被刮落，提高绝热效能。
Description
技术领域：
一种用于金属热变形工艺的工具及生产方法，涉及一种工具，尤其是用于金属热变形工艺的工具，以及它的生产方法。
背景技术：
在钢材质的热变形中，使用的工具需承受高度的机械、热力及磨损负荷，工具必须经受起负荷才能保证变形产品的优异质量，同时还要考虑低廉的工具成本。在热轧无缝管时，其工具的负荷状态接近临界，钢管内部的工具和钢管内壁接触，因此无法得到充分的冷却和润滑。例如，一个穿孔顶头在穿空心坯时，穿通一只管坯时间可达20秒，顶头必须承受1200摄氏度高温的负荷，在此期间顶头不断吸热，并可能由此导致其材质强度下降，之后顶头无法再承受变形件材质的压力，进而变形损坏，使穿孔过程出现故障，变形损坏后的顶头不能再继续使用，必须立即从钢管里面取出来，这样耽误了生产，报废了工具。穿孔顶头的最高使用寿命直接影响工具成本和生产成本，优质的顶头可降低成本并保证钢管质量，具有市场竞争能力。
目前，热轧钢顶头普遍采用热工具钢制作，顶头的材质表面产生氧化反应生成一种氧化铁皮层，有几毫米厚，由于氧化铁的导热性能非常低，可以起到绝热效用，所以可以保护顶头材质不受高温和变形的影响。在穿普通碳素钢时这种顶头还是有很高的寿命的，每只可以穿上百甚至上千只空心坯，但是这种热轧钢顶头在轧制高合金钢材质时无法达到理想的效果。例如在穿含铬量为13％的合金钢管坯时顶头的寿命仅能打到一或两只管坯。
导致顶头寿命短暂的原因是由于材质的坚硬组成部分(例如碳化铬)对于顶头表面的磨损。为了提高在轧制高合金钢时的顶头寿命，曾有过下面两种方案，即采用高硬度的陶瓷的顶头，或在钢质顶头上加高硬度陶瓷涂层，这种坚硬的表面可以抵抗碳化铬对顶头的磨损，但是表面涂层容易在变形过程中脱落，表面涂层会变得越来越薄，最终不能满足绝热的要求，而且顶头本身非常脆性和易断裂，其陶瓷体对于拉力应力也极其敏感，拉力应力使陶瓷体内产生裂纹，裂纹迅速扩展延伸导致顶头最后断裂。
采用具有相对较高韧性和抗性的特殊陶瓷材质仍无法解决上述问题。至今为止，陶瓷材质的顶头都无法在轧制生产中正式投入使用，因为顶头断裂的风险太大而不能保证生产顺利进行。
发明内容：
本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种具有绝热和防磨损的用于金属热变形的工具，以及它的生产方法。其技术方案如下：
本发明用于金属热变形工艺的工具，是在基体上附有表面涂层，其关键技术是在基体上附有凹凸型结构的支撑格，在支撑格上涂覆有表面涂层，表面涂层由涂层颗粒和涂层颗粒之间的气孔组成。
用于金属热变形工艺的工具的生产方法，包括以下步骤：
①在基体上附着凹凸型结构的支撑格；
②在支撑格上涂覆陶瓷颗粒形成表面涂层，在表面涂层形成涂层颗粒和涂层颗粒之间的气孔。
与现有技术相比本发明具有如下有益效果：
1、在工件基体上附着凹凸型的支撑格，支撑格上再附着表面涂层，由图1可以看出表面涂层嵌入凹凸型的支撑格，支撑格对表面涂层起夹钳作用，由此表面涂层紧紧附在基体上，支撑格阻止了在剪切应力产生时基体表面涂层的脱落，如此可以防止厚的表面涂层被刮落，提高绝热效能，可以防止由于碳化铬带来的磨损，使穿孔顶头在过度高温时得到长时间持续性的保护。据统计，在穿高铬含量的钢种时，本发明每只顶头可以穿100道次，而现有技术氧化铁顶头只能穿1道次，本发明顶头工具成本节省了99％，而且更换顶头的时间也缩短了99％，提高了经济性。
2、表面涂层的气孔可以加强材质的韧性，其作用可使表面涂层灵活变形甚至具有可压缩性；涂层的颗粒结构可以使偶尔产生的裂纹不再延伸，这时产生的裂纹最多只能到达到下一个晶界，因为通过颗粒的相对运动使裂纹产生的拉应力消失了。气孔的孔隙率在3％-40％之间，这样可以使工具承受高度的机械、热力及磨损负荷而顶头不会轻易断裂，提高工具奉命，保证生产顺利进行且保证变形产品的优异质量，降低工具成本。
3、本发明可以在支撑格上层层堆放表面涂层，例如在支撑格上先堆放一层绝热涂层，然后在绝热涂层上面再堆放一层防磨损涂层，达到理想的绝热和防磨损作用。
附图说明：
图1，是本发明结构示意图；
图2，是本发明线性结构支撑格结构示意图；
图3，是本发明网状结构支撑格结构示意图。
具体实施方式：
实施例一：
参见图1和图2，本实施例是在基体1上附有表面涂层5，其关键技术是首先在基体1上附有由平行且间隔的凹槽6和凸棱7形成的凹凸型线性结构的支撑格2，支撑格2选用与基体一致的材料，通过机械，化学、激光或堆焊方法附着在基体1上。在支撑格2上涂覆有表面涂层5，表面涂层5由涂层颗粒3和涂层颗粒3之间的气孔4组成。表面涂层5的厚度为1-5mm；气孔4的孔隙率为3％-40％。孔隙率是气孔的体积和涂层体积之比。举例来说，一般情况下，在一个体积单元里，气孔和涂层颗粒呈相同大小，当100个体积单元里有97个涂层颗粒，3个气孔时，其孔隙率为3％。气孔的孔隙率在3％-40％时，表面涂层的绝热性能和防磨损性能好。涂层颗粒的粒径是很重要的，因为它可以防止涂层在机械负荷下产生断裂，涂层颗粒的粒径越小，表面就越光滑，其变形性能就越均匀，防止磨损。表面涂层5最好用陶瓷颗粒制成，且硬度须大于60HRC。
用于金属热变形工艺的工具的生产方法，包括以下步骤：
①在基体1上用机械，化学、激光或堆焊方法附着由平行且间隔的凹槽6和凸棱7形成的凹凸型线性结构的支撑格2；
②在支撑格2上用热喷射或者电镀方法涂覆陶瓷颗粒形成表面涂层5，在表面涂层形成涂层颗粒3和涂层颗粒3之间的气孔4，气孔4的孔隙率为3％-40％。
实施例二：
参见图1和图3，本实施例是在基体1上附有表面涂层5，其关键技术是首先在基体1上附有由凹槽6和凸棱7纵横交错形成的凹凸型网状结构的支撑格2，支撑格2选用与基体一致的材料，通过机械，化学、激光或堆焊方法附着在基体1上。在支撑格2上涂覆有表面涂层5，表面涂层5由涂层颗粒3和涂层颗粒3之间的气孔4组成。表面涂层5的厚度为1-5mm；气孔4的孔隙率为3％-40％。
用于金属热变形工艺的工具的生产方法，包括以下步骤：
①在基体1上用机械，化学、激光或堆焊方法附着由凹槽6和凸棱7纵横交错形成的凹凸型网状结构的支撑格2；
②在支撑格2上用热喷射或者电镀方法涂覆陶瓷颗粒形成表面涂层5，在表面涂层形成涂层颗粒3和涂层颗粒3之间的气孔4，气孔4的孔隙率为3％-40％。
实施例三：
本实施例的结构和生产方法同实施例一，不同的是支撑格2由凹槽6和凸棱7形成凹凸型蜂窝状结构的支撑格。
支撑格2的形状不限于以上结构，只要是凹凸型结构即可。
为了达到涂层表面的高度韧性，可以使用各种陶瓷如氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氮化硼、碳化硼等混合制造陶瓷颗粒，根据其化学成分可以使表面涂层的性能最佳化，达到理想的穿孔效果，由此使表面涂层具有良好的绝热和抗磨损功能。
另外也可以在支撑格上层层堆放表面涂层，例如在支撑格上先堆放一层绝热涂层，然后在绝热涂层上面再堆放一层防磨损涂层。
Claims (7)
1.一种用于金属热变形工艺的工具，在基体(1)上附有表面涂层(5)，其特征是在基体(1)上附有凹凸型结构的支撑格(2)，在支撑格(2)上涂覆有表面涂层(5)，表面涂层(5)由涂层颗粒(3)和涂层颗粒(3)之间的气孔(4)组成。
2.根据权利要求1所述用于金属热变形工艺的工具，其特征是支撑格(2)由平行且间隔的凹槽(6)和凸棱(7)形成凹凸型线性结构的支撑格。
3.根据权利要求1所述用于金属热变形工艺的工具，其特征是支撑格(2)由凹槽(6)和凸棱(7)纵横交错形成凹凸型网状结构的支撑格。
4.根据权利要求1所述用于金属热变形工艺的工具，其特征是支撑格(2)由凹槽(6)和凸棱(7)形成凹凸型蜂窝状结构的支撑格。
5.根据权利要求1所述用于金属热变形工艺的工具，其特征是表面涂层(5)的厚度为1-5mm。
6.一种用于金属热变形工艺的工具的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
①在基体(1)上附着凹凸型结构的支撑格(2)；
②在支撑格(2)上涂覆陶瓷颗粒形成表面涂层(5)，在表面涂层形成涂层颗粒(3)和涂层颗粒(3)之间的气孔(4)。
7.根据权利要求6所述用于金属热变形工艺的工具的生产方法，其特征是气孔(4)的孔隙率为3％-40％。
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