一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法技术

一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法，属于无缝钢管穿孔技术领域，特征在于实施步骤为：

A Method of Making Seamless Steel Tube Piercing Plug with Silicon Nitride Ceramics

A method for manufacturing seamless steel pipe piercing plug with silicon nitride ceramics belongs to the technical field of seamless steel pipe piercing. The method is characterized in that the implementation steps are as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法
本专利技术属于无缝钢管穿孔
，具体涉及一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法。
技术介绍
在生产无缝钢管的过程中，穿孔顶头的工作性能对无缝钢管的生产效率有很大影响。改善顶头的工作性能对提高无缝钢管的穿孔成效与降低生产成本有着重大意义。如何提高穿孔顶头的使用寿命一直是人们关注的重点。对于改进穿孔顶头的方法一般是改进制造工艺和开发应用新材料两种。现阶段人们对于穿孔顶头的材料研究还是集中于传统金属材料或基于传统金属开发的各种复合材料。但是截至目前还没有解决顶头在高温的工作环境中发生的失效问题，在无缝钢管穿孔作业时，穿孔顶头失效的主要原因是鼻头高温失效和磨损失效。中国专利申请公开号为CN104619434A就公开了一种无缝钢管穿孔顶头的制造方法。是在金属母材表面被覆Co或Co基合金，进而在被覆层生成由Co系氧化物构成的氧化层，从而在一定范围内提高穿孔顶头的强度、硬度和耐磨性，但是在高温失效方面改善效果有限。中国专利申请公开号为CN103160749A中公布了一种穿孔顶头的制造方法。该专利技术的无缝钢管穿孔顶头的组成元素及质量百分比为：碳为：0.30％-0.42％，铬为：11.5％-12.4％，锰为：1.5％-2.0％，钼为：0.1％-0.5％，钒为：0.4％-0.6％，铼为：0.2％-0.3％,其制造方法包括以下步骤：配料，锻造，退火热处理，表面氧化处理。此方法虽然提高了无缝钢管穿孔顶头硬度和塑形，但是穿孔顶头的工作环境相当恶劣，在长期的工作中其耐磨性，耐高温性能改善效果也不是很好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法，可有效的克服现有技术存在的缺点，本专利技术是这样实现的，其特征在于具体实施步骤如下：<1>原材料组成：ɑ-Si3N4亚微米粉料为85％～90％，Y2O3亚微米粉料为1％～3％，TiC亚微米粉料为2％～3％，Al2O3细晶粒粉料为1％～3％，Li2CO3亚微米粉料为0.5％～1％，ZrO2亚微米粉料为1％～3％，高岭土为1％～3％，BN纤维为0.5％，CeO2为0.5％～3％，BaO为1％～3％；<2>球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨。磨球材质为氮化硅，选用磨球和磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；<3>干燥：球磨后的粉料在烘箱中120℃恒温烘干5小时；<4>造粒：将干燥好的混合料从烘箱中取出，滴加2％均匀混合制备好的PVA溶液，倒入玛瑙研钵充分研磨混合进行造粒；<5>过筛：然后过100目筛；<6>陈腐：放入自封袋中密闭陈腐24h；<7>制坯：造粒、陈腐完成后将粉体按装入钢模中，进行干压成型，再于260MPa下冷等静压保压3min，对制备好的素坯尺寸进行测量并称重；<8>高温烧结：将坯体放入涂有氮化硼的坩埚中，再将坩埚置于气压烧结炉中。先抽真空，再换两次氮气，然后以20℃/min的速度升温至1450℃，通入氮气至2MPa，保温3h，继续升温至设定温度，保温3h，然后降温，排气，出炉。本专利技术的优点及积极效果是：提高了穿孔顶头的的耐磨损性能与耐高温性能。再进一步对烧结工艺进行优化和改进，致密度可达到≥95％，维氏硬度≥1550，抗弯强度≥820MPa。附图说明图1是在钢模中压制成型示意图。图2是氮化硅陶瓷无缝钢管穿孔顶头示意图。图3是氮化硅陶瓷无缝钢管穿孔顶头的俯视图。图4是氮化硅陶瓷无缝钢管穿孔顶头应用效果示意图。图中：1-阴模2-芯模3-套筒4-压头5-上箍环6-下箍环7-销塞8-氮化硅陶瓷顶头9-通孔10-键槽11-芯棒12-键13-螺纹孔14固定螺钉具体实施方式实施例1①原料配比：ɑ-Si3N4亚微米粉料为85％，Y2O3亚微米粉料为2％，TiC亚微米粉料为2％，Al2O3细晶粒粉料为2％，Li2CO3亚微米粉料为1％，ZrO2亚微米粉料为2％，高岭土为2％，BaO为3％，CeO2为0.5％，BN纤维为0.5％；②球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨。磨球材质为氮化硅，选用磨球和磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；③干燥：球磨后的粉料在烘箱中120℃恒温烘干5小时；④造粒：将干燥好的混合料从烘箱中取出，滴加2％均匀混合制备好的PVA溶液，倒入玛瑙研钵充分研磨混合进行造粒；⑤过筛：然后过100目筛；⑥陈腐：放入自封袋中密闭陈腐24h；⑧制坯：如图1所示，将陈腐后的粉体装入钢模中，进行干压成型，再于260MPa下冷等静压保压3min，对制备好的素坯尺寸进行测量并称重；⑨高温烧结：将坯体放入涂有氮化硼的坩埚中，置于气压烧结炉中。先抽真空，再换两次氮气，然后以20℃/min的速度升温至1450℃，通入氮气至2MPa，保温3h，继续升温至1750℃，保温3h，然后降温，排气，出炉。实施例2①原料配比：ɑ-Si3N4亚微米粉料为87％，Y2O3亚微米粉料为2％，TiC亚微米粉料为2％，Al2O3细晶粒粉料为2％，Li2CO3亚微米粉料为0.5％，ZrO2亚微米粉料为2％，高岭土为2％，BaO为1％，CeO2为1％，BN纤维为0.5％；②球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨。磨球材质为氮化硅，选用磨球和磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；③干燥：球磨后的粉料在烘箱中120℃恒温烘干5小时；④造粒：将干燥好的混合料从烘箱中取出，滴加2％均匀混合制备好的PVA溶液，倒入玛瑙研钵充分研磨混合进行造粒；⑤过筛：然后过100目筛；⑥陈腐：放入自封袋中密闭陈腐24h；⑧制坯：如图1所示，将陈腐后的粉体装入钢模中，进行干压成型，再于260MPa下冷等静压保压3min，对制备好的素坯尺寸进行测量并称重；⑨高温烧结：将坯体放入涂有氮化硼的坩埚中，置于气压烧结炉中。先抽真空，再换两次氮气，然后以20℃/min的速度升温至1450℃，通入氮气至2MPa，保温3h，继续升温至1750℃，保温3h，然后降温，排气，出炉。实施例3①原料配比:ɑ-Si3N4亚微米粉料为90％，Y2O3亚微米粉料为1.5％，TiC亚微米粉料为1.5％，Al2O3细晶粒粉料为1％，Li2CO3亚微米粉料为0.5％，ZrO2亚微米粉料为1％，高岭土为1.5％，BaO为1％，CeO2为1.5％，BN纤维为0.5％；②球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨。磨球材质为氮化硅，选用磨球和磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；③干燥：球磨后的粉料在烘箱中120℃恒温烘干5小时；④造粒：将干燥好的混合料从烘箱中取出，滴加2％均匀混合制备好的PVA溶液，倒入玛瑙研钵充分研磨混合进行造粒；⑤过筛：然后过100目筛；⑥陈腐：放入自封袋中密闭陈腐24h；⑧制坯：如图1所示，将陈腐后的粉体装入钢模中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法，其特征在于实施步骤如下：<1>原材料组成：ɑ‑Si3N4亚微米粉料为85％~90％，Y2O3亚微米粉料为1％~3％，TiC亚微米粉料为2％~3％，Al2O3细晶粒粉料为1％~3％，Li2CO3亚微米粉料为0.5％~1％，ZrO2亚微米粉料为1％~3％，高岭土为1％~3％，BN纤维为0.5%，CeO2为0.5%~3%，BaO为1%~3%；<2>球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨，磨球材质为氮化硅，选用ø10mm磨球和ø5mm磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；<3>干燥：球磨后的粉料在烘箱中120℃恒温烘干5h；<4>造粒：将干燥好的混合料从烘箱中取出，滴加2%均匀混合制备好的PVA溶液，倒入玛瑙研钵充分研磨混合进行造粒；<5>过筛：然后过100目筛；<6>陈腐：放入自封袋中密闭陈腐24h；<7>制坯：造粒、陈腐完成后将粉体按装入钢模中，进行干压成型，再于260 MPa下冷等静压保压3 min，对制备好的素坯尺寸进行测量并称重；<8>高温烧结：将坯体放入涂有氮化硼的坩埚中，再将坩埚置于气压烧结炉中，先抽真空，再换两次氮气，然后以20℃/min的速度升温至1450℃，通入氮气至2MPa，保温3h，继续升温至设定温度，保温3h，然后降温，排气，出炉。...

【技术特征摘要】
1.一种用氮化硅陶瓷制造无缝钢管穿孔顶头的方法，其特征在于实施步骤如下：<1>原材料组成：ɑ-Si3N4亚微米粉料为85％~90％，Y2O3亚微米粉料为1％~3％，TiC亚微米粉料为2％~3％，Al2O3细晶粒粉料为1％~3％，Li2CO3亚微米粉料为0.5％~1％，ZrO2亚微米粉料为1％~3％，高岭土为1％~3％，BN纤维为0.5%，CeO2为0.5%~3%，BaO为1%~3%；<2>球磨：利用行星式球磨机对上述组分进行球磨，磨球材质为氮化硅，选用ø10mm磨球和ø5mm磨球的比例为1：6，球磨机的转速为280r/min，正反转每20分钟交替一次，球、料、无水乙醇的质量比为3:2:1，球磨时间为8h；<3&g...

【专利技术属性】
技术研发人员：周存龙，王强，高全宏，黄志权，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14