[发明专利]一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头及其制备方法

权利要求书

1.一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头，其特征在于：所述无碳高速钢穿孔顶头由无碳高速钢基体及其表面的氧化层构成，所述氧化层由外到内依次为：Fe2O3层、Fe3O4层和FeO+Fe3O4+FeCr2O4层；所述无碳高速钢基体包含μ相和σ相的金属间化合物；所述无碳高速钢基体包括以下质量百分比组分：Co：15～20％，Ni：5～7％，Mo：10～13％，W：5～6％，Nb：1～2％、Cr：4～7％，余量为Fe；

所述FeO+Fe3O4+FeCr2O4层的厚度≥0 .25mm；

所述Fe3O4层的厚度为0 .15～0 .3mm；

所述Fe2O3层的厚度为0 .15～0 .3mm；

所述氧化层的总厚度≤1mm。

2.根据权利要求1所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头，其特征在于：所述μ相的金属间化合物包括Fe7W6、Fe7Mo6、Co7W6和Co7Mo6中的至少一种；所述σ相的金属间化合物为FeCrMo。

3.根据权利要求1所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头，其特征在于：所述μ相的金属间化合物包括微米粒径和纳米粒径，微米粒径为1～6μm，纳米粒径为≤80nm；所述σ相的金属间化合物粒径为1～6μm。

4.根据权利要求1所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头，其特征在于：所述无碳高速钢基体的硬度为42～55HRC，抗弯强度为2200～3600MPa，冲击韧性为24～46J/cm²，断裂韧性为32～45MPa.m^1/2。

5.权利要求1～4任意一项所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)将包括Co、Ni、Mo、W和Fe的金属锭在内的原料通过浇铸和定型，得到坯料；

(2)将坯料依次经过预热、自由锻、精密模锻、退火和固溶处理，得到固溶态穿孔顶头工件；

(3)将固溶态穿孔顶头工件依次经过表面氧化、表面还原和空冷，得到氧化穿孔顶头；

(4)将氧化穿孔顶头经过低温时效处理，即得。

6.根据权利要求5所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头的制备方法，其特征在于：所述浇铸的方式为砂模铸造；所述定型的方式为线切割。

7.根据权利要求5所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头的制备方法，其特征在于：

所述预热的温度为1100～1200℃，时间2～3h；

所述自由锻的形变量为60～80％，终止变形温度高于900℃；

所述精密模锻过程中加热温度为1100～1200℃，保温时间1～2h；

所述退火的温度为800～900℃，时间为1～2h；

所述固溶处理的温度为1200℃，时间为50～90min，冷却方式为油冷。

8.根据权利要求5所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头的制备方法，其特征在于：

所述表面氧化的温度为1100～1150℃，气压为1～2KPa，保温时间为6～8小时，表面氧化过程中的滴注体积比为1:4～6的酒精和水的混合溶液，保持2 .5～3L/h；还原反应的温度为1100～1150℃，气压为1～1 .5KPa，保温时间为2～3小时，还原反应过程中滴注体积比1:0 .5～1 .5的酒精和水的混合溶液，保持2～2 .5L/h；所述空冷的过程为将炉温降低至1000℃以下，取出快速空冷。

9.根据权利要求5所述的一种通过金属间化合物强硬化的无碳高速钢穿孔顶头的制备方法，其特征在于：所述低温时效处理的温度为700～800℃，单次时效时间为1～3h，重复1～2次。