本科毕业设计开题报告.doc

山东科技大学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 等离子熔覆强化截齿失效分析 学 院 名 称 材料科学与工程学院 专业班级 金属材料工程2008-1班 学生姓名 xxx 学 号 xxxxxxxxx 指 导 教 师 xxx 填表时间： 2012 年 4 月 2 日填表说明1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目等离子熔覆强化截齿失效分析设计（论文）类型（划“”）工程实际科研项目实验室建设理论研究其它 一、 本课题的研究目的和意义采煤机截齿是煤矿井下机械化生产的重要工具之一，是截割煤岩的关键性零件，采煤机工作实际所耗用的功率大部分由它消耗。由于井下地质构造复杂，煤岩厚度、硬度对机械化开采的影响，要求截齿具有较高的硬度和耐磨性，同时又要经受交变冲击力，并具有较好的冲击韧性。山东海纳等离子科技有限公司工作人员在刚刚生产完成的一批截齿中，发现一些截齿表面出现裂缝，线切割截取横截面后，发现硬质合金也有较大的裂缝。截齿没有使用就出现如此失效现象，必须对其进行失效分析。本课题就此失效截齿进行研究，通过各种实验手段得到重组有效的数据，分析失效截齿的性能特点，进而探讨分析截齿产生裂缝的原因，以便于在选材、技术操作和截齿生产工艺钎焊和热处理等方面进行优化改进，在以后的截齿生产中避免此类现象的发生。二、 本课题的主要研究内容（提纲）1.扫描电镜观察断口形貌，电子探针分析断口成分，寻找裂纹源，分析裂纹扩展过程；2.对截齿进行线切割，制备金相试样；3.光镜观察涂层、基体和钎焊层的显微组织；4.电子探针观察金相试样的形貌和成分分析；5.显微硬度计测量特征点处的硬度；6.根据显微组织形貌、成分和硬度等分析材料的性能，从而得出截齿失效的原因。三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）截齿分刀形截齿（径向截齿）和镐形截齿（切向截齿）两种。刀型截齿成本高，制造、拆装不方便。镐形截齿因其刀柄安装方向接近滚筒的切线，故又称为切向截齿。其刀柄部分为圆柱形，用弹簧圈固定在齿座中，拆装极为方便。结构简单，能点击刨煤，吃刀深度大，在工作中能自动磨锐而经常保持齿头锋利，采煤机负荷较平稳，因而较刀齿能耗小、寿命长，且煤尘量小、块煤量大，适于在硬煤中使用。煤的切削破碎过程是采煤机的一个主要工作过程。为便于说明切削过程基本规律，将切削破碎过程，大致分为四个阶段：变形阶段，裂纹阶段，压实核形成阶段，裂纹扩展及崩裂阶段。上述煤岩截割破碎过程是把截齿切入煤体到切下大块煤作为一个循环。从宏观上看，整个煤炭切削过程，就是这4个过程的循环。在每一个循环中，4个过程都是瞬间完成的。如果把4个过程按特征来划分，还可以简化成两个阶段，两种形式的断裂。第一个阶段是经过弹、塑性变形，形成裂纹和形成压实核的储能阶段，这是第一种裂纹形式的断裂；第二个阶段为崩裂阶段，是在第一个阶段的基础上，由锥孔周围赫兹裂纹，在悬臂梁加载系统的作用下沿煤岩体内层理、节理弱面扩展、崩落，是崩裂形式的断裂。故可把镐形截齿破煤过程看成是两个阶段周期性交变过程。采煤机截齿的失效形式有：刀头脱落、刀头碎裂(崩刃)、截齿的磨损、齿身弯曲、齿身折断、截齿丢失等。在采煤工况条件下，截齿齿体材料的硬度和韧性是同样重要的两项指标。硬度太高，韧性就太低，容易产生脆性失效；硬度太低，则容易产生折弯偏弯，只有良好的强韧性结合，才能保持截齿正常使用。下表是矿用截齿综合性能的国家标准。表1 矿用截齿综合性能的国家标准项目头部硬度（HRC）柄部硬度（HRC）冲击韧性（J/cm2）焊缝抗剪强度（MPa）标准值4040-4549180根据对截齿的基本要求，国内齿体材料普遍采用具有良好锻造性能的优质合金钢，如20CrMnTi、35CrMnSi和42CrMo。从发展角度看，对齿体材料不作硬性规定是合理的，仅要求齿体钢材的机械性能和化学成分符合(GB3077-82)规定，热处理后的硬度达到（40-45）HRC即可。就我国截齿工艺的发展过程而言，最初制造工艺是：锻造不完全退火(球化退火)机加工热处理(调质)酸洗除锈钎焊硬质合金磨齿涂油保护。这种工艺是先调质而后进行钎焊，焊后不进行任何处理。目前国内截齿的生产工艺一般为以下2种：（1）截齿体加工成形钎焊硬质合金头盐炉加热硝盐等温淬火回火。（2）截齿体加工成形盐炉加热硝盐等温淬火清洗钎焊硬质合金头回火。第1种生产工艺，钎焊硬质合金头后盐炉加热再硝盐等温淬火，截齿体的硬度得到了保证，但硬质合金头在钎焊和硝盐等温淬火这一过程中，都经过了两次加热，从而使硬质合金头脆化，使截齿在使用过程中因硬质合金头崩裂和硬质合金头与截齿体焊接的开裂而大大缩短截齿的使用寿命。第2种生产工艺，硝盐等温淬火后钎焊硬质合金头，虽然焊缝的质量和硬质合金头的质量得到了保证，但截齿体头部的硬度却下降了，导致截齿体头部耐磨性大大降低，使得截齿在使用过程中硬质合金头过早脱落，同样也缩短了截齿的使用寿命。为此，采用截齿真空炉钎焊与热处理同时一次加热，截齿的真空钎焊工艺流程为：清洗截齿体待焊部分、钎料和硬质合金刀头烘干装填焊料、硬质合金刀头将截齿装入夹具内入炉加热冷却，使钎焊好的截齿直接进行淬火的工艺。四、 拟解决的关键问题1.进行断口分析；2.寻找裂纹源；3.分析裂纹扩展过程；4.找出导致裂纹产生和扩展的原因。五、 研究思路和方法1.查阅资料。了解采煤机截齿的材料、各种失效形式、性能指标、截齿钎焊和热处理工艺等，掌握实验所涉及的相关设备的原理和操作方法，从而在总体上对截齿的钎焊及热处理工艺有全面的了解。2.进行实验。制备金相试样，通过扫描电镜观察断口形貌，借助电子探针对断口和金相试样进行组织观察和成分分析，采用光学显微镜观察金相试样显微组织，使用显微硬度计对金相试样进行硬度测试。3.分析实验数据，得出失效截齿性能特点，和里推断导致截齿失效的可能原因。六、 本课题的进度安排第12周：毕业实习，提交实习报告。第34周：确定论文题目，调研，查阅相关文献资料。资料查阅方式可采用图书馆、学院资料室、上网查阅。第5周：结合前面的资料查询，在分析总结的基础上，写出开题报告，并进一步讨论实验方案，完成开题。第68周：样品准备，将钎焊热处理后的截齿进行线切割，用镶嵌机将试样镶嵌好。第913周：样品制备、组织结构观察和性能分析：包括制备金相样品进行组织观察，利用扫描电镜、电子探针进行成分和物相分析，利用维氏硬度测试涂层的硬度分布曲线。第1415周：完成毕业论文：根据所得实验结果，运用已学专业知识及有关知识，在综合分析的基础上写出一篇有一定创新性的学士论文。要求有300字左右的中英文摘要，参考文献不少于8篇，其中外文资料不少于2篇，并将其中一篇翻译成中文，不少于3000汉字。论文字数在1500020000。计算机打印，并按要求装订成册。第16-17周：毕业论文答辩。制作PPT。七、 参考文献1 陆委采煤机截齿性能的技术分析及生产新技术的探索J黑龙江科技信息，2010，25（6）：35-352 王旭超采煤机截齿齿体耐磨性能研究武汉科技大学硕士学位论文，2011,53 姚宝恒镐形截齿破煤机理研究辽宁工程技术大学学位论文，2000，124 磨损失效分析案例汇集案例 18.北京：机械工业出版社，19955 付延中优质截齿的研制J鸡西大学学报2007,4（2）：43-436 申胜利采煤机和掘进机截齿的失效分析及对策J煤矿机械，2005（7）：53-54.7李俊林，刘颖，张涛，覃耀春，刘立民.42crMo钢超高温淬火工艺研究J， 锅炉制造，1994（2）：29-338张丽民，李惠琪，刘邦武.等离子表面冶金采煤机截齿的工艺研究J，29，2004：145-1489刘加强，张芹华，任振华.提高采煤机截齿质量新途径J，矿山机械，1994（10）：44-4610张国栋.提高矿用截齿性能的技术途径J，煤矿机械，2006（5）：827-828.11王大伟，张伟强，张金库，等 硬岩截齿钎焊-热处理一体化工艺研究J.煤矿机械，2010，31（5）：100-10212王新，阴磊，原哗.截齿研究发展概况J，科技情报开发与经济，2008（4）：137-13813JrL.B.LundbergD.J.Varaealle. Titanium carbide coatings fabricated by the vacuum Plasmas Praying ProcessJ.Surface and Coatings Teehnology， 1996(86-87)：70-7414Fernandez J. Deigado J.Guilemany J M. Effeets of thinkness coating on the electroehemical behaviour of thermal spray Cr3C2-NiCr coatingsJ.Surface and Coatings technology，2001，11（l）：5