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截齿齿体表面强化处理技术的研究

作　者: 齐潜
导　师: 周丽
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 截齿齿体镍基合金有限元分析熔结结合强度
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

截齿是大型采煤机和掘进机采矿挖掘的主要工具，在工作过程中齿体损坏、齿头脱落是其主要损坏形式，提高齿体的耐磨性是一个主要研究课题。本文提出一种真空熔结镍基合金涂层的表面强化技术以提高截齿齿体的硬度和韧性，主要工作如下：根据镍基合金和45钢的材料特性，设计熔烧工艺实验。研究熔烧涂层工艺和涂层厚度对涂层和结合面的影响。利用HR-150A洛氏硬度计对烧结后的涂层和基体进行洛氏硬度测量，分析其平均硬度。利用HSRD-45电动表面洛氏硬度计对结合面进行显微硬度测量，分析烧结过程中产生的硬质相和合金化程度以及基本硬度分布情况。观察烧结后的涂层和结合面区域的微观组织，分析涂层和基体的扩散现象及其生成物。涂层开裂和脱落现象主要出现在降温时段，本文应用ANSYS分析软件对涂层和基体间产生的热应力进行有限元分析，分析热应力对界面结合的影响。采用将楔形加方法转化为拉伸载荷的方法来评估界面的结合强度，分析结合面区域等效应力分布情况以及影响界面结合强度的主应力在不同的涂层厚度和宽度时的变化情况。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-20
  1.1 截齿齿体材料及截齿齿体表面处理技术  11-14
    1.1.1 截齿齿体材料  11-12
    1.1.2 截齿齿体表面强化处理技术  12-14
  1.2 Ni60 自熔合金粉末及真空熔结技术概况  14-18
    1.2.1 Ni60 自熔合金  14-15
    1.2.2 真空熔结技术  15
    1.2.3 真空熔结技术的原理  15-16
    1.2.4 真空熔结技术的工艺过程  16-17
    1.2.5 真空熔结技术的特点  17-18
  1.3 课题来源、背景及意义  18-20
    1.3.1 本课题来源与背景  18
    1.3.2 本课题研究的内容及意义  18-20
第2章实验条件及方法  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 实验条件  20-27
    2.2.1 实验材料  20
    2.2.2 实验设备  20-27
  2.3 实验方法  27-30
    2.3.1 烧结工艺实验  27-28
    2.3.2 涂层和基体的洛氏硬度测试和显微硬度测试  28-29
    2.3.3 对结合区域进行电镜扫描  29-30
第3章镍基合金涂层的组织结构、硬度、粘结及其致密性影响因素的研究  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 镍基合金涂层致密性的影响因素  30-32
    3.2.1 粘结剂比例配比的实验分析  30-31
    3.2.2 升温工艺烧结的实验分析  31-32
  3.3 涂层厚度对涂层粘结特性及致密性的影响  32-36
  3.4 镍基合金涂层和 45 钢洛氏硬度及显微硬度分布  36-41
    3.4.1 镍基合金涂层与 45 钢基体洛氏硬度  36
    3.4.2 镍基合金涂层和 45 钢基体的显微硬度分布  36-41
      3.4.2.1 不同处理工艺下涂层和基体的显微硬度分布  36-39
      3.4.2.2 不同高温保温时间下涂层和基体的显微硬度分布  39-41
  3.5 镍基合金涂层和结合面区域的组织结构  41-44
    3.5.1 镍基合金涂层烧结后的显微组织  41-42
    3.5.2 涂层和基体界面处的显微组织  42-44
  3.6 截齿齿体的表面强化  44
  3.7 本章小结  44-46
第4章镍基合金涂层与 45 钢基体烧结过程热应力的有限元分析  46-63
  4.1 引言  46
  4.2 ANSYS 分析理念及其功能实现  46
  4.3 涂层和基体温度场及应力的确定  46-51
    4.3.1 热传导方程  46-48
    4.3.2 边界条件的确定  48-50
    4.3.3 热弹性应力  50-51
  4.4 镍基合金涂层与 45 钢降温过程的瞬态热分析  51-54
    4.4.1 瞬态热分析模型的建立  51-52
    4.4.2 计算结果与分析  52-54
  4.5 镍基合金涂层和 45 钢降温过程的热结构耦合分析  54-62
    4.5.1 热结构耦合建模  54-55
    4.5.2 计算结果及分析  55-62
      4.5.2.1 镍基合金涂层和 45 钢在降温过程的热变形  55-56
      4.5.2.2 镍基合金涂层和 45 钢在降温过程中的热应力变化情况  56-60
      4.5.2.3 界面结合区域热应力由中点沿 x 轴正方向分布曲线  60-61
      4.5.2.4 结合面处节点应力随温度的降低变化情况  61-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章镍基合金涂层在拉伸载荷作用下的应力分析  63-73
  5.1 引言  63
  5.2 弹性力学有限元方法  63-64
  5.3 试样受力分析和结合强度计算公式的推导  64-66
  5.4 利用拉伸处理法评估界面结合强度  66
  5.5 涂层与基体结合强度有限元建模  66-67
  5.6 不同涂层厚度下的等效应力分布  67-69
  5.7 不同涂层厚度结合面处法向应力和剪切应力的分布情况  69-71
    5.7.1 结合面处拉应力的分布  69-70
    5.7.2 结合面处压应力的分布  70-71
  5.8 不同涂层宽度结合面处应力分布  71-72
  5.9 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  79-80
致谢  80-81

截齿齿体表面强化处理技术的研究

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