重軌軌端淬火溫度場(chǎng)和組織場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展帶來(lái)的鐵路貨運(yùn)量的不斷增大，促使列車(chē)的載重量和運(yùn)行速度不斷提高，為了滿(mǎn)足高速、重載火車(chē)運(yùn)行的需要，重型、無(wú)縫鋼軌得到越來(lái)越廣泛的使用。鋼軌軌端熱處理作為提高重軌性能的最后手段而得到普遍的重視，而感應(yīng)淬火是重軌全長(zhǎng)淬火中廣泛采用的熱處理方法，隨著對(duì)其工藝與精度要求的不斷提高，對(duì)感應(yīng)淬火進(jìn)行數(shù)值模擬就顯得更加重要。通過(guò)數(shù)值模擬不但能反映重軌感應(yīng)加熱時(shí)內(nèi)部電磁場(chǎng)，溫度場(chǎng)和組織場(chǎng)的變化規(guī)律，而且可以減少試驗(yàn)成本，對(duì)重軌淬火

2、工藝參數(shù)的選擇具有實(shí)際指導(dǎo)意義。本文以為60kg/m的重軌為研究對(duì)象，建立有限元分析模型，運(yùn)用通用有限元分析軟件ANSYS的耦合計(jì)算流程，對(duì)重軌的感應(yīng)淬火過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，說(shuō)明了數(shù)值模擬的有效性。
　　 首先，在考慮重軌感應(yīng)加熱過(guò)程中包含多種介質(zhì)(工件、感應(yīng)線(xiàn)圈、空氣)和多種場(chǎng)(電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng))的基礎(chǔ)上，利用順序耦合的方式，對(duì)加熱、保溫過(guò)程中溫度場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算。為使計(jì)算精確，在此過(guò)程中，充分考慮了材料

3、各物性參數(shù)隨溫度變化情況和相變潛熱及材料鐵磁性轉(zhuǎn)變溫度的影響。并對(duì)加熱溫度和加熱時(shí)間等主要數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果證明加熱、保溫過(guò)程的數(shù)值模擬是合理的。
　　 其次，通過(guò)加載軌端與介質(zhì)的對(duì)流換熱系數(shù)，對(duì)重軌噴風(fēng)冷卻過(guò)程中的溫度場(chǎng)分進(jìn)行布數(shù)值模擬，并根據(jù)U71Mn鋼的CCT曲線(xiàn)得出其相變溫度。根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)的降溫?cái)M合曲線(xiàn)計(jì)算出了重軌軌端在相變點(diǎn)的冷速，通過(guò)與各組織的臨界冷速進(jìn)行對(duì)比，預(yù)測(cè)了重軌軌端最終的淬冷組織，試驗(yàn)結(jié)果表明預(yù)測(cè)結(jié)果是正

4、確的。
　　 最后，討論了為盡量減小淬火過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，重軌利用自身的溫度進(jìn)行回火并在空氣中自然冷卻的情況，并對(duì)此過(guò)程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)字模擬。
　　 本文模擬了重軌軌端感應(yīng)加熱、保溫、噴風(fēng)冷卻和空冷，并應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式和CCT曲線(xiàn)圖計(jì)算出了最終的淬火組織，從而完整地模擬了重軌軌端淬火的完整過(guò)程。在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)調(diào)整模擬過(guò)程中所賦的各個(gè)參數(shù)來(lái)得到所需的淬火組織。在生產(chǎn)中，可以應(yīng)用此方法指導(dǎo)制定各種參數(shù)，并預(yù)測(cè)