道岔用貝氏體鋼軌控制冷卻過(guò)程數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著鐵路向重載化的快速發(fā)展，道岔用鋼軌的服役條件愈加苛刻；同時(shí)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的珠光體鋼軌各項(xiàng)性能已達(dá)到極限。目前道岔用貝氏體鋼軌的軋后熱處理方式在保證組織及力學(xué)性能后，彎曲變形導(dǎo)致矯后殘余應(yīng)力大，使用壽命短，且生產(chǎn)成本高。因此研究道岔用貝氏體鋼軌的軋后控制冷卻工藝尤為重要。
　　本文以道岔用貝氏體鋼軌為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定靜態(tài)CCT曲線及不同冷速下的掃描組織測(cè)定，以及相變前與相變區(qū)間控制冷卻的5個(gè)模擬方案的模擬計(jì)算分析。利用 Glee

2、ble-1500D熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，對(duì)形變奧氏體的不同冷速下的組織進(jìn)行了掃描電鏡觀察分析；利用有限元模擬軟件 DEFORM-3D，模擬計(jì)算了相變前以及相變區(qū)間控制冷卻過(guò)程中溫度的變化規(guī)律，定量分析了溫度、組織、應(yīng)力和彎曲變形之間的相互影響。
　　道岔用貝氏體鋼軌的 CCT曲線測(cè)定表明：未變形處理的奧氏體以0.05℃/s～1℃/s的冷速連續(xù)冷卻時(shí)，隨著冷速的增加組織由粒狀貝氏體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；變形處理的奧氏體以0.2℃/s～2℃/s的

3、冷速連續(xù)冷卻時(shí)，隨著冷速的增加組織由粒狀貝氏體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟛糠值鸟R氏體+少量板條貝氏體。
　　道岔用貝氏體鋼軌相變前控制冷卻模擬計(jì)算結(jié)果表明：最優(yōu)方案2中鋼軌在熱處理結(jié)束后得到99.3%的貝氏體組織；縱向最大拉應(yīng)力為75MPa，最大壓應(yīng)力為-67MPa；最終 Y方向彎曲撓度為0.00483mm彎向軌底長(zhǎng)邊方向，Z方向彎曲撓度為0.195mm彎向軌頭方向。
　　道岔用貝氏體鋼軌相變區(qū)間控制冷卻模擬計(jì)算結(jié)果表明：方案4得到的貝氏

4、體量為13.8%，明顯少于方案5的35.6%；兩個(gè)方案最終的最大拉應(yīng)力分別為69.6MPa、70.6MPa；最大壓應(yīng)力分別為-258MPa、-235MPa；方案4的 Y方向彎曲撓度為0.094mm，彎向軌底長(zhǎng)邊方向，Z方向彎曲撓度為0.214mm，彎向軌頭方向；方案5的 Y方向彎曲撓度為0.05mm，彎向軌底長(zhǎng)邊方向，Z方向彎曲撓度為0.205mm，彎向軌頭方向。
　　實(shí)驗(yàn)及模擬計(jì)算表明：在保證組織及性能的前提下，通過(guò)控制冷卻能夠