重軌軌端風(fēng)冷淬火流場的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國經(jīng)濟(jì)的高速增長對鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展起到了強(qiáng)大的推動作用，要求重型鐵軌可以承載運(yùn)貨量日益增大的火車，因此，鋼軌軌端的熱處理技術(shù)得到越來越多的重視。淬火冷卻方式是重軌熱處理最關(guān)鍵的工藝，同時(shí)也是重軌淬火質(zhì)量的主要影響因素之一。目前國內(nèi)外在鍘軌的冷卻工藝方面絕大部分采用噴霧冷卻和噴風(fēng)冷卻。由于噴霧冷卻淬火工藝控制要求嚴(yán)格，對鋼軌表面狀態(tài)敏感，因此質(zhì)量問題時(shí)有發(fā)生。噴風(fēng)冷卻速度波動范圍較小，對重軌表面狀態(tài)不敏感，人為影響因素少，可以保證淬火的質(zhì)

2、量。目前國際上已普遍采用風(fēng)冷淬火技術(shù)，國內(nèi)的大部分淬火生產(chǎn)線已改建為風(fēng)冷淬火線。因此，有必要研究噴風(fēng)頭流域內(nèi)流場、風(fēng)冷淬火下溫度場的分布規(guī)律，以便為實(shí)際生產(chǎn)做出指導(dǎo)。本文以60kg/m重軌和噴風(fēng)頭作為研究對象，通過有限元軟件FLUENT，對重軌軌端的風(fēng)冷過程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　 首先，對于風(fēng)冷過程中的噴風(fēng)頭的流場進(jìn)行模擬。對于入風(fēng)口壓力為0.4MPa的噴風(fēng)頭的內(nèi)部、外部流場進(jìn)行仿真，分析重軌表面的

3、空氣流速。然后，分析了噴風(fēng)頭與重軌踏面距離為10mm、15mm、20mm時(shí)的重軌表面氣流速度，結(jié)果說明10mm的距離是三種情況中的最佳選擇。
　　 其次，通過設(shè)定風(fēng)冷的表面換熱系數(shù)，對重軌風(fēng)冷過程中的溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬。在此過程中，充分考慮了材料的物性參數(shù)隨溫度變化情況的影響。模擬過程中得到重軌的瞬時(shí)溫度分布，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明模擬是正確的。
　　 最后，根據(jù)U71Mn鋼的CCT曲線得到其相變溫度，由關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的降溫曲線計(jì)算