重軌軌端淬火溫度場和組織場的數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展帶來的鐵路貨運量的不斷增大，促使列車的載重量和運行速度不斷提高，為了滿足高速、重載火車運行的需要，重型、無縫鋼軌得到越來越廣泛的使用。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，而感應淬火是重軌全長淬火中廣泛采用的熱處理方法，隨著對其工藝與精度要求的不斷提高，對感應淬火進行數(shù)值模擬就顯得更加重要。通過數(shù)值模擬不但能反映重軌感應加熱時內(nèi)部電磁場，溫度場和組織場的變化規(guī)律，而且可以減少試驗成本，對重軌淬火

2、工藝參數(shù)的選擇具有實際指導意義。本文以為60kg/m的重軌為研究對象，建立有限元分析模型，運用通用有限元分析軟件ANSYS的耦合計算流程，對重軌的感應淬火過程進行數(shù)值模擬。模擬結果與實驗結果吻合良好，說明了數(shù)值模擬的有效性。
　　 首先，在考慮重軌感應加熱過程中包含多種介質(zhì)(工件、感應線圈、空氣)和多種場(電磁場、溫度場)的基礎上，利用順序耦合的方式，對加熱、保溫過程中溫度場分布進行計算。為使計算精確，在此過程中，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變溫度的影響。并對加熱溫度和加熱時間等主要數(shù)據(jù)進行試驗驗證，結果證明加熱、保溫過程的數(shù)值模擬是合理的。
　　 其次，通過加載軌端與介質(zhì)的對流換熱系數(shù)，對重軌噴風冷卻過程中的溫度場分進行布數(shù)值模擬，并根據(jù)U71Mn鋼的CCT曲線得出其相變溫度。根據(jù)關鍵點的降溫擬合曲線計算出了重軌軌端在相變點的冷速，通過與各組織的臨界冷速進行對比，預測了重軌軌端最終的淬冷組織，試驗結果表明預測結果是正

4、確的。
　　 最后，討論了為盡量減小淬火過程中產(chǎn)生的熱應力，重軌利用自身的溫度進行回火并在空氣中自然冷卻的情況，并對此過程中的溫度場進行了數(shù)字模擬。
　　 本文模擬了重軌軌端感應加熱、保溫、噴風冷卻和空冷，并應用經(jīng)驗公式和CCT曲線圖計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程。在模擬結果的基礎上，通過反復調(diào)整模擬過程中所賦的各個參數(shù)來得到所需的淬火組織。在生產(chǎn)中，可以應用此方法指導制定各種參數(shù)，并預測