重軌軌端淬火溫度場和組織場的數值模擬研究.pdf

1、我國經濟持續(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，對感應淬火進行數值模擬就顯得更加重要。通過數值模擬不但能反映重軌感應加熱時內部電磁場，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值模擬。模擬結果與實驗結果吻合良好，說明了數值模擬的有效性。
　　 首先，在考慮重軌感應加熱過程中包含多種介質(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據進行試驗驗證，結果證明加熱、保溫過程的數值模擬是合理的。
　　 其次，通過加載軌端與介質的對流換熱系數，對重軌噴風冷卻過程中的溫度場分進行布數值模擬，并根據U71Mn鋼的CCT曲線得出其相變溫度。根據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，通過反復調整模擬過程中所賦的各個參數來得到所需的淬火組織。在生產中，可以應用此方法指導制定各種參數，并預測