贝氏体钢轨空冷过程中组织和应力的数值模拟分析

发布时间：2017-09-13 04:27

  本文关键词：贝氏体钢轨空冷过程中组织和应力的数值模拟分析

  更多相关文章： 贝氏体 60kg/m钢轨 60AT钢轨 轧后空冷 数值模拟

【摘要】：贝氏体钢轨具有刚度大、耐磨性好、寿命长等优点，但是由于贝氏体轧后热处理过程中容易出现组织转变的不均匀、弯曲变形程度过大、残余应力较高等突出问题，因此对贝氏体钢轨轧后的热处理强化过程成为近年来研究的热点。 本文通过实验测得贝氏体钢轨在不同温度下的应力应变曲线，，得到贝氏体钢轨杨氏模量和热膨胀系数等贝氏体钢轨的热物性参数；通过试验获得贝氏体钢轨的TTT曲线和CCT曲线；并且通过钢轨空冷实验，测定了60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨.轧后空冷过程的换热系数。 本文采用有限元方法，模拟60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨热处理过程温度场、组织场、纵向应力场以及弯曲变形的演变规律，为今后60kg/m贝氏体钢轨和60AT道岔钢轨轧后空冷优化工艺的制定，以及如何保证钢轨组织转变均匀、减少弯曲变形量、降低残余应力等关键问题的解决提供了十分重要的理论依据。 钢轨轧后空冷过程温度场、组织场和纵向应力场模拟计算结果表明：在钢轨轧后冷却过程中，钢轨的高温区主要贯穿轨头，造成组织转变的不均匀；纵向应力场与组织转变有关系密切，与温度变化关系次之；终冷时，60kg/m贝氏体钢轨属于轴对称几何图形，其断面残余最大拉应力150MPa，最大压应力-110MPa，60AT道岔钢轨属于非对称轴几何图形，断面残余最大拉应力250MPa，最大压应力-150MPa；弯曲变形受组织转变影响较大，终冷时，60kg/m贝氏体钢轨属于轴对称几何图形，只在z方向（正弯）发生弯曲变形，在z方向弯曲挠度为0.287mm，最终钢轨向轨头方向弯曲，然而60AT道岔钢轨属于非对称轴几何图形，在y方向（侧弯）和z方向都有弯曲变形，在y方向弯曲挠度为-0.075mm，最终向钢轨轨底短边方向弯曲，在z方向弯曲挠度为0.255mm，最终向钢轨轨头方向弯曲。
【关键词】：贝氏体 60kg/m钢轨 60AT钢轨 轧后空冷 数值模拟
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 铁路发展对钢轨性能的要求8-9
• 1.2 贝氏体钢轨的发展现状9-12
• 1.2.1 贝氏体转变及贝氏体组织9-10
• 1.2.2 贝氏体钢10-11
• 1.2.3 贝氏体钢的应用11-12
• 1.3 空冷过程的计算机模拟过程12-14
• 1.3.1 计算机数值模拟12-13
• 1.3.2 空冷系统的研究13-14
• 1.4 课题研究的意义及研究内容14-17
• 1.4.1 选题的目的和意义14-16
• 1.4.2 课题研究的内容16-17
• 2 钢轨热处理过程数值模拟相关理论17-31
• 2.1 温度场17-20
• 2.1.1 热传导17-19
• 2.1.2 对流和辐射19-20
• 2.1.3 相变潜热20
• 2.2 应力应变场20-24
• 2.2.1 热弹塑性模型的基本假设21
• 2.2.2 材料弹塑性本构关系21-24
• 2.3 相变动力学24-30
• 2.3.1 扩散型等温相变动力学24-27
• 2.3.2 扩散型非等温相变动力学27-30
• 2.4 无扩散型相变动力学30-31
• 3 贝氏体钢物性参数的测定31-39
• 3.1 贝氏体钢物性参数的确定31-32
• 3.2 力学物性参数测定试验32-39
• 3.2.1 CCT 曲线与 TTT 曲线的测定32-33
• 3.2.2 贝氏体钢轨拉伸试验33-39
• 4 空冷换热系数的确定及有限元建模39-50
• 4.1 几何模型与网格划分39-41
• 4.1.1 建钢轨三维模型39-40
• 4.1.2 钢轨的划分网格40-41
• 4.2 钢轨轧后空冷换热系数计算修正41-48
• 4.2.1 实验方案42
• 4.2.2 关键点选取及有限元建模42-44
• 4.2.3 数据处理及结果分析44-48
• 4.3 初始条件和边界条件48-50
• 5 60kg/m 贝氏体钢轨轧后空冷温度、组织、应力、弯曲变形数值模拟50-63
• 5.1 60kg/m 钢轨轧后空冷温度、组织、应力模拟结果分析50-59
• 5.2 60kg/m贝氏体钢轨轧后空冷弯曲变形模拟结果分析59-63
• 6 60AT 钢轨轧后空冷温度、组织、应力、弯曲变形数值模拟63-78
• 6.1 60AT钢轨轧后空冷温度、组织、应力模拟结果分析63-74
• 6.2 60AT钢轨轧后空冷弯曲变形模拟结果分析74-78
• 结论78-79
• 参考文献79-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘宗昌，王宝峰，王贵，张国柱;钢轨在线余热强化工艺[J];包头钢铁学院学报;1995年01期

2 董志洪;21世纪钢轨钢的展望[J];钢铁;1999年08期

3 陈昕;金纪勇;刘春明;杨玉;赵素华;;抗拉强度1200MPa贝氏体钢轨的开发及其在铁路上的应用[J];钢铁;2008年11期

4 康沫狂,贾虎生,杨延清,杨东方,武小雷;新型系列准贝氏体钢[J];金属热处理;1995年12期

5 阎承沛;计算机技术在我国热处理工业领域的应用和发展[J];金属热处理;2000年10期

6 王权,付学义,李智丽;钢轨内残余应力的产生及其危害[J];金属热处理;2004年06期

7 方鸿生,薄祥正,郑燕康,黄进峰;贝氏体组织与贝氏体钢[J];金属热处理;1998年11期

8 郭晓燕;水冷却和汽化冷却以及空气冷却探析[J];山西建筑;2003年08期

9 吴健鹏,王志明,姚海涛;控制轧制技术的新进展——低碳贝氏体钢[J];宽厚板;2000年06期

10 孙光爱;陈波;吴二冬;李秀艳;;J75不锈钢淬火应力的X射线衍射分析[J];理化检验(物理分册);2009年02期

本文编号：841514