380HB级别高强耐磨钢轨热处理工艺数值模拟研究
发布时间：2022-08-13 10:59
随着我国铁路事业的不断发展,铁路运输年通货量逐年攀升,钢轨磨耗量日益加剧,缩短了钢轨的服役寿命,故对钢轨耐磨性提出更高要求。热处理是提高钢轨耐磨性的手段之一,尤其在小半径曲线段热处理钢轨的耐磨性是普通钢轨的几倍,使用热处理钢轨可有效的减少钢轨的侧磨、剥离掉块、压溃及波磨等钢轨损伤。热处理技术与钢轨成分微合金化设计相结合,是满足当前钢轨发展遇到技术瓶颈的关键,合金元素的添加,对钢轨热处理工艺调试及优化提出更高要求,需要更为系统的分析钢轨热处理过程的参数控制,为热处理钢轨工艺参数调试提供理论指导。本文以380HB级别的稀土热处理钢轨的淬火过程为研究对象,对工业试制的钢轨成分进行优化设计,确定钢轨满足力学性能的最优化学成分范围。分析了380HB钢轨热处理过程,提出影响珠光体钢轨片层间距的因素不仅仅与冷速有关,还与材料的组织转变开始温度有关。钢轨热处理过程是一种鉴于等温转变与连续冷却转变之间的“连续等温转变过程”,计算表明:对于380HB级别热处理钢轨温降控制在200~250℃,该钢种轨头踏面相变孕育期在18s~22s之间,轨头抗拉强度取样位置相变孕育期在22~30s之间,应在此时间段内加强冷...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 钢轨发展现状
1.2 钢轨服役过程的缺陷
1.2.1 钢轨剥离掉块缺陷
1.2.2 钢轨垂直磨耗及侧磨
1.2.3 钢轨波磨损伤
1.2.4 钢轨表面压溃
1.3 热处理钢轨的发展现状
1.3.1 钢轨淬火QT工艺
1.3.2 钢轨淬火SQ工艺
1.4 热处理过程计算机模拟计算现状
1.4.1 JMat Pro软件在新产品研发中的应用
1.4.2 DEFORM-3D软件在新产品研发中的应用
1.5 本文主要研究内容及难点
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 技术难点及创新点
2.热处理过程中的有限元数值模拟
2.1 温度场
2.2 组织场
2.2.1 扩散型等温相变动力学
2.2.2 珠光体扩散型非等温相变动力学
2.2.3 无扩散型相变动力学
2.3 应力、应变场
2.3.1 热弹塑性材料的基本假设
2.3.2 弹塑性本构关系
3 380HB级别热处理钢轨化学成分优化
3.1 JMat Pro软件验证
3.1.1 珠光体组织相变验证
3.1.2 JMat Pro软件力学性能计算验证
3.2 珠光体钢轨钢力学性能预测
3.3 JMat Pro软件与DEFORM-3D软件的对接
3.4 DEFORM-3D材料模型的建立
3.4.1 热力学参数
3.4.2 变形参数
4 380HB级别钢轨热处理过程数值模拟
4.1 热处理计算材料库建立
4.2 热处理生产线情况
4.3 模拟计算热处理工艺确定
4.4 几何模型的建立
4.5 1#淬火工艺模拟计算及分析
4.5.1 钢轨表面换热系数计算
4.5.2 钢轨各计算点相变温度及转变时间
4.5.3 钢轨抗拉强度与组织转变对应关系
4.5.4 钢轨异常组织相变温度计算
5 380HB热处理钢轨淬火过程温度、组织、应力、应变分析
5.1 1#工艺数值模拟结果分析
5.2 1#工艺钢轨轨头片层间距细化控制及分析
结论
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗影响的试验研究[J]. 常崇义,李果,张银花,周邵博. 中国铁道科学. 2018(02)
[2]基于JMatPro软件的超高强度钢强度设计[J]. 盛伟,陈天运,李志,柳木桐,倪志铭. 金属热处理. 2017(06)
[3]时速250km等级动车组自主化车轮的耐磨性能试验研究[J]. 张关震,任瑞铭,丛韬,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2017(01)
[4]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 黄正玮. 四川建材. 2015(05)
[5]基于Deform-HT软件的齿轮热处理工艺数值模拟[J]. 徐广晨. 热处理技术与装备. 2015(04)
[6]利用JMatPro软件对低合金耐磨钢热处理参数的计算[J]. 蔺虹宾,吴代建,彭显平. 热加工工艺. 2015(04)
[7]基于JMatPro软件15CrMo渗碳钢淬火组织与热物理力学性能预测[J]. 杨永春. 热加工工艺. 2013(20)
[8]基于Normalized C＆L准则的ECAP裂纹萌生趋势的数值模拟[J]. 陈文杰,周清,邓竹君,张方哲. 锻压技术. 2010(05)
[9]DEFORM-3D在楔横轧成形模拟中的应用[J]. 刘文科,张康生,王福恒,李威. 冶金设备. 2010(03)
[10]韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究[J]. 蒲思洪,温彤,吴维,侯模辉. 热加工工艺. 2009(03)
硕士论文
[1]基于Deform金属锻造和热处理的晶粒度分析及组织遗传研究[D]. 林伟强.华南理工大学 2012
[2]基于DEFORM-3D平台不锈钢板材热轧工艺模拟研究[D]. 刘红涛.兰州理工大学 2011
[3]钢轨滚动接触疲劳试验研究[D]. 张伟.西南交通大学 2005
本文编号：3676901
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
1.1 钢轨发展现状
1.2 钢轨服役过程的缺陷
1.2.1 钢轨剥离掉块缺陷
1.2.2 钢轨垂直磨耗及侧磨
1.2.3 钢轨波磨损伤
1.2.4 钢轨表面压溃
1.3 热处理钢轨的发展现状
1.3.1 钢轨淬火QT工艺
1.3.2 钢轨淬火SQ工艺
1.4 热处理过程计算机模拟计算现状
1.4.1 JMat Pro软件在新产品研发中的应用
1.4.2 DEFORM-3D软件在新产品研发中的应用
1.5 本文主要研究内容及难点
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 技术难点及创新点
2.热处理过程中的有限元数值模拟
2.1 温度场
2.2 组织场
2.2.1 扩散型等温相变动力学
2.2.2 珠光体扩散型非等温相变动力学
2.2.3 无扩散型相变动力学
2.3 应力、应变场
2.3.1 热弹塑性材料的基本假设
2.3.2 弹塑性本构关系
3 380HB级别热处理钢轨化学成分优化
3.1 JMat Pro软件验证
3.1.1 珠光体组织相变验证
3.1.2 JMat Pro软件力学性能计算验证
3.2 珠光体钢轨钢力学性能预测
3.3 JMat Pro软件与DEFORM-3D软件的对接
3.4 DEFORM-3D材料模型的建立
3.4.1 热力学参数
3.4.2 变形参数
4 380HB级别钢轨热处理过程数值模拟
4.1 热处理计算材料库建立
4.2 热处理生产线情况
4.3 模拟计算热处理工艺确定
4.4 几何模型的建立
4.5 1#淬火工艺模拟计算及分析
4.5.1 钢轨表面换热系数计算
4.5.2 钢轨各计算点相变温度及转变时间
4.5.3 钢轨抗拉强度与组织转变对应关系
4.5.4 钢轨异常组织相变温度计算
5 380HB热处理钢轨淬火过程温度、组织、应力、应变分析
5.1 1#工艺数值模拟结果分析
5.2 1#工艺钢轨轨头片层间距细化控制及分析
结论
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗影响的试验研究[J]. 常崇义,李果,张银花,周邵博. 中国铁道科学. 2018(02)
[2]基于JMatPro软件的超高强度钢强度设计[J]. 盛伟,陈天运,李志,柳木桐,倪志铭. 金属热处理. 2017(06)
[3]时速250km等级动车组自主化车轮的耐磨性能试验研究[J]. 张关震,任瑞铭,丛韬,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2017(01)
[4]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 黄正玮. 四川建材. 2015(05)
[5]基于Deform-HT软件的齿轮热处理工艺数值模拟[J]. 徐广晨. 热处理技术与装备. 2015(04)
[6]利用JMatPro软件对低合金耐磨钢热处理参数的计算[J]. 蔺虹宾,吴代建,彭显平. 热加工工艺. 2015(04)
[7]基于JMatPro软件15CrMo渗碳钢淬火组织与热物理力学性能预测[J]. 杨永春. 热加工工艺. 2013(20)
[8]基于Normalized C＆L准则的ECAP裂纹萌生趋势的数值模拟[J]. 陈文杰,周清,邓竹君,张方哲. 锻压技术. 2010(05)
[9]DEFORM-3D在楔横轧成形模拟中的应用[J]. 刘文科,张康生,王福恒,李威. 冶金设备. 2010(03)
[10]韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究[J]. 蒲思洪,温彤,吴维,侯模辉. 热加工工艺. 2009(03)
硕士论文
[1]基于Deform金属锻造和热处理的晶粒度分析及组织遗传研究[D]. 林伟强.华南理工大学 2012
[2]基于DEFORM-3D平台不锈钢板材热轧工艺模拟研究[D]. 刘红涛.兰州理工大学 2011
[3]钢轨滚动接触疲劳试验研究[D]. 张伟.西南交通大学 2005
本文编号：3676901
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