【正文】 件仿真淬火重軌各個時間段的溫度場。根據(jù)重軌溫度場的變化規(guī)律，選擇合理的噴風壓強，最終得到理想的索氏體組織。 關鍵詞 ： 重軌，淬火，溫度場，應力場， ANSYS Simulation of quenching temperature field and stress field for heavy rail based on the ANSYS Abstract The specification of 50kg／ m— heavy rail was taken as investigated subject in this paper． In this model． the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent heat on temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method． The impact of material’s non1inear parameter on temperature field was considered． The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature ． According to the distribution of temperature field， the time of pressed air should be controlled． The ideal sorbite can be gained． During the process of calculating in numerical simulation， inputted the convective heat transfer coefficient under different wind pressure received the corresponding result of temperature field and stress filed， and analyzed the result． This paper analyzed that calculated heating， keeping warm， force cooling and air cooling’s temperature field and stress filed distribution in such different operating modes． Get the best heating, thermal insulation, cooling, natural air time and the result can be used to guide the quenching process design． Key words： Heavy rail， Quenching， Temperature field， Stress filed， ANSYS 2 4 目 錄 第一章 緒論 ......................................................... 1 課題研究意義 ................................................... 1 影響重軌淬火技術的主要因素 ..................................... 2 重軌淬火數(shù)值模擬的國內外研究現(xiàn)狀 ............................... 2 研究內容 ....................................................... 4 第二章 重軌淬火溫度場和應力場的理論基礎 ............................. 4 重軌淬火溫度場理論基礎 ......................................... 5 熱傳遞方式 ................................................. 5 重軌淬火時定解條件 ......................................... 5 淬火時熱傳導初始條件 ....................................... 6 重軌淬火的邊界條件 ......................................... 6 重軌淬火應力場理論基礎 ......................................... 8 熱彈性和熱塑性問題 ......................................... 8 熱彈塑性問題的求解 ......................................... 9 組織場求解理論基礎 ............................................. 9 第三章 重軌溫度場和應力場 ANSYS 仿真過程 .......................... 10 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應力場的方法 .................... 10 用 ANSYS 模擬分析重軌溫度場和應力場的步驟 .................... 10 建立重軌的三維模型 ........................................ 10 確定重軌的各項材料參數(shù)及初始條件 .......................... 11 ANSYS 仿真重軌溫度場和應力場的基本步驟 ................... 11 第四章 重軌淬火過程的溫度場和應力場分析 ............................ 19 研究不同壓強下溫度場和應力場的前提條件 ........................ 19 不同壓強下噴風溫度場對比分析 .................................. 19 不同壓強下噴風應力場對比分析 .................................. 22 第五章 全文總結 .................................................... 24 論文研究結論 .................................................. 24 論文研究的不足及展望 .......................................... 25 致 謝 .............................................................. 26 參考文獻 ........................................................... 27 1 第一章 緒論 課題研究意義 淬火是機械零件生產(chǎn)加工過程中的關鍵環(huán)節(jié)之一 , 它涉及到傳 熱學、金屬相變動力學、化學、力學等多種學科 . 淬火過程是一個溫度、應力、相變相互影響的高度非線性問題 , 在理論上對溫度場、組織場、應力場耦合求解幾乎是不可能的。由于硬度的普遍提高，重 軌 的脆性、韌 性以及 凈 度等 問題 又重新突出了，重 軌 在冷卻不均 勻 的情 況 下，重 軌內 部的 溫度 場變 化情 況 不 僅 直接影 響 相 變 ，而且 對內應 力也 產(chǎn) 生很大的影 響 。 因此研究重軌內部的溫度場和應力場對實際生產(chǎn)有重要意義。生產(chǎn)實踐表明，淬火過程是熱處理過程 【 3】 中返修率最高和廢品率最高的工序，是熱處理質量控制中最難掌握的環(huán)節(jié)，它涉及到試件的溫度場、顯微組織場和內應力 (應變 )場和介質的流場等，2 測量和理論分析難度都很大。風冷具有溫度和濕度常常是變化不定的特點；霧冷的特點是導熱性能不穩(wěn)定和熱能揮發(fā)出現(xiàn)紊流現(xiàn)象；水冷的特點是水不易揮發(fā)，狀態(tài)不穩(wěn)定，可能導致熱處理不夠或過度，噴水時間稍長就容易引起淬火部位出現(xiàn)馬氏體組織，但是水的導熱性能比霧氣好。因為壓縮空氣冷卻噴風器不像噴霧器那樣會發(fā)生阻塞，冷卻速度基本恒定，對重軌表面狀態(tài)不敏感，可以保證淬火質量。目前國外除獨聯(lián)體外，日、美、澳等國均采用風淬?？墒蔷褪沁@種工藝也不是很完善的。在熱處理過程中，試件內部會發(fā)生十分復雜的物理現(xiàn)象，如瞬態(tài)溫度場的變化、組織的轉變、力學性能的改變以 3 及殘余應力的產(chǎn)生等。 淬火過程的計算機模擬是熱處理過程計算機模擬的重要組成部分。CCT曲線法模擬的難題后， TTT曲線在淬火試件顯微組織場模擬中迅速得到推廣。 淬火過程的計算機模擬在我國發(fā)展較晚。 20世紀 90年代以來，由于計算機處理能力的提高，溫度場模擬計算中最難處的非線性問題正在逐步被解決。結果表明 , 準確選擇淬火時加熱、保溫時間和風冷時的壓強 , 能顯著降低軌頭的淬火應力 , 對 U71Mn重軌軌頭熱處理中相關參數(shù)的選擇具有重要的指導意義。因此，為了研究并模擬重軌及重軌的淬火過程，就要研究重軌淬火時的 熱傳導現(xiàn)象以及導熱