重轨端部淬火温度场与相变计算机模拟

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1、第3l卷第5期特殊钢Vo1．31．No．5·14·2010年lO月SPECIALSTEELOctober2010重轨端部淬火温度场与相变的计算机模拟张敏赵刚胡瑞海李文凯陈先舟。楚双学董茂松(1武汉科技大学材料与冶金学院，武汉430081；2武汉钢铁集团公司，武汉430083)摘要运用有限元法对U71Mn钢(％：0．65～0．76C、0．15～0．35Si、1．10～1．40Mn、≤0．030V、≤0．025Ti)重轨端部电磁感应加热55s，空冷8S，喷风冷却42S，空冷至常温的热处理过程进行了计算机模拟分析，计算机图形学理论动态显示轨端内部任意时刻的温度分

2、布、组织分布。模拟结果表明，在该冷却条件下淬火后端部横断面组织为细片状珠光体(索氏体+托氏体)，无马氏体、贝氏体等组织，与实验结果相吻合。关键词重轨端部淬火温度场相变计算机模拟ComputerSimulationonTemperatureFieldandPhaseTransformationofQuenchingHeavyRailEndZhangMin，ZhaoGang，HuRuihai，LiWenkai，ChenXianzhou，ChuShuangxueandDongMaosong(1CollegeofMaterialsScienceandMetallu

3、rgicalEngineering，WuhanUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430081；2WuhanIronandSteelGroupCorp．Wuhan430080)AbstractAcomputersimulationanalysisonheattreatmentprocess(electromagneticinductionheatingfor55S，aircoolingfor8S．windcoolingfor42Sthenaircoolingtoambient)ofheavyrailendofstee

4、lU71Mn(％：0．65～0．76C，0．15—0．35Si．1．1O一1．40Mn．≤0．030V，≤0．025Ti)hasbeencarriedoutbyusingfiniteelementmethodandcomput—ergraphicstheorytodynamicallydisplaythedistributionoftemperatureandstructureinrailendatanytime．Simulationre—suitsshowthatatthecoolingconditionthequenchedstructureofcro

5、sssectionofrailendiSfinelamellapearlite(sorbite+trostite)withoutmartensiteandbainitestructuretomeettheexperimentalresults．MaterialIndexHeavyRail．EndQuenching，TemperatureField，PhaseTransformation，ComputerSimulation运用Deform—HT有限元软件，结合钢厂的实际限差分方程来计算温度场。根据有限差分法的定冷却工艺，对重轨端部淬火过程的温度场及相变进义

6、，热传导偏微分方程的二点差分格式可写成：行了模拟。1重轨淬火的数值模型(+(一)(警)=(—)(2)由于重轨加热或冷却温度的不均匀会引起淬火当O／=1时是向后差分，当O／=0时是向前差后重轨的内应力、变形和开裂，因此重轨端部淬火过分，当Ot=1／2时是Crank-Nicolson格式，当Ot=2／3程数值模拟的第l步为温度场的数值模拟，然后将温时是Galerkin格式，其中C．N格式和G格式都有较度场的计算结果作为输入参数来计算工件淬火时的高的计算精度，而且无条件稳定¨]。瞬时应力和应变，预测淬火后重轨端部的组织分布。瞬态温度场求解时，需相应的初始条件和边

7、界1．1温度场条件，在这个模型中，初始条件为淬火加热前重轨的柱坐标系下，轴对称温度场计算的控制方程为：温度，可设为常值。边界条件是指重轨外表面与周A(+÷+o_2_：r)+g=pCpOT()围环境的热交换情况，本模型中为对流和辐射混合的换热边界，可用第3类边界条件表示：式中：A．材料的导热系数；p一材料密度；c．材料比定压热容；工件的瞬态温度；t．过程进行的时间；一AI=(一)+(一)=r、z一分别为沿径向和轴向坐标；q。相变潜热的热流Hk(一)+Hs(一)=密度。日(一)(3)由于重轨横截面的形状没有规则，这里采用有通讯作者：赵刚，教授，武汉科技大学材料

8、与冶金学院，武汉430081第5期张敏等：重轨端部淬火温度场与相变