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高锰钢辙叉焊接工艺优化及服役行为有限元模拟研究
| 论文题名： | 高锰钢辙叉焊接工艺优化及服役行为有限元模拟研究 |
| 关键词： | 高锰钢辙叉;高碳钢轨;闪光焊接;工艺参数;磨损性能;有限元模拟 |
| 摘要： | 高锰钢辙叉在铁路运输中起着至关重要的作用，实现了列车变轨与转弯。本文以高锰钢辙叉为研究对象，通过对高锰钢辙叉与高碳钢轨闪光焊接过程的模拟，对其焊接工艺进行了优化。在相同冲击功不同冲击频率条件下对高锰钢进行冲击磨损，研究了高锰钢在不同冲击频率下的磨损机制以及应力变化规律。对列车以不同速度不同轴重通过辙叉的过程进行模拟，为降低应力水平，优化服役环境提供了依据。最终得到如下结果： 高锰钢辙叉与高碳钢轨闪光焊接过程分为四个阶段：闪光、顶锻、保压以及冷却。模拟结果表明：当焊接材料长度为25mm时，若保压时间为10s，钢轨钢一侧最高温度达到732℃，超过了钢轨钢的Ac1温度点，容易导致钢轨钢一侧冷却过程中产生马氏体；而当保压时间为3s时，钢轨钢一侧的最高温度为668℃，与实际焊接结果较为接近，满足钢轨钢温升不超过Ac1温度点的要求。从改变焊接材料长度的模拟结果看，保压时间为3s时，当焊接材料总长度超过25mm，整个焊接过程钢轨钢温升都不会超过Ac1温度点。 高锰钢在相同冲击功、冲击次数，不同冲击频率的条件下，冲击频率越高或越低时，磨损性能均较差。冲击频率越高表层加工硬化作用越强，在200次/min的冲击频率下，表面硬度可以达到468HV。冲击频率低则反之。冲击频率低时试样的冲击硬化层较冲击频率高的试样略深。高密度孪晶的产生并相互阻滞截割是高锰钢加工硬化的主要机制。 列车在逆向通过辙叉时，辙叉心轨受到较大冲击，最大应力产生于距心轨实际尖端40mm处，相同速度条件下轴重越大，列车经过辙叉时，辙叉表面产生的应力越大，而在相同轴重的条件下，速度在100km/h-200km/h的范围内，辙叉表面产生应力随速度增大而增大，200km/h-300km/h的范围内，应力会随速度增加而减小。综合来看，轴重的成倍增加对辙叉应力的影响大于速度的增加。 |
| 作者： | 孙永海 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 张明;何毅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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