钢轨钢的层流等离子体束表面淬火过程仿真模型

采用层流等离子体束对钢轨钢进行表面淬火可提高其服役寿命,但目前处理参数的选取只能依靠实验法,费时费力,若能建立表面淬火过程仿真模型,快速预测表面淬火过程温度场变化及淬火后硬化区的硬度分布,可实现最优处理参数的快速选取。本文基于有限元方法建立了层流等离子体束表面淬火过程的温度场仿真模型,通过表面淬火实验所得硬度分布确定碳扩散极限值,借助JMATPRO确定各升温速率下奥氏体转变速率,建立了金相组织预测模型。温度场仿真模型能够计算表面淬火过程中温度场分布变化,通过选取大于相变温度(如U75V钢轨钢为745 ℃)的节点可预测硬化区的宽度与深度,仿真得到的宽度深度与实验所得宽度深度误差在8%以内;通过提取硬化区中节点的温度变化曲线,代入金相组织预测模型可计算硬化区各节点位置处的奥氏体和马氏体转变情况,并预测硬化区截面硬度值。通过改变层流等离子体束表面淬火处理参数（包括电弧电流、阳极口径、扫描速度等）进行表面淬火实验,发现仿真模型得到的硬度值与实际硬度值有很好的吻合性,验证了所提钢轨钢层流等离子体束表面淬火过程仿真模型的正确性。