奥贝球铁列车车轮成形工艺仿真与性能研究

摘要

轨道交通是保持国民经济运行的基础建设，包括地铁，轻轨，有轨电车，跨座式单轨铁路，城际列车和许多其他类型的。每一种类型都有其特定的应用范围。近几年来轨道交通在我国正处于一个蓬勃发展的阶段，然而随着列车运行速度的不断提高，出现在高速度运行过程中的各种安全问题尚未得到全部解决，现有的车轮运行过程中的剥离、裂纹等缺陷已不能满足轨道交通需求的快速发展。本文旨在研究开发新型高强度高韧性减振降噪的等温淬火球墨铸铁车轮材料（Austempered Ductile Iron，简称ADI也可以叫做奥-贝球铁）来提高高速运行列车的稳定性和车轮使用寿命。
　　本文主要从ADI化学成分的优化设计、ProCast成型仿真和实验、等温淬火热处理工艺和性能测试分析等方面进行详细研究。
　　利用Jmatpro软件计算和理论分析，通过计算平衡凝固相、相转变温度和元素偏析等内容分析基础成分对铸件力学性能、工艺性能的影响规律，根据合金元素对提高球墨铸铁淬透性的作用以及合金元素的偏析、难溶碳氮化合物的产生，对奥-贝球铁列车车轮材料进行基础元素的优化和合金元素的设计。
　　采用ProCast软件对车轮浇注和凝固过程进行仿真计算，结果表明:采用同时凝固的技术方案，设计无冒口浇注系统，大量使用冷铁，加大铸件冷却速度，降低浇注温度可减少铸件液态收缩量，可获得优质无缺陷的列车车轮铸件。根据仿真优化的铸造工艺对列车车轮进行浇铸实验，实验结果与模拟计算相符合，获得无铸造缺陷的车轮铸件。
　　通过正交试验制备不同热处理工艺参数的ADI试样，根据对热处理后试样的抗拉强度、延伸率、硬度、冲击韧性和金相组织的检测分析，确定了ADI列车车轮的热处理工艺方案，经实验验证ADI车轮性能检测抗拉强度达到1100MPa，延伸率在6％以上，轮辐部位取样冲击韧性大于8J/cm2，硬度达到31 HRC以上，ADI车轮与普通列车车轮相比具有减振降噪的效果，达到高速列车车轮的使用要求。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 列车车轮ADI材料

1．2．1 列车车轮材料的国内外发展现状

1．2．2 ADI材料的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第二章 实验材料及方法

2．1 引言

2．2 ADI车轮的制备

2．2．1 球墨铸铁车轮制备

2．2．2 球墨铸铁车轮的等温淬火

2．3 材料性能检测分析

2．3．1 金相组织

2．3．2 硬度

2．3．3 拉伸强度

2．3．3 冲击韧性

2．3．4 减振降噪

第三章 ADI车轮材料的成分优化与合金设计

3．1 引言

3．2 Jmatpro软件

3．3 基础成分优化

3．4 合金成分设计

3．5 本章小结

第四章 基于ProCAST的ADI列车车轮铸造工艺研究

4．1 引言

4．2 ProCAST软件

4．3 铸造工艺分析

4．4 浇注系统设计

4．5 列车车轮充型及凝固过程模拟

4．5．1 三维模型的建立

4．5．2 网格划分

4．5．3 模拟参数设置

4．5．4 ADI列车车轮浇注系统优化

4．5．5 ADI列车车轮浇注温度的优化

4．6 列车车轮浇注

4．7 本章小结

第五章 ADI列车车轮的热处理工艺研究

5．1 引言

5．2 热处理工艺设计

5．3 ADI性能

5．4 ADI组织

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

作者在攻读硕士学位期间参加的研究项目

作者在攻读硕士学位期间获得的专利

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