Kinetika teplotního pole při ochlazování kolejnic

Jiří Marek

Doctoral thesis

Temperature field kinetics during cooling of rails

Abstract:

Současný vývoj je charakterizován požadavkem na vyšší užitné vlastnosti výrobků. Materiály by měly odolat vyšším zatížením, vykazovat delší životnost a vyšší bezpečnost systému. Tento trend je aktuální i pro výrobu kolejnic. V současné železniční dopravě neustále rostou provozní rychlosti a zatížení, což klade zvýšené nároky na užitné vlastnosti kolejnic. Kolejnice jako hlavní součást železničního svršku slouží k nesení a vedení kolejových vozidel, tlaková napětí na kontaktu kolo – kolejnice dosahují hodnot až 2000 MPa. Kolejnicová ocel musí být vzhledem k namáhání a zatížení pevná, odolná proti opotřebení a přitom houževnatá. Hlavním způsobem ke zlepšení mechanických vlastností kolejnic je řízené ovlivnění mikrostruktury materiálu. Pro aktivní řízení teplotně deformačního režimu při výrobě kolejnic je nezbytné znát vliv kinetiky teplotního pole na mikrostrukturu. Předložená práce se zabývá řešením kinetiky teplotního pole při ochlazování kolejnic. Popisuje možnosti a současné trendy výroby a následného zpracování. Při rozboru této problematiky se ukazuje potřeba znalosti průběhu a rozložení teplot. Dále se tedy práce zabývá řešením teplotního pole ochlazované kolejnice, hledáním optimální metody řešení a stanovením okrajových podmínek. Experimentální část popisuje metodu měření ochlazovacích křivek. Z naměřených hodnot byl prostřednictvím inverzní úlohy stanoven součinitel přestupu tepla, resp. okrajové podmínky. Pro ověření určených okrajových podmínek byl vytvořen model ochlazování ve výpočtovém programu Sysweld.

Abstract:

The current development is characterized by requiring higher quality of the products. The materials should withstand higher loads, have longer working life and ensure safe operation of the system. This current trend is also for the production of rails. Rail transport requires an increase in operating speeds and loads, which raises the demands on the properties of the rails. The rail as the main part of the railway track serves to support and guide the rail vehicle. The stress on the wheel - rail contact reach values up to 2000 MPa. The rail steel must be hard, wear-resistant and tough due to stress and load. The main way to improve the mechanical properties of the rails is to control the microstructure of the material. It is necessary to know the influence of the kinetics of the temperature field on the structure in order to actively control the temperature deformation mode in rail production. This thesis “Temperature field kinetics during cooling of rails“ deals with the solution of the temperature field kinetics in the cooling of the rails. It describes the possibilities and current trends of production and subsequent heat treatment. An analysis of this problem shows the need for knowledge of the distribution of temperatures. Furthermore, the thesis deals with the solution of the temperature field of the cooled rail, finding the optimal solution method and determining the boundary conditions. The experimental part describes the method of measuring the cooling curves. From the measured values, the heat transfer coefficient was determined by the inverse task, respectively boundary conditions. To verify the specified boundary conditions, a cooling model was created in the program Sysweld.

Keywords

kolejnice, kolejnicová ocel, tepelné zpracování, teplotní pole, ochlazování, okrajové podmínky, inverzní úloha, součinitel přestupu tepla, metoda konečných prvků, počítačová simulace, Sysweld

Keywords

rails, rail steel, heat treatment, temperature field, cooling, boundary conditions, inverse task, heat transfer coefficient, finite element method, computer simulation, Sysweld

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 9. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 5. 12. 2018
• Supervisor: Miroslav Příhoda
• Reader: František Kavička, Pavel Šonovský, Augustín Varga

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme / field:
Metalurgie / Tepelná technika a paliva v průmyslu