我国是一个以铁路运输为主的国家。国民经济的快速发展,铁路运输量日益增加,要求铁路通过进一步提高行车速度、提高重轨的强度及耐磨性、延长其使用寿命,进而对重轨提出了更高要求。由于硬度的普遍提高,重轨的脆性、韧性以及净度等问题又很突出,重轨在冷却不均匀的情况下,重轨内部的温度场变化情况不仅直接影响相变,而且对内应力也产生很大的影响。本文以规格为50kg/m的重轨为研究对象,利用等效热容法处理相变潜热对温度场的影响,用等效线膨胀系数法处理相变引起的组织应力,通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件,采用有限单元法,建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。该模型能实现淬火过程的温度场的动态分析和精确计算,预测淬火重轨各个时间段的温度场。根据重轨温度场的变化规律,控制喷风时间,最终得到理想的索氏体组织。在数值模拟计算的过程中,输入在不同的喷风压力下的对流换热系数,得到相应的温度场和应力场结果,并对结果进行了分析。计算了加热、保温、强制冷却、空气自然对流等不同工况的温度场和应力场分布情况,分析淬火时间对温度场和应力场的影响,计算结果更加逼近三维工件淬火过程,并将实验结果与计算分析结果进行了对比分析。模拟计算结果与实测结果吻合较好,喷风淬火可以产生较小的残余热应力,避免了重轨的变形和开裂。数值模拟验证了该有限元模型的正确性,从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。