辙叉是改变列车运行轨道的铁路系统的重要组成部分,产品质量可直观反映轨道线路的优劣,改善其铸造性能对铁路运输能力的提升有深远的影响。随着我国高锰钢辙叉制造技术的不断发展,整铸辙叉出现专用化集成化向小号辙叉发展的趋势。60年代初我国试制成功第一颗高锰钢整铸辙叉,随后的几十年在辙叉结构及制造工艺等方面全面突破,伴随着我国铁路提速战略的全面铺开短短20年的时间里实现了从“万国机车”到标准动车组的跨越,同时也需求承载能力更强通过速度更快的铁路轨道。据统计,我国境内高锰钢辙叉占50%以上,而北欧、美国等寒冷地区的辙叉则全部采用高锰钢服役。高锰钢的高塑韧性和高加工硬化能力无疑使其成为辙叉的优质材料,但其凝固收缩率大及散热性差等不佳的铸造性能常常会引起晶粒粗大、缩松缩孔以及夹杂等铸造缺陷,严重影响辙叉的铸造质量。铸造是高锰钢辙叉生产成型的第一道工序,因此减少该过程引入的铸造缺陷、提高辙叉铸造质量成为提高高锰钢辙叉生产的重要一环。首先,针对辙叉的铸造缺陷本文采用数值模拟方法显化高锰钢辙叉的铸造过程,对铸造工艺参数进行优化,揭示冷却凝固过程与缺陷形成的关系,分析铸造缺陷形成的原因,研究减少高锰钢辙叉铸造缺陷的方法。建立整铸辙叉几何模型以及基于ProCAST铸造软件隐式算法的浇铸数学模型与高锰钢材料的非线性热物性有限元模型,并针对倾斜浇铸金属液由冒口溢出的情况创新性地提出了浇铸速度衰减的数值模拟假设。其次,为探究高锰钢辙叉铸造缺陷形成与冷却过程的关系,显化了辙叉浇铸过程并分析其流场与温度场。采用不同的发热冒口进行温度场、凝固过程、铸件缺陷的分析,结果表明采用发热量为1 200k J/kg的发热保温冒口温度场分布更均匀,缺陷向冒口聚拢符合顺序凝固原则,相比于保温冒口该方案缩松占比由23.10%降低至17.01%、缩孔占比由1.002%降低至0.530%,而改变冒口发热时间对辙叉铸造缺陷无明显影响。再者,根据高锰钢辙叉铸造缺陷形成与冷却过程的关系提出了冒口的工艺优化方案,并根据发热冒口的―V‖型补缩区域对缩松缩孔等缺陷进行预测,通过这种优化极大地改善了铸造辙叉的性能,局部缩松占比由36.17%下降至22.11%,局部缩孔占比由1.13%下降至0.69%。针对辙叉心轨翼轨为最易破坏区域,本文通过锻造铸造结合的方式提出了一种锻铸一体的辙叉生产方法,并结合铸造温度场、凝固过程以及宏观组织生长等方面探究了其可行性。最后,本文采用ProCAST铸造模拟软件中CAFE组织分析模块探索高锰钢辙叉铸造凝固宏观组织生长规律,并结合材料热物性及实际应用调整高斯参数,对比仿真结果与实际生产具有较高的一致性。从而分析高锰钢辙叉冷却凝固结晶过程,并进一步分析锻铸一体的辙叉生产方法的理论可行性。