Окислително поведение на релсите по време на процеса на смилане
По време на взаимодействието между абразивите и релсите, пластичната деформация на релсите генерира топлина, а триенето между абразивите и релсовите материали също генерира топлина при смилане. Смилането на стоманени релси се извършва в естествена атмосфера и по време на процеса на смилане материалът на стоманената релса неизбежно се окислява под топлината на смилане. Съществува тясна връзка между повърхностното окисляване на стоманени релси и изгарянето на релсите. Следователно е необходимо да се изследва окислителното поведение на повърхността на релсата по време на процеса на смилане.
Съобщава се, че са приготвени три вида шлифовъчни камъни с якост на натиск, съответно с якост 68,90 MPa, 95,2 MPa и 122,7 MPa. Според реда на силата на шлифовъчния камък, GS-10, GS-12.5 и GS-15 се използват за представяне на тези три групи шлифовъчни камъни. За пробите от стоманени релси, шлифовани от три комплекта шлифовъчни камъни GS-10, GS-12.5 и GS-15, те са съответно представени от RGS-10, RGS-12.5 и RGS-15. Извършете тестове за смилане при условия на смилане от 700 N, 600 rpm и 30 секунди. За да се получат по-интуитивни експериментални резултати, камъкът за шлифоване на релси приема режим на контакт с щифтов диск. Анализирайте окислителното поведение на повърхността на релсата след смилане.
Морфологията на повърхността на шлайфаната стоманена релса беше наблюдавана и анализирана с помощта на SM и SEM, както е показано на фиг.1. Резултатите от SM на повърхността на шлайфаната релса показват, че с увеличаване на якостта на шлифовъчния камък цветът на повърхността на шлифованата релса се променя от синьо и жълто кафяво до оригиналния цвят на релсата. Проучването на Lin et al. показа, че когато температурата на смилане е под 471 ℃, повърхността на релсата изглежда нормално оцветена. Когато температурата на смилане е между 471-600 ℃, релсата показва светложълти изгаряния, докато когато температурата на смилане е между 600-735 ℃, повърхността на релсата показва сини изгаряния. Следователно, въз основа на промяната на цвета на повърхността на шлайфаната релса, може да се заключи, че с намаляването на здравината на шлифовъчния камък температурата на смилане постепенно се повишава и степента на изгаряне на релсата се увеличава. EDS беше използван за анализ на елементарния състав на повърхността на шлайфаната стоманена релса и повърхността на дъното на отломките. Резултатите показват, че с увеличаването на якостта на шлифовъчния камък съдържанието на O елемент на повърхността на релсата намалява, което показва намаляване на свързването на Fe и O на повърхността на релсата и намаляване на степента на окисление на релсата, в съответствие с тенденцията за промяна на цвета на повърхността на релсата. В същото време съдържанието на O елемент върху долната повърхност на остатъците от смилане също намалява с увеличаването на якостта на шлифовъчния камък. Заслужава да се отбележи, че за повърхността на стоманената релса, шлайфана от същия шлифовъчен камък и долната повърхност на шлайфащите остатъци, съдържанието на O елемент върху повърхността на последния е по-високо от това на първия. По време на образуването на отломки възниква пластична деформация и се генерира топлина поради компресията на абразивите; По време на процеса на изтичане на отломки, долната повърхност на отломките се трие в предната крайна повърхност на абразива и генерира топлина. Следователно, комбинираният ефект на деформация на отломките и топлината от триене води до по-висока степен на окисление на долната повърхност на отломките, което води до по-високо съдържание на O елемент.

(a) Повърхност на релса от шлифовъчен камък с ниска якост (RGS-10)

(b) Повърхност на стоманена релса, шлайфана с шлифовъчен камък със средна якост (RGS-12.5)
(c) Повърхност на релсата от шлифовъчен камък с висока якост (RGS-15)
Фиг. 1. Морфология на повърхността, морфология на отломки и EDS анализ на стоманени релси след смилане с различни интензитети на шлифовъчни камъни
С цел по-нататъшно изследване на продуктите на окисление на повърхността на стоманени релси и вариацията на продуктите на окисляване със степента на изгаряне на повърхността на релсите, беше използвана рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) за откриване на химичното състояние на елементите в близкия повърхностен слой от шлайфани стоманени релси. Резултатите са показани на фиг.2. Резултатите от пълния спектрален анализ на повърхността на релсата след смилане с различни интензитети на шлифовъчни камъни (фиг.2 (a)) показват, че има C1s, O1s и Fe2p пикове на повърхността на шлифованата релса и процентът на O атоми намалява с степента на изгаряне на повърхността на релсата, която е в съответствие с модела на резултатите от EDS анализа на повърхността на релсата. Поради факта, че XPS открива елементарните състояния близо до повърхностния слой (около 5 nm) на материала, има определени разлики в типовете и съдържанието на елементите, открити от XPS пълния спектър в сравнение със субстрата от стоманена релса. Пикът C1s (284,6 eV) се използва главно за калибриране на енергиите на свързване на други елементи. Основният продукт на окисление на повърхността на стоманените релси е Fe оксид, така че тесният спектър на Fe2p се анализира подробно. Фигура 2 (b) до (d) показва анализа на тесния спектър на Fe2p върху повърхността на стоманени релси съответно RGS-10, RGS-12.5 и RGS-15. Резултатите показват, че има два пика на енергия на свързване при 710,1 eV и 712,4 eV, приписани на Fe2p3/2; Има пикове на енергията на свързване на Fe2p1/2 при 723,7 eV и 726,1 eV. Сателитният пик на Fe2p3/2 е при 718,2 eV. Двата пика при 710,1 eV и 723,7 eV могат да бъдат приписани на енергията на свързване на Fe-O в Fe2O3, докато пиковете при 712,4 eV и 726,1 eV могат да бъдат приписани на енергията на свързване на Fe-O в FeO. Резултатите показват, че Fe3O4 Fe2O3. Междувременно не е открит аналитичен пик при 706,8 eV, което показва липсата на елементарно Fe върху повърхността на земната релса.

(a) Пълен спектрален анализ

(б) RGS-10 (син)

(c) RGS-12.5 (светложълт)

(d) RGS-15 (оригинален цвят на стоманената релса)
Фиг.2. XPS анализ на релсови повърхности с различна степен на изгаряне
Процентите на пиковата площ в тесния спектър на Fe2p показват, че от RGS-10, RGS-12.5 до RGS-15, процентите на пиковата площ на Fe2+2p3/2 и Fe2+2p1/2 се увеличават, докато процентите на пиковата площ на Fe3+ 2p3/2 и Fe3+2p1/2 намаляват. Това показва, че тъй като степента на изгаряне на повърхността на релсата намалява, съдържанието на Fe2+ в продуктите на повърхностното окисляване се увеличава, докато съдържанието на Fe3+ намалява. Различните компоненти на продуктите на окисление водят до различни цветове на заземителната релса. Колкото по-висока е степента на изгаряне на повърхността (синьо), толкова по-високо е съдържанието на Fe2O3 продукти в оксида; Колкото по-ниска е степента на изгаряне на повърхността, толкова по-високо е съдържанието на FeO продукти.