Errailen oxidazio-portaera artezketa-prozesuan
Urratzaileen eta errailen arteko elkarrekintzan zehar, errailen deformazio plastikoak beroa sortzen du, eta urratzaileen eta errailen materialen arteko marruskadurak artezketa beroa ere sortzen du. Altzairuzko errailen artezketa atmosfera naturalean egiten da, eta artezketa prozesuan, altzairuzko errailen materiala ezinbestean oxidatu egiten da artezketa beropean. Erlazio estua dago altzairuzko errailen gainazaleko oxidazioaren eta errailen erretzearen artean. Hori dela eta, beharrezkoa da artezketa prozesuan trenbidearen gainazalaren oxidazio-portaera aztertzea.
Konpresio-erresistentzia duten hiru artezteko harri mota prestatu zirela jakinarazi da, 68,90 MPa, 95,2 MPa eta 122,7 MPa-ko erresistentziekin, hurrenez hurren. Artezteko harriaren indarraren ordenaren arabera, GS-10, GS-12.5 eta GS-15 artezketa-harrien hiru talde hauek irudikatzeko erabiltzen dira. Altzairuzko errailen laginetarako GS-10, GS-12.5 eta GS-15 artezketa-harri-multzoen hiru multzotan, RGS-10, RGS-12.5 eta RGS-15-ek adierazten dituzte hurrenez hurren. Egin artezketa-probak 700 N, 600 rpm eta 30 segundoko artezketa-baldintzetan. Emaitza esperimental intuitiboagoak lortzeko, errail-harriak pin diskoaren kontaktu modua hartzen du. Arteztu ondoren trenbidearen gainazalaren oxidazio-portaera aztertzea.
Beheko altzairuzko errailaren gainazaleko morfologia SM eta SEM erabiliz behatu eta aztertu zen, 1. irudian ikusten den moduan. Lurreko errailaren gainazaleko SM emaitzek erakusten dute artezteko harriaren indarra handitzen den heinean, lurreko errailaren gainazalaren kolorea urdin eta hori marroitik trenbidearen jatorrizko kolorera aldatzen dela. Lin et al. artezketa-tenperatura 471 ℃ azpitik dagoenean errailaren gainazala kolore normala dela erakutsi zuen. Artezketa-tenperatura 471-600 ℃ artekoa denean, errailak erredura hori argiak erakusten ditu, eta artezketa-tenperatura 600-735 ℃ artekoa denean, errailaren gainazalak erredura urdinak erakusten ditu. Hori dela eta, lurreko errailaren gainazalaren kolore aldaketan oinarrituta, ondorioztatu daiteke artezteko harriaren indarra gutxitzen den heinean, artezketa tenperatura pixkanaka handitzen dela eta trenbidearen erre-maila handitzen dela. EDS lurreko altzairuzko errailaren gainazalaren eta hondakinen hondoko gainazalaren konposizio elementala aztertzeko erabili zen. Emaitzek erakutsi zuten artezteko harriaren indarra handitzean, errailaren gainazalean O elementuaren edukia gutxitu zela, errailaren gainazalean Fe eta O loturaren murrizketa eta oxidazio-maila gutxitu zirela adieraziz. errailaren, trenbidearen gainazalean kolore-aldaketaren joerarekin bat. Aldi berean, artezketa-hondakinen beheko gainazaleko O elementuaren edukia ere murrizten da artezteko harriaren indarra handitzean. Azpimarratzekoa da altzairuzko errailaren gainazalean artezteko harri beraren bidez eta artezketa-hondakinen beheko gainazalean, azken honen gainazalean O elementuaren edukia lehenarena baino handiagoa dela. Hondakinak eratzean, deformazio plastikoa gertatzen da eta urratzaileen konpresioaren ondorioz beroa sortzen da; Hondakinak ateratzeko prozesuan, hondakinen beheko gainazala urratzailearen aurrealdeko gainazala igurzten du eta beroa sortzen du. Hori dela eta, hondakinen deformazioaren eta marruskadura-beroaren efektu konbinatuak oxidazio-maila handiagoa dakar hondakinen beheko gainazalean, eta ondorioz O elementuaren eduki handiagoa da.

(a) Indar baxuko harria ehotzeko altzairuzko errailaren gainazala (RGS-10)

(b) Altzairuzko errailaren gainazala indar ertaineko artezteko harriarekin (RGS-12.5)
(c) Indar handiko artezteko harria ehotutako altzairuzko errailaren gainazala (RGS-15)
1. irudia. Altzairuzko errailen gainazaleko morfologia, hondakinen morfologia eta EDS analisia artezketa-harrien intentsitate ezberdinekin arteztu ondoren.
Altzairuzko errailen gainazaleko oxidazio-produktuak gehiago ikertzeko eta oxidazio-produktuen aldakuntza trenbidearen gainazaleko erre-mailaren arabera, X izpien fotoelektroi-espektroskopia (XPS) erabili zen gainazaleko hurbileko geruzako elementuen egoera kimikoa detektatzeko. lurreko altzairuzko errailak. Emaitzak 2. irudian ageri dira. Artezteko harrien intentsitate desberdinekin arteztu ondoren trenbidearen gainazalaren espektro osoko analisiaren emaitzek (2. irudia (a)) erakusten dute lurreko errailaren gainazalean C1s, O1s eta Fe2p gailurrak daudela, eta O atomoen ehunekoa gutxitzen dela. trenbidearen gainazaleko erre-maila, trenbidearen gainazaleko EDS analisiaren emaitzen ereduarekin bat datorrena. XPS-k materialaren gainazaleko geruzaren (5 nm inguru) inguruko egoera elementalak detektatzen dituenez, XPS espektro osoak detektatzen dituen elementuen motetan eta edukietan desberdintasun batzuk daude altzairuzko trenbidearen substratuarekin alderatuta. C1s gailurra (284,6 eV) beste elementu batzuen lotura-energiak kalibratzeko erabiltzen da batez ere. Altzairuzko errailen gainazaleko oxidazio-produktu nagusia Fe oxidoa da, beraz, Fe2p-ren espektro estua zehatz-mehatz aztertzen da. 2 (b)tik (d) irudiak Fe2p-ren espektro estuaren analisia erakusten du RGS-10, RGS-12.5 eta RGS-15 altzairuzko errailen gainazalean, hurrenez hurren. Emaitzek adierazten dute 710,1 eV eta 712,4 eV-ko bi lotura-energia gailur daudela, Fe2p3/2-ri egotzita; Fe2p1/2-ren energia lotzeko gailurrak daude 723,7 eV eta 726,1 eV-tan. Fe2p3/2 satelitearen gailurra 718,2 eV-koa da. 710,1 eV eta 723,7 eV-ko bi gailurrak Fe-O-ren lotura-energiari egotzi daitezke Fe2O3-n, eta 712,4 eV eta 726,1 eV-ko gailurrak Fe-O-ren lotura-energiari egotzi daitezke FeO-n. Emaitzek Fe3O4 Fe2O3 dela adierazten dute. Bitartean, ez zen gailur analitikorik detektatu 706,8 eV-tan, lurreko errailaren gainazalean Fe elementalrik ez zegoela adieraziz.

(a) Espektro osoko analisia

(b) RGS-10 (urdina)

(c) RGS-12.5 (hori argia)

(d) RGS-15 (altzairuzko errailaren jatorrizko kolorea)
2. irudia. Erredura-maila desberdinak dituzten trenbide-azalen XPS azterketa
Fe2p espektro estuan gailur-eremuaren ehunekoak erakusten du RGS-10, RGS-12.5-tik RGS-15-era, Fe2+2p3/2 eta Fe2+2p1/2 gailur-eremuaren ehunekoak handitzen direla, eta Fe3+-ren gailur-eremuaren ehunekoak. 2p3/2 eta Fe3+2p1/2 gutxitzen dira. Horrek adierazten du errailaren gainazaleko erre-maila gutxitzen den heinean, gainazaleko oxidazio-produktuetan Fe2+ edukia handitzen dela, eta Fe3+edukia gutxitzen den bitartean. Oxidazio produktuen osagai ezberdinek lurreko errailaren kolore desberdinak sortzen dituzte. Zenbat eta gainazaleko erre-maila handiagoa (urdina), orduan eta handiagoa izango da Fe2O3 produktuen edukia oxidoan; Azaleko erre-maila zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da FeO produktuen edukia.