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Comportement à l'oxydation des rails pendant le processus de meulage
25/12/2024
Lors de l'interaction entre les abrasifs et les rails, la déformation plastique des rails génère de la chaleur, et le frottement entre les abrasifs et les matériaux des rails génère également de la chaleur de meulage. Le meulage des rails en acier s'effectue dans une atmosphère naturelle et, pendant le processus de meulage, le matériau des rails en acier s'oxyde inévitablement sous l'effet de la chaleur du meulage. Il existe une relation étroite entre l'oxydation de surface des rails en acier et les brûlures des rails. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier le comportement d'oxydation de la surface du rail pendant le processus de meulage.
Français Il a été rapporté que trois types de meules avec des résistances à la compression ont été préparées, avec des résistances de 68,90 MPa, 95,2 MPa et 122,7 MPa, respectivement. Selon l'ordre de résistance des meules, GS-10, GS-12,5 et GS-15 sont utilisés pour représenter ces trois groupes de meules. Pour les échantillons de rail en acier meulés par trois jeux de meules GS-10, GS-12,5 et GS-15, ils sont respectivement représentés par RGS-10, RGS-12,5 et RGS-15. Réaliser des essais de meulage dans des conditions de meulage de 700 N, 600 tr/min et 30 secondes. Afin d'obtenir des résultats expérimentaux plus intuitifs, la meule de rail adopte un mode de contact à disque à broche. Analyser le comportement à l'oxydation de la surface du rail après meulage.
Français La morphologie de surface du rail en acier meulé a été observée et analysée à l'aide de SM et de SEM, comme le montre la figure 1. Les résultats SM de la surface du rail meulé montrent qu'à mesure que la résistance de la meule augmente, la couleur de la surface du rail meulé passe du bleu et du brun jaune à la couleur d'origine du rail. L'étude de Lin et al. a montré que lorsque la température de meulage est inférieure à 471 ℃, la surface du rail apparaît de couleur normale. Lorsque la température de meulage est comprise entre 471 et 600 ℃, le rail présente des brûlures jaune clair, tandis que lorsque la température de meulage est comprise entre 600 et 735 ℃, la surface du rail présente des brûlures bleues. Par conséquent, sur la base du changement de couleur de la surface du rail meulé, on peut en déduire qu'à mesure que la résistance de la meule diminue, la température de meulage augmente progressivement et le degré de brûlure du rail augmente. L'EDS a été utilisé pour analyser la composition élémentaire de la surface du rail en acier meulé et de la surface inférieure des débris. Les résultats ont montré qu'avec l'augmentation de la résistance de la meule, la teneur en élément O sur la surface du rail a diminué, ce qui indique une réduction de la liaison de Fe et O sur la surface du rail, et une diminution du degré d'oxydation du rail, cohérente avec la tendance au changement de couleur sur la surface du rail. Dans le même temps, la teneur en élément O sur la surface inférieure des débris de meulage diminue également avec l'augmentation de la résistance de la meule. Il convient de noter que pour la surface du rail en acier meulé par la même meule et la surface inférieure des débris de meulage, la teneur en élément O sur la surface de cette dernière est plus élevée que celle de la première. Pendant la formation des débris, une déformation plastique se produit et de la chaleur est générée en raison de la compression des abrasifs ; pendant le processus d'écoulement des débris, la surface inférieure des débris frotte contre la surface d'extrémité avant de l'abrasif et génère de la chaleur. Par conséquent, l'effet combiné de la déformation des débris et de la chaleur de frottement conduit à un degré d'oxydation plus élevé sur la surface inférieure des débris, ce qui entraîne une teneur plus élevée en élément O.
(a) Surface de rail en acier rectifiée avec une meule à faible résistance (RGS-10)
(b) Surface du rail en acier rectifiée avec une meule de résistance moyenne (RGS-12,5)
(c) Surface de rail en acier rectifiée avec meule haute résistance (RGS-15)
Fig. 1. Morphologie de surface, morphologie des débris et analyse EDS des rails en acier après meulage avec différentes intensités de meules
Afin d'étudier plus en détail les produits d'oxydation à la surface des rails en acier et la variation des produits d'oxydation en fonction du degré de brûlure de la surface du rail, la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) a été utilisée pour détecter l'état chimique des éléments dans la couche proche de la surface des rails en acier meulés. Les résultats sont présentés dans la Fig. 2. Les résultats de l'analyse du spectre complet de la surface du rail après meulage avec différentes intensités de meules (Fig. 2 (a)) montrent qu'il y a des pics C1s, O1s et Fe2p sur la surface du rail meulé, et que le pourcentage d'atomes O diminue avec le degré de brûlure sur la surface du rail, ce qui est cohérent avec le modèle des résultats de l'analyse EDS sur la surface du rail. Du fait que la XPS détecte les états élémentaires près de la couche superficielle (environ 5 nm) du matériau, il existe certaines différences dans les types et les contenus d'éléments détectés par le spectre complet XPS par rapport au substrat du rail en acier. Le pic C1s (284,6 eV) est principalement utilisé pour calibrer les énergies de liaison d'autres éléments. Français Le principal produit d'oxydation à la surface des rails en acier est l'oxyde de Fe, donc le spectre étroit de Fe2p est analysé en détail. Les figures 2 (b) à (d) montrent l'analyse du spectre étroit de Fe2p sur la surface des rails en acier RGS-10, RGS-12,5 et RGS-15, respectivement. Les résultats indiquent qu'il y a deux pics d'énergie de liaison à 710,1 eV et 712,4 eV, attribués à Fe2p3/2 ; Il y a des pics d'énergie de liaison de Fe2p1/2 à 723,7 eV et 726,1 eV. Le pic satellite de Fe2p3/2 est à 718,2 eV. Les deux pics à 710,1 eV et 723,7 eV peuvent être attribués à l'énergie de liaison de Fe-O dans Fe2O3, tandis que les pics à 712,4 eV et 726,1 eV peuvent être attribués à l'énergie de liaison de Fe-O dans FeO. Les résultats indiquent que Fe3O4 Fe2O3. Entre-temps, aucun pic analytique n'a été détecté à 706,8 eV, indiquant l'absence de Fe élémentaire sur la surface du rail au sol.
(a) Analyse du spectre complet
(b) RGS-10 (bleu)
(c) RGS-12,5 (jaune clair)
(d) RGS-15 (couleur d'origine du rail en acier)
Fig.2. Analyse XPS des surfaces de rails présentant différents degrés de brûlures
Français Les pourcentages de surface de pic dans le spectre étroit Fe2p montrent que de RGS-10, RGS-12,5 à RGS-15, les pourcentages de surface de pic de Fe2+2p3/2 et Fe2+2p1/2 augmentent, tandis que les pourcentages de surface de pic de Fe3+2p3/2 et Fe3+2p1/2 diminuent. Cela indique qu'à mesure que le degré de brûlure de surface sur le rail diminue, la teneur en Fe2+ dans les produits d'oxydation de surface augmente, tandis que la teneur en Fe3+ diminue. Les différents composants des produits d'oxydation donnent différentes couleurs du rail au sol. Plus le degré de brûlure de surface est élevé (bleu), plus la teneur en produits Fe2O3 dans l'oxyde est élevée ; plus le degré de brûlure de surface est faible, plus la teneur en produits FeO est élevée.