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पीसने की प्रक्रिया के दौरान रेल का ऑक्सीकरण व्यवहार
2024-12-25
अपघर्षक और रेल के बीच परस्पर क्रिया के दौरान, रेल की प्लास्टिक विकृति गर्मी उत्पन्न करती है, और अपघर्षक और रेल सामग्री के बीच घर्षण भी पीसने वाली गर्मी उत्पन्न करता है। स्टील रेल की पीसने की प्रक्रिया प्राकृतिक वातावरण में की जाती है, और पीसने की प्रक्रिया के दौरान, स्टील रेल सामग्री पीसने की गर्मी के तहत अनिवार्य रूप से ऑक्सीकृत हो जाती है। स्टील रेल की सतह के ऑक्सीकरण और रेल जलने के बीच घनिष्ठ संबंध है। इसलिए, पीसने की प्रक्रिया के दौरान रेल की सतह के ऑक्सीकरण व्यवहार का अध्ययन करना आवश्यक है।
बताया गया है कि संपीड़न शक्तियों वाले तीन प्रकार के पीसने वाले पत्थर तैयार किए गए थे, जिनकी ताकत क्रमशः 68.90 एमपीए, 95.2 एमपीए और 122.7 एमपीए थी। पीसने वाले पत्थर की ताकत के क्रम के अनुसार, पीसने वाले पत्थरों के इन तीन समूहों का प्रतिनिधित्व करने के लिए जीएस -10, जीएस -12.5 और जीएस -15 का उपयोग किया जाता है। पीसने वाले पत्थरों के तीन सेट जीएस -10, जीएस -12.5 और जीएस -15 द्वारा जमीन के स्टील रेल नमूनों के लिए, उन्हें क्रमशः आरजीएस -10, आरजीएस -12.5 और आरजीएस -15 द्वारा दर्शाया गया है। 700 एन, 600 आरपीएम और 30 सेकंड की पीसने की स्थिति में पीसने का परीक्षण करें। अधिक सहज प्रयोगात्मक परिणाम प्राप्त करने के लिए, रेल पीसने वाला पत्थर एक पिन डिस्क संपर्क मोड को अपनाता है
ग्राउंड स्टील रेल की सतह आकृति विज्ञान को SM और SEM का उपयोग करके देखा और विश्लेषण किया गया, जैसा कि Fig.1 में दिखाया गया है। ग्राउंड रेल सतह के SM परिणाम दिखाते हैं कि जैसे-जैसे पीसने वाले पत्थर की ताकत बढ़ती है, ग्राउंड रेल सतह का रंग नीले और पीले भूरे रंग से बदलकर रेल के मूल रंग में बदल जाता है। लिन एट अल द्वारा किए गए अध्ययन से पता चला है कि जब पीसने का तापमान 471 ℃ से कम होता है, तो रेल की सतह सामान्य रंग की दिखाई देती है। जब पीसने का तापमान 471-600 ℃ के बीच होता है, तो रेल हल्के पीले रंग की जलन दिखाती है, जबकि जब पीसने का तापमान 600-735 ℃ के बीच होता है, तो रेल की सतह नीली जलन दिखाती है। इसलिए, ग्राउंड रेल सतह के रंग परिवर्तन के आधार पर, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि परिणामों से पता चला कि पीसने वाले पत्थर की ताकत में वृद्धि के साथ, रेल की सतह पर O तत्व की मात्रा कम हो गई, जो रेल की सतह पर Fe और O के बंधन में कमी और रेल की सतह पर रंग परिवर्तन की प्रवृत्ति के अनुरूप, रेल के ऑक्सीकरण की डिग्री में कमी को दर्शाता है। इसी समय, पीसने वाले पत्थर की ताकत में वृद्धि के साथ पीसने वाले मलबे की निचली सतह पर O तत्व की मात्रा भी कम हो जाती है। यह ध्यान देने योग्य है कि एक ही पीसने वाले पत्थर द्वारा स्टील रेल की सतह और पीसने वाले मलबे की निचली सतह के लिए, बाद की सतह पर O तत्व की सामग्री पहले की तुलना में अधिक है। मलबे के निर्माण के दौरान, प्लास्टिक विरूपण होता है और अपघर्षक के संपीड़न के कारण गर्मी उत्पन्न होती है; मलबे के बहिर्वाह की प्रक्रिया के दौरान, मलबे की निचली सतह अपघर्षक की सामने की सतह के खिलाफ रगड़ती है और गर्मी उत्पन्न करती है। इसलिए, मलबे के विरूपण और घर्षण गर्मी के संयुक्त प्रभाव से मलबे की निचली सतह पर ऑक्सीकरण की एक उच्च डिग्री होती है, जिसके परिणामस्वरूप O तत्व की उच्च सामग्री होती है।
(ए) कम ताकत पीसने वाला पत्थर जमीन स्टील रेल सतह (आरजीएस -10)
(बी) मध्यम शक्ति वाले पीसने वाले पत्थर (आरजीएस-12.5) से स्टील रेल की सतह को पीसना
(सी) उच्च शक्ति पीसने वाला पत्थर जमीन स्टील रेल सतह (आरजीएस -15)
चित्र 1. पीसने वाले पत्थरों की विभिन्न तीव्रताओं के साथ पीसने के बाद स्टील रेल की सतह की आकृति विज्ञान, मलबे की आकृति विज्ञान और ईडीएस विश्लेषण
स्टील रेल की सतह पर ऑक्सीकरण उत्पादों और रेल सतह के जलने की डिग्री के साथ ऑक्सीकरण उत्पादों की भिन्नता की आगे की जांच करने के लिए, ग्राउंड स्टील रेल की सतह के निकट परत में तत्वों की रासायनिक स्थिति का पता लगाने के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) का उपयोग किया गया था। परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं। पीसने वाले पत्थरों (चित्र 2 (ए)) की विभिन्न तीव्रता के साथ पीसने के बाद रेल सतह के पूर्ण स्पेक्ट्रम विश्लेषण के परिणाम बताते हैं कि ग्राउंड रेल सतह पर C1s, O1s और Fe2p चोटियाँ हैं, और रेल सतह पर जलने की डिग्री के साथ O परमाणुओं का प्रतिशत घटता है, जो रेल सतह पर EDS विश्लेषण परिणामों के पैटर्न के अनुरूप है। इस तथ्य के कारण कि XPS सामग्री की सतह परत (लगभग 5 एनएम) के पास मौलिक अवस्थाओं का पता लगाता है, स्टील रेल सब्सट्रेट की तुलना में XPS पूर्ण स्पेक्ट्रम द्वारा पता लगाए गए तत्वों के प्रकार और सामग्री में कुछ अंतर हैं। C1s शिखर (284.6 eV) का उपयोग मुख्य रूप से अन्य तत्वों की बंधन ऊर्जा को कैलिब्रेट करने के लिए किया जाता है। स्टील रेल की सतह पर मुख्य ऑक्सीकरण उत्पाद Fe ऑक्साइड है, इसलिए Fe2p के संकीर्ण स्पेक्ट्रम का विस्तार से विश्लेषण किया गया है। चित्र 2 (बी) से (डी) क्रमशः स्टील रेल आरजीएस -10, आरजीएस -12.5, और आरजीएस -15 की सतह पर Fe2p के संकीर्ण स्पेक्ट्रम विश्लेषण को दर्शाते हैं। परिणाम दर्शाते हैं कि 710.1 eV और 712.4 eV पर दो बंधन ऊर्जा शिखर हैं, जो Fe2p3/2 के लिए जिम्मेदार हैं; 723.7 eV और 726.1 eV पर Fe2p1/2 के बंधन ऊर्जा शिखर हैं। Fe2p3/2 का सैटेलाइट शिखर 718.2 eV पर है। 710.1 eV और 723.7 eV पर दो शिखर Fe2O3 में Fe-O की बंधन ऊर्जा के लिए जिम्मेदार ठहराए जा सकते हैं परिणाम दर्शाते हैं कि Fe3O4 Fe2O3. इस बीच, 706.8 eV पर कोई विश्लेषणात्मक शिखर नहीं पाया गया, जो ग्राउंड रेल सतह पर मौलिक Fe की अनुपस्थिति को दर्शाता है।
(ए) पूर्ण स्पेक्ट्रम विश्लेषण
(बी) आरजीएस-10 (नीला)
(सी) आरजीएस-12.5 (हल्का पीला)
(घ) आरजीएस-15 (स्टील रेल का मूल रंग)
चित्र 2. विभिन्न डिग्री के जलने के साथ रेल सतहों का एक्सपीएस विश्लेषण
Fe2p संकीर्ण स्पेक्ट्रम में शिखर क्षेत्र प्रतिशतता दर्शाती है कि RGS-10, RGS-12.5 से RGS-15 तक, Fe2+2p3/2 और Fe2+2p1/2 के शिखर क्षेत्र प्रतिशतता में वृद्धि होती है, जबकि Fe3+2p3/2 और Fe3+2p1/2 के शिखर क्षेत्र प्रतिशतता में कमी होती है। यह दर्शाता है कि जैसे-जैसे रेल पर सतही जलन की डिग्री घटती है, सतह ऑक्सीकरण उत्पादों में Fe2+ सामग्री बढ़ती है, जबकि Fe3+ सामग्री घटती है। ऑक्सीकरण उत्पादों के विभिन्न घटकों के परिणामस्वरूप ग्राउंड रेल के विभिन्न रंग होते हैं। सतही जलन की डिग्री (नीला) जितनी अधिक होगी, ऑक्साइड में Fe2O3 उत्पादों की सामग्री उतनी ही अधिक होगी; सतही जलन की डिग्री जितनी कम होगी, FeO उत्पादों की सामग्री उतनी ही अधिक होगी।