Berita
01
Perilaku oksidasi rel selama proses penggilingan
Tanggal 25 Desember 2024
Selama interaksi antara bahan abrasif dan rel, deformasi plastik rel menghasilkan panas, dan gesekan antara bahan abrasif dan material rel juga menghasilkan panas penggilingan. Penggilingan rel baja dilakukan dalam suasana alami, dan selama proses penggilingan, material rel baja pasti teroksidasi di bawah panas penggilingan. Ada hubungan erat antara oksidasi permukaan rel baja dan luka bakar rel. Oleh karena itu, perlu untuk mempelajari perilaku oksidasi permukaan rel selama proses penggilingan.
Telah dilaporkan bahwa tiga jenis batu gerinda dengan kekuatan tekan disiapkan, dengan kekuatan masing-masing 68,90 MPa, 95,2 MPa, dan 122,7 MPa. Menurut urutan kekuatan batu gerinda, GS-10, GS-12,5, dan GS-15 digunakan untuk mewakili ketiga kelompok batu gerinda ini. Untuk sampel rel baja yang digiling oleh tiga set batu gerinda GS-10, GS-12,5, dan GS-15, masing-masing diwakili oleh RGS-10, RGS-12,5, dan RGS-15. Lakukan uji gerinda dalam kondisi gerinda 700 N, 600 rpm, dan 30 detik. Untuk mendapatkan hasil eksperimen yang lebih intuitif, batu gerinda rel mengadopsi mode kontak cakram pin. Analisis perilaku oksidasi permukaan rel setelah gerinda.
Morfologi permukaan rel baja tanah diamati dan dianalisis menggunakan SM dan SEM, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Hasil SM dari permukaan rel tanah menunjukkan bahwa ketika kekuatan batu gerinda meningkat, warna permukaan rel tanah berubah dari biru dan kuning coklat ke warna asli rel. Studi oleh Lin et al. menunjukkan bahwa ketika suhu gerinda di bawah 471 ℃, permukaan rel tampak berwarna normal. Ketika suhu gerinda antara 471-600 ℃, rel menunjukkan luka bakar kuning muda, sedangkan ketika suhu gerinda antara 600-735 ℃, permukaan rel menunjukkan luka bakar biru. Oleh karena itu, berdasarkan perubahan warna permukaan rel tanah, dapat disimpulkan bahwa ketika kekuatan batu gerinda menurun, suhu gerinda secara bertahap meningkat dan tingkat luka bakar rel meningkat. EDS digunakan untuk menganalisis komposisi unsur permukaan rel baja tanah dan permukaan dasar serpihan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kekuatan batu gerinda, kandungan unsur O pada permukaan rel menurun, yang menunjukkan berkurangnya ikatan Fe dan O pada permukaan rel, dan menurunnya derajat oksidasi rel, yang konsisten dengan tren perubahan warna pada permukaan rel. Pada saat yang sama, kandungan unsur O pada permukaan bawah serpihan gerinda juga menurun dengan meningkatnya kekuatan batu gerinda. Perlu dicatat bahwa untuk permukaan rel baja yang digerinda dengan batu gerinda yang sama dan permukaan bawah serpihan gerinda, kandungan unsur O pada permukaan yang terakhir lebih tinggi daripada yang pertama. Selama pembentukan serpihan, terjadi deformasi plastik dan panas dihasilkan karena kompresi bahan abrasif; Selama proses keluarnya serpihan, permukaan bawah serpihan bergesekan dengan permukaan ujung depan bahan abrasif dan menghasilkan panas. Oleh karena itu, efek gabungan dari deformasi serpihan dan panas gesekan menyebabkan tingkat oksidasi yang lebih tinggi pada permukaan bawah serpihan, yang menghasilkan kandungan unsur O yang lebih tinggi.
(a) Permukaan rel baja yang digiling dengan batu gerinda berkekuatan rendah (RGS-10)
(b) Permukaan rel baja digiling dengan batu gerinda berkekuatan sedang (RGS-12.5)
(c) Permukaan rel baja yang digiling dengan batu gerinda berkekuatan tinggi (RGS-15)
Gambar 1. Morfologi permukaan, morfologi serpihan, dan analisis EDS rel baja setelah penggilingan dengan intensitas batu gerinda yang berbeda.
Untuk menyelidiki lebih lanjut produk oksidasi pada permukaan rel baja dan variasi produk oksidasi dengan tingkat terbakarnya permukaan rel, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) digunakan untuk mendeteksi keadaan kimia unsur-unsur di lapisan dekat permukaan rel baja yang digiling. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 2. Hasil analisis spektrum penuh permukaan rel setelah digiling dengan intensitas batu gerinda yang berbeda (Gambar 2 (a)) menunjukkan bahwa terdapat puncak C1s, O1s, dan Fe2p pada permukaan rel yang digiling, dan persentase atom O berkurang dengan tingkat terbakar pada permukaan rel, yang konsisten dengan pola hasil analisis EDS pada permukaan rel. Karena XPS mendeteksi keadaan unsur di dekat lapisan permukaan (sekitar 5 nm) material, terdapat perbedaan tertentu dalam jenis dan kandungan unsur yang dideteksi oleh spektrum penuh XPS dibandingkan dengan substrat rel baja. Puncak C1s (284,6 eV) terutama digunakan untuk mengkalibrasi energi ikat unsur-unsur lainnya. Produk oksidasi utama pada permukaan rel baja adalah oksida Fe, sehingga spektrum sempit Fe2p dianalisis secara rinci. Gambar 2 (b) hingga (d) menunjukkan analisis spektrum sempit Fe2p pada permukaan rel baja RGS-10, RGS-12,5, dan RGS-15, berturut-turut. Hasilnya menunjukkan bahwa ada dua puncak energi pengikatan pada 710,1 eV dan 712,4 eV, yang dikaitkan dengan Fe2p3/2; Ada puncak energi pengikatan Fe2p1/2 pada 723,7 eV dan 726,1 eV. Puncak satelit Fe2p3/2 berada pada 718,2 eV. Dua puncak pada 710,1 eV dan 723,7 eV dapat dikaitkan dengan energi pengikatan Fe-O dalam Fe2O3, sedangkan puncak pada 712,4 eV dan 726,1 eV dapat dikaitkan dengan energi pengikatan Fe-O dalam FeO. Hasilnya menunjukkan bahwa Fe3O4 Fe2O3. Sementara itu, tidak terdeteksi puncak analitis pada 706,8 eV, yang menunjukkan tidak adanya unsur Fe pada permukaan rel tanah.
(a) Analisis spektrum penuh
(b) RGS-10 (biru)
(c) RGS-12.5 (kuning muda)
(d) RGS-15 (warna asli rel baja)
Gambar 2. Analisis XPS permukaan rel dengan tingkat luka bakar yang berbeda
Persentase luas puncak dalam spektrum sempit Fe2p menunjukkan bahwa dari RGS-10, RGS-12,5 hingga RGS-15, persentase luas puncak Fe2+2p3/2 dan Fe2+2p1/2 meningkat, sedangkan persentase luas puncak Fe3+2p3/2 dan Fe3+2p1/2 menurun. Hal ini menunjukkan bahwa ketika derajat permukaan terbakar pada rel menurun, kandungan Fe2+ dalam produk oksidasi permukaan meningkat, sedangkan kandungan Fe3+ menurun. Komponen produk oksidasi yang berbeda menghasilkan warna rel tanah yang berbeda. Semakin tinggi derajat permukaan terbakar (biru), semakin tinggi kandungan produk Fe2O3 dalam oksida; Semakin rendah derajat permukaan terbakar, semakin tinggi kandungan produk FeO.