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Comportamento di ossidazione delle rotaie durante il processo di rettifica
25-12-2024
Durante l'interazione tra abrasivi e rotaie, la deformazione plastica delle rotaie genera calore e l'attrito tra abrasivi e materiali delle rotaie genera anche calore di rettifica. La rettifica delle rotaie in acciaio viene eseguita in un'atmosfera naturale e durante il processo di rettifica, il materiale delle rotaie in acciaio viene inevitabilmente ossidato sotto il calore di rettifica. Esiste una stretta relazione tra l'ossidazione superficiale delle rotaie in acciaio e le bruciature delle rotaie. Pertanto, è necessario studiare il comportamento di ossidazione della superficie delle rotaie durante il processo di rettifica.
È stato segnalato che sono stati preparati tre tipi di mole con resistenze alla compressione, con resistenze rispettivamente di 68,90 MPa, 95,2 MPa e 122,7 MPa. In base all'ordine di resistenza delle mole, GS-10, GS-12,5 e GS-15 vengono utilizzati per rappresentare questi tre gruppi di mole. Per i campioni di rotaie in acciaio rettificati da tre set di mole GS-10, GS-12,5 e GS-15, sono rispettivamente rappresentati da RGS-10, RGS-12,5 e RGS-15. Condurre test di rettifica in condizioni di rettifica di 700 N, 600 giri/min e 30 secondi. Per ottenere risultati sperimentali più intuitivi, la mola per rotaie adotta una modalità di contatto con disco a perno. Analizzare il comportamento di ossidazione della superficie della rotaia dopo la rettifica.
La morfologia superficiale della rotaia in acciaio rettificato è stata osservata e analizzata utilizzando SM e SEM, come mostrato in Fig. 1. I risultati SM della superficie della rotaia rettificata mostrano che all'aumentare della resistenza della mola, il colore della superficie della rotaia rettificata cambia da blu e giallo-marrone al colore originale della rotaia. Lo studio di Lin et al. ha mostrato che quando la temperatura di rettifica è inferiore a 471 ℃, la superficie della rotaia appare di colore normale. Quando la temperatura di rettifica è compresa tra 471-600 ℃, la rotaia mostra bruciature giallo chiaro, mentre quando la temperatura di rettifica è compresa tra 600-735 ℃, la superficie della rotaia mostra bruciature blu. Pertanto, in base al cambiamento di colore della superficie della rotaia rettificata, si può dedurre che all'aumentare della resistenza della mola, la temperatura di rettifica aumenta gradualmente e il grado di bruciatura della rotaia aumenta. L'EDS è stato utilizzato per analizzare la composizione elementare della superficie della rotaia in acciaio rettificata e della superficie inferiore dei detriti. I risultati hanno mostrato che con l'aumento della resistenza della mola, il contenuto di elemento O sulla superficie della rotaia è diminuito, indicando una riduzione del legame di Fe e O sulla superficie della rotaia e una diminuzione del grado di ossidazione della rotaia, coerente con la tendenza del cambiamento di colore sulla superficie della rotaia. Allo stesso tempo, anche il contenuto di elemento O sulla superficie inferiore dei detriti di rettifica diminuisce con l'aumento della resistenza della mola. Vale la pena notare che per la superficie della rotaia in acciaio rettificata dalla stessa mola e la superficie inferiore dei detriti di rettifica, il contenuto di elemento O sulla superficie di quest'ultima è superiore a quello della prima. Durante la formazione di detriti, si verifica una deformazione plastica e viene generato calore a causa della compressione degli abrasivi; Durante il processo di deflusso dei detriti, la superficie inferiore dei detriti sfrega contro la superficie anteriore dell'abrasivo e genera calore. Pertanto, l'effetto combinato della deformazione dei detriti e del calore da attrito porta a un grado più elevato di ossidazione sulla superficie inferiore dei detriti, con conseguente contenuto più elevato di elemento O.
(a) Superficie della rotaia in acciaio rettificato con pietra abrasiva a bassa resistenza (RGS-10)
(b) Superficie della rotaia in acciaio rettificata con pietra abrasiva di media resistenza (RGS-12.5)
(c) Superficie della rotaia in acciaio rettificato con pietra abrasiva ad alta resistenza (RGS-15)
Fig. 1. Morfologia superficiale, morfologia dei detriti e analisi EDS di rotaie in acciaio dopo la molatura con diverse intensità di pietre abrasive
Per indagare ulteriormente i prodotti di ossidazione sulla superficie delle rotaie in acciaio e la variazione dei prodotti di ossidazione con il grado di bruciatura della superficie della rotaia, è stata utilizzata la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) per rilevare lo stato chimico degli elementi nello strato superficiale vicino alle rotaie in acciaio rettificate. I risultati sono mostrati nella Fig. 2. I risultati dell'analisi dello spettro completo della superficie della rotaia dopo la rettifica con diverse intensità di pietre abrasive (Fig. 2 (a)) mostrano che ci sono picchi C1s, O1s e Fe2p sulla superficie della rotaia rettificata e la percentuale di atomi di O diminuisce con il grado di bruciatura sulla superficie della rotaia, il che è coerente con il modello dei risultati dell'analisi EDS sulla superficie della rotaia. Poiché l'XPS rileva gli stati elementari vicino allo strato superficiale (circa 5 nm) del materiale, ci sono alcune differenze nei tipi e nei contenuti di elementi rilevati dall'XPS a spettro completo rispetto al substrato della rotaia in acciaio. Il picco C1s (284,6 eV) è utilizzato principalmente per calibrare le energie di legame di altri elementi. Il principale prodotto di ossidazione sulla superficie delle rotaie in acciaio è l'ossido di Fe, quindi lo spettro ristretto di Fe2p viene analizzato in dettaglio. Le Fig.2 (b) a (d) mostrano l'analisi dello spettro ristretto di Fe2p sulla superficie delle rotaie in acciaio RGS-10, RGS-12.5 e RGS-15, rispettivamente. I risultati indicano che ci sono due picchi di energia di legame a 710,1 eV e 712,4 eV, attribuiti a Fe2p3/2; Ci sono picchi di energia di legame di Fe2p1/2 a 723,7 eV e 726,1 eV. Il picco satellite di Fe2p3/2 è a 718,2 eV. I due picchi a 710,1 eV e 723,7 eV possono essere attribuiti all'energia di legame di Fe-O in Fe2O3, mentre i picchi a 712,4 eV e 726,1 eV possono essere attribuiti all'energia di legame di Fe-O in FeO. I risultati indicano che Fe3O4 Fe2O3. Nel frattempo, non è stato rilevato alcun picco analitico a 706,8 eV, indicando l'assenza di Fe elementare sulla superficie della rotaia di terra.
(a) Analisi dello spettro completo
(b) RGS-10 (blu)
(c) RGS-12.5 (giallo chiaro)
(d) RGS-15 (colore originale della rotaia in acciaio)
Fig.2. Analisi XPS delle superfici ferroviarie con diversi gradi di bruciature
Le percentuali di area di picco nello spettro ristretto Fe2p mostrano che da RGS-10, RGS-12.5 a RGS-15, le percentuali di area di picco di Fe2+2p3/2 e Fe2+2p1/2 aumentano, mentre le percentuali di area di picco di Fe3+2p3/2 e Fe3+2p1/2 diminuiscono. Ciò indica che man mano che il grado di bruciatura superficiale sulla rotaia diminuisce, il contenuto di Fe2+ nei prodotti di ossidazione superficiale aumenta, mentre il contenuto di Fe3+ diminuisce. I diversi componenti dei prodotti di ossidazione determinano diversi colori della rotaia di terra. Maggiore è il grado di bruciatura superficiale (blu), maggiore è il contenuto di prodotti Fe2O3 nell'ossido; minore è il grado di bruciatura superficiale, maggiore è il contenuto di prodotti FeO.