Berita
01
Tingkah laku pengoksidaan rel semasa proses pengisaran
25-12-2024
Semasa interaksi antara pelelas dan rel, ubah bentuk plastik rel menghasilkan haba, dan geseran antara bahan pelelas dan rel juga menghasilkan haba pengisaran. Pengisaran rel keluli dijalankan dalam suasana semula jadi, dan semasa proses pengisaran, bahan rel keluli tidak dapat dielakkan teroksida di bawah haba pengisaran. Terdapat hubungan rapat antara pengoksidaan permukaan rel keluli dan lecuran rel. Oleh itu, adalah perlu untuk mengkaji tingkah laku pengoksidaan permukaan rel semasa proses pengisaran.
Telah dilaporkan bahawa tiga jenis batu pengisar dengan kekuatan mampatan telah disediakan, dengan kekuatan masing-masing 68.90 MPa, 95.2 MPa dan 122.7 MPa. Mengikut susunan kekuatan batu pengisar, GS-10, GS-12.5, dan GS-15 digunakan untuk mewakili ketiga-tiga kumpulan batu pengisar ini. Untuk sampel rel keluli yang dikisar dengan tiga set batu pengisar GS-10, GS-12.5, dan GS-15, mereka masing-masing diwakili oleh RGS-10, RGS-12.5 dan RGS-15. Jalankan ujian pengisaran dalam keadaan pengisaran 700 N, 600 rpm, dan 30 saat. Untuk mendapatkan hasil eksperimen yang lebih intuitif, batu pengisar rel menggunakan mod sentuhan cakera pin. Menganalisis kelakuan pengoksidaan permukaan rel selepas mengisar.
Morfologi permukaan rel keluli tanah telah diperhatikan dan dianalisis menggunakan SM dan SEM, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.1. Keputusan SM permukaan rel tanah menunjukkan bahawa apabila kekuatan batu pengisar meningkat, warna permukaan rel tanah berubah daripada biru dan kuning coklat kepada warna asal rel. Kajian oleh Lin et al. menunjukkan bahawa apabila suhu pengisaran adalah di bawah 471 ℃, permukaan rel kelihatan warna normal. Apabila suhu pengisaran adalah antara 471-600 ℃, rel menunjukkan lecuran kuning muda, manakala apabila suhu pengisaran antara 600-735 ℃, permukaan rel menunjukkan lecuran biru. Oleh itu, berdasarkan perubahan warna permukaan rel tanah, dapat disimpulkan bahawa apabila kekuatan batu pengisar berkurangan, suhu pengisaran meningkat secara beransur-ansur dan tahap pembakaran rel meningkat. EDS digunakan untuk menganalisis komposisi unsur permukaan rel keluli tanah dan permukaan bawah serpihan. Keputusan menunjukkan bahawa dengan peningkatan kekuatan batu pengisar, kandungan unsur O pada permukaan rel menurun, menunjukkan pengurangan dalam pengikatan Fe dan O pada permukaan rel, dan penurunan dalam tahap pengoksidaan. rel, selaras dengan trend perubahan warna pada permukaan rel. Pada masa yang sama, kandungan unsur O pada permukaan bawah serpihan pengisar juga berkurangan dengan peningkatan kekuatan batu pengisar. Perlu diingat bahawa untuk permukaan tanah rel keluli oleh batu pengisar yang sama dan permukaan bawah serpihan pengisaran, kandungan unsur O pada permukaan yang terakhir adalah lebih tinggi daripada yang pertama. Semasa pembentukan serpihan, ubah bentuk plastik berlaku dan haba dihasilkan disebabkan oleh pemampatan bahan pelelas; Semasa proses pengaliran keluar serpihan, permukaan bawah serpihan bergesel dengan permukaan hujung hadapan pelelas dan menghasilkan haba. Oleh itu, kesan gabungan ubah bentuk serpihan dan haba geseran membawa kepada tahap pengoksidaan yang lebih tinggi pada permukaan bawah serpihan, menghasilkan kandungan unsur O yang lebih tinggi.
(a) Permukaan rel keluli tanah batu pengisar kekuatan rendah (RGS-10)
(b) Permukaan tanah rel keluli dengan batu pengisar kekuatan sederhana (RGS-12.5)
(c) Permukaan rel keluli tanah batu pengisar kekuatan tinggi (RGS-15)
Rajah 1. Morfologi permukaan, morfologi serpihan, dan analisis EDS rel keluli selepas mengisar dengan keamatan batu pengisar yang berbeza
Untuk menyiasat lebih lanjut produk pengoksidaan pada permukaan rel keluli dan variasi produk pengoksidaan dengan tahap pembakaran permukaan rel, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) telah digunakan untuk mengesan keadaan kimia unsur dalam lapisan permukaan berhampiran. daripada rel keluli tanah. Keputusan ditunjukkan dalam Rajah.2. Keputusan analisis spektrum penuh permukaan rel selepas mengisar dengan keamatan batu pengisar yang berbeza (Rajah 2 (a)) menunjukkan bahawa terdapat puncak C1, O1 dan Fe2p pada permukaan rel tanah, dan peratusan atom O berkurangan dengan tahap lecuran pada permukaan rel, yang konsisten dengan corak keputusan analisis EDS pada permukaan rel. Disebabkan fakta bahawa XPS mengesan keadaan unsur berhampiran lapisan permukaan (kira-kira 5 nm) bahan, terdapat perbezaan tertentu dalam jenis dan kandungan elemen yang dikesan oleh spektrum penuh XPS berbanding substrat rel keluli. Puncak C1s (284.6 eV) digunakan terutamanya untuk menentukur tenaga pengikat unsur lain. Produk pengoksidaan utama pada permukaan rel keluli ialah Fe oksida, jadi spektrum sempit Fe2p dianalisis secara terperinci. Rajah.2 (b) hingga (d) menunjukkan analisis spektrum sempit Fe2p pada permukaan rel keluli RGS-10, RGS-12.5, dan RGS-15, masing-masing. Keputusan menunjukkan bahawa terdapat dua puncak tenaga mengikat pada 710.1 eV dan 712.4 eV, dikaitkan dengan Fe2p3/2; Terdapat puncak tenaga mengikat Fe2p1/2 pada 723.7 eV dan 726.1 eV. Puncak satelit Fe2p3/2 ialah pada 718.2 eV. Kedua-dua puncak pada 710.1 eV dan 723.7 eV mungkin dikaitkan dengan tenaga pengikat Fe-O dalam Fe2O3, manakala puncak pada 712.4 eV dan 726.1 eV mungkin dikaitkan dengan tenaga pengikat Fe-O dalam FeO. Keputusan menunjukkan bahawa Fe3O4 Fe2O3. Sementara itu, tiada puncak analisis dikesan pada 706.8 eV, menunjukkan ketiadaan unsur Fe pada permukaan rel tanah.
(a) Analisis spektrum penuh
(b) RGS-10 (biru)
(c) RGS-12.5 (kuning muda)
(d) RGS-15 (warna asal rel keluli)
Rajah.2. Analisis XPS permukaan rel dengan tahap lecuran yang berbeza
Peratusan kawasan puncak dalam spektrum sempit Fe2p menunjukkan bahawa dari RGS-10, RGS-12.5 hingga RGS-15, peratusan kawasan puncak Fe2+2p3/2 dan Fe2+2p1/2 meningkat, manakala peratusan kawasan puncak Fe3+ 2p3/2 dan Fe3+2p1/2 berkurangan. Ini menunjukkan bahawa apabila tahap pembakaran permukaan pada rel berkurangan, kandungan Fe2+ dalam produk pengoksidaan permukaan meningkat, manakala kandungan Fe3+ berkurangan. Komponen produk pengoksidaan yang berbeza menghasilkan warna rel tanah yang berbeza. Semakin tinggi tahap pembakaran permukaan (biru), semakin tinggi kandungan produk Fe2O3 dalam oksida; Semakin rendah tahap pembakaran permukaan, semakin tinggi kandungan produk FeO.