Nieuws
01
Oxidatiegedrag van rails tijdens het slijpproces
2024-12-25
Tijdens de interactie tussen schuurmiddelen en rails genereert de plastische vervorming van de rails warmte, en de wrijving tussen schuurmiddelen en railmaterialen genereert ook slijpwarmte. Het slijpen van stalen rails wordt uitgevoerd in een natuurlijke atmosfeer, en tijdens het slijpproces wordt het stalen railmateriaal onvermijdelijk geoxideerd onder de hitte van het slijpen. Er is een nauwe relatie tussen oppervlakteoxidatie van stalen rails en railverbrandingen. Daarom is het noodzakelijk om het oxidatiegedrag van het railoppervlak tijdens het slijpproces te bestuderen.
Er is gerapporteerd dat er drie soorten slijpstenen met druksterktes werden bereid, met sterktes van respectievelijk 68,90 MPa, 95,2 MPa en 122,7 MPa. Volgens de volgorde van de sterkte van de slijpsteen worden GS-10, GS-12,5 en GS-15 gebruikt om deze drie groepen slijpstenen te vertegenwoordigen. Voor de stalen railmonsters die zijn geslepen door drie sets slijpstenen GS-10, GS-12,5 en GS-15, worden ze respectievelijk vertegenwoordigd door RGS-10, RGS-12,5 en RGS-15. Voer slijptests uit onder slijpomstandigheden van 700 N, 600 tpm en 30 seconden. Om meer intuïtieve experimentele resultaten te verkrijgen, neemt de railslijpsteen een pen-schijfcontactmodus aan. Analyseer het oxidatiegedrag van het railoppervlak na het slijpen.
De oppervlaktemorfologie van de geslepen stalen rail werd waargenomen en geanalyseerd met behulp van SM en SEM, zoals weergegeven in Afb. 1. De SM-resultaten van het geslepen railoppervlak laten zien dat naarmate de sterkte van de slijpsteen toeneemt, de kleur van het geslepen railoppervlak verandert van blauw en geelbruin naar de oorspronkelijke kleur van de rail. De studie van Lin et al. toonde aan dat wanneer de slijptemperatuur lager is dan 471 ℃, het oppervlak van de rail een normale kleur lijkt te hebben. Wanneer de slijptemperatuur tussen 471-600 ℃ ligt, vertoont de rail lichtgele brandwonden, terwijl wanneer de slijptemperatuur tussen 600-735 ℃ ligt, het oppervlak van de rail blauwe brandwonden vertoont. Daarom kan op basis van de kleurverandering van het geslepen railoppervlak worden afgeleid dat naarmate de sterkte van de slijpsteen afneemt, de slijptemperatuur geleidelijk toeneemt en de mate van railverbranding toeneemt. EDS werd gebruikt om de elementaire samenstelling van het geslepen stalen railoppervlak en het puinbodemoppervlak te analyseren. De resultaten toonden aan dat met de toename van de sterkte van de slijpsteen, het gehalte aan O-element op het oppervlak van de rail afnam, wat duidt op een vermindering van de binding van Fe en O op het oppervlak van de rail en een afname van de oxidatiegraad van de rail, consistent met de trend van kleurverandering op het oppervlak van de rail. Tegelijkertijd neemt het gehalte aan O-element op het onderste oppervlak van het slijpafval ook af met de toename van de sterkte van de slijpsteen. Het is vermeldenswaard dat voor het oppervlak van de stalen rail geslepen door dezelfde slijpsteen en het onderste oppervlak van het slijpafval, het gehalte aan O-element op het oppervlak van de laatste hoger is dan dat van de eerste. Tijdens de vorming van puin treedt plastische vervorming op en wordt er warmte gegenereerd door de compressie van schuurmiddelen; Tijdens het proces van puinafvoer wrijft het onderste oppervlak van het puin tegen het voorste uiteinde van het schuurmiddel en genereert warmte. Daarom leidt het gecombineerde effect van puinvervorming en wrijvingswarmte tot een hogere oxidatiegraad op het onderste oppervlak van het puin, wat resulteert in een hoger gehalte aan O-element.
(a) Slijpsteen met lage sterkte, stalen railoppervlak (RGS-10)
(b) Oppervlak van stalen rail geslepen met middelsterke slijpsteen (RGS-12.5)
(c) Hoogwaardig slijpsteen geslepen stalen railoppervlak (RGS-15)
Figuur 1. Oppervlaktemorfologie, puinmorfologie en EDS-analyse van stalen rails na slijpen met verschillende intensiteiten van slijpstenen
Om de oxidatieproducten op het oppervlak van stalen rails en de variatie van oxidatieproducten met de mate van verbranding van het railoppervlak verder te onderzoeken, werd röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) gebruikt om de chemische toestand van elementen in de nabije oppervlaktelaag van geslepen stalen rails te detecteren. De resultaten worden getoond in Fig. 2. De resultaten van de volledige spectrumanalyse van het railoppervlak na het slijpen met verschillende intensiteiten van slijpstenen (Fig. 2 (a)) laten zien dat er C1s-, O1s- en Fe2p-pieken op het geslepen railoppervlak zijn en dat het percentage O-atomen afneemt met de mate van verbranding op het railoppervlak, wat consistent is met het patroon van EDS-analyseresultaten op het railoppervlak. Omdat XPS de elementaire toestanden nabij de oppervlaktelaag (ongeveer 5 nm) van het materiaal detecteert, zijn er bepaalde verschillen in de typen en inhoud van elementen die worden gedetecteerd door XPS-volledig spectrum in vergelijking met het stalen railsubstraat. De C1s-piek (284,6 eV) wordt voornamelijk gebruikt om de bindingsenergieën van andere elementen te kalibreren. Het belangrijkste oxidatieproduct op het oppervlak van stalen rails is Fe-oxide, dus het smalle spectrum van Fe2p wordt gedetailleerd geanalyseerd. Figuur 2 (b) tot (d) tonen de smalle spectrumanalyse van Fe2p op het oppervlak van stalen rails RGS-10, RGS-12.5 en RGS-15, respectievelijk. De resultaten geven aan dat er twee bindingsenergiepieken zijn bij 710,1 eV en 712,4 eV, toegeschreven aan Fe2p3/2; Er zijn bindingsenergiepieken van Fe2p1/2 bij 723,7 eV en 726,1 eV. De satellietpiek van Fe2p3/2 is bij 718,2 eV. De twee pieken bij 710,1 eV en 723,7 eV kunnen worden toegeschreven aan de bindingsenergie van Fe-O in Fe2O3, terwijl de pieken bij 712,4 eV en 726,1 eV kunnen worden toegeschreven aan de bindingsenergie van Fe-O in FeO. De resultaten geven aan dat Fe3O4 Fe2O3. Ondertussen werd er geen analytische piek gedetecteerd bij 706,8 eV, wat duidt op de afwezigheid van elementair Fe op het oppervlak van de grondrail.
(a) Volledige spectrumanalyse
(b) RGS-10 (blauw)
(c) RGS-12.5 (lichtgeel)
(d) RGS-15 (originele kleur van stalen rail)
Figuur 2. XPS-analyse van spooroppervlakken met verschillende gradaties van verbranding
De piekoppervlaktepercentages in het smalle Fe2p-spectrum laten zien dat van RGS-10, RGS-12.5 tot RGS-15 de piekoppervlaktepercentages van Fe2+2p3/2 en Fe2+2p1/2 toenemen, terwijl de piekoppervlaktepercentages van Fe3+2p3/2 en Fe3+2p1/2 afnemen. Dit geeft aan dat naarmate de mate van oppervlakteverbranding op de rail afneemt, het Fe2+-gehalte in de oppervlakteoxidatieproducten toeneemt, terwijl het Fe3+-gehalte afneemt. De verschillende componenten van de oxidatieproducten resulteren in verschillende kleuren van de grondrail. Hoe hoger de mate van oppervlakteverbranding (blauw), hoe hoger het gehalte aan Fe2O3-producten in het oxide; hoe lager de mate van oppervlakteverbranding, hoe hoger het gehalte aan FeO-producten.