Aktualności
01
Zachowanie się szyn podczas utleniania w procesie szlifowania
2024-12-25
Podczas interakcji między materiałami ściernymi a szynami, odkształcenie plastyczne szyn generuje ciepło, a tarcie między materiałami ściernymi a materiałami szyn również generuje ciepło szlifowania. Szlifowanie stalowych szyn odbywa się w naturalnej atmosferze, a podczas procesu szlifowania materiał stalowych szyn nieuchronnie utlenia się pod wpływem ciepła szlifowania. Istnieje ścisły związek między utlenianiem powierzchni stalowych szyn a przypaleniami szyn. Dlatego konieczne jest zbadanie zachowania utleniania powierzchni szyny podczas procesu szlifowania.
Zgłoszono, że przygotowano trzy rodzaje kamieni szlifierskich o wytrzymałości na ściskanie, odpowiednio 68,90 MPa, 95,2 MPa i 122,7 MPa. Zgodnie z kolejnością wytrzymałości kamieni szlifierskich, GS-10, GS-12,5 i GS-15 są używane do reprezentowania tych trzech grup kamieni szlifierskich. W przypadku próbek szyn stalowych szlifowanych trzema zestawami kamieni szlifierskich GS-10, GS-12,5 i GS-15 są one odpowiednio reprezentowane przez RGS-10, RGS-12,5 i RGS-15. Przeprowadź testy szlifowania w warunkach szlifowania 700 N, 600 obr./min i 30 sekund. Aby uzyskać bardziej intuicyjne wyniki eksperymentalne, kamień szlifierski szyn przyjmuje tryb kontaktu z tarczą trzpieniową. Przeanalizuj zachowanie utleniania powierzchni szyny po szlifowaniu.
Morfologię powierzchni szlifowanej szyny stalowej obserwowano i analizowano za pomocą SM i SEM, jak pokazano na rys. 1. Wyniki SM szlifowanej powierzchni szyny pokazują, że wraz ze wzrostem wytrzymałości kamienia szlifierskiego kolor szlifowanej powierzchni szyny zmienia się z niebieskiego i żółtobrązowego na oryginalny kolor szyny. Badanie Lin i in. wykazało, że gdy temperatura szlifowania jest niższa niż 471 ℃, powierzchnia szyny wydaje się mieć normalny kolor. Gdy temperatura szlifowania wynosi od 471 do 600 ℃, szyna wykazuje jasnożółte przypalenia, podczas gdy gdy temperatura szlifowania wynosi od 600 do 735 ℃, powierzchnia szyny wykazuje niebieskie przypalenia. Dlatego na podstawie zmiany koloru szlifowanej powierzchni szyny można wnioskować, że wraz ze spadkiem wytrzymałości kamienia szlifierskiego temperatura szlifowania stopniowo wzrasta, a stopień przypalenia szyny wzrasta. EDS zostało użyte do analizy składu pierwiastkowego szlifowanej powierzchni szyny stalowej i dolnej powierzchni gruzu. Wyniki wykazały, że wraz ze wzrostem wytrzymałości kamienia szlifierskiego, zawartość pierwiastka O na powierzchni szyny zmniejszyła się, co wskazuje na zmniejszenie wiązania Fe i O na powierzchni szyny i zmniejszenie stopnia utlenienia szyny, co jest zgodne z tendencją zmiany koloru na powierzchni szyny. Jednocześnie zawartość pierwiastka O na dolnej powierzchni resztek szlifierskich również zmniejsza się wraz ze wzrostem wytrzymałości kamienia szlifierskiego. Warto zauważyć, że dla powierzchni stalowej szyny szlifowanej tym samym kamieniem szlifierskim i dolnej powierzchni resztek szlifierskich, zawartość pierwiastka O na powierzchni tej drugiej jest wyższa niż pierwszej. Podczas formowania się resztek następuje odkształcenie plastyczne i wytwarzane jest ciepło z powodu ściskania materiałów ściernych; Podczas procesu wypływu resztek, dolna powierzchnia resztek ociera się o przednią powierzchnię ścierną i wytwarza ciepło. Dlatego połączony efekt odkształcenia resztek i ciepła tarcia prowadzi do wyższego stopnia utlenienia na dolnej powierzchni resztek, co skutkuje wyższą zawartością pierwiastka O.
(a) Powierzchnia szyny stalowej szlifowana kamieniem o niskiej wytrzymałości (RGS-10)
(b) Powierzchnia szyny stalowej szlifowana kamieniem szlifierskim o średniej wytrzymałości (RGS-12.5)
(c) Powierzchnia szyny stalowej szlifowana kamieniem o wysokiej wytrzymałości (RGS-15)
Rys. 1. Morfologia powierzchni, morfologia zanieczyszczeń i analiza EDS szyn stalowych po szlifowaniu kamieniami szlifierskimi o różnej intensywności
Aby zbadać produkty utleniania na powierzchni stalowych szyn i zmienność produktów utleniania wraz ze stopniem wypalenia powierzchni szyny, zastosowano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) w celu wykrycia stanu chemicznego pierwiastków w warstwie przypowierzchniowej szlifowanych stalowych szyn. Wyniki przedstawiono na rys. 2. Pełne wyniki analizy widma powierzchni szyny po szlifowaniu z różną intensywnością kamieni szlifierskich (rys. 2 (a)) pokazują, że na szlifowanej powierzchni szyny występują piki C1s, O1s i Fe2p, a procent atomów O maleje wraz ze stopniem wypalenia na powierzchni szyny, co jest zgodne ze wzorem wyników analizy EDS na powierzchni szyny. Ze względu na fakt, że XPS wykrywa stany pierwiastków w pobliżu warstwy powierzchniowej (około 5 nm) materiału, istnieją pewne różnice w typach i zawartościach pierwiastków wykrywanych przez pełne widmo XPS w porównaniu z podłożem stalowej szyny. Pik C1s (284,6 eV) jest używany głównie do kalibracji energii wiązania innych pierwiastków. Głównym produktem utleniania na powierzchni stalowych szyn jest tlenek Fe, dlatego wąskie widmo Fe2p jest analizowane szczegółowo. Rys. 2 (b) do (d) przedstawiają analizę wąskiego widma Fe2p na powierzchni stalowych szyn RGS-10, RGS-12,5 i RGS-15. Wyniki wskazują, że występują dwa piki energii wiązania przy 710,1 eV i 712,4 eV, przypisywane Fe2p3/2; występują piki energii wiązania Fe2p1/2 przy 723,7 eV i 726,1 eV. Szczyt satelitarny Fe2p3/2 wynosi 718,2 eV. Dwa piki przy 710,1 eV i 723,7 eV mogą być przypisane energii wiązania Fe-O w Fe2O3, podczas gdy piki przy 712,4 eV i 726,1 eV mogą być przypisane energii wiązania Fe-O w FeO. Wyniki wskazują, że Fe3O4 Fe2O3. Tymczasem nie wykryto żadnego piku analitycznego przy 706,8 eV, co wskazuje na brak pierwiastkowego Fe na powierzchni szyny uziemiającej.
(a) Analiza pełnego spektrum
(b) RGS-10 (niebieski)
(c) RGS-12,5 (jasnożółty)
(d) RGS-15 (oryginalny kolor szyny stalowej)
Rys.2. Analiza XPS powierzchni szyn o różnym stopniu przepalenia
Procent powierzchni pików w wąskim widmie Fe2p pokazuje, że od RGS-10, RGS-12,5 do RGS-15 procent powierzchni pików Fe2+2p3/2 i Fe2+2p1/2 wzrasta, podczas gdy procent powierzchni pików Fe3+2p3/2 i Fe3+2p1/2 maleje. Oznacza to, że wraz ze zmniejszaniem się stopnia wypalenia powierzchni szyny, zawartość Fe2+ w produktach utleniania powierzchni wzrasta, podczas gdy zawartość Fe3+ maleje. Różne składniki produktów utleniania powodują różne kolory szyny uziemiającej. Im wyższy stopień wypalenia powierzchni (niebieski), tym wyższa zawartość produktów Fe2O3 w tlenku; Im niższy stopień wypalenia powierzchni, tym wyższa zawartość produktów FeO.