Nyheter
01
Oxidationsbeteende hos rälsen under slipprocessen
2024-12-25
Under växelverkan mellan slipmedel och räls genererar den plastiska deformationen av skenorna värme, och friktionen mellan slipmedel och rälsmaterial genererar även slipvärme. Slipningen av stålskenor utförs i en naturlig atmosfär, och under slipningsprocessen oxideras stålskenans material oundvikligen under slipningsvärmen. Det finns ett nära samband mellan ytoxidation av stålskenor och rälsförbränning. Därför är det nödvändigt att studera rälsytans oxidationsbeteende under slipningsprocessen.
Det har rapporterats att tre typer av slipstenar med tryckhållfasthet preparerades, med styrkor på 68,90 MPa, 95,2 MPa respektive 122,7 MPa. Enligt ordningen för slipstensstyrka används GS-10, GS-12.5 och GS-15 för att representera dessa tre grupper av slipstenar. För stålrälsprover som slipats av tre uppsättningar slipstenar GS-10, GS-12.5 och GS-15 representeras de av RGS-10, RGS-12.5 respektive RGS-15. Utför sliptester under malningsförhållanden på 700 N, 600 rpm och 30 sekunder. För att få mer intuitiva experimentella resultat använder rälslipstenen ett kontaktläge med stiftskivor. Analysera rälsytans oxidationsbeteende efter slipning.
Ytmorfologin hos den slipade stålskenan observerades och analyserades med användning av SM och SEM, som visas i Fig.1. SM-resultaten av rälsytan visar att när slipstenens styrka ökar ändras färgen på rälsytan från blå och gulbrun till skenans ursprungliga färg. Studien av Lin et al. visade att när sliptemperaturen är under 471 ℃, verkar ytan på skenan normal färg. När sliptemperaturen är mellan 471-600 ℃ visar skenan ljusgula brännskador, medan när sliptemperaturen är mellan 600-735 ℃ visar skenans yta blå brännskador. Därför kan man, baserat på färgförändringen på markskenans yta, dra slutsatsen att när slipstenens styrka minskar, ökar sliptemperaturen gradvis och graden av rälsförbränning ökar. EDS användes för att analysera den elementära sammansättningen av den slipade stålskenans yta och skräpbottenytan. Resultaten visade att med ökningen av slipstenens styrka minskade halten av O-element på skenans yta, vilket tyder på en minskning av bindningen av Fe och O på skenans yta och en minskning av graden av oxidation av skenan, i överensstämmelse med trenden med färgförändring på skenans yta. Samtidigt minskar också halten av O-element på den nedre ytan av slipskräpet med ökningen av slipstenens styrka. Det är värt att notera att för ytan av stålskenan som är slipad av samma slipsten och bottenytan av slipskräpet är innehållet av O-element på ytan av det senare högre än det förra. Under bildandet av skräp uppstår plastisk deformation och värme genereras på grund av komprimeringen av slipmedel; Under processen för utflöde av skräp gnider bottenytan av skräpet mot den främre ytan av slipmedlet och genererar värme. Därför leder den kombinerade effekten av skräpdeformation och friktionsvärme till en högre grad av oxidation på bottenytan av skräpet, vilket resulterar i en högre halt av O-element.
(a) Låghållfast slipstensslipad stålrälsyta (RGS-10)
(b) Yta av stålrälsslipad med medelhållfast slipsten (RGS-12,5)
(c) Höghållfast slipstensslipad stålrälsyta (RGS-15)
Fig. 1. Ytmorfologi, skräpmorfologi och EDS-analys av stålskenor efter slipning med olika intensiteter av slipstenar
För att ytterligare undersöka oxidationsprodukterna på ytan av stålskenor och variationen av oxidationsprodukter med graden av räls ytförbränning, användes röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) för att detektera det kemiska tillståndet hos grundämnen i det nära ytskiktet av slipade stålskenor. Resultaten visas i Fig.2. Resultaten av fullspektrumanalys av rälsytan efter slipning med olika intensiteter av slipstenar (Fig.2 (a)) visar att det finns C1s, O1s och Fe2p toppar på rälsytan, och andelen O-atomer minskar med graden av förbränning på rälsytan, vilket överensstämmer med mönstret av EDS-analysresultat på rälsytan. På grund av det faktum att XPS detekterar elementartillstånden nära ytskiktet (ca 5 nm) av materialet, finns det vissa skillnader i typer och innehåll av element som detekteras av XPS fullspektrum jämfört med stålrälssubstratet. C1s-toppen (284,6 eV) används främst för att kalibrera bindningsenergierna för andra element. Den huvudsakliga oxidationsprodukten på ytan av stålskenor är Fe-oxid, så det smala spektrumet av Fe2p analyseras i detalj. Fig. 2 (b) till (d) visar smalspektrumanalysen av Fe2p på ytan av stålskenor RGS-10, RGS-12.5 respektive RGS-15. Resultaten indikerar att det finns två bindningsenergitoppar vid 710,1 eV och 712,4 eV, tillskrivna Fe2p3/2; Det finns bindningsenergitoppar för Fe2p1/2 vid 723,7 eV och 726,1 eV. Satellittoppen för Fe2p3/2 är 718,2 eV. De två topparna vid 710,1 eV och 723,7 eV kan tillskrivas bindningsenergin för Fe-O i Fe2O3, medan topparna vid 712,4 eV och 726,1 eV kan tillskrivas bindningsenergin för Fe-O i FeO. Resultaten indikerar att Fe3O4 Fe2O3. Under tiden detekterades ingen analytisk topp vid 706,8 eV, vilket indikerar frånvaron av elementärt Fe på markskenans yta.
(a) Fullspektrumanalys
(b) RGS-10 (blå)
(c) RGS-12.5 (ljusgul)
(d) RGS-15 (ursprunglig färg på stålskena)
Fig.2. XPS-analys av rälsytor med olika grader av brännskador
Toppareaprocenten i Fe2p smala spektrum visar att från RGS-10, RGS-12,5 till RGS-15 ökar toppareaprocenten för Fe2+2p3/2 och Fe2+2p1/2, medan toppareaprocenten för Fe3+ 2p3/2 och Fe3+2p1/2 minskar. Detta indikerar att när graden av ytförbränning på skenan minskar, ökar Fe2+-halten i ytoxidationsprodukterna, medan Fe3+-halten minskar. De olika komponenterna i oxidationsprodukterna resulterar i olika färger på markskenan. Ju högre grad av ytförbränning (blått), desto högre är halten av Fe2O3-produkter i oxiden; Ju lägre grad av ytförbränning, desto högre halt av FeO-produkter.