గ్రౌండింగ్ ప్రక్రియలో పట్టాల ఆక్సీకరణ ప్రవర్తన
అబ్రాసివ్లు మరియు పట్టాల మధ్య పరస్పర చర్య సమయంలో, పట్టాల ప్లాస్టిక్ వైకల్యం వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు అబ్రాసివ్లు మరియు రైలు పదార్థాల మధ్య ఘర్షణ కూడా గ్రైండింగ్ వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఉక్కు పట్టాల గ్రౌండింగ్ సహజ వాతావరణంలో నిర్వహించబడుతుంది మరియు గ్రౌండింగ్ ప్రక్రియలో, ఉక్కు రైలు పదార్థం అనివార్యంగా గ్రౌండింగ్ యొక్క వేడి కింద ఆక్సీకరణం చెందుతుంది. ఉక్కు పట్టాలు మరియు రైలు కాలిన గాయాల ఉపరితల ఆక్సీకరణ మధ్య సన్నిహిత సంబంధం ఉంది. అందువల్ల, గ్రౌండింగ్ ప్రక్రియలో రైలు ఉపరితలం యొక్క ఆక్సీకరణ ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడం అవసరం.
వరుసగా 68.90 MPa, 95.2 MPa మరియు 122.7 MPa బలాలు కలిగిన మూడు రకాల గ్రౌండింగ్ రాళ్లను సంపీడన బలంతో తయారు చేసినట్లు నివేదించబడింది. గ్రౌండింగ్ రాతి బలం యొక్క క్రమం ప్రకారం, GS-10, GS-12.5 మరియు GS-15 ఈ మూడు సమూహాల గ్రౌండింగ్ రాళ్లను సూచించడానికి ఉపయోగిస్తారు. మూడు సెట్ల గ్రౌండింగ్ స్టోన్స్ GS-10, GS-12.5 మరియు GS-15 ద్వారా ఉక్కు రైలు నమూనాల కోసం, అవి వరుసగా RGS-10, RGS-12.5 మరియు RGS-15 ద్వారా సూచించబడతాయి. 700 N, 600 rpm మరియు 30 సెకన్ల గ్రౌండింగ్ పరిస్థితులలో గ్రౌండింగ్ పరీక్షలను నిర్వహించండి. మరింత స్పష్టమైన ప్రయోగాత్మక ఫలితాలను పొందడానికి, రైలు గ్రౌండింగ్ రాయి పిన్ డిస్క్ కాంటాక్ట్ మోడ్ను స్వీకరిస్తుంది. గ్రౌండింగ్ తర్వాత రైలు ఉపరితలం యొక్క ఆక్సీకరణ ప్రవర్తనను విశ్లేషించండి.
Fig.1లో చూపిన విధంగా SM మరియు SEM ఉపయోగించి గ్రౌండ్ స్టీల్ రైల్ యొక్క ఉపరితల స్వరూపం గమనించబడింది మరియు విశ్లేషించబడింది. గ్రౌండ్ రైలు ఉపరితలం యొక్క SM ఫలితాలు గ్రౌండింగ్ స్టోన్ బలం పెరిగేకొద్దీ, గ్రౌండ్ రైలు ఉపరితలం యొక్క రంగు నీలం మరియు పసుపు గోధుమ రంగు నుండి రైలు అసలు రంగుకు మారుతుందని చూపిస్తుంది. లిన్ మరియు ఇతరుల అధ్యయనం. గ్రౌండింగ్ ఉష్ణోగ్రత 471 ℃ కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు, రైలు ఉపరితలం సాధారణ రంగులో కనిపిస్తుంది. గ్రౌండింగ్ ఉష్ణోగ్రత 471-600 ℃ మధ్య ఉన్నప్పుడు, రైలు లేత పసుపు కాలిన గాయాలను చూపుతుంది, అయితే గ్రౌండింగ్ ఉష్ణోగ్రత 600-735 ℃ మధ్య ఉన్నప్పుడు, రైలు ఉపరితలం నీలం రంగులో కాలిన గాయాలను చూపుతుంది. అందువల్ల, గ్రౌండ్ రైలు ఉపరితలం యొక్క రంగు మార్పు ఆధారంగా, గ్రౌండింగ్ రాయి యొక్క బలం తగ్గినప్పుడు, గ్రౌండింగ్ ఉష్ణోగ్రత క్రమంగా పెరుగుతుంది మరియు రైలు బర్న్ యొక్క డిగ్రీ పెరుగుతుంది. గ్రౌండ్ స్టీల్ రైలు ఉపరితలం మరియు శిధిలాల దిగువ ఉపరితలం యొక్క మూలక కూర్పును విశ్లేషించడానికి EDS ఉపయోగించబడింది. గ్రౌండింగ్ రాతి బలం పెరుగుదలతో, రైలు ఉపరితలంపై O మూలకం యొక్క కంటెంట్ తగ్గిందని ఫలితాలు చూపించాయి, ఇది రైలు ఉపరితలంపై Fe మరియు O యొక్క బైండింగ్లో తగ్గింపు మరియు ఆక్సీకరణ స్థాయి తగ్గుదలని సూచిస్తుంది. రైలు, రైలు ఉపరితలంపై రంగు మార్పు ధోరణికి అనుగుణంగా ఉంటుంది. అదే సమయంలో, గ్రౌండింగ్ శిధిలాల దిగువ ఉపరితలంపై O మూలకం యొక్క కంటెంట్ కూడా గ్రౌండింగ్ రాతి బలం పెరుగుదలతో తగ్గుతుంది. అదే గ్రౌండింగ్ రాయి మరియు గ్రౌండింగ్ శిధిలాల దిగువ ఉపరితలం ద్వారా ఉక్కు రైలు నేల యొక్క ఉపరితలం కోసం, తరువాతి ఉపరితలంపై O మూలకం యొక్క కంటెంట్ మునుపటి కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. శిధిలాల ఏర్పాటు సమయంలో, ప్లాస్టిక్ వైకల్యం ఏర్పడుతుంది మరియు అబ్రాసివ్స్ యొక్క కుదింపు కారణంగా వేడి ఉత్పత్తి అవుతుంది; శిధిలాల ప్రవాహ ప్రక్రియలో, శిధిలాల దిగువ ఉపరితలం రాపిడి యొక్క ఫ్రంట్ ఎండ్ ఉపరితలంపై రుద్దుతుంది మరియు వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, శిధిలాల రూపాంతరం మరియు ఘర్షణ వేడి యొక్క మిశ్రమ ప్రభావం శిధిలాల దిగువ ఉపరితలంపై అధిక స్థాయి ఆక్సీకరణకు దారి తీస్తుంది, ఫలితంగా O మూలకం యొక్క అధిక కంటెంట్ ఏర్పడుతుంది.

(a) తక్కువ బలం గ్రౌండింగ్ రాయి గ్రౌండ్ స్టీల్ రైలు ఉపరితలం (RGS-10)

(బి) మధ్యస్థ బలం గ్రౌండింగ్ రాయితో ఉక్కు రైలు నేల ఉపరితలం (RGS-12.5)
(సి) అధిక బలం గ్రౌండింగ్ రాయి గ్రౌండ్ స్టీల్ రైలు ఉపరితలం (RGS-15)
Fig. 1. ఉపరితల స్వరూపం, శిధిలాల స్వరూపం మరియు ఉక్కు పట్టాల యొక్క EDS విశ్లేషణ వివిధ తీవ్రతలతో గ్రౌండింగ్ రాళ్లతో గ్రౌండింగ్ చేసిన తర్వాత
ఉక్కు పట్టాల ఉపరితలంపై ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తులను మరియు రైలు ఉపరితల కాలిన స్థాయితో ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తుల యొక్క వైవిధ్యాన్ని మరింత పరిశోధించడానికి, X-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS) సమీప ఉపరితల పొరలోని మూలకాల యొక్క రసాయన స్థితిని గుర్తించడానికి ఉపయోగించబడింది. నేల ఉక్కు పట్టాలు. ఫలితాలు Fig.2లో చూపబడ్డాయి. గ్రౌండింగ్ స్టోన్స్ (Fig.2 (a)) వివిధ తీవ్రతలతో గ్రౌండింగ్ తర్వాత రైలు ఉపరితలం పూర్తి స్పెక్ట్రమ్ విశ్లేషణ ఫలితాలు గ్రౌండ్ రైలు ఉపరితలంపై C1s, O1s మరియు Fe2p శిఖరాలు ఉన్నాయి మరియు O అణువుల శాతం తగ్గుతుంది రైలు ఉపరితలంపై బర్న్ డిగ్రీ, ఇది రైలు ఉపరితలంపై EDS విశ్లేషణ ఫలితాల నమూనాకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. XPS పదార్థం యొక్క ఉపరితల పొర (సుమారు 5 nm) సమీపంలోని మూలకణ స్థితులను గుర్తించినందున, స్టీల్ రైల్ సబ్స్ట్రేట్తో పోలిస్తే XPS పూర్తి స్పెక్ట్రమ్ ద్వారా కనుగొనబడిన మూలకాల రకాలు మరియు విషయాలలో కొన్ని తేడాలు ఉన్నాయి. C1s పీక్ (284.6 eV) ప్రధానంగా ఇతర మూలకాల యొక్క బైండింగ్ శక్తులను క్రమాంకనం చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఉక్కు పట్టాల ఉపరితలంపై ప్రధాన ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తి Fe ఆక్సైడ్, కాబట్టి Fe2p యొక్క ఇరుకైన స్పెక్ట్రం వివరంగా విశ్లేషించబడుతుంది. Fig.2 (b) నుండి (d) ఉక్కు పట్టాల ఉపరితలంపై Fe2p యొక్క ఇరుకైన స్పెక్ట్రమ్ విశ్లేషణను వరుసగా RGS-10, RGS-12.5 మరియు RGS-15 చూపుతుంది. ఫలితాలు Fe2p3/2 ఆపాదించబడిన 710.1 eV మరియు 712.4 eV వద్ద రెండు బైండింగ్ శక్తి శిఖరాలు ఉన్నాయని సూచిస్తున్నాయి; 723.7 eV మరియు 726.1 eV వద్ద Fe2p1/2 యొక్క బైండింగ్ శక్తి శిఖరాలు ఉన్నాయి. Fe2p3/2 యొక్క ఉపగ్రహ శిఖరం 718.2 eV వద్ద ఉంది. 710.1 eV మరియు 723.7 eV వద్ద ఉన్న రెండు శిఖరాలు Fe2O3లోని Fe-O యొక్క బైండింగ్ శక్తికి ఆపాదించబడవచ్చు, అయితే 712.4 eV మరియు 726.1 eV వద్ద ఉన్న శిఖరాలు FeOలోని Fe-O యొక్క బైండింగ్ శక్తికి ఆపాదించబడవచ్చు. ఫలితాలు Fe3O4 Fe2O3 అని సూచిస్తున్నాయి. ఇంతలో, 706.8 eV వద్ద ఎటువంటి విశ్లేషణాత్మక శిఖరం కనుగొనబడలేదు, ఇది గ్రౌండ్ రైలు ఉపరితలంపై ఎలిమెంటల్ Fe లేకపోవడాన్ని సూచిస్తుంది.

(ఎ) పూర్తి స్పెక్ట్రమ్ విశ్లేషణ

(బి) RGS-10 (నీలం)

(సి) RGS-12.5 (లేత పసుపు)

(డి) RGS-15 (ఉక్కు రైలు అసలు రంగు)
Fig.2. వివిధ స్థాయిల కాలిన గాయాలతో రైలు ఉపరితలాల XPS విశ్లేషణ
Fe2p ఇరుకైన స్పెక్ట్రమ్లోని పీక్ ఏరియా శాతాలు RGS-10, RGS-12.5 నుండి RGS-15 వరకు, Fe2+2p3/2 మరియు Fe2+2p1/2 యొక్క పీక్ ఏరియా శాతాలు పెరుగుతాయని, అయితే Fe3+ పీక్ ఏరియా శాతాలు పెరుగుతాయని చూపిస్తుంది. 2p3/2 మరియు Fe3+2p1/2 తగ్గుతుంది. రైలులో ఉపరితల దహనం యొక్క డిగ్రీ తగ్గినప్పుడు, ఉపరితల ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తులలో Fe2+ కంటెంట్ పెరుగుతుందని, Fe3+ కంటెంట్ తగ్గుతుందని ఇది సూచిస్తుంది. ఆక్సీకరణ ఉత్పత్తుల యొక్క వివిధ భాగాలు గ్రౌండ్ రైల్ యొక్క వివిధ రంగులకు కారణమవుతాయి. ఉపరితల దహనం (నీలం) యొక్క అధిక డిగ్రీ, ఆక్సైడ్లో Fe2O3 ఉత్పత్తుల యొక్క కంటెంట్ ఎక్కువగా ఉంటుంది; ఉపరితల దహనం యొక్క డిగ్రీ తక్కువ, FeO ఉత్పత్తుల కంటెంట్ ఎక్కువ.