Haberler
01
Taşlama işlemi sırasında rayların oksidasyon davranışı
2024-12-25
Aşındırıcılar ve raylar arasındaki etkileşim sırasında rayların plastik deformasyonu ısı üretir ve aşındırıcılar ile ray malzemeleri arasındaki sürtünme de taşlama ısısı üretir. Çelik rayların taşlanması doğal bir atmosferde gerçekleştirilir ve taşlama işlemi sırasında çelik ray malzemesi taşlama ısısı altında kaçınılmaz olarak oksitlenir. Çelik rayların yüzey oksidasyonu ile ray yanıkları arasında yakın bir ilişki vardır. Bu nedenle, taşlama işlemi sırasında ray yüzeyinin oksidasyon davranışını incelemek gerekir.
Basınç dayanımına sahip üç tip taşlama taşının hazırlandığı, sırasıyla 68,90 MPa, 95,2 MPa ve 122,7 MPa dayanımlara sahip olduğu bildirilmiştir. Taşlama taşı dayanım sırasına göre, bu üç taşlama taşı grubunu temsil etmek için GS-10, GS-12,5 ve GS-15 kullanılmıştır. Üç set taşlama taşı GS-10, GS-12,5 ve GS-15 ile taşlanan çelik ray numuneleri için sırasıyla RGS-10, RGS-12,5 ve RGS-15 ile temsil edilmektedir. 700 N, 600 rpm ve 30 saniyelik taşlama koşulları altında taşlama testleri gerçekleştirin. Daha sezgisel deneysel sonuçlar elde etmek için, ray taşlama taşı bir pim disk temas modu benimser. Taşlamadan sonra ray yüzeyinin oksidasyon davranışını analiz edin.
Zemin çelik rayının yüzey morfolojisi, Şekil 1'de gösterildiği gibi SM ve SEM kullanılarak gözlendi ve analiz edildi. Zemin ray yüzeyinin SM sonuçları, taşlama taşı mukavemeti arttıkça, zemin ray yüzeyinin renginin mavi ve sarı kahverengiden rayın orijinal rengine döndüğünü göstermektedir. Lin ve arkadaşları tarafından yapılan çalışma, taşlama sıcaklığı 471 ℃'nin altında olduğunda, ray yüzeyinin normal renkte göründüğünü göstermiştir. Taşlama sıcaklığı 471-600 ℃ arasında olduğunda, rayda açık sarı yanıklar görülürken, taşlama sıcaklığı 600-735 ℃ arasında olduğunda, ray yüzeyinde mavi yanıklar görülmektedir. Bu nedenle, zemin ray yüzeyinin renk değişimine dayanarak, taşlama taşının mukavemeti azaldıkça, taşlama sıcaklığının kademeli olarak arttığı ve ray yanığı derecesinin arttığı sonucuna varılabilir. Zemin çelik ray yüzeyinin ve moloz alt yüzeyinin elementsel bileşimini analiz etmek için EDS kullanılmıştır. Sonuçlar, taşlama taşı mukavemetinin artmasıyla ray yüzeyindeki O elementi içeriğinin azaldığını, bunun da ray yüzeyindeki Fe ve O bağlanmasında azalma ve ray yüzeyindeki renk değişimi eğilimiyle tutarlı olarak rayın oksidasyon derecesinde azalma olduğunu göstermiştir. Aynı zamanda, taşlama molozunun alt yüzeyindeki O elementi içeriği de taşlama taşı mukavemetinin artmasıyla azalmıştır. Aynı taşlama taşı ile taşlanan çelik ray yüzeyi ve taşlama molozunun alt yüzeyi için, ikincisinin yüzeyindeki O elementi içeriğinin birincisinden daha yüksek olduğunu belirtmekte fayda vardır. Moloz oluşumu sırasında, aşındırıcıların sıkıştırılması nedeniyle plastik deformasyon meydana gelir ve ısı üretilir; Moloz çıkış süreci sırasında, molozun alt yüzeyi aşındırıcının ön uç yüzeyine sürtünür ve ısı üretir. Bu nedenle, moloz deformasyonu ve sürtünme ısısının birleşik etkisi, molozun alt yüzeyinde daha yüksek derecede oksidasyona yol açar ve bunun sonucunda daha yüksek O elementi içeriği elde edilir.
(a) Düşük mukavemetli taşlama taşı zemin çelik ray yüzeyi (RGS-10)
(b) Orta mukavemetli taşlama taşı (RGS-12.5) ile taşlanmış çelik ray yüzeyi
(c) Yüksek mukavemetli taşlama taşı zemin çelik ray yüzeyi (RGS-15)
Şekil 1. Farklı yoğunluktaki taşlama taşları ile taşlamadan sonra çelik rayların yüzey morfolojisi, döküntü morfolojisi ve EDS analizi
Çelik rayların yüzeyindeki oksidasyon ürünlerini ve oksidasyon ürünlerinin ray yüzeyi yanma derecesine göre değişimini daha fazla araştırmak amacıyla, zemin çelik rayların yüzeye yakın katmanındaki elementlerin kimyasal durumunu tespit etmek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanıldı. Sonuçlar Şekil 2'de gösterilmiştir. Farklı yoğunluktaki taşlama taşları ile taşlamadan sonra ray yüzeyinin tam spektrum analiz sonuçları (Şekil 2 (a)) zemin ray yüzeyinde C1s, O1s ve Fe2p tepelerinin olduğunu ve O atomlarının yüzdesinin ray yüzeyindeki yanma derecesiyle azaldığını göstermektedir; bu, ray yüzeyindeki EDS analiz sonuçlarının örüntüsüyle tutarlıdır. XPS'nin malzemenin yüzey katmanına yakın (yaklaşık 5 nm) element durumlarını tespit etmesi nedeniyle, XPS tam spektrumu tarafından tespit edilen elementlerin türleri ve içerikleri, çelik ray alt tabakasına kıyasla belirli farklılıklar göstermektedir. C1s tepe noktası (284,6 eV), esas olarak diğer elementlerin bağlanma enerjilerini kalibre etmek için kullanılır. Çelik rayların yüzeyindeki ana oksidasyon ürünü Fe oksit olduğundan, Fe2p'nin dar spektrumu ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Şekil 2 (b) ila (d), sırasıyla RGS-10, RGS-12.5 ve RGS-15 çelik rayların yüzeyindeki Fe2p'nin dar spektrum analizini göstermektedir. Sonuçlar, Fe2p3/2'ye atfedilen 710,1 eV ve 712,4 eV'de iki bağlanma enerjisi tepe noktası olduğunu göstermektedir; Fe2p1/2'nin 723,7 eV ve 726,1 eV'de bağlanma enerjisi tepe noktaları vardır. Fe2p3/2'nin uydu tepe noktası 718,2 eV'dedir. 710,1 eV ve 723,7 eV'deki iki tepe, Fe2O3'teki Fe-O'nun bağlanma enerjisine atfedilebilirken, 712,4 eV ve 726,1 eV'deki tepe noktaları, FeO'daki Fe-O'nun bağlanma enerjisine atfedilebilir. Sonuçlar Fe3O4 Fe2O3 olduğunu göstermektedir. Bu arada, 706.8 eV'de analitik bir tepe tespit edilmemiştir, bu da zemin rayı yüzeyinde elementel Fe bulunmadığını göstermektedir.
(a) Tam spektrum analizi
(b) RGS-10 (mavi)
(c) RGS-12.5 (açık sarı)
(d) RGS-15 (çelik rayın orijinal rengi)
Şekil 2. Farklı yanık derecelerine sahip ray yüzeylerinin XPS analizi
Fe2p dar spektrumundaki pik alan yüzdeleri, RGS-10, RGS-12.5'ten RGS-15'e kadar Fe2+2p3/2 ve Fe2+2p1/2'nin pik alan yüzdelerinin arttığını, Fe3+2p3/2 ve Fe3+2p1/2'nin pik alan yüzdelerinin ise azaldığını göstermektedir. Bu, raydaki yüzey yanma derecesi azaldıkça yüzey oksidasyon ürünlerindeki Fe2+ içeriğinin arttığını, Fe3+ içeriğinin ise azaldığını göstermektedir. Oksidasyon ürünlerinin farklı bileşenleri, zemin rayının farklı renklerde olmasına neden olmaktadır. Yüzey yanma derecesi (mavi) ne kadar yüksekse, oksit içindeki Fe2O3 ürünlerinin içeriği o kadar yüksektir; Yüzey yanma derecesi ne kadar düşükse, FeO ürünlerinin içeriği o kadar yüksektir.