Новини
01
Окислювальна поведінка рейок під час шліфування
2024-12-25
Під час взаємодії між абразивами та рейками пластична деформація рейок генерує тепло, а тертя між абразивами та рейковими матеріалами також генерує тепло шліфування. Шліфування сталевих рейок здійснюється в природній атмосфері, і під час процесу шліфування матеріал сталевих рейок неминуче окислюється під дією тепла шліфування. Існує тісний зв'язок між окисленням поверхні сталевих рейок і опіком рейок. Тому необхідно вивчити окиснювальну поведінку поверхні рейки в процесі шліфування.
Повідомляється, що було виготовлено три типи шліфувальних каменів з міцністю на стиск, з міцністю 68,90 МПа, 95,2 МПа та 122,7 МПа відповідно. За порядком міцності точильних каменів для представлення цих трьох груп точильних каменів використовують ГС-10, ГС-12,5 і ГС-15. Для зразків сталевих рейок, відшліфованих трьома наборами точильних каменів ГС-10, ГС-12,5 і ГС-15, вони представлені відповідно РГС-10, РГС-12,5 і РГС-15. Проведіть випробування на шліфування за умов шліфування 700 Н, 600 об/хв та 30 секунд. Щоб отримати більш інтуїтивно зрозумілі експериментальні результати, шліфувальний камінь для рейок використовує режим контакту зі штифтовим диском. Проаналізуйте окиснювальну поведінку поверхні рейки після шліфування.
Морфологію поверхні відшліфованої сталевої рейки спостерігали та аналізували за допомогою SM та SEM, як показано на рис.1. Результати SM поверхні шліфованої рейки показують, що зі збільшенням міцності шліфувального каменю колір поверхні шліфованої рейки змінюється з синього та жовто-коричневого на вихідний колір рейки. Дослідження Lin et al. показали, що коли температура шліфування нижче 471 ℃, поверхня рейки виглядає нормального кольору. Коли температура шліфування становить 471-600 ℃, рейка має світло-жовті плями, а коли температура шліфування становить 600-735 ℃, поверхня рейки має сині плями. Таким чином, виходячи зі зміни кольору шліфованої поверхні рейки, можна зробити висновок, що зі зниженням міцності шліфувального каменю температура шліфування поступово підвищується, а ступінь вигорання рейки зростає. EDS використовувався для аналізу елементного складу поверхні шліфованої сталевої рейки та нижньої поверхні сміття. Результати показали, що зі збільшенням міцності шліфувального каменю вміст елемента O на поверхні рейки зменшувався, що свідчить про зменшення зв’язування Fe і O на поверхні рейки, а також зниження ступеня окиснення. рейки, що відповідає тенденції зміни кольору на поверхні рейки. У той же час вміст елемента О на нижній поверхні шліфувального сміття також зменшується зі збільшенням міцності шліфувального каменю. Варто зазначити, що для поверхні сталевої рейки, відшліфованої одним і тим же шліфувальним каменем, і нижньої поверхні шліфувального сміття, вміст елемента O на поверхні останнього вище, ніж у першого. При утворенні сміття відбувається пластична деформація і виділяється тепло за рахунок стиснення абразивів; У процесі витікання сміття нижня поверхня сміття треться об передню торцеву поверхню абразиву і виділяє тепло. Тому комбінований вплив деформації уламків і тепла від тертя призводить до вищого ступеня окислення на нижній поверхні уламків, що призводить до більш високого вмісту елемента O.
(a) Низькоміцний шліфувальний камінь, шліфована сталева поверхня рейки (RGS-10)
(b) Поверхня сталевої рейки відшліфована шліфувальним каменем середньої міцності (RGS-12,5)
(c) Високоміцна шліфувальна поверхня сталевої рейки (RGS-15)
Рис. 1. Морфологія поверхні, морфологія уламків та EDS аналіз сталевих рейок після шліфування різною інтенсивністю точильних каменів
Для подальшого дослідження продуктів окислення на поверхні сталевих рейок і зміни продуктів окислення зі ступенем вигорання поверхні рейок використовували рентгенівську фотоелектронну спектроскопію (XPS) для виявлення хімічного стану елементів у приповерхневому шарі. ґрунтованих сталевих рейок. Результати показані на рис.2. Результати аналізу повного спектру поверхні рейки після шліфування з різною інтенсивністю точильних каменів (рис. 2 (а)) показують, що на поверхні рейки є піки C1s, O1s та Fe2p, а відсоток атомів O зменшується зі збільшенням ступінь опіку поверхні рейки, що відповідає картині результатів аналізу EDS на поверхні рейки. Через те, що XPS виявляє елементарні стани поблизу поверхневого шару (приблизно 5 нм) матеріалу, існують певні відмінності в типах і вмісті елементів, виявлених повним спектром XPS, порівняно з підкладкою сталевих рейок. Пік C1s (284,6 еВ) в основному використовується для калібрування енергій зв'язку інших елементів. Основним продуктом окислення на поверхні сталевих рейок є оксид Fe, тому детально проаналізовано вузький спектр Fe2p. На рис.2 (b)–(d) показано вузький спектральний аналіз Fe2p на поверхні сталевих рейок РГС-10, РГС-12,5 та РГС-15 відповідно. Результати показують, що існує два піки енергії зв’язку при 710,1 еВ і 712,4 еВ, які приписуються Fe2p3/2; Існують піки енергії зв’язку Fe2p1/2 при 723,7 еВ і 726,1 еВ. Сателітний пік Fe2p3/2 становить 718,2 еВ. Два піки при 710,1 еВ і 723,7 еВ можуть бути віднесені до енергії зв'язку Fe-O в Fe2O3, тоді як піки при 712,4 еВ і 726,1 еВ можуть бути віднесені до енергії зв'язку Fe-O в FeO. Результати показують, що Fe3O4 Fe2O3. Тим часом не було виявлено жодного аналітичного піку при 706,8 еВ, що вказує на відсутність елементарного Fe на поверхні рейки.
(a) Повний спектральний аналіз
(б) РГС-10 (синій)
(в) РГС-12,5 (світло-жовтий)
(d) РГС-15 (оригінальний колір сталевої рейки)
Рис.2. XPS аналіз поверхонь рейок з різним ступенем опіку
Відсоток площі піку у вузькому спектрі Fe2p показує, що від RGS-10, RGS-12,5 до RGS-15 відсоток площі піку Fe2+2p3/2 і Fe2+2p1/2 збільшується, тоді як відсоток площі піку Fe3+ 2p3/2 і Fe3+2p1/2 зменшуються. Це свідчить про те, що зі зменшенням ступеня вигорання поверхні рейки вміст Fe2+ у продуктах поверхневого окиснення зростає, а вміст Fe3+ зменшується. Різні компоненти продуктів окислення призводять до різних кольорів заземленої рейки. Чим вищий ступінь вигорання поверхні (синій), тим вищий вміст продуктів Fe2O3 в оксиді; Чим менший ступінь вигорання поверхні, тим вищий вміст продуктів FeO.