Vijesti
01
Oksidacijsko ponašanje šina tokom procesa mlevenja
2024-12-25
Tokom interakcije između abraziva i tračnica, plastična deformacija šina stvara toplinu, a trenje između abraziva i materijala šine također stvara toplinu brušenja. Brušenje čeličnih šina se vrši u prirodnoj atmosferi, a tokom procesa mlevenja materijal čelične šine neizbežno oksidira pod toplotom mlevenja. Postoji bliska veza između površinske oksidacije čeličnih tračnica i izgaranja tračnica. Stoga je potrebno proučiti oksidacijsko ponašanje površine šine tokom procesa mljevenja.
Prijavljeno je da su pripremljena tri tipa brusnog kamena tlačne čvrstoće, čvrstoće od 68,90 MPa, 95,2 MPa, odnosno 122,7 MPa. Prema redosledu jačine brusnog kamena, GS-10, GS-12.5 i GS-15 se koriste za predstavljanje ove tri grupe brusnog kamena. Za uzorke čelične šine brušene sa tri seta brusnog kamena GS-10, GS-12.5 i GS-15, oni su predstavljeni sa RGS-10, RGS-12.5 i RGS-15. Provedite testove brušenja pod uslovima brušenja od 700 N, 600 o/min i 30 sekundi. Da bi se dobili intuitivniji eksperimentalni rezultati, brusni kamen za šinu usvaja način kontakta s pin diskom. Analizirajte oksidacijsko ponašanje površine šine nakon brušenja.
Morfologija površine brušene čelične tračnice promatrana je i analizirana pomoću SM i SEM, kao što je prikazano na Sl.1. SM rezultati površine brušene šine pokazuju da kako se čvrstoća brusnog kamena povećava, boja površine brušene šine se mijenja od plave i žuto smeđe do originalne boje šine. Studija Lin et al. pokazalo je da kada je temperatura mljevenja ispod 471 ℃, površina šine izgleda normalne boje. Kada je temperatura mlevenja između 471-600 ℃, šina pokazuje svetlo žute opekotine, dok kada je temperatura mlevenja između 600-735 ℃, površina šine pokazuje plave opekotine. Stoga se na osnovu promjene boje brušene površine šine može zaključiti da kako se snaga brusnog kamena smanjuje, temperatura mljevenja se postepeno povećava, a stepen izgaranja šine raste. EDS je korišten za analizu elementarnog sastava površine brušene čelične šine i površine dna krhotina. Rezultati su pokazali da se povećanjem čvrstoće brusnog kamena sadržaj O elementa na površini šine smanjuje, što ukazuje na smanjenje vezivanja Fe i O na površini šine, te smanjenje stepena oksidacije šine, u skladu sa trendom promjene boje na površini šine. Istovremeno, sadržaj O elementa na donjoj površini krhotina za mljevenje također se smanjuje s povećanjem čvrstoće brusnog kamena. Vrijedi napomenuti da je za površinu čelične šine brušene istim kamenom za mljevenje i donju površinu krhotina za mljevenje, sadržaj O elementa na površini potonjeg veći od onog kod prvog. Tijekom formiranja krhotina dolazi do plastične deformacije i stvaranja topline uslijed kompresije abraziva; Tokom procesa istjecanja krhotina, donja površina krhotina trlja se o prednju površinu abraziva i stvara toplinu. Stoga, kombinirani učinak deformacije krhotina i topline trenja dovodi do većeg stupnja oksidacije na donjoj površini krhotina, što rezultira većim sadržajem O elementa.
(a) Brusni kamen niske čvrstoće brušena čelična šina (RGS-10)
(b) Površina čelične šine brušena sa brusnim kamenom srednje čvrstoće (RGS-12.5)
(c) Brusni kamen visoke čvrstoće brušena čelična šina (RGS-15)
Slika 1. Morfologija površine, morfologija krhotina i EDS analiza čeličnih šina nakon mljevenja različitim intenzitetom brusnog kamena
Kako bi se dalje istražili produkti oksidacije na površini čeličnih tračnica i varijacija produkata oksidacije sa stupnjem izgaranja površine šine, korištena je rendgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) za detekciju kemijskog stanja elemenata u prizemnom sloju brušenih čeličnih tračnica. Rezultati su prikazani na Sl.2. Rezultati analize punog spektra površine šine nakon brušenja različitim intenzitetom brusnog kamenja (slika 2 (a)) pokazuju da na površini šine postoje C1s, O1s i Fe2p vrhovi, a postotak O atoma opada sa stepenom izgaranja na površini šine, što je u skladu sa uzorkom rezultata EDS analize površine šine. Zbog činjenice da XPS detektuje elementarna stanja u blizini površinskog sloja (oko 5 nm) materijala, postoje određene razlike u tipovima i sadržajima elemenata koje detektuje XPS puni spektar u odnosu na podlogu čelične šine. C1s pik (284,6 eV) se uglavnom koristi za kalibraciju energija vezivanja drugih elemenata. Glavni proizvod oksidacije na površini čeličnih šina je Fe oksid, pa je uski spektar Fe2p detaljno analiziran. Sl.2 (b) do (d) prikazuje analizu uskog spektra Fe2p na površini čeličnih šina RGS-10, RGS-12.5 i RGS-15, respektivno. Rezultati pokazuju da postoje dva pika energije vezivanja na 710,1 eV i 712,4 eV, pripisana Fe2p3/2; Postoje pikovi energije vezivanja Fe2p1/2 na 723,7 eV i 726,1 eV. Satelitski pik Fe2p3/2 je na 718,2 eV. Dva pika na 710,1 eV i 723,7 eV mogu se pripisati energiji vezivanja Fe-O u Fe2O3, dok se pikovi na 712,4 eV i 726,1 eV mogu pripisati energiji vezivanja Fe-O u FeO. Rezultati pokazuju da Fe3O4 Fe2O3. U međuvremenu, na 706,8 eV nije detektovan analitički pik, što ukazuje na odsustvo elementarnog Fe na površini tračnice.
(a) Analiza punog spektra
(b) RGS-10 (plavi)
(c) RGS-12.5 (svetlo žuta)
(d) RGS-15 (originalna boja čelične šine)
Fig.2. XPS analiza površina šina sa različitim stepenom opekotina
Procenti površine pikova u Fe2p uskom spektru pokazuju da se od RGS-10, RGS-12.5 do RGS-15 procenti površine pikova Fe2+2p3/2 i Fe2+2p1/2 povećavaju, dok se procenti površine pikova Fe3+2p3/2 i Fe3+2p1/2 smanjuju. To ukazuje da se smanjenjem stepena površinskog izgaranja na tračnici povećava sadržaj Fe2+ u produktima površinske oksidacije, dok se sadržaj Fe3+ smanjuje. Različite komponente proizvoda oksidacije rezultiraju različitim bojama tračnice za tlo. Što je veći stepen sagorevanja površine (plavo), veći je sadržaj proizvoda Fe2O3 u oksidu; Što je niži stepen sagorevanja površine, veći je sadržaj FeO proizvoda.