Pojivo brusných kotoučů

Pojivo hraje klíčovou roli při bezpečném spojování abrazivních částic, čímž zajišťuje, že brusný kámen má klíčové mechanické vlastnosti, jako je pevnost, houževnatost, odolnost proti opotřebení a tepelná odolnost. Poskytuje také potřebnou přídržnou sílu pro brusivo během procesu broušení. Existují tři základní typy pojiva brusných kamenů: na bázi keramiky, na bázi kovu a na bázi pryskyřice. Keramické spoje jsou známé svými stabilními chemickými vlastnostmi a výjimečnou tepelnou odolností. Jejich křehkost a špatná tepelná vodivost je však činí nevhodnými pro náročné podmínky broušení kolejnic, které zahrnují vysoké rychlosti, velké zatížení, zvýšené teploty a intenzivní vibrace. V současné době nejsou hlášeny žádné případy použití brusných kamenů s keramickým pojivem při broušení kolejnic.

Kovové materiály mohou brusným kamenům propůjčit vysokou pevnost, vysokou tepelnou vodivost a vysokou odolnost proti opotřebení. Jiang a kol. připravené brusné kameny na bázi mědi [1] a na bázi železa [2] s kovovým pojivem pomocí práškové metalurgie. Experimenty s broušením odhalily, že brusný poměr brusného kamene na bázi železa byl přibližně 15krát vyšší než u brusného kamene na bázi pryskyřice, dosahující hodnoty až 686. Vysoká pevnost kovového pojiva však znesnadňuje opotřebení spoje během procesu broušení, čímž dochází k obnažení brusiva a špatnému samoostření brusného kamene. Kromě toho, protože vozy pro broušení kolejnic nemají podmínky pro pasivační broušení brusných kamenů, nemají brusné kameny na bázi kovu výhodu v operacích broušení na lince. Kromě toho je teplota slinování brusných kamenů spojených s kovem vysoká, proces je složitý, výrobní náklady jsou vysoké a hospodárnost brusného kamene je nízká. V současné době neexistují žádné případy použití brusných kamenů s kovovým pojivem při řádkovém broušení. V budoucnu se výzkum zaměří na vyvážení síly a samoostření brusných kamenů na bázi kovu, hledání levných výrobních surovin a zefektivnění výrobního procesu. Pryskyřičná pojiva, která mají vysokou pevnost, houževnatost a nízké ceny surovin, spolu s jednoduchým lisovacím procesem, jsou široce používána při výrobě brusiva. V současné době jsou mlecími kameny (aktivní broušení a vysokorychlostní pasivní broušení) vybavené na kolejových mlecích vozidlech pro železniční tranzitní linky jak v tuzemsku, tak v zahraničí, všechny brusné kameny na bázi pryskyřice [3,4]. Podmínky broušení kolejnic jsou drsné a teplota broušení je vysoká ve stavu broušení za sucha. Mlecí kameny proto obecně využívají fenolové pryskyřice s vysokou teplotní odolností, dobrou přilnavostí a snadnou formovatelností, stejně jako nově modifikované odrůdy, jako jsou epoxidové, polyvinylchloridové, polyamidové, polyvinyletherové, bismaleimidové a další modifikované fenolové pryskyřice [5]. Běžně se používají také polyfenoletherové pryskyřice a polyimidové pryskyřice s vyšší tepelnou odolností a mechanickými vlastnostmi [6]. Zhang a kol. [4] studovali mlecí vlastnosti čtyř mlecích kamenů z fenolové pryskyřice a zjistili, že zajištění pevnosti, houževnatosti a tepelné odolnosti pryskyřice při vysokých teplotách byly rozhodující faktory pro přípravu vysoce výkonných mlecích kamenů. Výsledky Zhang et al. [7] prokázali, že brusné kameny s nízkou pevností (nízký obsah pojiva) měly dobré samoostření a velký úběr materiálu, ale byly náchylné k propálení kolejnice a měly špatnou odolnost proti opotřebení. Naopak brusné kameny s vysokou pevností (s vysokým obsahem pojiva) vykazovaly dobrou odolnost proti opotřebení a vysoký brusný poměr, ale špatné samoostření. Zhang a kol. [8] navrhli, že rozpojení rozhraní brusivo/pojivo bylo primárním důvodem předčasného odlupování brusného kamene z hnědého taveného oxidu hlinitého, což vedlo k nízkému brusnému množství a brusnému poměru. Tato zjištění naznačují, že pevnost, houževnatost, tepelná odolnost a smáčivost pryskyřice na povrchu heterogenních materiálů (abraziva, plniva atd.) přímo ovlivňují komplexní vlastnosti brusného kamene. Proto má velký vědecký význam vybrat pryskyřice s vysokou pevností, houževnatostí, odolností proti tepelnému rozkladu a silnou smáčivostí a objasnit mechanismus vazby pryskyřice/abrazivo, pryskyřice/plnivo a další heterogenní rozhraní v systému brusných kamenů.

[1]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang a kol. Mikrostruktura a mechanické vlastnosti cermetu Cu-ZTA připraveného vakuovým lisováním za tepla [J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26530.

[2]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang a kol. Mikrostruktura a mechanické vlastnosti cermetu Fe-ZTA připraveného vakuovým slinováním za horka[J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26518.

[3]China Railways Corporation. Q/CR 1-2014. Čínská železniční společnost Enterprise Standard: Technické specifikace pro pořízení brusného kotouče pro kolejový brusný vlak[S]. Peking: China Railway Publishing House Co, LTD, 2014: 1-13.

[4]JI Yuan. Systematická studie v oblasti technologie hodnocení brusného kotouče pro broušení kolejnic[D]. Peking: Čínská akademie železničních věd, 2019.

[5]ZHANG Guowen, JE Chunjiang, PEI Dingfeng. Studie o vlivu fenolické pryskyřice na brusný výkon kolejnicového brusného kotouče[J]. Kontrola kvality železnic, 2015, 43(02): 21-24.

[6]WU Leitao. Studie o vlivu prášku slitiny mědi a cínu na mechanické vlastnosti a brusný výkon supertvrdých produktů s pryskyřicovým pojivem[D]. Zhengzhou: Henan University of Technology, 2011.

[7]ZHANG Wulin, FAN Xiaoqiang, ZHANG Pengfei a kol. Zkoumání účinku síly broušení kamene na chování při broušení kolejnic[J]. Tribology, 40(03): 385-394

[8]ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie a kol. Zkoumání vlivu abrazivního opotřebení na brusný výkon kolejnicových brusných kamenů[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64: 493-507.