Hír
01
A sínek oxidációs viselkedése csiszolási folyamat közben
2024-12-25
A csiszolóanyagok és a sínek kölcsönhatása során a sínek képlékeny alakváltozása hőt termel, valamint a csiszolóanyagok és a sínanyagok közötti súrlódás is csiszolási hőt termel. Az acélsínek köszörülése természetes atmoszférában történik, és az őrlési folyamat során az acélsín anyaga az őrlési hő hatására elkerülhetetlenül oxidálódik. Szoros kapcsolat van az acélsínek felületi oxidációja és a sínek égése között. Ezért szükséges a sínfelület oxidációs viselkedésének tanulmányozása a köszörülési folyamat során.
Beszámoltak arról, hogy háromféle nyomószilárdságú köszörűkövek készültek, amelyek szilárdsága 68,90 MPa, 95,2 MPa és 122,7 MPa volt. A köszörűkövek szilárdsági sorrendjének megfelelően a GS-10, GS-12,5 és GS-15 jelű köszörűkövek e három csoportot képviselik. A három GS-10, GS-12.5 és GS-15 köszörűkőkészlettel csiszolt acélsínmintákat az RGS-10, RGS-12.5 és RGS-15 képviseli. Végezzen köszörülési vizsgálatokat 700 N, 600 ford./perc és 30 másodperces köszörülési körülmények között. Az intuitívabb kísérleti eredmények elérése érdekében a síncsiszoló kő tüskés tárcsa érintkezési módot alkalmaz. Elemezze a sín felületének oxidációs viselkedését csiszolás után.
A köszörült acélsín felületi morfológiáját SM és SEM segítségével elemeztük, amint az 1. ábrán látható. A talajsínfelület SM eredményei azt mutatják, hogy a köszörűkő szilárdságának növekedésével a talajsín felületének színe kékről és sárgabarnáról a sín eredeti színére változik. Lin et al. kimutatta, hogy amikor az őrlési hőmérséklet 471 ℃ alatt van, a sín felülete normál színűnek tűnik. Ha az őrlési hőmérséklet 471-600 ℃ között van, a sín világossárga, míg 600-735 ℃ közötti csiszolási hőmérséklet esetén a sín felületén kék égések láthatók. Ezért a talajsín felületének színváltozása alapján arra lehet következtetni, hogy a köszörűkő szilárdságának csökkenésével az őrlési hőmérséklet fokozatosan emelkedik és a sínégés mértéke nő. EDS-t használtunk a köszörült acél sínfelület és a törmelék alsó felület elemi összetételének elemzésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a köszörűkő szilárdságának növekedésével a sín felületén csökkent az O elem tartalma, ami a vas és az O megkötésének csökkenését jelzi a sín felületén, valamint a sín oxidációs fokának csökkenését, összhangban a sín felületén tapasztalható színváltozás tendenciájával. Ugyanakkor a köszörülési törmelék alsó felületén az O elem tartalma is csökken a köszörűkő szilárdságának növekedésével. Érdemes megjegyezni, hogy az acélsín ugyanazzal a csiszolókővel csiszolt felületén és a csiszolótörmelék alsó felületén az utóbbi felületén az O elem tartalma magasabb, mint az előbbié. A törmelékképződés során plasztikus deformáció lép fel, és hő keletkezik a csiszolóanyagok összenyomódása miatt; A törmelék kiáramlása során a törmelék alsó felülete súrlódik a csiszolóanyag elülső végfelületéhez, és hőt termel. Ezért a törmelék deformációja és a súrlódási hő együttes hatása a törmelék alsó felületének nagyobb oxidációjához vezet, ami magasabb O elem tartalomhoz vezet.
(a) Alacsony szilárdságú köszörűkő csiszolt acél sínfelület (RGS-10)
(b) Közepes szilárdságú köszörűkővel csiszolt acélsín felülete (RGS-12.5)
(c) Nagy szilárdságú köszörűkő köszörült acél sínfelület (RGS-15)
1. ábra: Acélsínek felületi morfológiája, törmelékmorfológiája és EDS-analízise különböző intenzitású köszörűkövekkel végzett csiszolás után
Az acélsínek felületén képződő oxidációs termékek és az oxidációs termékek sínfelületi égés mértékével való változásának további vizsgálata érdekében röntgen fotoelektron-spektroszkópiát (XPS) alkalmaztunk a köszörült acélsínek felületközeli rétegében lévő elemek kémiai állapotának kimutatására. Az eredményeket a 2. ábra mutatja. A különböző intenzitású köszörűkövekkel végzett csiszolás után a sínfelület teljes spektrumelemzési eredményei (2. ábra (a)) azt mutatják, hogy a talajsín felületén C1s, O1s és Fe2p csúcsok vannak, és az O atomok százalékos aránya a sín felületén az égés mértékével csökken, ami összhangban van az EDS felületelemzési eredmények mintázatával a sín felületén. Tekintettel arra, hogy az XPS az anyag felületi rétege közelében (kb. 5 nm) érzékeli az elemi állapotokat, bizonyos eltérések vannak az XPS teljes spektrummal detektált elemek típusában és tartalmában az acélsín hordozóhoz képest. A C1s csúcs (284,6 eV) főként más elemek kötési energiáinak kalibrálására szolgál. Az acélsínek felületén a fő oxidációs termék a Fe-oxid, ezért a Fe2p szűk spektrumát elemezzük részletesen. A 2(b)-(d) ábrák az RGS-10, RGS-12.5 és RGS-15 acélsínek felületén az Fe2p szűk spektrumú analízisét mutatják be. Az eredmények azt mutatják, hogy a Fe2p3/2-nek tulajdonítható két kötési energiacsúcs 710,1 eV és 712,4 eV; A Fe2p1/2 kötési energiacsúcsai 723,7 eV és 726,1 eV mellett találhatók. A Fe2p3/2 műhold csúcsa 718,2 eV. A két csúcs 710,1 eV és 723,7 eV a Fe2O3-ban lévő Fe-O kötési energiájának, míg a 712,4 eV és 726,1 eV csúcs a FeO kötési energiájának tulajdonítható. Az eredmények azt mutatják, hogy a Fe3O4 Fe2O3. Mindeközben 706,8 eV-on nem észleltünk analitikai csúcsot, ami azt jelzi, hogy az elemi Fe hiánya a talajsín felületén.
a) Teljes spektrum elemzés
(b) RGS-10 (kék)
(c) RGS-12.5 (világossárga)
(d) RGS-15 (az acélsín eredeti színe)
2. ábra. Különböző égési fokú sínfelületek XPS elemzése
A Fe2p szűk spektrumában a csúcsterület százalékos aránya azt mutatja, hogy az RGS-10-ről, RGS-12.5-ről RGS-15-re a Fe2+2p3/2 és Fe2+2p1/2 csúcsterület százaléka nő, míg a Fe3+2p3/2 és Fe3+2p1/2 csúcsterület százaléka csökken. Ez azt jelzi, hogy a sínen a felületi égés mértékének csökkenésével a felületi oxidációs termékek Fe2+-tartalma nő, míg a Fe3+-tartalom csökken. Az oxidációs termékek különböző komponensei a talajsín eltérő színét eredményezik. Minél magasabb a felületi égés mértéke (kék), annál magasabb az oxidban lévő Fe2O3 termékek tartalma; Minél alacsonyabb a felületi égés mértéke, annál magasabb a FeO termékek tartalma.