Ştiri
01
Comportamentul la oxidare a șinelor în timpul procesului de măcinare
25-12-2024
În timpul interacțiunii dintre abrazivi și șine, deformarea plastică a șinelor generează căldură, iar frecarea dintre abrazivi și materialele șine generează și căldură de măcinare. Măcinarea șinelor de oțel se realizează într-o atmosferă naturală, iar în timpul procesului de șlefuire, materialul șinelor de oțel este inevitabil oxidat sub căldura măcinarii. Există o relație strânsă între oxidarea suprafeței șinelor de oțel și arderea șinelor. Prin urmare, este necesar să se studieze comportamentul la oxidare a suprafeței șinei în timpul procesului de șlefuire.
S-a raportat că au fost preparate trei tipuri de pietre de șlefuit cu rezistențe la compresiune, cu rezistențe de 68,90 MPa, 95,2 MPa și, respectiv, 122,7 MPa. În conformitate cu ordinea rezistenței pietrei de șlefuit, GS-10, GS-12.5 și GS-15 sunt folosite pentru a reprezenta aceste trei grupuri de pietre de șlefuit. Pentru mostrele de șine de oțel măcinate cu trei seturi de pietre de șlefuit GS-10, GS-12.5 și GS-15, acestea sunt reprezentate de RGS-10, RGS-12.5 și RGS-15. Efectuați teste de măcinare în condiții de măcinare de 700 N, 600 rpm și 30 de secunde. Pentru a obține rezultate experimentale mai intuitive, piatra de șlefuit șină adoptă un mod de contact cu știft disc. Analizați comportamentul la oxidare a suprafeței șinei după șlefuire.
Morfologia suprafeței șinei de oțel șlefuit a fost observată și analizată folosind SM și SEM, așa cum se arată în Fig.1. Rezultatele SM ale suprafeței șinei de sol arată că, pe măsură ce rezistența pietrei de șlefuit crește, culoarea suprafeței șinei de sol se schimbă de la albastru și galben maro la culoarea originală a șinei. Studiul lui Lin et al. a arătat că atunci când temperatura de măcinare este sub 471 ℃, suprafața șinei are culoarea normală. Când temperatura de măcinare este între 471-600 ℃, șina prezintă arsuri galben deschis, în timp ce atunci când temperatura de măcinare este între 600-735 ℃, suprafața șinei prezintă arsuri albastre. Prin urmare, pe baza schimbării de culoare a suprafeței șinei solului, se poate deduce că, pe măsură ce rezistența pietrei de șlefuit scade, temperatura de măcinare crește treptat, iar gradul de ardere a șinei crește. EDS a fost folosit pentru a analiza compoziția elementară a suprafeței șinei de oțel șlefuite și a suprafeței de jos a resturilor. Rezultatele au arătat că odată cu creșterea rezistenței pietrei de șlefuit, conținutul de element O pe suprafața șinei a scăzut, indicând o reducere a legăturii Fe și O pe suprafața șinei și o scădere a gradului de oxidare a șinei, în concordanță cu tendința de schimbare a culorii pe suprafața șinei. În același timp, conținutul de element O de pe suprafața inferioară a resturilor de măcinare scade și el odată cu creșterea rezistenței pietrei de șlefuit. Este de remarcat faptul că pentru suprafața șinei de oțel măcinate de aceeași piatră de șlefuit și suprafața inferioară a resturilor de măcinare, conținutul de element O pe suprafața celui din urmă este mai mare decât cel al primului. În timpul formării resturilor, are loc o deformare plastică și se generează căldură din cauza comprimării abrazivilor; În timpul procesului de evacuare a resturilor, suprafața inferioară a resturilor se freacă de suprafața frontală a abrazivului și generează căldură. Prin urmare, efectul combinat al deformării resturilor și al căldurii de frecare duce la un grad mai mare de oxidare pe suprafața inferioară a resturilor, rezultând un conținut mai mare de element O.
(a) Suprafața șinei din oțel șlefuit cu piatră de șlefuit de rezistență redusă (RGS-10)
(b) Suprafața șinei de oțel șlefuite cu piatră de șlefuit de rezistență medie (RGS-12.5)
(c) Suprafață șină de oțel șlefuită cu piatră de șlefuit de înaltă rezistență (RGS-15)
Fig. 1. Morfologia suprafeței, morfologia resturilor și analiza EDS a șinelor de oțel după șlefuire cu diferite intensități ale pietrelor de șlefuit
Pentru a investiga în continuare produsele de oxidare de pe suprafața șinelor de oțel și variația produselor de oxidare cu gradul de ardere a suprafeței șinei, a fost utilizată spectroscopia fotoelectronului cu raze X (XPS) pentru a detecta starea chimică a elementelor din stratul de suprafață apropiat al șinelor de oțel șlefuite. Rezultatele sunt prezentate în Fig.2. Rezultatele analizei cu spectru complet a suprafeței șinei după șlefuirea cu diferite intensități ale pietrelor de șlefuit (Fig.2 (a)) arată că există vârfuri C1s, O1s și Fe2p pe suprafața șinei solului, iar procentul de atomi de O scade odată cu gradul de ardere pe suprafața șinei, ceea ce este în concordanță cu modelul rezultatelor analizei EDS pe suprafața șinei. Datorită faptului că XPS detectează stările elementare în apropierea stratului de suprafață (aproximativ 5 nm) al materialului, există anumite diferențe între tipurile și conținutul elementelor detectate de XPS cu spectru complet în comparație cu substratul șinei de oțel. Vârful C1s (284,6 eV) este utilizat în principal pentru a calibra energiile de legare ale altor elemente. Principalul produs de oxidare de pe suprafața șinelor de oțel este oxidul de Fe, astfel încât spectrul îngust al Fe2p este analizat în detaliu. Fig.2 (b) până la (d) arată analiza cu spectru îngust a Fe2p pe suprafața șinelor de oțel RGS-10, RGS-12.5 și, respectiv, RGS-15. Rezultatele indică faptul că există două vârfuri de energie de legare la 710,1 eV și 712,4 eV, atribuite Fe2p3/2; Există vârfuri de energie de legare ale Fe2p1/2 la 723,7 eV și 726,1 eV. Vârful satelitului Fe2p3/2 este la 718,2 eV. Cele două vârfuri la 710,1 eV și 723,7 eV pot fi atribuite energiei de legare a Fe-O în Fe2O3, în timp ce vârfurile la 712,4 eV și 726,1 eV pot fi atribuite energiei de legare a Fe-O în FeO. Rezultatele indică faptul că Fe3O4 Fe2O3. Între timp, nu a fost detectat niciun vârf analitic la 706,8 eV, indicând absența Fe elementar pe suprafața șinei de sol.
(a) Analiza cu spectru complet
(b) RGS-10 (albastru)
(c) RGS-12.5 (galben deschis)
(d) RGS-15 (culoarea originală a șinei de oțel)
Fig.2. Analiza XPS a suprafețelor șinei cu diferite grade de arsuri
Procentele de suprafață de vârf în spectrul îngust Fe2p arată că de la RGS-10, RGS-12,5 la RGS-15, procentele de suprafață de vârf ale Fe2+2p3/2 și Fe2+2p1/2 cresc, în timp ce procentele ariei de vârf ale Fe3+2p3/2 și Fe3+2p1/2 scad. Acest lucru indică faptul că, pe măsură ce gradul de ardere a suprafeței pe șină scade, conținutul de Fe2+ din produsele de oxidare la suprafață crește, în timp ce conținutul de Fe3+ scade. Diferitele componente ale produselor de oxidare au ca rezultat culori diferite ale șinei de sol. Cu cât este mai mare gradul de ardere a suprafeței (albastru), cu atât conținutul de produse Fe2O3 din oxid este mai mare; Cu cât este mai mic gradul de ardere a suprafeței, cu atât este mai mare conținutul de produse FeO.