Správy
01
Oxidačné správanie koľajníc počas procesu brúsenia
2024-12-25
Počas interakcie medzi abrazívami a koľajnicami sa pri plastickej deformácii koľajníc vytvára teplo a trenie medzi abrazívami a materiálmi koľajníc tiež vytvára teplo pri brúsení. Brúsenie oceľových koľajníc sa vykonáva v prírodnej atmosfére a počas procesu brúsenia sa materiál oceľovej koľajnice nevyhnutne oxiduje teplom brúsenia. Existuje úzky vzťah medzi povrchovou oxidáciou oceľových koľajníc a popáleninami koľajníc. Preto je potrebné študovať oxidačné správanie povrchu koľajnice počas procesu brúsenia.
Uvádza sa, že boli pripravené tri typy mlecích kameňov s pevnosťou v tlaku, s pevnosťami 68,90 MPa, 95,2 MPa a 122,7 MPa. Podľa poradia sily brúsnych kameňov sa na znázornenie týchto troch skupín brúsnych kameňov používajú GS-10, GS-12,5 a GS-15. Pre vzorky oceľových koľajníc brúsených tromi sadami brúsnych kameňov GS-10, GS-12.5 a GS-15 sú reprezentované RGS-10, RGS-12.5 a RGS-15. Vykonajte testy brúsenia pri podmienkach brúsenia 700 N, 600 ot./min. a 30 sekúnd. Aby bolo možné získať intuitívnejšie experimentálne výsledky, brúsny kameň koľajníc využíva režim kontaktu kolíkového disku. Analyzujte oxidačné správanie povrchu koľajnice po brúsení.
Morfológia povrchu brúsenej oceľovej koľajnice bola pozorovaná a analyzovaná pomocou SM a SEM, ako je znázornené na obr. Výsledky SM povrchu brúsenej koľajnice ukazujú, že so zvyšujúcou sa silou brúsneho kameňa sa farba povrchu brúsenej koľajnice mení z modrej a žltohnedej na pôvodnú farbu koľajnice. Štúdia Lin a kol. ukázali, že keď je teplota brúsenia nižšia ako 471 ℃, povrch koľajnice má normálnu farbu. Keď je teplota brúsenia medzi 471-600 ℃, koľajnica vykazuje svetložlté popáleniny, zatiaľ čo keď je teplota brúsenia medzi 600-735 ℃, povrch koľajnice vykazuje modré popáleniny. Preto na základe farebnej zmeny povrchu brúsenej koľajnice možno usudzovať, že so znižovaním pevnosti brúsneho kameňa sa postupne zvyšuje teplota brúsenia a zvyšuje sa stupeň prepálenia koľajnice. EDS sa použil na analýzu elementárneho zloženia povrchu brúsenej oceľovej koľajnice a spodného povrchu trosiek. Výsledky ukázali, že so zvyšujúcou sa pevnosťou brúsneho kameňa sa obsah O prvku na povrchu koľajnice znižoval, čo naznačuje zníženie viazania Fe a O na povrchu koľajnice a zníženie stupňa oxidácie koľajnice v súlade s trendom zmeny farby na povrchu koľajnice. Zároveň s nárastom pevnosti brúsneho kameňa klesá aj obsah O prvku na spodnom povrchu brúsnej drviny. Stojí za zmienku, že na povrchu oceľovej koľajnice brúsenej rovnakým brúsnym kameňom a na spodnej ploche brúsneho odpadu je obsah O prvku na povrchu brúsneho kameňa vyšší ako obsah prvého. Pri tvorbe úlomkov dochádza k plastickej deformácii a vzniká teplo v dôsledku stláčania abrazív; Počas procesu odtoku úlomkov sa spodný povrch úlomkov trie o povrch predného konca abrazíva a vytvára teplo. Preto kombinovaný účinok deformácie úlomkov a trecieho tepla vedie k vyššiemu stupňu oxidácie na spodnom povrchu úlomkov, čo vedie k vyššiemu obsahu O prvku.
(a) Povrch koľajnice z brúsenej ocele s nízkou pevnosťou (RGS-10)
(b) Povrch oceľovej koľajnice brúsený brúsnym kameňom strednej pevnosti (RGS-12.5)
(c) Povrch koľajnice z brúsenej ocele s vysokou pevnosťou (RGS-15)
Obr. 1. Morfológia povrchu, morfológia úlomkov a EDS analýza oceľových koľajníc po brúsení rôznymi intenzitami brúsnych kameňov
Aby sa ďalej skúmali oxidačné produkty na povrchu oceľových koľajníc a variácie oxidačných produktov so stupňom prepálenia povrchu koľajníc, bola na detekciu chemického stavu prvkov v blízkej povrchovej vrstve brúsených oceľových koľajníc použitá röntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS). Výsledky sú znázornené na obr.2. Výsledky úplnej spektrálnej analýzy povrchu koľajnice po brúsení rôznymi intenzitami brúsnych kameňov (obr. 2 (a)) ukazujú, že na povrchu pozemnej koľajnice sú vrcholy C1s, O1s a Fe2p a percento atómov O klesá so stupňom spálenia na povrchu koľajnice, čo je v súlade so vzorom výsledkov analýzy EDS na povrchu koľajnice. Vzhľadom na skutočnosť, že XPS deteguje stavy prvkov v blízkosti povrchovej vrstvy (asi 5 nm) materiálu, existujú určité rozdiely v typoch a obsahoch prvkov detekovaných plným spektrom XPS v porovnaní so substrátom oceľovej koľajnice. Vrchol C1s (284,6 eV) sa používa hlavne na kalibráciu väzbových energií iných prvkov. Hlavným oxidačným produktom na povrchu oceľových koľajníc je oxid Fe, preto je detailne analyzované úzke spektrum Fe2p. Obr. 2 (b) až (d) znázorňujú analýzu úzkeho spektra Fe2p na povrchu oceľových koľajníc RGS-10, RGS-12.5 a RGS-15. Výsledky naznačujú, že existujú dva vrcholy väzbovej energie pri 710,1 eV a 712,4 eV, pripisované Fe2p3/2; Existujú vrcholy väzbovej energie Fe2p1/2 pri 723,7 eV a 726,1 eV. Satelitný vrchol Fe2p3/2 je 718,2 eV. Dva vrcholy pri 710,1 eV a 723,7 eV možno pripísať väzbovej energii Fe-O vo Fe2O3, zatiaľ čo vrcholy pri 712,4 eV a 726,1 eV možno pripísať väzbovej energii Fe-O vo FeO. Výsledky ukazujú, že Fe3O4 Fe2O3. Medzitým sa nezistil žiadny analytický pík pri 706,8 eV, čo naznačuje neprítomnosť elementárneho Fe na povrchu pozemnej koľajnice.
a) Analýza celého spektra
(b) RGS-10 (modrá)
(c) RGS-12.5 (svetlo žltá)
(d) RGS-15 (pôvodná farba oceľovej koľajnice)
Obr.2. XPS analýza povrchov koľajníc s rôznym stupňom prepálenia
Percentá plochy píkov v úzkom spektre Fe2p ukazujú, že od RGS-10, RGS-12,5 po RGS-15 sa percentá plochy píkov Fe2+2p3/2 a Fe2+2p1/2 zvyšujú, zatiaľ čo percentá plochy píkov Fe3+2p3/2 a Fe3+2p1/2 klesajú. To naznačuje, že s klesajúcim stupňom povrchového horenia na koľajnici sa obsah Fe2+ v produktoch povrchovej oxidácie zvyšuje, zatiaľ čo obsah Fe3+ klesá. Rôzne zložky produktov oxidácie majú za následok rôzne farby pozemnej koľajnice. Čím vyšší je stupeň povrchového horenia (modrá), tým vyšší je obsah produktov Fe2O3 v oxide; Čím nižší je stupeň povrchového prepálenia, tým vyšší je obsah produktov FeO.