لقد تأكدتَ من تصنيع القطع وفقًا للمواصفات. تأكد الآن من اتخاذك الإجراءات اللازمة لحماية هذه القطع في البيئة التي يتوقعها عملاؤك. #base
يُعدّ التخميل خطوةً مهمةً في تعظيم مقاومة التآكل للأجزاء والتركيبات المُصنّعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. وهذا يُشكّل الفرق بين الأداء المُرضي والفشل المُبكّر. التخميل غير الصحيح قد يُسبب التآكل.
التخميل هو تقنية ما بعد التصنيع تُعزز مقاومة التآكل الكامنة في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تُصنع منها قطعة العمل. هذا ليس إزالةً للترسبات أو طلاءً.
لا يوجد إجماع على الآلية الدقيقة التي تعمل بها عملية التخميل. ولكن من المعروف يقينًا وجود طبقة أكسيد واقية على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المُخمَّد. يُقال إن هذه الطبقة غير المرئية رقيقة للغاية، إذ يقل سمكها عن 0.0000001 بوصة، أي ما يعادل 1/100,000 من سمك شعرة الإنسان تقريبًا!
قطعة الفولاذ المقاوم للصدأ النظيفة، المصقولة حديثًا، أو المُخلَّلة، ستكتسب تلقائيًا طبقة الأكسيد هذه نتيجة تعرضها لأكسجين الهواء الجوي. في الظروف المثالية، تُغطي هذه الطبقة الواقية من الأكسيد جميع أسطح القطعة بالكامل.
مع ذلك، عمليًا، قد تتراكم ملوثات، مثل أوساخ المصانع أو جزيئات الحديد من أدوات القطع، على سطح قطع الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء المعالجة. إذا لم تُزل هذه الأجسام الغريبة، فقد تُقلل من فعالية الغشاء الواقي الأصلي.
أثناء التشغيل، قد تزول آثار الحديد الحر من الأداة وتنتقل إلى سطح قطعة العمل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. في بعض الحالات، قد تظهر طبقة رقيقة من الصدأ على القطعة. في الواقع، هذا تآكل في فولاذ الأداة، وليس المعدن الأساسي. في بعض الأحيان، قد تؤدي الشقوق الناتجة عن جزيئات الفولاذ المضمنة في أدوات القطع أو نواتج تآكلها إلى تآكل القطعة نفسها.
وبالمثل، قد تلتصق جزيئات صغيرة من الأوساخ المعدنية الحديدية بسطح القطعة. ورغم أن المعدن قد يبدو لامعًا في حالته النهائية، إلا أن جزيئات الحديد الحر غير المرئية قد تُسبب صدأً سطحيًا بعد تعرضه للهواء.
يمكن أن تُشكّل الكبريتيدات المكشوفة مشكلةً أيضًا. تُصنع هذه الكبريتيدات بإضافة الكبريت إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين قابلية التشغيل. تزيد الكبريتيدات من قدرة السبيكة على تكوين شظايا أثناء التشغيل، والتي يُمكن إزالتها تمامًا من أداة القطع. إذا لم تُعالج الأجزاء بشكل صحيح، فقد تُصبح الكبريتيدات نقطة انطلاق لتآكل أسطح المنتجات الصناعية.
في كلتا الحالتين، يُعدّ التخميل ضروريًا لزيادة مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الطبيعي. فهو يزيل الملوثات السطحية، مثل جزيئات الحديد وجزيئات الحديد في أدوات القطع، والتي قد تُشكّل الصدأ أو تُشكّل نقطة انطلاق للتآكل. كما يُزيل التخميل الكبريتيدات الموجودة على سطح سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ المكشوفة القطع.
يوفر إجراء من خطوتين أفضل مقاومة للتآكل: 1. التنظيف، وهو الإجراء الرئيسي، ولكن يتم إهماله في بعض الأحيان 2. حمام حمضي أو التخميل.
يجب أن يكون التنظيف دائمًا من أولوياتنا. يجب تنظيف الأسطح جيدًا من الشحوم أو سوائل التبريد أو أي بقايا أخرى لضمان مقاومة مثالية للتآكل. يمكن مسح بقايا التشغيل أو أوساخ المصانع برفق من القطعة. يمكن استخدام مزيلات الشحوم أو المنظفات التجارية لإزالة زيوت العمليات أو سوائل التبريد. قد يلزم إزالة المواد الغريبة، مثل الأكاسيد الحرارية، بطرق مثل الطحن أو التخليل.
أحيانًا قد يتجاهل مُشغِّل الآلة عملية التنظيف الأساسية، مُعتقدًا خطأً أن التنظيف والتخميل سيحدثان في آنٍ واحد، بمجرد غمر الجزء المُزيَّت في حمام حمضي. هذا لن يحدث. على العكس، يتفاعل الشحم المُلوَّث مع الحمض مُشكِّلاً فقاعات هوائية. تتجمع هذه الفقاعات على سطح قطعة العمل وتُعيق التخميل.
والأسوأ من ذلك، أن تلوث محاليل التخميل، التي تحتوي أحيانًا على تركيزات عالية من الكلوريدات، قد يُسبب "وميضًا". فعلى عكس إنتاج طبقة الأكسيد المطلوبة بسطح لامع ونظيف ومقاوم للتآكل، قد يُسبب النقش الوميضي نقشًا شديدًا أو اسودادًا للسطح، وهو تدهور في السطح صُمم التخميل لتحسينه.
تُبرَّد أجزاء الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ [المغناطيسي، المقاوم للتآكل بشكل معتدل، والذي تصل قوة خضوعه إلى حوالي 280 ألف رطل لكل بوصة مربعة (1930 ميجا باسكال)] في درجات حرارة عالية، ثم تُعَدَّل للحصول على الصلابة والخصائص الميكانيكية المطلوبة. أما السبائك المُصلَّدة بالترسيب (والتي تتميز بقوة ومقاومة تآكل أفضل من الأصناف المارتنسيتية) فيمكن معالجتها بالمحلول، وتشكيلها جزئيًا، وتعتيقها في درجات حرارة منخفضة، ثم تشطيبها.
في هذه الحالة، يجب تنظيف القطعة جيدًا بمزيل شحوم أو منظف قبل المعالجة الحرارية لإزالة أي آثار لسائل القطع. وإلا، فقد يُسبب سائل التبريد المتبقي على القطعة أكسدة مفرطة. قد تُسبب هذه الحالة تكوّن خدوش على الأجزاء الصغيرة بعد إزالة الترسبات باستخدام الأحماض أو المواد الكاشطة. إذا تُرك سائل التبريد على الأجزاء الصلبة اللامعة، كما هو الحال في فرن التفريغ أو في جو واقٍ، فقد يحدث تكربن سطحي، مما يؤدي إلى فقدان مقاومة التآكل.
بعد التنظيف الشامل، يُمكن غمر أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ في حمام حمضي مُخمّد. يُمكن استخدام أيٍّ من الطرق الثلاث التالية: التخميل بحمض النيتريك، والتخميل بحمض النيتريك مع ثنائي كرومات الصوديوم، والتخميل بحمض الستريك. تعتمد الطريقة المُستخدمة على درجة الفولاذ المقاوم للصدأ ومعايير القبول المُحددة.
يمكن تخميل أصناف النيكل والكروم الأكثر مقاومة للتآكل في حمام حمض النيتريك بتركيز 20% (حجم/حجم) (الشكل 1). كما هو موضح في الجدول، يمكن تخميل الفولاذ المقاوم للصدأ الأقل مقاومة بإضافة ثنائي كرومات الصوديوم إلى حمام حمض النيتريك لجعل المحلول أكثر أكسدةً وقادرًا على تكوين طبقة تخميل على سطح المعدن. وهناك خيار آخر لاستبدال حمض النيتريك بكرومات الصوديوم وهو زيادة تركيز حمض النيتريك إلى 50% حجمًا. فكل من إضافة ثنائي كرومات الصوديوم والتركيز الأعلى لحمض النيتريك يقللان من احتمالية حدوث وميض غير مرغوب فيه.
تختلف عملية التخميل للفولاذ المقاوم للصدأ القابل للتشكيل (كما هو موضح في الشكل 1) اختلافًا طفيفًا عن عملية التخميل للأنواع غير القابلة للتشكيل. ويرجع ذلك إلى أنه أثناء التخميل في حمام حمض النيتريك، تُزال بعض أو كل الكبريتيدات المحتوية على الكبريت القابلة للتشكيل، مما يُحدث تباينًا مجهريًا على سطح قطعة العمل.
حتى الغسيل بالماء الفعال عادةً قد يترك بقايا حمض في هذه الفجوات بعد التخميل. سيؤثر هذا الحمض على سطح القطعة إذا لم يُحَيَّد أو يُزال.
لتحقيق تخميل فعال للفولاذ المقاوم للصدأ سهل المعالجة، طورت شركة كاربنتر عملية AAA (قلوي-حمضي-قلوي)، التي تُعادل الأحماض المتبقية. يمكن إتمام عملية التخميل هذه في أقل من ساعتين. إليك العملية خطوة بخطوة:
بعد إزالة الشحوم، انقع الأجزاء في محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز ٥٪ عند درجة حرارة تتراوح بين ١٦٠ و١٨٠ درجة فهرنهايت (٧١ إلى ٨٢ درجة مئوية) لمدة ٣٠ دقيقة. ثم اشطف الأجزاء جيدًا بالماء. ثم اغمرها لمدة ٣٠ دقيقة في محلول حمض النيتريك بتركيز ٢٠٪ (حجم/حجم) يحتوي على ٢٢ جم/لتر من ثنائي كرومات الصوديوم عند درجة حرارة تتراوح بين ١٢٠ و١٤٠ درجة فهرنهايت (٤٩ إلى ٦٠ درجة مئوية). بعد إخراج الجزء من حوض الغسيل، اشطفه بالماء، ثم اغمره في محلول هيدروكسيد الصوديوم لمدة ٣٠ دقيقة. اشطفه مرة أخرى بالماء وجففه، وبذلك تُكمل طريقة AAA.
تزداد شعبية التخميل بحمض الستريك بين المصنّعين الذين يرغبون في تجنّب استخدام الأحماض المعدنية أو المحاليل التي تحتوي على ثنائي كرومات الصوديوم، بالإضافة إلى مشاكل التخلص منها وزيادة المخاوف المتعلقة بالسلامة المرتبطة باستخدامها. يُعتبر حمض الستريك صديقًا للبيئة من جميع النواحي.
في حين أن التخميل بحمض الستريك يوفر فوائد بيئية جذابة، فإن المتاجر التي نجحت في استخدام التخميل بحمض غير عضوي ولا تُبدي أي مخاوف تتعلق بالسلامة قد ترغب في الاستمرار في هذا النهج. إذا كان لدى هؤلاء المستخدمين ورشة عمل نظيفة، ومعدات بحالة جيدة ونظيفة، وسائل التبريد خالٍ من رواسب الحديد المصنعية، وكانت العملية تُعطي نتائج جيدة، فقد لا تكون هناك حاجة حقيقية للتغيير.
وُجد أن التخميل في حمام حمض الستريك مفيد لمجموعة واسعة من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، بما في ذلك عدة درجات فردية منه، كما هو موضح في الشكل 2. وللتيسير، يتضمن الشكل 2.1 الطريقة التقليدية للتخميل بحمض النيتريك. تجدر الإشارة إلى أن تركيبات حمض النيتريك القديمة تُعبَّر عنها كنسب مئوية حجمية، بينما تُعبَّر عن تركيزات حمض الستريك الجديدة كنسب مئوية كتلة. من المهم ملاحظة أنه عند إجراء هذه الإجراءات، من الضروري الموازنة الدقيقة بين مدة النقع ودرجة حرارة الحمام والتركيز لتجنب "الوميض" المذكور أعلاه.
يختلف التخميل باختلاف محتوى الكروم وخصائص المعالجة لكل صنف. لاحظ أعمدة العمليتين 1 و2. كما هو موضح في الشكل 3، تتضمن العملية 1 خطوات أقل من العملية 2.
أظهرت الاختبارات المعملية أن عملية التخميل بحمض الستريك أكثر عرضة لـ"الغليان" من عملية حمض النيتريك. وتشمل العوامل التي تساهم في هذا التأثير ارتفاع درجة حرارة حوض النقع، وطول مدة النقع، وتلوثه. تتوفر منتجات قائمة على حمض الستريك تحتوي على مثبطات تآكل وإضافات أخرى، مثل عوامل الترطيب، تجاريًا، ويُقال إنها تقلل من قابلية "التآكل الوميضي".
يعتمد الاختيار النهائي لطريقة التخميل على معايير القبول التي يحددها العميل. للمزيد من التفاصيل، يُرجى مراجعة معيار ASTM A967. يُمكنك الاطلاع عليه على الموقع الإلكتروني www.astm.org.
تُجرى اختباراتٌ متكررة لتقييم سطح الأجزاء المُخمَّدة. والسؤال المطروح هو: "هل يُزيل التخميل الحديد الحر ويُحسِّن مقاومة التآكل للسبائك المُستخدمة في القطع الآلي؟"
من المهم أن تتوافق طريقة الاختبار مع الفئة المُقيّمة. فالاختبارات الصارمة جدًا لن تُؤهل المواد الجيدة تمامًا، بينما الاختبارات الضعيفة جدًا ستُؤهل المواد غير المُرضية.
يُفضل تقييم الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 400، سهل التشغيل والمعالجة، في حجرة قادرة على الحفاظ على رطوبة 100% (عينة رطبة) لمدة 24 ساعة عند درجة حرارة 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت). غالبًا ما يكون المقطع العرضي هو السطح الأكثر أهمية، خاصةً في درجات القطع الحر. أحد أسباب ذلك هو أن الكبريتيد يُسحب باتجاه الآلة عبر هذا السطح.
يجب وضع الأسطح الحساسة لأعلى، ولكن بزاوية ١٥ إلى ٢٠ درجة من الوضع الرأسي، للسماح بفقدان الرطوبة. المواد المُخمَّدة جيدًا لا تصدأ، على الرغم من احتمال ظهور بقع صغيرة عليها.
يمكن أيضًا تقييم جودة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عن طريق اختبار الرطوبة. في هذا الاختبار، يجب أن تظهر قطرات ماء على سطح العينة، مما يدل على وجود حديد حر عند وجود أي صدأ.
تتطلب إجراءات التخميل للفولاذ المقاوم للصدأ الآلي واليدوي الشائع الاستخدام في محاليل حمض الستريك أو النيتريك عمليات مختلفة. يوضح الشكل 3 أدناه تفاصيل اختيار العملية.
(أ) اضبط الرقم الهيدروجيني باستخدام هيدروكسيد الصوديوم. (ب) انظر الشكل 3(ج). Na2Cr2O7 عبارة عن 3 أونصات/غالون (22 غ/لتر) من ثنائي كرومات الصوديوم في حمض النيتريك بنسبة 20%. بديل لهذا الخليط هو حمض النيتريك بنسبة 50% بدون ثنائي كرومات الصوديوم.
الطريقة الأسرع هي استخدام معيار ASTM A380، وهو معيار الممارسة القياسية لتنظيف وإزالة الترسبات الكلسية وتعقيم قطع غيار ومعدات وأنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ. يتضمن الاختبار مسح القطعة بمحلول كبريتات النحاس/حمض الكبريتيك، وإبقائها رطبة لمدة 6 دقائق، ومراقبة طلاء النحاس. كبديل، يمكن غمر القطعة في المحلول لمدة 6 دقائق. في حال ذوبان الحديد، يحدث طلاء النحاس. لا ينطبق هذا الاختبار على أسطح قطع تجهيز الأغذية. كما لا ينبغي استخدامه على الفولاذ المارتنسيتي من السلسلة 400 أو الفولاذ الفيريتي منخفض الكروم، إذ قد تظهر نتائج إيجابية خاطئة.
تاريخيًا، استُخدم اختبار رش الملح بنسبة 5% عند درجة حرارة 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) لتقييم العينات المُخمَّلة. يُعد هذا الاختبار صارمًا جدًا بالنسبة لبعض الأصناف، ولا يُشترط عادةً لتأكيد فعالية التخميل.
تجنب استخدام الكلوريدات الزائدة، فقد تُسبب تفاقمًا خطيرًا. استخدم فقط مياهًا عالية الجودة تحتوي على أقل من 50 جزءًا في المليون من الكلوريد كلما أمكن ذلك. ماء الصنبور عادةً ما يكون كافيًا، وفي بعض الحالات يتحمل ما يصل إلى مئات الأجزاء في المليون من الكلوريدات.
من المهم استبدال حوض الاستحمام بانتظام لتجنب فقدان قدرة التخميل، مما قد يؤدي إلى صواعق وتلف الأجزاء. يجب الحفاظ على درجة حرارة حوض الاستحمام مناسبة، لأن درجات الحرارة غير المنضبطة قد تُسبب تآكلًا موضعيًا.
من المهم اتباع جدول زمني دقيق لتغيير المحلول خلال عمليات الإنتاج الكبيرة لتقليل احتمالية التلوث. استُخدمت عينة ضابطة لاختبار فعالية حوض المعالجة. في حال تضرر العينة، فقد حان وقت استبدال حوض المعالجة.
يرجى ملاحظة أن بعض الآلات تنتج الفولاذ المقاوم للصدأ فقط؛ لذا استخدم نفس سائل التبريد المفضل لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ باستثناء جميع المعادن الأخرى.
تُشَكَّل أجزاء رف DO بشكل منفصل لتجنب تلامس المعادن. وهذا مهم بشكل خاص للتشغيل الآلي الحر للفولاذ المقاوم للصدأ، حيث تتطلب محاليل التخميل والتنظيف سهلة التدفق تبديد نواتج تآكل الكبريتيد ومنع تكوّن الجيوب الحمضية.
لا تُعالج أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ المُكربنة أو المُنتَرة بالنيتروجين. قد تنخفض مقاومة التآكل لهذه الأجزاء المُعالجة بهذه الطريقة لدرجة قد تُسبب تلفها في حمام التخميل.
لا تستخدم أدوات معدنية حديدية في ورش العمل التي لا تتمتع بمستوى عالٍ من النظافة. يمكن تجنب شظايا الفولاذ باستخدام أدوات من الكربيد أو السيراميك.
انتبه إلى إمكانية حدوث تآكل في حمام التخميل إذا لم تتم معالجة القطعة حرارياً بشكل صحيح. يجب تقوية الأصناف المارتنسيتية عالية المحتوى من الكربون والكروم لمقاومة التآكل.
يتم عادة إجراء التخميل بعد التلطيف اللاحق في درجات حرارة تحافظ على مقاومة التآكل.
لا تُهمل تركيز حمض النيتريك في حمام التخميل. يجب إجراء فحوصات دورية باستخدام طريقة المعايرة البسيطة التي اقترحها كاربنتر. لا تُخمد أكثر من قطعة واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ في المرة الواحدة. هذا يمنع حدوث ارتباك مُكلف ويمنع التفاعلات الجلفانية.
نبذة عن المؤلفين: تيري أ. ديبولد هو متخصص في البحث والتطوير في مجال سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ وجيمس دبليو مارتن هو متخصص في علم المعادن في شركة كاربنتر تكنولوجي كورب.(ريدينغ، بنسلفانيا).
كم تكلفتها؟ ما المساحة التي أحتاجها؟ ما هي المشاكل البيئية التي سأواجهها؟ ما مدى صعوبة تعلمها؟ ما هي عملية الأكسدة الأنودية تحديدًا؟ فيما يلي إجابات لأسئلة الخبراء الأولية حول الأكسدة الأنودية للأجزاء الداخلية.
يتطلب الحصول على نتائج متسقة وعالية الجودة من عملية الطحن بدون مركز فهمًا أساسيًا. تنشأ معظم مشاكل التطبيق المرتبطة بالطحن بدون مركز من عدم فهم الأساسيات. تشرح هذه المقالة سبب نجاح هذه العملية التي لا تتطلب تركيزًا ذهنيًا وكيفية استخدامها بأقصى فعالية في ورشتك.