Se ha asegurado de que las piezas se mecanicen según las especificaciones. Ahora, asegúrese de haber tomado medidas para proteger estas piezas en las condiciones que esperan sus clientes.#básico
La pasivación sigue siendo un paso fundamental para maximizar la resistencia básica a la corrosión de las piezas y ensamblajes mecanizados de acero inoxidable. Puede marcar la diferencia entre un rendimiento satisfactorio y una falla prematura. Si no se ejecuta correctamente, la pasivación puede causar corrosión.
La pasivación es un método posterior a la fabricación que maximiza la resistencia a la corrosión inherente de las aleaciones de acero inoxidable que producen la pieza de trabajo. No es un tratamiento de decapado ni una capa de pintura.
No existe un consenso general sobre el mecanismo preciso de cómo funciona la pasivación. Pero es seguro que hay una película protectora de óxido en la superficie del acero inoxidable pasivado. Se cree que esta película invisible es extremadamente delgada, menos de 0.0000001 pulgada de espesor, ¡aproximadamente 1/100,000 del espesor de un cabello humano!
Una pieza de acero inoxidable limpia, recién mecanizada, pulida o decapada adquirirá automáticamente esta película de óxido debido a su exposición al oxígeno atmosférico. En condiciones ideales, esta capa protectora de óxido cubre por completo todas las superficies de la pieza.
Sin embargo, en la práctica, los contaminantes como la suciedad del taller o las partículas de hierro de las herramientas de corte pueden transferirse a la superficie de las piezas de acero inoxidable durante el mecanizado. Si no se eliminan, estos cuerpos extraños pueden reducir la eficacia de la película protectora original.
Durante el mecanizado, pequeñas cantidades de hierro libre pueden desgastar la herramienta y transferirse a la superficie de la pieza de trabajo de acero inoxidable. En algunos casos, puede aparecer una fina capa de óxido en la pieza. En realidad, esto es corrosión del acero por la herramienta, no del metal base. Ocasionalmente, las grietas de partículas de acero incrustadas de las herramientas de corte o sus productos de corrosión pueden causar erosión de la pieza misma.
Del mismo modo, pequeñas partículas de suciedad ferrosa del taller pueden adherirse a la superficie de la pieza. Aunque el metal puede parecer brillante en el estado maquinado, después de la exposición al aire, las partículas invisibles de hierro libre pueden oxidar la superficie.
Los sulfuros expuestos también pueden ser un problema. Provienen de la adición de azufre al acero inoxidable para mejorar la maquinabilidad. Los sulfuros aumentan la capacidad de la aleación para formar virutas durante el mecanizado, que pueden desprenderse por completo de la herramienta de corte. A menos que las piezas estén correctamente pasivadas, los sulfuros pueden convertirse en un punto de partida para la corrosión de la superficie de los productos fabricados.
En ambos casos, se requiere pasivación para maximizar la resistencia natural a la corrosión del acero inoxidable. Elimina los contaminantes de la superficie, como las partículas de suciedad ferrosa del taller y las partículas de hierro en las herramientas de corte, que pueden formar óxido o convertirse en un punto de partida para la corrosión. La pasivación también elimina los sulfuros expuestos en la superficie de las aleaciones de acero inoxidable de corte libre.
Un procedimiento de dos pasos proporciona la mejor resistencia a la corrosión: 1. Limpieza, un procedimiento básico pero que a veces se pasa por alto;2. Baño de ácido o tratamiento de pasivación.
La limpieza siempre debe ser una prioridad. Las superficies deben limpiarse a fondo de grasa, refrigerante u otros desechos del taller para lograr una resistencia óptima a la corrosión. Los desechos de maquinado u otra suciedad del taller se pueden limpiar cuidadosamente de la pieza. Se pueden usar desengrasantes o limpiadores comerciales para eliminar los aceites o refrigerantes del proceso. Es posible que se deba eliminar la materia extraña, como los óxidos térmicos, mediante métodos como el esmerilado o el decapado.
A veces, el operador de una máquina puede omitir la limpieza básica, pensando erróneamente que la limpieza y la pasivación se realizarán simultáneamente simplemente sumergiendo una pieza cargada de grasa en un baño de ácido. Esto no sucederá. Por el contrario, la grasa contaminada reacciona con el ácido para formar burbujas de aire. Estas burbujas se acumulan en la superficie de la pieza de trabajo e interfieren con la pasivación.
Para empeorar las cosas, la contaminación de las soluciones de pasivación, que a veces contienen altas concentraciones de cloruros, puede causar un "destello". A diferencia de obtener la película de óxido deseada con una superficie brillante, limpia y resistente a la corrosión, el grabado rápido puede resultar en una superficie fuertemente grabada u oscurecida, deterioro de la superficie que la pasivación está diseñada para optimizar.
Las piezas hechas de acero inoxidable martensítico [magnético, moderadamente resistente a la corrosión, límite elástico de hasta aproximadamente 280 ksi (1930 MPa)] se endurecen a temperaturas elevadas y luego se templan para garantizar la dureza y las propiedades mecánicas deseadas. Las aleaciones endurecibles por precipitación, que tienen mejor resistencia y resistencia a la corrosión que las aleaciones martensíticas, se pueden tratar con solución, maquinar parcialmente, envejecer a temperaturas más bajas y luego terminar.
En este caso, la pieza debe limpiarse a fondo con un desengrasante o limpiador para eliminar cualquier rastro de fluido de corte antes del tratamiento térmico. De lo contrario, el fluido de corte que quede en la pieza puede causar una oxidación excesiva. Esta condición puede hacer que las piezas de tamaño insuficiente se abollen después de que se haya eliminado la incrustación con métodos ácidos o abrasivos.
Después de una limpieza a fondo, las piezas de acero inoxidable se pueden sumergir en un baño de ácido pasivante. Se puede utilizar cualquiera de los tres métodos: pasivación con ácido nítrico, pasivación con ácido nítrico con dicromato de sodio y pasivación con ácido cítrico. El método a utilizar depende del grado de acero inoxidable y los criterios de aceptación especificados.
Los grados de cromo-níquel más resistentes a la corrosión se pueden pasivar en un baño de ácido nítrico al 20 % (v/v) (Figura 1). Como se muestra en la tabla, el acero inoxidable menos resistente se puede pasivar agregando dicromato de sodio a un baño de ácido nítrico, lo que hace que la solución sea más oxidante y capaz de formar una película pasiva sobre la superficie del metal. Otra opción para reemplazar el ácido nítrico con cromato de sodio es aumentar la concentración de ácido nítrico al 50 % por volumen. El cromato y la mayor concentración de ácido nítrico reducen la posibilidad de un destello no deseado.
El procedimiento para pasivar aceros inoxidables de maquinado libre (que también se muestra en la Figura 1) es algo diferente al de los grados de acero inoxidable que no son de maquinado libre. Esto se debe a que durante la pasivación en un baño de ácido nítrico típico, se eliminan algunos o todos los sulfuros de grado maquinable que contienen azufre, creando discontinuidades microscópicas en la superficie de la pieza maquinada.
Incluso un enjuague con agua generalmente efectivo puede dejar ácido residual en estas discontinuidades después de la pasivación. Este ácido atacará la superficie de la pieza a menos que sea neutralizado o eliminado.
Para pasivar de manera efectiva el acero inoxidable fácil de mecanizar, Carpenter ha desarrollado el proceso AAA (Alkali-Acid-Alkali), que neutraliza el ácido residual. Este método de pasivación se puede completar en menos de 2 horas. Este es el proceso paso a paso:
Después de desengrasar, sumerja las piezas en una solución de hidróxido de sodio al 5 % a una temperatura de entre 71 °C y 82 °C (160 °F a 180 °F) durante 30 minutos. Luego, enjuague bien las piezas con agua. 9°C) a 60°C).Después de sacar la pieza del baño, enjuáguela con agua y luego sumérjala en la solución de hidróxido de sodio por otros 30 minutos. Enjuague la pieza nuevamente con agua y séquela, completando el método AAA.
La pasivación con ácido cítrico es cada vez más popular entre los fabricantes que desean evitar el uso de ácidos minerales o soluciones que contengan dicromato de sodio, así como los problemas de eliminación y mayores preocupaciones de seguridad asociadas con su uso. El ácido cítrico se considera ecológico en todos los sentidos.
Si bien la pasivación con ácido cítrico ofrece atractivas ventajas ambientales, los talleres que han tenido éxito con la pasivación con ácido inorgánico y no tienen problemas de seguridad pueden querer mantener el rumbo. Si estos usuarios tienen un taller limpio, un equipo limpio y bien mantenido, refrigerante libre de incrustaciones ferrosas en el taller y un proceso que produce buenos resultados, es posible que no haya una necesidad real de cambios.
Se ha encontrado que la pasivación en un baño de ácido cítrico es útil para una amplia gama de aceros inoxidables, incluidos varios grados individuales de acero inoxidable, como se muestra en la Figura 2. Para conveniencia, el método tradicional de pasivación de ácido nítrico en la Figura 1. Evite el "parpadeo" descrito anteriormente.
Los tratamientos de pasivación varían según el contenido de cromo y las características de mecanizado de cada grado. Tenga en cuenta las columnas que hacen referencia al Proceso 1 o al Proceso 2. Como se muestra en la Figura 3, el Proceso 1 implica menos pasos que el Proceso 2.
Las pruebas de laboratorio han demostrado que el proceso de pasivación con ácido cítrico es más propenso a la "flasheo" que el proceso con ácido nítrico. Los factores que contribuyen a este ataque incluyen una temperatura del baño demasiado alta, un tiempo de remojo demasiado largo y la contaminación del baño. Los productos de ácido cítrico que contienen inhibidores de la corrosión y otros aditivos, como agentes humectantes, están disponibles comercialmente y se informa que reducen la susceptibilidad a la "corrosión instantánea".
La elección final del método de pasivación dependerá de los criterios de aceptación impuestos por el cliente. Consulte la norma ASTM A967 para obtener más detalles. Se puede acceder a ella en www.astm.org.
A menudo se realizan pruebas para evaluar la superficie de las piezas pasivadas. La pregunta a responder es: "¿La pasivación elimina el hierro libre y optimiza la resistencia a la corrosión de los grados de corte libre?"
Es importante que el método de prueba coincida con el grado que se está evaluando. Las pruebas que son demasiado estrictas fallarán en materiales perfectamente buenos, mientras que las pruebas que son demasiado flojas aprobarán partes insatisfactorias.
Los aceros inoxidables de mecanización libre y de endurecimiento por precipitación de la serie 400 se evalúan mejor en un gabinete capaz de mantener el 100 % de humedad (muestra húmeda) durante 24 horas a 35 °C (95 °F). La sección transversal suele ser la superficie más crítica, especialmente para los grados de mecanización libre. Una de las razones es que el sulfuro se alarga en la dirección de la máquina e intersecta esta superficie.
Las superficies críticas deben colocarse hacia arriba, pero a 15 a 20 grados de la vertical para permitir la pérdida de humedad. El material correctamente pasivado difícilmente se oxidará, aunque puede mostrar algunas manchas leves.
Los grados de acero inoxidable austenítico también se pueden evaluar mediante pruebas de humedad. Cuando se prueban así, deben estar presentes gotas de agua en la superficie de la muestra, lo que indica la presencia de óxido libre de hierro.
Los procedimientos para pasivar aceros inoxidables de corte libre y no de corte libre de uso común en soluciones de ácido cítrico o nítrico requieren procesos diferentes. La Figura 3 a continuación proporciona detalles sobre la selección del proceso.
(a) Ajuste el pH con hidróxido de sodio. (b) Vea la Figura 3 (c) Na2Cr2O7 representa 3 oz/galón (22 g/l) de dicromato de sodio en ácido nítrico al 20 %. Una alternativa a esta mezcla es ácido nítrico al 50 % sin dicromato de sodio.
Un método más rápido es utilizar la solución de la norma ASTM A380, “Práctica estándar para la limpieza, el descascarillado y la pasivación de piezas, equipos y sistemas de acero inoxidable”. La prueba consiste en limpiar la pieza con una solución de sulfato de cobre/ácido sulfúrico, mantenerla húmeda durante 6 minutos y observar si hay recubrimiento de cobre. Como alternativa, la pieza se puede sumergir en la solución durante 6 minutos. Si el hierro se disuelve, se produce un recubrimiento de cobre. por lo tanto, no debe usarse para aceros martensíticos o ferríticos con bajo contenido de cromo de la serie 400, ya que pueden producirse resultados falsos positivos.
Históricamente, la prueba de niebla salina al 5 % a 95 °F (35 °C) también se ha utilizado para evaluar muestras pasivadas. Esta prueba es demasiado estricta para algunos grados y generalmente no se requiere para confirmar que la pasivación es efectiva.
Evite el uso de cloruros en exceso, que pueden causar ataques de flash dañinos. Si es posible, use solo agua de alta calidad con menos de 50 partes por millón (ppm) de cloruro. El agua del grifo suele ser suficiente y puede tolerar hasta varios cientos de ppm de cloruro en algunos casos.
Es importante reemplazar el baño regularmente para no perder el potencial de pasivación, lo que puede provocar rayos y piezas dañadas. El baño debe mantenerse a la temperatura adecuada, ya que las temperaturas excesivas pueden causar corrosión localizada.
Es importante mantener un cronograma de cambio de solución muy específico durante las corridas de alta producción para minimizar el potencial de contaminación. Se usó una muestra de control para probar la efectividad del baño. Si la muestra es atacada, es hora de reemplazar el baño.
Especifique que ciertas máquinas solo fabrican acero inoxidable;use el mismo refrigerante preferido para cortar acero inoxidable, excluyendo todos los demás metales.
Las piezas del bastidor DO se tratan por separado para evitar el contacto metal con metal. Esto es especialmente importante para el mecanizado libre de acero inoxidable, ya que se requieren soluciones de lavado y pasivación de flujo libre para difundir los productos de corrosión de sulfuro y evitar la formación de bolsas de ácido.
No pasivar las piezas de acero inoxidable carburadas o nitruradas. La resistencia a la corrosión de las piezas así tratadas puede reducirse hasta el punto de ser atacadas en el baño de pasivación.
No utilice herramientas ferrosas en un entorno de taller que no esté especialmente limpio. El granulado de acero se puede evitar utilizando herramientas de carburo o cerámica.
No olvide que se puede producir corrosión en el baño de pasivación si la pieza no recibe el tratamiento térmico adecuado. Los grados martensíticos con alto contenido de carbono y cromo deben endurecerse para resistir la corrosión.
La pasivación se suele realizar tras un posterior revenido utilizando temperaturas que mantengan la resistencia a la corrosión.
No ignore la concentración de ácido nítrico en el baño de pasivación. Se deben realizar verificaciones periódicas utilizando el procedimiento de titulación simple proporcionado por Carpenter. No pasivar más de un acero inoxidable a la vez. Esto evita confusiones costosas y evita reacciones galvánicas.
Acerca de los autores: Terry A. DeBold es especialista en investigación y desarrollo de aleaciones de acero inoxidable y James W. Martin es metalúrgico de barras en Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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