Osigurali ste da su dijelovi strojno obrađeni prema specifikaciji. Sada provjerite jeste li poduzeli korake za zaštitu ovih dijelova u uvjetima koje vaši kupci očekuju.#basic
Pasivacija ostaje ključni korak u maksimiziranju osnovne otpornosti na koroziju strojno obrađenih dijelova i sklopova od nehrđajućeg čelika. Može napraviti razliku između zadovoljavajuće izvedbe i preranog kvara. Nepravilno izvedena, pasivizacija zapravo može uzrokovati koroziju.
Pasivacija je metoda nakon izrade koja maksimizira inherentnu otpornost na koroziju legura nehrđajućeg čelika od kojih se proizvodi radni komad. To nije postupak uklanjanja kamenca, niti je nanošenje boje.
Nema općeg konsenzusa o točnom mehanizmu funkcioniranja pasivizacije. No sigurno je da postoji zaštitni oksidni film na površini pasiviranog nehrđajućeg čelika. Smatra se da je ovaj nevidljivi film iznimno tanak, debljine manje od 0,0000001 inča, oko 1/100 000. debljine ljudske vlasi!
Čisti, tek strojno obrađeni, polirani ili dekapirani dio od nehrđajućeg čelika automatski će dobiti ovaj oksidni film zbog izlaganja atmosferskom kisiku. Pod idealnim uvjetima, ovaj zaštitni oksidni sloj potpuno prekriva sve površine dijela.
U praksi, međutim, zagađivači kao što su prljavština iz trgovine ili čestice željeza iz alata za rezanje mogu se prenijeti na površinu dijelova od nehrđajućeg čelika tijekom strojne obrade. Ako se ne uklone, ta strana tijela mogu smanjiti učinkovitost izvornog zaštitnog filma.
Tijekom strojne obrade, količine slobodnog željeza u tragovima mogu se istrošiti s alata i prenijeti na površinu izratka od nehrđajućeg čelika. U nekim slučajevima može se pojaviti tanki sloj hrđe na dijelu. To je zapravo korozija čelika od strane alata, a ne osnovnog metala. Povremeno, pukotine ugrađenih čestica čelika iz alata za rezanje ili njihovih proizvoda korozije mogu uzrokovati eroziju samog dijela.
Isto tako, male čestice prljavštine iz tvornice željeza mogu se zalijepiti za površinu dijela. Iako se metal može činiti sjajnim u strojno obrađenom stanju, nakon izlaganja zraku, nevidljive čestice slobodnog željeza mogu uzrokovati površinsko hrđanje.
Izloženi sulfidi također mogu predstavljati problem. Oni nastaju dodavanjem sumpora nehrđajućem čeliku radi poboljšanja obradivosti. Sulfidi povećavaju sposobnost legure da stvara strugotine tijekom strojne obrade, koje se mogu u potpunosti ukloniti s alata za rezanje. Osim ako dijelovi nisu pravilno pasivizirani, sulfidi mogu postati početna točka za površinsku koroziju proizvedenih proizvoda.
U oba slučaja potrebna je pasivizacija kako bi se maksimizirala prirodna otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju. Ona uklanja površinske kontaminante, kao što su čestice prljavštine u tvornici željeza i čestice željeza u alatima za rezanje, koje mogu stvoriti hrđu ili postati početna točka za koroziju. Pasivacija također uklanja sulfide izložene na površini legura nehrđajućeg čelika za slobodno rezanje.
Postupak u dva koraka osigurava najbolju otpornost na koroziju: 1. Čišćenje, osnovni, ali ponekad zanemaren postupak;2. Kisela kupka ili tretman pasivizacijom.
Čišćenje bi uvijek trebalo biti prioritet. Površine moraju biti temeljito očišćene od masti, rashladne tekućine ili drugih ostataka iz tvornice za optimalnu otpornost na koroziju. Ostaci od strojne obrade ili druga prljavština iz trgovine mogu se pažljivo obrisati s dijela. Komercijalni odmašćivači ili sredstva za čišćenje mogu se koristiti za uklanjanje procesnih ulja ili rashladnih tekućina. Strane tvari poput toplinskih oksida možda će se morati ukloniti metodama kao što su mljevenje ili dekapiranje.
Ponekad rukovatelj stroja može preskočiti osnovno čišćenje, pogrešno misleći da će se čišćenje i pasivizacija dogoditi istovremeno jednostavnim uranjanjem dijela napunjenog mašću u kiselu kupelj. To se neće dogoditi. Suprotno tome, kontaminirana mast reagira s kiselinom stvarajući mjehuriće zraka. Ti se mjehurići skupljaju na površini obratka i ometaju pasivizaciju.
Da stvari budu još gore, onečišćenje otopina za pasiviranje, koje ponekad sadrže visoke koncentracije klorida, može uzrokovati "flashing". Za razliku od dobivanja željenog oksidnog filma sa sjajnom, čistom površinom otpornom na koroziju, flash jetkanje može rezultirati jako ugraviranom ili potamnjelom površinom - oštećenje površine koje je pasivizacija dizajnirana da optimizira.
Dijelovi izrađeni od martenzitnog nehrđajućeg čelika [magnetski, umjereno otporan na koroziju, granica tečenja do oko 280 ksi (1930 MPa)] kaljeni su na povišenim temperaturama, a zatim kaljeni kako bi se osigurala željena tvrdoća i mehanička svojstva. Legure koje se mogu očvrsnuti taloženjem, koje imaju bolju čvrstoću i otpornost na koroziju od martenzitnih legura, mogu se tretirati otopinom, djelomično strojno obrađivati, stareti na nižim temperature, a zatim završili.
U tom slučaju, dio se mora temeljito očistiti odmašćivačem ili sredstvom za čišćenje kako bi se uklonili svi tragovi tekućine za rezanje prije toplinske obrade. U suprotnom, tekućina za rezanje koja je ostala na dijelu može uzrokovati prekomjernu oksidaciju. Ovo stanje može uzrokovati udubljenje premalih dijelova nakon uklanjanja naslaga kiselinom ili abrazivnim metodama. Ako se tekućina za rezanje dopusti da ostane na svijetlim otvrdnutim dijelovima, kao što je površinska vakuumska peć ili zaštitna atmosfera, može doći do karburizacije, što rezultira gubitkom otpornosti na koroziju.
Nakon temeljitog čišćenja, dijelovi od nehrđajućeg čelika mogu se uroniti u kiselu kupelj za pasiviranje. Može se koristiti bilo koja od tri metode – pasivacija dušičnom kiselinom, pasivizacija dušičnom kiselinom s natrijevim dikromatom i pasivizacija limunskom kiselinom. Koju metodu koristiti ovisi o stupnju nehrđajućeg čelika i navedenim kriterijima prihvatljivosti.
Vrste krom-nikla otpornije na koroziju mogu se pasivizirati u kupelji s 20% (v/v) dušične kiseline (Slika 1). Kao što je prikazano u tablici, manje otporni nehrđajući čelik može se pasivizirati dodavanjem natrijevog dikromata u kupelj s dušičnom kiselinom, čineći otopinu većom oksidacijom i sposobnijom za stvaranje pasivnog filma na metalnoj površini. Druga mogućnost zamjene dušične kiseline natrijevim kromatom je povećanje koncentracije dušične kiseline kiseline na 50% po volumenu. Dodatak natrijevog dikromata i viša koncentracija dušične kiseline smanjuju mogućnost neželjenog bljeska.
Postupak pasiviranja nehrđajućih čelika koji se ne obrađuju slobodnom strojnom obradom (također prikazan na slici 1) donekle se razlikuje od onog za vrste nehrđajućeg čelika koji se ne obrađuju slobodno. To je zato što se tijekom pasivizacije u tipičnoj kupelji dušične kiseline uklanjaju neki ili svi sulfidi koji sadrže sumpor koji se mogu obrađivati, stvarajući mikroskopske diskontinuitete na površini strojno obrađenog dijela.
Čak i općenito učinkovito ispiranje vodom može ostaviti zaostalu kiselinu u ovim diskontinuitetima nakon pasivizacije. Ta će kiselina tada napasti površinu dijela osim ako se neutralizira ili ukloni.
Za učinkovito pasiviranje nehrđajućeg čelika koji se lako obradi, Carpenter je razvio postupak AAA (Alkali-Acid-Alkali), koji neutralizira zaostalu kiselinu. Ova metoda pasiviranja može se dovršiti za manje od 2 sata. Evo procesa korak po korak:
Nakon odmašćivanja, potopite dijelove u 5% otopinu natrijevog hidroksida na 160°F do 180°F (71°C do 82°C) na 30 minuta. Zatim temeljito isperite dijelove u vodi. Zatim uronite dio na 30 minuta u 20% (v/v) otopinu dušične kiseline koja sadrži 3 oz/gal (22 g/l) natrijevog dikromata na 12 0°F do 140°F (49°C) do 60°C).Nakon što ste dio izvadili iz kupke, isperite ga vodom, a zatim uronite u otopinu natrijevog hidroksida na još 30 minuta. Ponovno isperite dio vodom i osušite, dovršavajući AAA metodu.
Pasivacija limunskom kiselinom sve je popularnija među proizvođačima koji žele izbjeći upotrebu mineralnih kiselina ili otopina koje sadrže natrijev dikromat, kao i pitanja odlaganja i veće brige za sigurnost povezane s njihovom upotrebom. Limunska kiselina se smatra ekološki prihvatljivom u svakom pogledu.
Iako pasivizacija limunskom kiselinom nudi atraktivne ekološke prednosti, trgovine koje su imale uspjeha s pasivizacijom anorganskom kiselinom i nemaju zabrinutosti za sigurnost, možda će htjeti ostati pri tom. Ako ti korisnici imaju čistu trgovinu, dobro održavanu i čistu opremu, rashladno sredstvo bez prljavštine od željeza i proces koji daje dobre rezultate, možda neće biti stvarne potrebe za promjenama.
Utvrđeno je da je pasivizacija u kupelji limunske kiseline korisna za veliki raspon nehrđajućih čelika, uključujući nekoliko pojedinačnih klasa nehrđajućeg čelika, kao što je prikazano na slici 2. Radi praktičnosti, tradicionalna metoda pasivizacije dušične kiseline je uključena na slici 1. Imajte na umu da su starije formulacije dušične kiseline izražene u postocima volumena, dok su koncentracije novije limunske kiseline izražene u postocima težine. Važno je napomenuti da pri provedbi ovih postupaka, pažljivo balansiranje vremena namakanja, temperatura i koncentracija kupke su ključni kako bi se izbjeglo ranije opisano "bljeskanje".
Tretmani pasivizacije razlikuju se prema sadržaju kroma i karakteristikama strojne obrade svakog stupnja. Obratite pozornost na stupce koji se odnose na Proces 1 ili Proces 2. Kao što je prikazano na slici 3, Proces 1 uključuje manje koraka od Procesa 2.
Laboratorijski testovi su pokazali da je proces pasivizacije limunskom kiselinom skloniji "treperenju" od procesa dušične kiseline. Čimbenici koji pridonose ovom napadu uključuju previsoku temperaturu kupke, predugo vrijeme namakanja i kontaminaciju kupke. Proizvodi limunske kiseline koji sadrže inhibitore korozije i druge aditive kao što su sredstva za vlaženje komercijalno su dostupni i navodno smanjuju osjetljivost na "flash koroziju".
Konačni izbor metode pasivizacije ovisit će o kriterijima prihvatljivosti koje nameće kupac. Vidi ASTM A967 za detalje. Može se pristupiti na www.astm.org.
Testovi se često provode kako bi se procijenila površina pasiviziranih dijelova. Pitanje na koje treba odgovoriti je: "Uklanja li pasivizacija slobodno željezo i optimizira li otpornost na koroziju tipova za slobodno rezanje?"
Važno je da metoda ispitivanja odgovara ocjeni koja se ocjenjuje. Testovi koji su prestrogi neće položiti savršeno dobre materijale, dok će testovi koji su prelabavi proći nezadovoljavajuće dijelove.
Nehrđajući čelici serije 400 za precipitacijsko otvrdnjavanje i slobodnu strojnu obradu najbolje se procjenjuju u komori koja može održavati 100% vlažnosti (uzorak mokar) 24 sata na 95°F (35°C). Poprečni presjek je često najkritičnija površina, posebno za tipove za slobodno rezanje. Jedan od razloga za to je da je sulfid izdužen u smjeru stroja, presijecajući ovu površinu.
Kritične površine trebaju biti postavljene prema gore, ali pod kutom od 15 do 20 stupnjeva od okomice kako bi se omogućio gubitak vlage. Pravilno pasiviziran materijal teško će hrđati, iako može pokazivati ​​male mrlje.
Vrste austenitnog nehrđajućeg čelika također se mogu procijeniti ispitivanjem vlažnosti. Kada se tako testira, na površini uzorka trebale bi biti prisutne kapljice vode, što ukazuje na prisustvo hrđe na slobodno željezo.
Postupci za pasiviranje uobičajeno korištenih slobodnih i neslobodnih nehrđajućih čelika u otopinama limunske ili dušične kiseline zahtijevaju različite procese. Slika 3 u nastavku prikazuje detalje o odabiru procesa.
(a) Podesite pH natrijevim hidroksidom. (b) Pogledajte sliku 3 (c) Na2Cr2O7 predstavlja 3 oz/galon (22 g/l) natrijevog dikromata u 20% dušičnoj kiselini. Alternativa ovoj mješavini je 50% dušična kiselina bez natrijevog dikromata
Brža metoda je korištenje otopine u ASTM A380, "Standardna praksa za čišćenje, uklanjanje kamenca i pasiviranje dijelova, opreme i sustava od nehrđajućeg čelika." Test se sastoji od brisanja dijela otopinom bakrenog sulfata/sumporne kiseline, držanja mokrim 6 minuta i promatranja da li je presvučen bakrom. Kao alternativa, dio se može uroniti u otopinu na 6 minuta. Ako je željezo otapa, dolazi do bakrenja. Ovaj test se ne odnosi na površine dijelova za obradu hrane. Također, ne bi se trebao koristiti za martenzitne čelike serije 400 ili feritne čelike s niskim sadržajem kroma jer može doći do lažno pozitivnih rezultata.
Povijesno gledano, test s 5% soli u spreju na 95°F (35°C) također se koristio za procjenu pasiviranih uzoraka. Ovaj test je prestrog za neke stupnjeve i općenito nije potreban za potvrdu da je pasivizacija učinkovita.
Izbjegavajte korištenje prekomjerne količine klorida, što može uzrokovati štetne napade. Ako je moguće, koristite samo vodu visoke kvalitete s manje od 50 dijelova na milijun (ppm) klorida. Voda iz slavine je obično dovoljna i može tolerirati do nekoliko stotina ppm klorida u nekim slučajevima.
Važno je kadu redovito mijenjati kako se ne bi izgubio potencijal pasivizacije, što može dovesti do udara groma i oštećenja dijelova. Kadu bi trebalo održavati na odgovarajućoj temperaturi, budući da vanjske temperature mogu uzrokovati lokaliziranu koroziju.
Važno je održavati vrlo specifičan raspored izmjene otopine tijekom velikih proizvodnih ciklusa kako bi se smanjila mogućnost kontaminacije. Za testiranje učinkovitosti kupke korišten je kontrolni uzorak. Ako je uzorak napadnut, vrijeme je da se kupka zamijeni.
Navedite da određeni strojevi proizvode samo nehrđajući čelik;koristite istu željenu rashladnu tekućinu za rezanje nehrđajućeg čelika, isključujući sve ostale metale.
Dijelovi DO regala tretiraju se odvojeno kako bi se izbjegao kontakt metala s metalom. Ovo je posebno važno za slobodnu strojnu obradu nehrđajućeg čelika, jer su potrebne pasivne otopine za slobodno tečenje i ispiranje za raspršivanje proizvoda sulfidne korozije i izbjegavanje stvaranja kiselih džepova.
Nemojte pasivizirati pougljeničene ili nitrirane dijelove od nehrđajućeg čelika. Otpornost na koroziju tako tretiranih dijelova može se smanjiti do točke kada bi bili napadnuti u kupki za pasiviranje.
Nemojte koristiti alate od željeza u radioničkom okruženju koje nije osobito čisto. Čelična zrna se mogu izbjeći korištenjem karbidnih ili keramičkih alata.
Ne zaboravite da može doći do korozije u kupki za pasiviranje ako dio nije pravilno toplinski obrađen. Martenzitni stupnjevi s visokim udjelom ugljika i kroma moraju se očvrsnuti radi otpornosti na koroziju.
Pasivacija se obično provodi nakon naknadnog kaljenja primjenom temperatura koje održavaju otpornost na koroziju.
Nemojte ignorirati koncentraciju dušične kiseline u kupelji za pasiviranje. Periodične provjere treba provoditi pomoću jednostavnog postupka titracije koji nudi Carpenter. Nemojte pasivizirati više od jednog nehrđajućeg čelika odjednom. Time se sprječava skupa zabuna i izbjegavaju galvanske reakcije.
O autorima: Terry A. DeBold je stručnjak za istraživanje i razvoj legura nehrđajućeg čelika, a James W. Martin je metalurg za šipke u Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
U svijetu sve strožih specifikacija završne obrade površine, jednostavna mjerenja "hrapavosti" još uvijek su korisna. Pogledajmo zašto je mjerenje površine važno i kako se može provjeriti u radionici sa sofisticiranim prijenosnim mjeračima.
Jeste li sigurni da imate najbolji umetak za ovu operaciju tokarenja? Provjerite strugotinu, osobito ako je ostavljena bez nadzora. Karakteristike strugotine mogu vam puno reći.