Upewniłeś się, że części są obrobione zgodnie ze specyfikacją. Teraz upewnij się, że podjąłeś kroki w celu ochrony tych części w warunkach, jakich oczekują Twoi klienci.#basic
Pasywacja pozostaje kluczowym krokiem w maksymalizacji podstawowej odporności na korozję części i zespołów obrabianych ze stali nierdzewnej. Może zadecydować o zadowalającej wydajności lub przedwczesnej awarii. Niewłaściwie wykonana pasywacja może w rzeczywistości spowodować korozję.
Pasywacja to metoda poprodukcyjna, która maksymalizuje naturalną odporność na korozję stopów stali nierdzewnej, z których wytwarzany jest przedmiot obrabiany. Nie jest to odkamienianie ani powlekanie farbą.
Nie ma ogólnej zgody co do dokładnego mechanizmu działania pasywacji. Pewne jest jednak, że na powierzchni pasywowanej stali nierdzewnej znajduje się ochronna warstwa tlenku. Uważa się, że ta niewidoczna warstwa jest niezwykle cienka, ma mniej niż 0,0000001 cala grubości, czyli około 1/100 000 grubości ludzkiego włosa!
Czysta, nowo obrobiona, polerowana lub trawiona część ze stali nierdzewnej automatycznie nabierze tej warstwy tlenku w wyniku wystawienia na działanie tlenu atmosferycznego. W idealnych warunkach ta ochronna warstwa tlenku całkowicie pokrywa wszystkie powierzchnie części.
W praktyce jednak zanieczyszczenia, takie jak brud warsztatowy lub cząstki żelaza z narzędzi skrawających, mogą podczas obróbki przedostawać się na powierzchnię części ze stali nierdzewnej. Jeśli nie zostaną usunięte, te ciała obce mogą zmniejszyć skuteczność oryginalnej folii ochronnej.
Podczas obróbki śladowe ilości wolnego żelaza mogą ścierać narzędzie i przenosić się na powierzchnię przedmiotu obrabianego ze stali nierdzewnej. W niektórych przypadkach na części może pojawić się cienka warstwa rdzy. W rzeczywistości jest to korozja stali spowodowana przez narzędzie, a nie metal podstawowy. Czasami szczeliny osadzonych cząstek stali z narzędzi skrawających lub produktów ich korozji mogą powodować erozję samej części.
Podobnie małe cząstki żelaznego brudu warsztatowego mogą przylegać do powierzchni części. Chociaż metal może wydawać się błyszczący w stanie obrabianym, po wystawieniu na działanie powietrza niewidoczne cząsteczki wolnego żelaza mogą powodować rdzewienie powierzchni.
Problemem mogą być również odsłonięte siarczki. Pochodzą one z dodawania siarki do stali nierdzewnej w celu poprawy skrawalności. Siarczki zwiększają zdolność stopu do tworzenia wiórów podczas obróbki, które mogą zostać całkowicie usunięte z narzędzia skrawającego. Jeśli części nie zostaną odpowiednio pasywowane, siarczki mogą stać się początkiem korozji powierzchni wytwarzanych produktów.
W obu przypadkach pasywacja jest wymagana, aby zmaksymalizować naturalną odporność stali nierdzewnej na korozję. Usuwa ona zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak cząstki żelaznego brudu warsztatowego i cząsteczki żelaza w narzędziach skrawających, które mogą tworzyć rdzę lub stać się punktem początkowym korozji. Pasywacja usuwa również siarczki odsłonięte na powierzchni automatowych stopów stali nierdzewnej.
Dwuetapowa procedura zapewnia najlepszą odporność na korozję: 1. Czyszczenie, podstawowa, ale czasami pomijana procedura;2. Kąpiel kwasowa lub zabieg pasywacji.
Czyszczenie powinno być zawsze priorytetem. Powierzchnie muszą być dokładnie oczyszczone ze smaru, chłodziwa lub innych zanieczyszczeń warsztatowych, aby uzyskać optymalną odporność na korozję. Odpady maszynowe lub inne zabrudzenia warsztatowe można ostrożnie wytrzeć z części. Dostępne w handlu odtłuszczacze lub środki czyszczące mogą być stosowane do usuwania olejów procesowych lub chłodziw. Może być konieczne usunięcie ciał obcych, takich jak tlenki termiczne, metodami takimi jak szlifowanie lub trawienie.
Czasami operator maszyny może pominąć podstawowe czyszczenie, błędnie myśląc, że czyszczenie i pasywacja nastąpią jednocześnie, po prostu zanurzając smarowaną część w kąpieli kwasowej. Tak się nie stanie. I odwrotnie, zanieczyszczony smar reaguje z kwasem, tworząc pęcherzyki powietrza. Pęcherzyki te zbierają się na powierzchni przedmiotu obrabianego i zakłócają pasywację.
Co gorsza, zanieczyszczenie roztworów pasywacyjnych, które czasami zawierają wysokie stężenia chlorków, może powodować „migotanie”. W przeciwieństwie do uzyskania pożądanej warstwy tlenku z błyszczącą, czystą, odporną na korozję powierzchnią, wytrawianie błyskawiczne może skutkować mocno wytrawioną lub przyciemnioną powierzchnią — pogorszeniem powierzchni, które pasywacja ma na celu optymalizację.
Części wykonane ze stali nierdzewnej martenzytycznej [magnetyczna, średnio odporna na korozję, granica plastyczności do około 280 ksi (1930 MPa)] są utwardzane w podwyższonych temperaturach, a następnie odpuszczane w celu uzyskania pożądanej twardości i właściwości mechanicznych. Stopy utwardzalne wydzieleniowo, które mają lepszą wytrzymałość i odporność na korozję niż stopy martenzytyczne, mogą być obrabiane rozpuszczająco, częściowo obrabiane, starzone w niższych temperaturach, a następnie wykańczane.
W takim przypadku przed obróbką cieplną część należy dokładnie oczyścić środkiem odtłuszczającym lub czyszczącym, aby usunąć wszelkie ślady chłodziwa. W przeciwnym razie płyn chłodzący pozostający na części może spowodować nadmierne utlenianie. Ten stan może spowodować wgniecenie niewymiarowych części po usunięciu zgorzeliny metodami kwasowymi lub ściernymi. Jeśli pozostawi się płyn chłodzący na częściach utwardzonych, na przykład w piecu próżniowym lub w atmosferze ochronnej, może wystąpić nawęglanie powierzchni, powodując utratę odporności na korozję.
Po dokładnym oczyszczeniu części ze stali nierdzewnej można zanurzyć w pasywującej kąpieli kwasowej. Można zastosować jedną z trzech metod – pasywację kwasem azotowym, pasywację kwasem azotowym z dwuchromianem sodu i pasywację kwasem cytrynowym. Wybór metody zależy od gatunku stali nierdzewnej i określonych kryteriów akceptacji.
Bardziej odporne na korozję gatunki chromoniklu można pasywować w 20% (v/v) kąpieli z kwasem azotowym (rysunek 1). Jak pokazano w tabeli, mniej odporną stal nierdzewną można pasywować, dodając dwuchromian sodu do kąpieli z kwasem azotowym, dzięki czemu roztwór jest bardziej utleniający i zdolny do tworzenia pasywnej warstwy na powierzchni metalu. Inną opcją zastąpienia kwasu azotowego chromianem sodu jest zwiększenie stężenia kwasu azotowego do 50% objętościowych. Zarówno dodatek dichromu sodu jedli, a wyższe stężenie kwasu azotowego zmniejsza ryzyko niepożądanego błysku.
Procedura pasywacji stali nierdzewnych do obróbki mechanicznej (również pokazana na rysunku 1) różni się nieco od procedury pasywacji stali nierdzewnych do obróbki swobodnej. Wynika to z faktu, że podczas pasywacji w typowej kąpieli z kwasem azotowym niektóre lub wszystkie zawierające siarkę siarczki gatunku nadającego się do obróbki skrawaniem są usuwane, tworząc mikroskopijne nieciągłości na powierzchni obrabianej części.
Nawet ogólnie skuteczne płukanie wodą może po pasywacji pozostawić pozostałości kwasu w tych nieciągłościach. Kwas ten zaatakuje powierzchnię części, chyba że zostanie zneutralizowany lub usunięty.
Aby skutecznie pasywować łatwo obrabialną stal nierdzewną, Carpenter opracował proces AAA (kwas alkaliczny-alkalia), który neutralizuje resztkowy kwas. Ta metoda pasywacji może zostać ukończona w mniej niż 2 godziny. Oto proces krok po kroku:
Po odtłuszczeniu zanurz części w 5% roztworze wodorotlenku sodu w temperaturze od 71°C do 82°C przez 30 minut. Następnie dokładnie wypłucz części w wodzie. Następnie zanurz część na 30 minut w 20% (v/v) roztworze kwasu azotowego zawierającym 3 uncje/gal (22 g/l) dwuchromianu sodu w temperaturze od 120°F do 140°F (4 9°C) do 60°C).Po wyjęciu części z kąpieli przepłucz ją wodą, a następnie zanurz w roztworze wodorotlenku sodu na kolejne 30 minut. Ponownie opłucz część wodą i wysusz, kończąc metodę AAA.
Pasywacja kwasem cytrynowym jest coraz bardziej popularna wśród producentów, którzy chcą uniknąć stosowania kwasów mineralnych lub roztworów zawierających dichromian sodu, a także problemów związanych z utylizacją i większymi obawami dotyczącymi bezpieczeństwa związanymi z ich stosowaniem. Kwas cytrynowy jest uważany za przyjazny dla środowiska pod każdym względem.
Podczas gdy pasywacja kwasem cytrynowym oferuje atrakcyjne korzyści dla środowiska, sklepy, które odniosły sukces z pasywacją kwasem nieorganicznym i nie mają obaw o bezpieczeństwo, mogą chcieć pozostać przy tym kursie. Jeśli ci użytkownicy mają czysty warsztat, dobrze utrzymany i czysty sprzęt, chłodziwo wolne od zanieczyszczeń żelaznych i proces, który daje dobre wyniki, może nie być prawdziwej potrzeby zmian.
Stwierdzono, że pasywacja w kąpieli z kwasem cytrynowym jest przydatna w przypadku szerokiej gamy stali nierdzewnych, w tym kilku poszczególnych gatunków stali nierdzewnych, jak pokazano na rysunku 2. Dla wygody uwzględniono tradycyjną metodę pasywacji kwasem azotowym z rysunku 1. Należy pamiętać, że starsze preparaty kwasu azotowego wyrażono w procentach objętościowych, podczas gdy nowsze stężenia kwasu cytrynowego wyrażono w procentach wagowych.
Obróbka pasywacyjna różni się w zależności od zawartości chromu i charakterystyki obróbki każdego gatunku. Zwróć uwagę na kolumny odnoszące się do procesu 1 lub procesu 2. Jak pokazano na rysunku 3, proces 1 obejmuje mniej etapów niż proces 2.
Testy laboratoryjne wykazały, że proces pasywacji kwasem cytrynowym jest bardziej podatny na „błyski” niż proces z kwasem azotowym. Czynniki przyczyniające się do tego ataku obejmują zbyt wysoką temperaturę kąpieli, zbyt długi czas wygrzewania i zanieczyszczenie kąpieli. Produkty kwasu cytrynowego zawierające inhibitory korozji i inne dodatki, takie jak środki zwilżające, są dostępne w handlu i według doniesień zmniejszają podatność na „korozję błyskawiczną”.
Ostateczny wybór metody pasywacji będzie zależał od kryteriów akceptacji narzuconych przez klienta. Szczegółowe informacje można znaleźć w normie ASTM A967. Dostęp do niej można uzyskać na stronie www.astm.org.
Często przeprowadza się testy w celu oceny powierzchni pasywowanych części. Pytanie, na które należy odpowiedzieć, brzmi: „Czy pasywacja usuwa wolne żelazo i optymalizuje odporność na korozję gatunków automatów skrawających?”
Ważne jest, aby metoda badania była zgodna z ocenianym gatunkiem. Testy, które są zbyt surowe, zakończą się niepowodzeniem dla doskonale dobrych materiałów, podczas gdy testy, które są zbyt luźne, zakończą się niepowodzeniem w częściach niezadowalających.
Stale nierdzewne serii 400 utwardzane wydzieleniowo i automatowe najlepiej oceniać w komorze zdolnej do utrzymania 100% wilgotności (mokre próbki) przez 24 godziny w temperaturze 95°F (35°C). Przekrój poprzeczny jest często najbardziej krytyczną powierzchnią, zwłaszcza w przypadku gatunków do obróbki swobodnej. Jednym z powodów jest wydłużenie siarczku w kierunku maszyny, przecinając tę ​​powierzchnię.
Krytyczne powierzchnie powinny być umieszczone w górę, ale pod kątem 15 do 20 stopni od pionu, aby umożliwić utratę wilgoci. Prawidłowo pasywowany materiał prawie nie rdzewieje, chociaż może wykazywać lekkie przebarwienia.
Gatunki austenitycznej stali nierdzewnej można również ocenić za pomocą testu wilgotności. Podczas takiego testu na powierzchni próbki powinny znajdować się kropelki wody, co wskazuje na wolne żelazo przez obecność jakiejkolwiek rdzy.
Procedury pasywacji powszechnie stosowanej stali nierdzewnej automatowej i nieautomatycznej w roztworach kwasu cytrynowego lub azotowego wymagają różnych procesów. Rysunek 3 poniżej przedstawia szczegółowe informacje na temat wyboru procesu.
(a) Dostosuj pH za pomocą wodorotlenku sodu. (b) Zobacz rysunek 3 (c) Na2Cr2O7 reprezentuje 3 oz/galon (22 g/l) dichromianu sodu w 20% kwasie azotowym. Alternatywą dla tej mieszaniny jest 50% kwas azotowy bez dichromianu sodu
Szybszą metodą jest użycie roztworu opisanego w normie ASTM A380, „Standardowa praktyka czyszczenia, usuwania kamienia i pasywacji części, urządzeń i systemów ze stali nierdzewnej”. Test polega na przetarciu części roztworem siarczanu miedzi/kwasu siarkowego, utrzymywaniu jej w stanie mokrym przez 6 minut i obserwowaniu miedziowania. Alternatywnie, część można zanurzyć w roztworze na 6 minut. Jeśli żelazo się rozpuści, nastąpi poszycie miedzią. Tego testu nie należy stosować na powierzchnie części do przetwórstwa żywności. Nie należy go również stosować do stali martenzytycznych serii 400 lub stali ferrytycznych o niskiej zawartości chromu, ponieważ mogą wystąpić fałszywie dodatnie wyniki.
W przeszłości do oceny próbek pasywowanych stosowano również test 5% mgły solnej w temperaturze 35°C. Ten test jest zbyt rygorystyczny dla niektórych gatunków i generalnie nie jest wymagany do potwierdzenia, że ​​pasywacja jest skuteczna.
Unikaj stosowania nadmiaru chlorków, które mogą powodować szkodliwe napady błysku. Jeśli to możliwe, używaj tylko wody wysokiej jakości, zawierającej mniej niż 50 części na milion (ppm) chlorków. Woda z kranu jest zwykle wystarczająca, aw niektórych przypadkach może tolerować nawet kilkaset ppm chlorków.
Ważne jest, aby regularnie wymieniać kąpiel, aby uniknąć utraty potencjału pasywacji, co może prowadzić do rozgorzenia i uszkodzenia części. Kąpiel powinna być utrzymywana w odpowiedniej temperaturze, ponieważ niekontrolowane temperatury mogą powodować miejscową korozję.
Ważne jest, aby zachować bardzo konkretny harmonogram zmiany roztworu podczas dużych serii produkcyjnych, aby zminimalizować ryzyko zanieczyszczenia. Próbka kontrolna została użyta do sprawdzenia skuteczności kąpieli. Jeśli próbka została zaatakowana, nadszedł czas, aby wymienić kąpiel.
Proszę określić, że niektóre maszyny wytwarzają wyłącznie stal nierdzewną;używać tego samego preferowanego chłodziwa do cięcia stali nierdzewnej, z wyłączeniem wszystkich innych metali.
Części zębatki DO są traktowane indywidualnie, aby uniknąć kontaktu metalu z metalem. Jest to szczególnie ważne w przypadku obróbki swobodnej stali nierdzewnej, ponieważ wymagane są płynne roztwory pasywacyjne i płuczące, aby rozproszyć produkty korozji w siarczkach i uniknąć tworzenia się kieszeni kwasowych.
Nie pasywować nawęglonych lub azotowanych części ze stali nierdzewnej. Odporność na korozję części poddanych takiej obróbce może zostać zmniejszona do punktu, w którym zostałyby one zaatakowane w kąpieli pasywacyjnej.
Nie używaj narzędzi żelaznych w środowisku warsztatowym, które nie jest szczególnie czyste. Ziarna stali można uniknąć, używając narzędzi z węglików spiekanych lub ceramicznych.
Nie zapominaj, że w kąpieli pasywacyjnej może wystąpić korozja, jeśli część nie zostanie odpowiednio poddana obróbce cieplnej. Gatunki martenzytyczne o wysokiej zawartości węgla i chromu muszą być utwardzane w celu uzyskania odporności na korozję.
Pasywację zwykle przeprowadza się po późniejszym odpuszczaniu w temperaturach, które utrzymują odporność na korozję.
Nie należy ignorować stężenia kwasu azotowego w kąpieli pasywacyjnej. Należy przeprowadzać okresowe kontrole przy użyciu prostej procedury miareczkowania dostarczonej przez firmę Carpenter. Nie pasywować więcej niż jednej stali nierdzewnej na raz. Zapobiega to kosztownym pomyłkom i reakcjom galwanicznym.
O autorach: Terry A. DeBold jest specjalistą ds. badań i rozwoju stopów stali nierdzewnej, a James W. Martin jest metalurgiem prętów w Carpenter Technology Corp. (Reading, Pensylwania).
W świecie coraz bardziej rygorystycznych specyfikacji dotyczących wykończenia powierzchni proste pomiary „chropowatości” są nadal przydatne. Przyjrzyjmy się, dlaczego pomiar powierzchni jest ważny i jak można go sprawdzić w warsztacie za pomocą zaawansowanych mierników przenośnych.
Czy na pewno masz najlepszą płytkę do tej operacji toczenia? Sprawdź chip, zwłaszcza jeśli pozostawiono go bez nadzoru. Charakterystyka chipa może wiele powiedzieć.