Zweryfikowałeś, że części są produkowane zgodnie ze specyfikacją. Teraz upewnij się, że podejmujesz kroki, aby chronić te części w środowisku, jakiego oczekują Twoi klienci. #base
Pasywacja pozostaje ważnym krokiem w maksymalizacji odporności na korozję części i zespołów obrabianych ze stali nierdzewnej. Może to stanowić różnicę między zadowalającą wydajnością a przedwczesną awarią. Nieprawidłowa pasywacja może powodować korozję.
Pasywacja to technika postprodukcyjna, która maksymalizuje wrodzoną odporność na korozję stopów stali nierdzewnej, z których wykonany jest przedmiot obrabiany. Nie jest to odkamienianie ani malowanie.
Nie ma konsensusu co do dokładnego mechanizmu, za pomocą którego działa pasywacja. Wiadomo jednak na pewno, że na powierzchni pasywowanej stali nierdzewnej znajduje się ochronna warstwa tlenku. Ta niewidoczna warstwa jest podobno niezwykle cienka, ma mniej niż 0,0000001 cala grubości, co stanowi około 1/100 000 grubości ludzkiego włosa!
Czysta, świeżo obrobiona, wypolerowana lub wytrawiona część ze stali nierdzewnej automatycznie nabierze tej warstwy tlenkowej z powodu narażenia na tlen atmosferyczny. W idealnych warunkach ta ochronna warstwa tlenkowa całkowicie pokrywa wszystkie powierzchnie części.
W praktyce jednak zanieczyszczenia, takie jak brud fabryczny lub cząstki żelaza z narzędzi tnących, mogą dostać się na powierzchnię części ze stali nierdzewnej podczas obróbki. Jeśli nie zostaną usunięte, te ciała obce mogą zmniejszyć skuteczność oryginalnej powłoki ochronnej.
Podczas obróbki ślady wolnego żelaza mogą zostać usunięte z narzędzia i przeniesione na powierzchnię obrabianego przedmiotu ze stali nierdzewnej. W niektórych przypadkach na części może pojawić się cienka warstwa rdzy. W rzeczywistości jest to korozja stali narzędziowej, a nie metalu bazowego. Czasami pęknięcia z osadzonych cząstek stali z narzędzi skrawających lub ich produktów korozji mogą erodować samą część.
Podobnie, małe cząsteczki żelazistego brudu metalurgicznego mogą przywierać do powierzchni części. Chociaż metal może wydawać się lśniący w stanie gotowym, po wystawieniu na działanie powietrza niewidoczne cząsteczki wolnego żelaza mogą powodować rdzę powierzchniową.
Odsłonięte siarczki mogą również stanowić problem. Powstają one poprzez dodanie siarki do stali nierdzewnej w celu poprawy obrabialności. Siarczki zwiększają zdolność stopu do tworzenia wiórów podczas obróbki, które można całkowicie usunąć z narzędzia skrawającego. Jeśli części nie zostaną odpowiednio pasywowane, siarczki mogą stać się punktem wyjścia do korozji powierzchniowej produktów przemysłowych.
W obu przypadkach pasywacja jest wymagana w celu maksymalizacji naturalnej odporności stali nierdzewnej na korozję. Usuwa zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak cząstki żelaza i cząstki żelaza w narzędziach skrawających, które mogą tworzyć rdzę lub stać się punktem wyjścia dla korozji. Pasywacja usuwa również siarczki znajdujące się na powierzchni stopów stali nierdzewnej ciętych metodą otwartego cięcia.
Najlepszą odporność na korozję zapewnia dwuetapowa procedura: 1. Czyszczenie, główna procedura, czasami pomijana. 2. Kąpiel kwasowa lub pasywacja.
Czyszczenie powinno być zawsze priorytetem. Powierzchnie muszą być dokładnie oczyszczone ze smaru, chłodziwa lub innych zanieczyszczeń, aby zapewnić optymalną odporność na korozję. Pozostałości po obróbce lub inne fabryczne zabrudzenia można delikatnie zetrzeć z części. Do usuwania olejów procesowych lub chłodziw można używać komercyjnych odtłuszczaczy lub środków czyszczących. Ciała obce, takie jak tlenki termiczne, mogą wymagać usunięcia metodami takimi jak szlifowanie lub trawienie.
Czasami operator maszyny może pominąć podstawowe czyszczenie, błędnie sądząc, że czyszczenie i pasywacja nastąpią w tym samym czasie, po prostu zanurzając naoliwioną część w kąpieli kwasowej. Tak się nie stanie. Z drugiej strony zanieczyszczony smar reaguje z kwasem, tworząc pęcherzyki powietrza. Te pęcherzyki gromadzą się na powierzchni przedmiotu obrabianego i zakłócają pasywację.
Co gorsza, zanieczyszczenie roztworów pasywacyjnych, które czasami zawierają wysokie stężenia chlorków, może powodować „błysk”. W przeciwieństwie do wytworzenia pożądanej warstwy tlenkowej o błyszczącej, czystej, odpornej na korozję powierzchni, trawienie błyskowe może skutkować poważnym wytrawieniem lub zaczernieniem powierzchni — pogorszeniem powierzchni, które pasywacja ma zoptymalizować.
Części ze stali nierdzewnej martenzytycznej [magnetyczne, umiarkowanie odporne na korozję, granica plastyczności do około 280 tysięcy psi (1930 MPa)] są hartowane w wysokich temperaturach, a następnie odpuszczane w celu uzyskania pożądanej twardości i właściwości mechanicznych. Stopy utwardzane wydzieleniowo (które mają lepszą wytrzymałość i odporność na korozję niż gatunki martenzytyczne) mogą być poddane obróbce roztworowej, częściowo obrobione maszynowo, starzone w niższych temperaturach, a następnie wykończone.
W takim przypadku część musi zostać dokładnie oczyszczona odtłuszczaczem lub środkiem czyszczącym przed obróbką cieplną, aby usunąć wszelkie ślady płynu chłodzącego. W przeciwnym razie chłodziwo pozostające na części może spowodować nadmierne utlenianie. Ten stan może powodować powstawanie wgnieceń na mniejszych częściach po odkamienianiu kwasem lub metodami ściernymi. Jeśli chłodziwo pozostanie na błyszczących hartowanych częściach, takich jak w piecu próżniowym lub w atmosferze ochronnej, może dojść do nawęglania powierzchni, co spowoduje utratę odporności na korozję.
Po dokładnym oczyszczeniu części ze stali nierdzewnej można zanurzyć w pasywującej kąpieli kwasowej. Można zastosować dowolną 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 niklu chromowego można pasywować w kąpieli kwasu azotowego o stężeniu 20% (v/v) (rysunek 1). Jak pokazano w tabeli, mniej odporne stale nierdzewne można pasywować, dodając dwuchromian sodu do kąpieli kwasu azotowego, aby roztwór był bardziej utleniający i zdolny do tworzenia pasywującej warstwy na powierzchni metalu. Inną opcją zastąpienia kwasu azotowego chromianem sodu jest zwiększenie stężenia kwasu azotowego do 50% objętościowo. Zarówno dodanie dwuchromianu sodu, jak i wyższe stężenie kwasu azotowego zmniejszają prawdopodobieństwo niepożądanego błysku.
Procedura pasywacji obrabialnych stali nierdzewnych (przedstawiona również na rys. 1) nieznacznie różni się od procedury dla gatunków stali nierdzewnych niepodlegających obróbce. Wynika to z faktu, że podczas pasywacji w kąpieli kwasu azotowego część lub całość obrabialnych siarczków zawierających siarkę zostaje usunięta, tworząc mikroskopijne niejednorodności na powierzchni przedmiotu obrabianego.
Nawet normalnie skuteczne mycie wodą może pozostawić resztki kwasu w tych nieciągłościach po pasywacji. Kwas ten zaatakuje powierzchnię części, jeśli nie zostanie zneutralizowany lub usunięty.
W celu wydajnej pasywacji łatwej do obróbki stali nierdzewnej Carpenter opracował proces AAA (alkaliczno-kwasowo-alkaliczny), który neutralizuje resztkowy kwas. Tę metodę pasywacji można ukończyć w mniej niż 2 godziny. Oto proces krok po kroku:
Po odtłuszczeniu zanurz części w 5% roztworze wodorotlenku sodu w temperaturze 160°F do 180°F (71°C do 82°C) na 30 minut. Następnie dokładnie wypłucz części w wodzie. Następnie zanurz część na 30 minut w 20% (v/v) roztworze kwasu azotowego zawierającym 3 oz/gal (22 g/l) dwuchromianu sodu w temperaturze 120°F do 140°F (49°C) do 60°C. ) Po wyjęciu części z kąpieli opłucz ją wodą, a następnie zanurz ją w roztworze wodorotlenku sodu na 30 minut. Ponownie opłucz część wodą i osusz, kończąc metodę AAA.
Pasywacja kwasem cytrynowym staje się coraz bardziej popularna wśród producentów, którzy chcą uniknąć stosowania kwasów mineralnych lub roztworów zawierających dwuchromian sodu, a także problemów z utylizacją i zwiększonych obaw dotyczących bezpieczeństwa związanych 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 na tej drodze. Jeśli ci użytkownicy mają czysty warsztat, sprzęt jest w dobrym stanie i czysty, chłodziwo jest wolne od fabrycznych osadów żelazistych, a proces przynosi dobre rezultaty, może nie być rzeczywistej potrzeby zmiany.
Stwierdzono, że pasywacja w kąpieli kwasu cytrynowego jest przydatna w przypadku szerokiej gamy stali nierdzewnych, w tym kilku poszczególnych gatunków stali nierdzewnej, jak pokazano na rysunku 2. Dla wygody rysunek 2.1 obejmuje tradycyjną metodę pasywacji kwasem azotowym. Należy zauważyć, że stare formuły kwasu azotowego są wyrażone jako procenty objętościowe, podczas gdy nowe stężenia kwasu cytrynowego są wyrażone jako procenty masowe. Ważne jest, aby pamiętać, że podczas wykonywania tych procedur, ostrożna równowaga czasu namaczania, temperatury kąpieli i stężenia jest krytyczna, aby uniknąć „wypływania” opisanego powyżej.
Pasywacja różni się w zależności od zawartości chromu i charakterystyki przetwarzania każdej odmiany. Zwróć uwagę na kolumny dla Procesu 1 lub Procesu 2. Jak pokazano na Rysunku 3, Proces 1 ma mniej kroków niż Proces 2.
Badania laboratoryjne wykazały, że proces pasywacji kwasem cytrynowym jest bardziej podatny na „wrzenie” niż proces z kwasem azotowym. Czynniki przyczyniające się do tego ataku obejmują zbyt wysoką temperaturę kąpieli, zbyt długi czas namaczania i zanieczyszczenie kąpieli. Produkty na bazie kwasu cytrynowego zawierające inhibitory korozji i inne dodatki, takie jak środki zwilżające, są dostępne w handlu i są zgłaszane jako zmniejszające podatność na „korozję błyskawiczną”.
Ostateczny wybór metody pasywacji będzie zależał od kryteriów akceptacji ustalonych przez klienta. Szczegóły 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 stopów na korozję w przypadku cięcia automatycznego?”
Ważne jest, aby metoda testowa odpowiadała klasie podlegającej ocenie. Testy, które są zbyt rygorystyczne, nie przejdą absolutnie dobrych materiałów, podczas gdy testy, które są zbyt słabe, przejdą niezadowalające części.
Stale nierdzewne PH i łatwe do obróbki skrawaniem serii 400 najlepiej oceniać w komorze zdolnej do utrzymania 100% wilgotności (wilgotna próbka) przez 24 godziny w temperaturze 95°F (35°C). Przekrój poprzeczny jest często najbardziej krytyczną powierzchnią, szczególnie w przypadku gatunków o właściwościach samoskrawających. Jednym z powodów jest to, że siarczek jest ciągnięty w kierunku maszyny przez tę powierzchnię.
Krytyczne powierzchnie powinny być ustawione w górę, ale pod kątem 15 do 20 stopni od pionu, aby umożliwić utratę wilgoci. Prawidłowo pasywowany materiał prawie nie rdzewieje, chociaż mogą pojawić się na nim małe plamki.
Gatunki stali nierdzewnej austenitycznej można również oceniać za pomocą badania wilgotności. W tym badaniu krople wody powinny znajdować się na powierzchni próbki, wskazując na wolne żelazo poprzez obecność rdzy.
Procedury pasywacji powszechnie stosowanych automatycznych i ręcznych stali nierdzewnych w roztworach kwasu cytrynowego lub azotowego wymagają różnych procesów. Na rys. 3 poniżej podano szczegóły dotyczące wyboru procesu.
(a) Dostosuj pH za pomocą wodorotlenku sodu. (b) Zobacz rys. 3(c) Na2Cr2O7 to 3 oz/gal (22 g/l) dichromianu sodu w 20% kwasie azotowym. Alternatywą dla tej mieszanki jest 50% kwas azotowy bez dichromianu sodu.
Szybszym podejściem jest użycie ASTM A380, Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems. Test obejmuje przetarcie części roztworem siarczanu miedzi/kwasu siarkowego, utrzymanie jej w stanie mokrym przez 6 minut i obserwację miedziowania. Alternatywnie część można zanurzyć w roztworze na 6 minut. Jeśli żelazo się rozpuści, nastąpi miedziowanie. Ten test nie ma zastosowania do powierzchni części do przetwarzania żywności. Ponadto nie należy go stosować na stalach martenzytycznych serii 400 lub stalach ferrytycznych o niskiej zawartości chromu, ponieważ mogą wystąpić fałszywie pozytywne wyniki.
Historycznie, test 5% mgły solnej w temperaturze 95°F (35°C) był również stosowany do oceny pasywowanych próbek. Ten test jest zbyt rygorystyczny dla niektórych odmian i generalnie nie jest wymagany do potwierdzenia skuteczności pasywacji.
Unikaj stosowania nadmiaru chlorków, które mogą powodować niebezpieczne zaostrzenia. Używaj wyłącznie wysokiej jakości wody z zawartością chlorków mniejszą niż 50 części na milion (ppm), jeśli to możliwe. Woda z kranu jest zazwyczaj wystarczająca, a w niektórych przypadkach może wytrzymać do kilkuset części na milion chlorków.
Ważne jest, aby regularnie wymieniać kąpiel, aby nie utracić potencjału pasywacji, co może prowadzić do uderzeń piorunów i uszkodzeń części. Kąpiel musi być utrzymywana w odpowiedniej temperaturze, ponieważ niekontrolowane temperatury mogą powodować miejscową korozję.
Ważne jest przestrzeganie bardzo szczegółowego harmonogramu zmian roztworów podczas dużych serii produkcyjnych, aby zminimalizować możliwość skażenia. Próbka kontrolna została użyta do przetestowania skuteczności kąpieli. Jeśli próbka została zaatakowana, nadszedł czas na wymianę kąpieli.
Należy pamiętać, że niektóre maszyny produkują wyłącznie stal nierdzewną; do cięcia stali nierdzewnej należy używać tego samego preferowanego chłodziwa, z wyłączeniem wszystkich innych metali.
Części regału DO są obrabiane oddzielnie, aby uniknąć kontaktu metalu z metalem. Jest to szczególnie ważne w przypadku swobodnej obróbki stali nierdzewnej, ponieważ do rozproszenia produktów korozji siarczkowej i zapobiegania tworzeniu się kieszeni kwasowych wymagane są łatwo płynące roztwory pasywacyjne i płuczące.
Nie pasywować nawęglanych lub azotowanych części ze stali nierdzewnej. Odporność na korozję części poddanych obróbce w ten sposób może zostać zmniejszona do takiego stopnia, że ​​mogą one zostać uszkodzone w kąpieli pasywacyjnej.
Nie używaj narzędzi z metali żelaznych w warunkach warsztatowych, które nie są szczególnie czyste. Wiórów stalowych można uniknąć, stosując narzędzia z węglików spiekanych lub ceramiczne.
Należy pamiętać, że korozja może wystąpić w kąpieli pasywacyjnej, jeśli część nie została odpowiednio poddana obróbce cieplnej. Gatunki martenzytyczne o wysokiej zawartości węgla i chromu muszą być hartowane w celu zapewnienia odporności na korozję.
Pasywację przeprowadza się zazwyczaj po późniejszym odpuszczaniu w temperaturach, które pozwalają zachować odporność na korozję.
Nie zaniedbuj stężenia kwasu azotowego w kąpieli pasywacyjnej. Okresowe kontrole należy przeprowadzać, stosując prostą procedurę miareczkowania sugerowaną przez Carpentera. Nie pasywuj więcej niż jednej stali nierdzewnej na raz. Zapobiega to kosztownemu pomyłkowi i reakcjom galwanicznym.
O autorach: Terry A. DeBold jest specjalistą ds. badań i rozwoju stopów stali nierdzewnych, a James W. Martin jest specjalistą ds. metalurgii prętów w firmie Carpenter Technology Corp.(Reading, Pensylwania).
Ile to kosztuje? Ile miejsca potrzebuję? Z jakimi problemami środowiskowymi się zmierzę? Jak stroma jest krzywa uczenia się? Czym dokładnie jest anodowanie? Poniżej znajdują się odpowiedzi na wstępne pytania mistrzów dotyczące anodowania wnętrza.
Uzyskanie spójnych, wysokiej jakości wyników z procesu szlifowania bezkłowego wymaga podstawowej wiedzy. Większość problemów aplikacyjnych związanych ze szlifowaniem bezkłowym wynika z braku zrozumienia podstaw. W tym artykule wyjaśniono, dlaczego ten bezmyślny proces działa i jak najskuteczniej go wykorzystać w warsztacie.