Вы удостоверились, что детали изготовлены в соответствии со спецификацией. Теперь убедитесь, что вы предприняли шаги для защиты этих деталей в условиях, ожидаемых вашими клиентами.#basic
Пассивация остается важным шагом в обеспечении максимальной коррозионной стойкости деталей и узлов, обработанных из нержавеющей стали. Она может иметь значение между удовлетворительными характеристиками и преждевременным выходом из строя. Неправильно выполненная пассивация может вызвать коррозию.
Пассивация — это метод после изготовления, который максимизирует коррозионную стойкость сплавов нержавеющей стали, из которых производится заготовка. Это не удаление окалины и не покраска.
Нет единого мнения о точном механизме работы пассивации. Но точно известно, что на поверхности пассивированной нержавеющей стали есть защитная оксидная пленка. Считается, что эта невидимая пленка чрезвычайно тонкая, ее толщина составляет менее 0,0000001 дюйма, что составляет примерно 1/100 000 толщины человеческого волоса!
Чистая, только что обработанная, полированная или протравленная деталь из нержавеющей стали автоматически приобретает эту оксидную пленку из-за воздействия на нее кислорода воздуха. В идеальных условиях этот защитный оксидный слой полностью покрывает все поверхности детали.
На практике, однако, загрязняющие вещества, такие как заводская грязь или частицы железа от режущих инструментов, могут попасть на поверхность деталей из нержавеющей стали во время обработки. Если их не удалить, эти инородные тела могут снизить эффективность исходной защитной пленки.
Во время обработки следовые количества свободного железа могут стираться с инструмента и переходить на поверхность заготовки из нержавеющей стали. В некоторых случаях на детали может появиться тонкий слой ржавчины. На самом деле это коррозия стали под действием инструмента, а не основного металла. Иногда трещины от внедренных стальных частиц от режущих инструментов или продуктов их коррозии могут вызывать эрозию самой детали.
Точно так же мелкие частицы заводской грязи могут прилипать к поверхности детали. Хотя металл может казаться блестящим в обработанном состоянии, после воздействия воздуха невидимые частицы свободного железа могут вызвать поверхностную ржавчину.
Открытые сульфиды также могут быть проблемой. Они возникают в результате добавления серы в нержавеющую сталь для улучшения обрабатываемости. Сульфиды повышают способность сплава образовывать стружку во время обработки, которая может полностью отделяться от режущего инструмента. Если детали не пассивированы должным образом, сульфиды могут стать отправной точкой для поверхностной коррозии промышленных изделий.
В обоих случаях требуется пассивация, чтобы максимизировать естественную коррозионную стойкость нержавеющей стали. Она удаляет поверхностные загрязнители, такие как частицы черной металлургической грязи и частицы железа в режущих инструментах, которые могут образовывать ржавчину или стать отправной точкой для коррозии. Пассивация также удаляет сульфиды, находящиеся на поверхности сплавов нержавеющей стали, предназначенных для автоматической резки.
Двухэтапная процедура обеспечивает наилучшую коррозионную стойкость: 1. Очистка, основная процедура, но иногда ею пренебрегают;2. Кислотная ванна или пассивация.
Очистка всегда должна быть приоритетом. Поверхности должны быть тщательно очищены от смазки, охлаждающей жидкости или другого мусора для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости. Мусор после механической обработки или другая заводская грязь могут быть тщательно удалены с детали. Для удаления технологических масел или охлаждающих жидкостей можно использовать коммерческие обезжиривающие или чистящие средства.
Иногда оператор станка может пропустить базовую очистку, ошибочно полагая, что очистка и пассивация будут происходить одновременно, просто погрузив смазанную смазкой деталь в ванну с кислотой. Этого не произойдет. И наоборот, загрязненная смазка реагирует с кислотой с образованием пузырьков воздуха. Эти пузырьки собираются на поверхности детали и мешают пассивации.
Что еще хуже, загрязнение пассивирующих растворов, которые иногда содержат высокие концентрации хлоридов, может вызвать «вскипание». В отличие от получения желаемой оксидной пленки с блестящей, чистой, коррозионно-стойкой поверхностью, мгновенное травление может привести к сильному травлению или потемнению поверхности — ухудшению поверхности, которое пассивация призвана оптимизировать.
Детали, изготовленные из мартенситной нержавеющей стали [магнитной, умеренно коррозионностойкой, с пределом текучести примерно до 280 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1930 МПа)] закаляются при повышенных температурах, а затем отпускаются для обеспечения желаемой твердости и механических свойств. Упрочняемые дисперсионным способом сплавы, обладающие большей прочностью и коррозионной стойкостью, чем мартенситные сплавы, могут подвергаться обработке на твердый раствор, частичной механической обработке, старению при более низких температурах, а затем окончательной обработке.
В этом случае перед термической обработкой деталь необходимо тщательно очистить с помощью обезжиривателя или очистителя, чтобы удалить любые следы смазочно-охлаждающей жидкости. В противном случае смазочно-охлаждающая жидкость, оставшаяся на детали, может вызвать чрезмерное окисление. Это условие может привести к образованию вмятин на деталях меньшего размера после удаления окалины кислотным или абразивным методами.
После тщательной очистки детали из нержавеющей стали можно погрузить в ванну с пассивирующей кислотой. Можно использовать любой из трех методов – пассивация азотной кислотой, пассивация азотной кислотой с бихроматом натрия и пассивация лимонной кислотой. Какой метод использовать, зависит от марки нержавеющей стали и указанных критериев приемлемости.
Более коррозионно-стойкие марки хромоникеля можно пассивировать в ванне с 20% (об./об.) азотной кислоты (рис. 1). Как показано в таблице, менее стойкую нержавеющую сталь можно пассивировать, добавляя дихромат натрия в ванну с азотной кислотой, что делает раствор более окисляющим и способным образовывать пассивирующую пленку на поверхности металла. дихромат натрия и более высокая концентрация азотной кислоты снижают вероятность нежелательной вспышки.
Процедура пассивации нержавеющих сталей, поддающихся механической обработке (также показана на рис. 1), несколько отличается от процедуры пассивации марок нержавеющей стали, не поддающихся механической обработке. Это связано с тем, что во время пассивации в типичной ванне с азотной кислотой удаляются некоторые или все серосодержащие сульфиды, поддающиеся механической обработке, создавая микроскопические неоднородности на поверхности обрабатываемой детали.
Даже обычно эффективная промывка водой может оставить остаточную кислоту в этих несплошностях после пассивации. Эта кислота будет воздействовать на поверхность детали, если ее не нейтрализовать или не удалить.
Чтобы эффективно пассивировать легко обрабатываемую нержавеющую сталь, компания Carpenter разработала процесс AAA (щелочной-кислотный-щелочной), который нейтрализует остаточную кислоту. Этот метод пассивации можно выполнить менее чем за 2 часа. Вот пошаговый процесс:
После обезжиривания замочите детали в 5% растворе гидроксида натрия при температуре от 160°F до 180°F (от 71°C до 82°C) на 30 минут. Затем тщательно промойте детали водой. F (49°C) до 60°C).Вытащив деталь из ванны, промойте ее водой, а затем погрузите в раствор гидроксида натрия еще на 30 минут. Деталь снова промойте водой и высушите, завершив метод ААА.
Пассивирование лимонной кислотой становится все более популярным среди производителей, которые хотят избежать использования минеральных кислот или растворов, содержащих дихромат натрия, а также проблем с утилизацией и повышенных соображений безопасности, связанных с их использованием. Лимонная кислота считается экологически чистой во всех отношениях.
В то время как пассивация лимонной кислотой предлагает привлекательные экологические преимущества, магазины, которые добились успеха с пассивацией неорганическими кислотами и не имеют проблем с безопасностью, могут захотеть продолжить этот курс. Если у этих пользователей есть чистый цех, оборудование в хорошем состоянии и чистое, охлаждающая жидкость, не содержащая заводских отложений железа, и процесс, который дает хорошие результаты, может не быть реальной необходимости в изменениях.
Было обнаружено, что пассивация в ванне с лимонной кислотой полезна для большого диапазона нержавеющих сталей, включая несколько отдельных марок нержавеющей стали, как показано на рис. 2. Для удобства включен традиционный метод пассивации азотной кислотой на рис. », описанное ранее.
Пассивация варьируется в зависимости от содержания хрома и характеристик обработки каждого сплава. Обратите внимание на столбцы, относящиеся к Процессу 1 или Процессу 2. Как показано на Рисунке 3, Процесс 1 включает меньше этапов, чем Процесс 2.
Лабораторные испытания показали, что процесс пассивации лимонной кислотой более склонен к «взрыву», чем процесс азотной кислоты. Факторы, способствующие этому, включают слишком высокую температуру ванны, слишком длительное время выдержки и загрязнение ванны. Продукты лимонной кислоты, содержащие ингибиторы коррозии и другие добавки, такие как смачивающие агенты, имеются в продаже и, как сообщается, снижают восприимчивость к «мгновенной коррозии».
Окончательный выбор метода пассивации будет зависеть от критериев приемки, установленных заказчиком. Подробности см. в ASTM A967. С ним можно ознакомиться на сайте www.astm.org.
Часто проводятся испытания для оценки поверхности пассивированных деталей. Возникает вопрос: «Удаляет ли пассивация свободное железо и оптимизирует ли коррозионную стойкость сплавы для свободной резки?»
Важно, чтобы метод испытаний соответствовал оцениваемому классу. Слишком строгие тесты не пройдут абсолютно хорошие материалы, а слишком слабые тесты пройдут неудовлетворительные части.
Дисперсионно-твердеющие и легкообрабатываемые нержавеющие стали серии 400 лучше всего оценивать в шкафу, способном поддерживать 100% влажность (образец влажный) в течение 24 часов при температуре 95°F (35°C). Поперечное сечение часто является наиболее критической поверхностью, особенно для марок для свободной резки. Одной из причин этого является то, что сульфид вытянут в направлении обработки, пересекая эту поверхность.
Критические поверхности следует располагать вверх, но под углом 15–20 градусов к вертикали, чтобы учесть потерю влаги. Надлежащим образом пассивированный материал почти не ржавеет, хотя на нем могут появиться небольшие пятна.
Марки аустенитной нержавеющей стали также можно оценить с помощью испытания на влажность. При таком испытании на поверхности образца должны присутствовать капли воды, указывающие на свободное железо по наличию любой ржавчины.
Процедуры пассивации обычно используемых автоматических и неавтоматических нержавеющих сталей в растворах лимонной или азотной кислоты требуют различных процессов. На рисунке 3 ниже представлены подробные сведения о выборе процесса.
(a) Отрегулируйте pH с помощью гидроксида натрия. (b) См. рис. 3 (c) Na2Cr2O7 представляет собой 3 унции/галлон (22 г/л) дихромата натрия в 20% азотной кислоте. Альтернативой этой смеси является 50% азотная кислота без дихромата натрия.
Более быстрый метод заключается в использовании раствора согласно ASTM A380, «Стандартная практика очистки, удаления накипи и пассивации деталей, оборудования и систем из нержавеющей стали». Испытание заключается в протирке детали раствором сульфата меди/серной кислоты, выдерживании ее во влажном состоянии в течение 6 минут и наблюдении за меднением. В качестве альтернативы деталь можно погрузить в раствор на 6 минут. деталей. Кроме того, его не следует использовать для мартенситных сталей серии 400 или ферритных сталей с низким содержанием хрома, так как могут возникнуть ложноположительные результаты.
Исторически сложилось так, что испытание в 5% солевом тумане при 95°F (35°C) также использовалось для оценки пассивированных образцов. Это испытание является слишком строгим для некоторых сортов и, как правило, не требуется для подтверждения эффективности пассивации.
Избегайте использования избыточного количества хлоридов, которые могут вызвать пагубные приступы внезапной вспышки. Если возможно, используйте только высококачественную воду с содержанием хлорида менее 50 частей на миллион (ppm). Обычно достаточно водопроводной воды, которая в некоторых случаях может выдерживать до нескольких сотен частей на миллион хлоридов.
Важно регулярно заменять ванну, чтобы не потерять пассивирующий потенциал, что может привести к ударам молнии и повреждению деталей. В ванне должна поддерживаться надлежащая температура, так как неуправляемые температуры могут вызвать локальную коррозию.
Важно соблюдать очень конкретный график смены раствора во время больших производственных циклов, чтобы свести к минимуму возможность загрязнения. Контрольный образец был использован для проверки эффективности ванны. Если образец подвергся агрессивному воздействию, пора заменить ванну.
Уточните, пожалуйста, что некоторые машины производят только нержавеющую сталь;используйте одну и ту же охлаждающую жидкость для резки нержавеющей стали, исключая все другие металлы.
Детали стойки DO обрабатываются отдельно, чтобы избежать контакта металла с металлом. Это особенно важно для свободной обработки нержавеющей стали, поскольку для диффузии продуктов сульфидной коррозии и предотвращения образования кислотных карманов требуются свободнотекучие пассивирующие и промывочные растворы.
Не подвергайте пассивации науглероженные или азотированные детали из нержавеющей стали. Коррозионная стойкость обработанных таким образом деталей может снизиться до такой степени, что они могут быть повреждены в пассивирующей ванне.
Не используйте инструменты из черных металлов в условиях мастерской, которые не особенно чистые. Можно избежать стального песка, используя инструменты из карбида или керамики.
Не забывайте, что в пассивирующей ванне может возникнуть коррозия, если деталь не была подвергнута надлежащей термообработке. Мартенситные марки с высоким содержанием углерода и хрома должны быть закалены для обеспечения коррозионной стойкости.
Пассивирование обычно проводят после последующего отпуска при температурах, сохраняющих коррозионную стойкость.
Не пренебрегайте концентрацией азотной кислоты в пассивирующей ванне. Следует проводить периодические проверки с использованием простой процедуры титрования, предложенной Карпентером. Не пассивируйте одновременно более одной нержавеющей стали. Это предотвратит дорогостоящую путаницу и позволит избежать гальванических реакций.
Об авторах: Терри А. ДеБолд — специалист по исследованиям и разработкам в области сплавов нержавеющей стали, а Джеймс В. Мартин — металлург по пруткам в Carpenter Technology Corp. (Рединг, Пенсильвания).
В мире, где предъявляются все более строгие требования к чистоте поверхности, простые измерения «шероховатости» по-прежнему полезны. Давайте посмотрим, почему важны измерения поверхности и как их можно проверить в цеху с помощью сложных портативных измерительных приборов.
Вы уверены, что у вас лучшая пластина для этой токарной операции? Проверьте стружку, особенно если она оставлена ​​без присмотра. Характеристики стружки могут многое сказать вам.