Ви переконалися, що деталі оброблені відповідно до специфікацій. Тепер переконайтеся, що ви вжили заходів для захисту цих деталей в умовах, яких очікують ваші клієнти.#basic
Пасивація залишається критично важливим кроком у максимізації базової корозійної стійкості оброблених деталей і вузлів з нержавіючої сталі. Вона може вплинути на задовільну продуктивність і передчасний вихід з ладу. Неналежне виконання пасивації може фактично спричинити корозію.
Пасивація — це метод після виготовлення, який максимізує властиву корозійну стійкість сплавів нержавіючої сталі, з яких виготовляється заготовка. Це не обробка видалення накипу та не нанесення фарби.
Немає загального консенсусу щодо точного механізму роботи пасивації. Але точно відомо, що на поверхні пасивованої нержавіючої сталі є захисна оксидна плівка. Вважається, що ця невидима плівка надзвичайно тонка, товщиною менше 0,0000001 дюйма, приблизно 1/100 000 товщини людської волосини!
Чиста, щойно оброблена, відполірована або декапована деталь з нержавіючої сталі автоматично набуває цю оксидну плівку через вплив атмосферного кисню. За ідеальних умов цей захисний оксидний шар повністю покриває всі поверхні деталі.
На практиці, однак, забруднювачі, такі як цеховий бруд або частинки заліза від ріжучих інструментів, можуть потрапити на поверхню деталей з нержавіючої сталі під час обробки. Якщо їх не видалити, ці сторонні тіла можуть знизити ефективність оригінальної захисної плівки.
Під час обробки сліди вільного заліза можуть зношуватися з інструменту та переходити на поверхню заготовки з нержавіючої сталі. У деяких випадках на деталі може з’явитися тонкий шар іржі. Це фактично корозія сталі інструментом, а не основним металом. Іноді тріщини частинок сталі від ріжучих інструментів або їхніх продуктів корозії можуть спричинити ерозію самої деталі.
Подібним чином дрібні частинки цехового бруду можуть прилипати до поверхні деталі. Хоча метал може виглядати блискучим у обробленому стані, після контакту з повітрям невидимі частинки вільного заліза можуть спричинити поверхневу іржу.
Відкриті сульфіди також можуть бути проблемою. Вони походять від додавання сірки до нержавіючої сталі для покращення оброблюваності. Сульфіди збільшують здатність сплаву утворювати стружку під час механічної обробки, яка може повністю відшаровуватися від ріжучого інструменту. Якщо деталі не пасивовані належним чином, сульфіди можуть стати відправною точкою для поверхневої корозії готових виробів.
В обох випадках пасивація необхідна для максимізації природної корозійної стійкості нержавіючої сталі. Вона видаляє поверхневі забруднювачі, такі як частинки бруду з чорної металургії та частинки заліза в ріжучих інструментах, які можуть утворювати іржу або стати відправною точкою для корозії. Пасивація також видаляє сульфіди, що знаходяться на поверхні сплавів з нержавіючої сталі вільного різання.
Двоетапна процедура забезпечує найкращу стійкість до корозії: 1. Очищення, базова процедура, але іноді її не враховують;2. Кислотна ванна або пасивація.
Очищення завжди має бути пріоритетом. Поверхні необхідно ретельно очистити від жиру, охолоджувальної рідини чи іншого сміття для оптимальної корозійної стійкості. Сміття, що виникло під час обробки, або інший бруд, який випав з виробництва, можна обережно витерти з деталі. Для видалення технологічних масел або охолоджуючих рідин можна використовувати комерційні знежирювачі чи очисники. Сторонні речовини, такі як термічні оксиди, можливо, доведеться видалити за допомогою таких методів, як шліфування або травлення.
Іноді оператор машини може пропустити основне очищення, помилково вважаючи, що очищення та пасивація відбуватимуться одночасно, якщо просто занурити змащену жиром частину в кислотну ванну. Цього не станеться. Навпаки, забруднене мастило реагує з кислотою, утворюючи бульбашки повітря. Ці бульбашки збираються на поверхні заготовки та перешкоджають пасивації.
Що ще гірше, забруднення пасиваційних розчинів, які іноді містять високі концентрації хлоридів, може спричинити «миготіння». На відміну від отримання бажаної оксидної плівки з глянсовою, чистою, стійкою до корозії поверхнею, флеш-травлення може призвести до сильно протравленої або затемненої поверхні — погіршення поверхні, для оптимізації якого покликана пасивація.
Деталі, виготовлені з мартенситної нержавіючої сталі [магнітна, помірно стійка до корозії, межа текучості приблизно до 280 ksi (1930 МПа)], гартуються при підвищених температурах, а потім відпускаються для забезпечення бажаної твердості та механічних властивостей. Сплави, що піддаються дисперсійному гартуванню, мають кращу міцність і корозійну стійкість, ніж мартенситні сплави, можуть бути оброблені розчином, частково механічно оброблені, зістарені при нижчих температурах. температури, а потім закінчили.
У цьому випадку деталь необхідно ретельно очистити знежирювачем або миючим засобом, щоб видалити будь-які сліди ріжучої рідини перед термічною обробкою. Інакше ріжуча рідина, що залишилася на деталі, може спричинити надмірне окислення. Цей стан може призвести до появи вм’ятин на невеликих частинах після видалення окалини кислотою чи абразивними методами. Якщо ріжуча рідина може залишатися на яскраво затверділих частинах, наприклад у поверхневій вакуумній печі або в захисній атмосфері, може статися науглерожування, що призведе до втрати стійкості до корозії.
Після ретельного очищення деталі з нержавіючої сталі можна занурити в пасивуючу кислотну ванну. Можна використовувати будь-який із трьох методів – пасивування азотною кислотою, пасивування азотною кислотою з біхроматом натрію та пасивування лимонною кислотою. Який метод використовувати, залежить від марки нержавіючої сталі та вказаних критеріїв прийнятності.
Більш стійкі до корозії сорти хромонікелю можна пасивувати у ванні з азотною кислотою 20% (об./об.) (рис. 1). Як показано в таблиці, менш стійку нержавіючу сталь можна пасивувати, додавши біхромат натрію до ванни з азотною кислотою, що робить розчин більш окислювальним і здатним утворювати пасивну плівку на поверхні металу. Ще одним варіантом заміни азотної кислоти хроматом натрію є збільшення концентрації азоту. кислоти до 50% за об’ємом. Як додавання біхромату натрію, так і більш висока концентрація азотної кислоти зменшують ймовірність небажаного спалаху.
Процедура пасивації нержавіючих сталей, що підлягають механічній обробці (також показана на малюнку 1), дещо відрізняється від процедури для марок нержавіючої сталі, що не підлягають механічній обробці. Це пов’язано з тим, що під час пасивації у типовій ванні з азотною кислотою деякі або всі сульфіди, що містять сірку, придатні для механічної обробки, видаляються, створюючи мікроскопічні розриви на поверхні обробленої деталі.
Навіть загалом ефективна промивка водою може залишити залишки кислоти в цих розривах після пасивації. Ця кислота потім атакує поверхню деталі, якщо її не нейтралізувати або видалити.
Щоб ефективно пасивувати нержавіючу сталь, яка легко обробляється, Карпентер розробив процес AAA (лужно-кислотно-лужний), який нейтралізує залишкову кислоту. Цей метод пасивації можна завершити менш ніж за 2 години. Ось покроковий процес:
Після знежирення замочіть деталі в 5% розчині гідроксиду натрію при температурі від 160°F до 180°F (71°C до 82°C) на 30 хвилин. Потім ретельно промийте деталі у воді. Далі занурте деталь на 30 хвилин у 20% (об’єм) розчин азотної кислоти, що містить 3 унції/гал (22 г/л) біхромату натрію при 12 від 0°F до 140°F (49°C) до 60°C).Вийнявши деталь із ванни, промийте її водою, а потім занурте в розчин гідроксиду натрію ще на 30 хвилин. Знову промийте деталь водою та висушіть, завершивши метод AAA.
Пасивація лимонною кислотою стає все більш популярною серед виробників, які бажають уникнути використання мінеральних кислот або розчинів, що містять біхромат натрію, а також проблем з утилізацією та більших проблем безпеки, пов’язаних з їх використанням. Лимонна кислота вважається екологічно чистою в усіх відношеннях.
У той час як пасивація лимонною кислотою пропонує привабливі екологічні переваги, магазини, які досягли успіху з пасивацією неорганічної кислоти і не мають проблем з безпекою, можуть захотіти продовжити курс. Якщо ці користувачі мають чистий цех, добре обслуговуване та чисте обладнання, охолоджуючу рідину без забруднення чорними металами та процес, який дає хороші результати, реальної потреби в змінах може не бути.
Було встановлено, що пасивація у ванні з лимонною кислотою корисна для великої кількості нержавіючих сталей, включаючи кілька окремих сортів нержавіючої сталі, як показано на малюнку 2. Для зручності на малюнку 1 включено традиційний метод пасивації азотною кислотою. Зауважте, що старіші склади азотної кислоти виражені в об’ємних відсотках, тоді як нові концентрації лимонної кислоти виражені у відсотках ваги. Важливо зазначити, що під час виконання цих процедур слід ретельно балансувати час замочування, температура ванни та концентрація мають вирішальне значення, щоб уникнути «блимання», описаного раніше.
Обробка пасивації різниться залежно від вмісту хрому та характеристик обробки кожного сорту. Зверніть увагу на стовпці, які посилаються на процес 1 або процес 2. Як показано на малюнку 3, процес 1 включає менше кроків, ніж процес 2.
Лабораторні випробування показали, що процес пасивації лимонною кислотою більш схильний до спалаху, ніж процес азотної кислоти. Фактори, що сприяють цьому нападу, включають занадто високу температуру ванни, надто тривалий час замочування та забруднення ванни. Продукти лимонної кислоти, що містять інгібітори корозії та інші добавки, такі як зволожувачі, є комерційно доступними та, як повідомляється, зменшують сприйнятливість до «миттєвої корозії».
Остаточний вибір методу пасивації залежатиме від критеріїв прийнятності, встановлених замовником. Подробиці див. в ASTM A967. Його можна отримати на сайті www.astm.org.
Випробування часто проводяться для оцінки поверхні пасивованих деталей. Питання, на яке потрібно відповісти: «Чи пасивація видаляє вільне залізо та оптимізує корозійну стійкість марок вільного різання?»
Важливо, щоб метод тестування відповідав оцінюваній оцінці. Занадто суворі тести провалять ідеально якісні матеріали, тоді як надто вільні тести пройдуть незадовільні частини.
Нержавіючі сталі серії 400 із дисперсійним загартуванням і нержавіючою обробкою найкраще оцінюються в камері, здатній підтримувати 100% вологість (зразок у вологому стані) протягом 24 годин при 95°F (35°C). Поперечний переріз часто є найбільш критичною поверхнею, особливо для марок вільного різання. Однією з причин цього є те, що сульфід витягнутий у машинному напрямку, перетинаючи цю поверхню.
Критичні поверхні слід розташовувати вгору, але під кутом від 15 до 20 градусів від вертикалі, щоб забезпечити втрату вологи. Правильно пасивований матеріал майже не іржавіє, хоча на ньому можуть з’явитися невеликі плями.
Сорт аустенітної нержавіючої сталі також можна оцінити за допомогою випробування на вологість. Під час такого випробування на поверхні зразка повинні бути присутніми краплі води, що вказує на вільне залізо за наявністю іржі.
Процедури пасивування часто використовуваних нержавіючих сталей вільного різання та нержавіючої сталі в розчині лимонної або азотної кислоти вимагають різних процесів. На малюнку 3 нижче наведено деталі вибору процесу.
(a) Відрегулюйте pH за допомогою гідроксиду натрію. (b) Див. малюнок 3 (c) Na2Cr2O7 представляє 3 унції/галон (22 г/л) біхромату натрію в 20% азотній кислоті. Альтернативою цій суміші є 50% азотна кислота без біхромату натрію
Швидшим методом є використання розчину в ASTM A380, «Стандартна практика очищення, видалення накипу та пасивації деталей, обладнання та систем з нержавіючої сталі». Випробування полягає у протиранні деталі розчином мідного купоросу/сірчаної кислоти, утримуванні її вологою протягом 6 хвилин і спостереженні за мідненням. Як альтернативу, деталь можна занурити в розчин на 6 хвилин. Якщо праска розчиняється, відбувається обміднення. Цей тест не застосовується до поверхонь деталей харчової промисловості. Крім того, його не слід використовувати для мартенситних сталей серії 400 або феритних сталей з низьким вмістом хрому, оскільки можуть виникнути хибнопозитивні результати.
Історично для оцінки пасивованих зразків також використовувався тест із 5% сольовим туманом при 95°F (35°C). Цей тест є надто суворим для деяких марок і, як правило, не потрібен для підтвердження ефективності пасивації.
Уникайте надмірного використання хлоридів, які можуть спричинити шкідливі спалахи. Якщо можливо, використовуйте лише високоякісну воду з вмістом хлориду менше ніж 50 частин на мільйон (ppm). Водопровідної води зазвичай достатньо, і в деяких випадках вона може переносити до кількох сотень частин на мільйон хлориду.
Важливо регулярно міняти ванну, щоб не втратити потенціал пасивації, що може призвести до ударів блискавки та пошкодження деталей. Ванну слід підтримувати при належній температурі, оскільки високі температури можуть спричинити локальну корозію.
Важливо підтримувати чіткий графік зміни розчину під час інтенсивних виробничих циклів, щоб мінімізувати ймовірність забруднення. Контрольний зразок використовувався для перевірки ефективності ванни. Якщо зразок заражено, настав час замінити ванну.
Будь ласка, вкажіть, що деякі машини виготовляють лише нержавіючу сталь;використовуйте ту саму бажану охолоджуючу рідину для різання нержавіючої сталі, за винятком усіх інших металів.
Деталі стійки DO обробляються окремо, щоб уникнути контакту метал з металом. Це особливо важливо для вільної обробки нержавіючої сталі, оскільки для розсіювання сульфідних продуктів корозії та уникнення утворення кислотних кишень потрібні розчини для вільної пасивації та промивання.
Не пасивуйте деталі з цементованої або азотованої нержавіючої сталі. Стійкість до корозії деталей, оброблених таким чином, може бути знижена до точки, коли вони можуть піддаватися впливу у ванні для пасивації.
Не використовуйте інструменти з чорних металів у не дуже чистому середовищі майстерні. Сталевого піску можна уникнути, використовуючи твердосплавні або керамічні інструменти.
Не забувайте, що у ванні пасивації може виникнути корозія, якщо деталь не піддається термічній обробці належним чином. Мартенситні марки з високим вмістом вуглецю та хрому повинні бути загартовані для стійкості до корозії.
Пасивацію зазвичай проводять після наступного відпустки з використанням температур, які зберігають стійкість до корозії.
Не ігноруйте концентрацію азотної кислоти в пасиваційній ванні. Періодичні перевірки слід проводити за допомогою простої процедури титрування, наданої Carpenter. Не пасивуйте більше однієї нержавіючої сталі одночасно. Це запобігає дорогій плутанині та гальванічним реакціям.
Про авторів: Террі А. ДеБолд — фахівець з досліджень і розробок сплавів нержавіючої сталі, а Джеймс В. Мартін — металург із прутків у Carpenter Technology Corp. (Редінг, Пенсільванія).
У світі дедалі суворіших специфікацій обробки поверхні прості вимірювання «шорсткості» все ще корисні. Давайте подивимося, чому вимірювання поверхні є важливим і як це можна перевірити в цеху за допомогою складних портативних вимірювальних приладів.
Ви впевнені, що у вас є найкраща пластина для цієї токарної операції? Перевірте стружку, особливо якщо її залишити без нагляду. Характеристики стружки можуть розповісти вам багато про що.