لقد تأكدت من أن الأجزاء تم تصنيعها وفقًا للمواصفات. الآن، تأكد من أنك اتخذت الخطوات اللازمة لحماية هذه الأجزاء في الظروف التي يتوقعها عملاؤك.
تظل عملية التخميل خطوة حاسمة في تعظيم مقاومة التآكل الأساسية للأجزاء والتجمعات الميكانيكية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ويمكن أن تحدث فرقًا بين الأداء المرضي والفشل المبكر. إذا تم تنفيذها بشكل غير صحيح، يمكن أن يؤدي التخميل في الواقع إلى التآكل.
التخميل هو طريقة ما بعد التصنيع تعمل على تعظيم مقاومة التآكل الكامنة في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي تنتج قطعة العمل. وهي ليست معالجة لإزالة الترسبات، كما أنها ليست طلاء.
لا يوجد إجماع عام بشأن الآلية الدقيقة لكيفية عمل التخميل. ولكن من المؤكد أن هناك فيلم أكسيد واقي على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المخملي. ويعتقد أن هذا الفيلم غير المرئي رقيق للغاية، حيث يقل سمكه عن 0.0000001 بوصة، أي حوالي 1/100000 من سمك شعرة الإنسان!
إن الجزء المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ النظيف أو المصقول أو المخلل حديثًا سوف يكتسب تلقائيًا طبقة الأكسيد هذه بسبب تعرضه للأكسجين الجوي. وفي ظل الظروف المثالية، تغطي طبقة الأكسيد الواقية هذه جميع أسطح الجزء بالكامل.
ولكن في الممارسة العملية، يمكن للملوثات مثل أوساخ الورشة أو جزيئات الحديد من أدوات القطع أن تنتقل إلى سطح أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء التشغيل. وإذا لم تتم إزالة هذه الأجسام الغريبة، فقد تقلل من فعالية الفيلم الواقي الأصلي.
أثناء التشغيل، يمكن لكميات ضئيلة من الحديد الحر أن تتآكل من الأداة وتنتقل إلى سطح قطعة العمل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. في بعض الحالات، قد تظهر طبقة رقيقة من الصدأ على الجزء. هذا في الواقع تآكل الفولاذ بواسطة الأداة، وليس المعدن الأساسي. في بعض الأحيان، يمكن أن تتسبب شقوق جزيئات الفولاذ المدمجة من أدوات القطع أو منتجات التآكل الخاصة بها في تآكل الجزء نفسه.
وبالمثل، قد تلتصق جزيئات صغيرة من أوساخ الورشة الحديدية بسطح القطعة. وعلى الرغم من أن المعدن قد يبدو لامعًا في حالته الميكانيكية، إلا أنه بعد تعرضه للهواء، يمكن لجزيئات غير مرئية من الحديد الحر أن تسبب الصدأ السطحي.
يمكن أن تشكل الكبريتيدات المكشوفة أيضًا مشكلة. وتأتي من إضافة الكبريت إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين قابلية التصنيع. تزيد الكبريتيدات من قدرة السبائك على تكوين رقائق أثناء التصنيع، والتي يمكن أن تنفصل تمامًا عن أداة القطع. ما لم يتم تخميل الأجزاء بشكل صحيح، يمكن أن تصبح الكبريتيدات نقطة بداية للتآكل السطحي على المنتجات المصنعة.
في كلتا الحالتين، يكون التخميل ضروريًا لزيادة مقاومة التآكل الطبيعية للفولاذ المقاوم للصدأ. فهو يزيل الملوثات السطحية، مثل جزيئات الأوساخ الحديدية في المتجر وجزيئات الحديد في أدوات القطع، والتي يمكن أن تشكل الصدأ أو تصبح نقطة بداية للتآكل. كما يزيل التخميل أيضًا الكبريتيدات المكشوفة على سطح سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ ذات القطع الحر.
يوفر إجراء مكون من خطوتين أفضل مقاومة للتآكل: 1. التنظيف، وهو إجراء أساسي ولكن يتم تجاهله في بعض الأحيان؛ 2. حمام حمضي أو معالجة التخميل.
يجب أن يكون التنظيف دائمًا أولوية. يجب تنظيف الأسطح جيدًا من الشحوم أو سائل التبريد أو أي حطام آخر من المتجر للحصول على مقاومة مثالية للتآكل. يمكن مسح حطام التشغيل أو أي أوساخ أخرى من المتجر بعناية من الجزء. يمكن استخدام مزيلات الشحوم أو المنظفات التجارية لإزالة زيوت العملية أو سوائل التبريد. قد يتعين إزالة المواد الغريبة مثل الأكاسيد الحرارية بطرق مثل الطحن أو التخليل.
في بعض الأحيان قد يتخطى مشغل الماكينة عملية التنظيف الأساسية، معتقدًا خطأً أن التنظيف والتخميل سيحدثان في وقت واحد بمجرد غمس جزء محمل بالشحم في حمام حمضي. وهذا لن يحدث. وعلى العكس من ذلك، يتفاعل الشحم الملوث مع الحمض لتكوين فقاعات الهواء. تتجمع هذه الفقاعات على سطح قطعة العمل وتتداخل مع التخميل.
ولجعل الأمور أسوأ، فإن تلوث محاليل التخميل، والتي تحتوي في بعض الأحيان على تركيزات عالية من الكلوريدات، يمكن أن يسبب "الوميض". وعلى عكس الحصول على فيلم الأكسيد المطلوب بسطح لامع ونظيف ومقاوم للتآكل، يمكن أن يؤدي النقش السريع إلى سطح محفور بشدة أو داكن - وهو تدهور السطح الذي تم تصميم التخميل لتحسينه.
يتم تقوية الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ [المغناطيسي، المقاوم للتآكل بشكل معتدل، قوة الخضوع تصل إلى حوالي 280 ksi (1930 ميجا باسكال)] في درجات حرارة مرتفعة ثم يتم تلطيفها لضمان الصلابة والخصائص الميكانيكية المطلوبة. يمكن معالجة السبائك القابلة للتصلب بالترسيب، والتي تتمتع بقوة ومقاومة للتآكل أفضل من السبائك المارتنسيتية، بالمحلول، وتشغيلها جزئيًا، وتعتيقها في درجات حرارة أقل، ثم الانتهاء منها.
في هذه الحالة، يجب تنظيف الجزء جيدًا باستخدام مزيل شحوم أو منظف لإزالة أي آثار لسائل القطع قبل المعالجة الحرارية. وإلا، فإن سائل القطع المتبقي على الجزء يمكن أن يسبب أكسدة مفرطة. يمكن أن تتسبب هذه الحالة في انبعاج الأجزاء ذات الحجم الصغير بعد إزالة المقياس بالطرق الحمضية أو الكاشطة. إذا سُمح لسائل القطع بالبقاء على الأجزاء الصلبة اللامعة، كما هو الحال في فرن التفريغ أو الغلاف الجوي الواقي، فقد يحدث تكسير السطح، مما يؤدي إلى فقدان مقاومة التآكل.
بعد التنظيف الشامل، يمكن غمر أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ في حمام حمض التخميل. يمكن استخدام أي من الطرق الثلاث - التخميل بحمض النيتريك، والتخميل بحمض النيتريك مع ثنائي كرومات الصوديوم، والتخميل بحمض الستريك. تعتمد الطريقة التي يجب استخدامها على درجة الفولاذ المقاوم للصدأ ومعايير القبول المحددة.
يمكن تخميل درجات الكروم والنيكل الأكثر مقاومة للتآكل في حمام حمض النيتريك بنسبة 20٪ (حجم / حجم) (الشكل 1). كما هو موضح في الجدول، يمكن تخميل الفولاذ المقاوم للصدأ الأقل مقاومة عن طريق إضافة ثنائي كرومات الصوديوم إلى حمام حمض النيتريك، مما يجعل المحلول أكثر أكسدة وقادرًا على تكوين فيلم سلبي على سطح المعدن. خيار آخر لاستبدال حمض النيتريك بكرومات الصوديوم هو زيادة تركيز حمض النيتريك إلى 50٪ من حيث الحجم. يقلل كل من إضافة ثنائي كرومات الصوديوم والتركيز الأعلى لحمض النيتريك من فرصة حدوث وميض غير مرغوب فيه.
تختلف طريقة التخميل الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ الخاضع للمعالجة الآلية الحرة (كما هو موضح في الشكل 1) إلى حد ما عن طريقة التخميل الخاصة بالدرجات غير الخاضعة للمعالجة الآلية الحرة. ويرجع هذا إلى أنه أثناء التخميل في حمام حمض النيتريك النموذجي، تتم إزالة بعض أو كل كبريتيدات الدرجة القابلة للمعالجة الآلية المحتوية على الكبريت، مما يؤدي إلى إنشاء انقطاعات مجهرية في سطح الجزء المخروطي.
حتى الشطف بالماء الفعال بشكل عام يمكن أن يترك حمضًا متبقيًا في هذه الانقطاعات بعد التخميل. ثم يقوم هذا الحمض بمهاجمة سطح الجزء ما لم يتم تحييده أو إزالته.
من أجل تحويل الفولاذ المقاوم للصدأ القابل للتصنيع بسهولة إلى مادة خاملة بشكل فعال، طورت شركة كاربنتر عملية AAA (القلوي-الحمض-القلوي)، والتي تعمل على تحييد الأحماض المتبقية. ويمكن إكمال طريقة التحويل هذه في أقل من ساعتين. وفيما يلي العملية خطوة بخطوة:
بعد إزالة الشحوم، انقع الأجزاء في محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 5% عند درجة حرارة تتراوح بين 71 و82 درجة مئوية (160 إلى 180 درجة فهرنهايت) لمدة 30 دقيقة. ثم اشطف الأجزاء جيدًا بالماء. بعد ذلك، اغمرها لمدة 30 دقيقة في محلول حمض النيتريك بتركيز 20% (حجم/حجم) يحتوي على 22 جم/لتر من ثنائي كرومات الصوديوم عند درجة حرارة تتراوح بين 49 و60 درجة مئوية (120 إلى 140 درجة فهرنهايت). بعد إخراج الجزء من الحمام، اشطفه بالماء ثم اغمره في محلول هيدروكسيد الصوديوم لمدة 30 دقيقة أخرى. اشطف الجزء مرة أخرى بالماء وجففه، وبذلك تُكمل طريقة AAA.
أصبحت عملية التخميل باستخدام حمض الستريك تحظى بشعبية متزايدة بين الشركات المصنعة التي ترغب في تجنب استخدام الأحماض المعدنية أو المحاليل التي تحتوي على ثنائي كرومات الصوديوم، فضلاً عن مشاكل التخلص منها ومخاوف السلامة الأكبر المرتبطة باستخدامها. ويعتبر حمض الستريك صديقًا للبيئة بكل الطرق.
في حين أن التخميل بحمض الستريك يوفر مزايا بيئية جذابة، فإن المتاجر التي حققت نجاحًا مع التخميل بحمض غير عضوي وليس لديها مخاوف تتعلق بالسلامة قد ترغب في الاستمرار في المسار. إذا كان لدى هؤلاء المستخدمين متجر نظيف، ومعدات نظيفة وصيانتها جيدة، ومبرد خالٍ من أوساخ المتجر الحديدية، وعملية تنتج نتائج جيدة، فقد لا تكون هناك حاجة حقيقية للتغييرات.
لقد وجد أن التخميل في حمام حمض الستريك مفيد لمجموعة كبيرة من الفولاذ المقاوم للصدأ، بما في ذلك العديد من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الفردية، كما هو موضح في الشكل 2. وللتيسير، تم تضمين طريقة التخميل التقليدية بحمض النيتريك في الشكل 1. لاحظ أن تركيبات حمض النيتريك القديمة يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الحجم، بينما يتم التعبير عن تركيزات حمض الستريك الأحدث كنسبة مئوية من الوزن. ومن المهم ملاحظة أنه عند تنفيذ هذه الإجراءات، فإن الموازنة الدقيقة بين وقت النقع ودرجة حرارة الحمام والتركيز أمر بالغ الأهمية لتجنب "الوميض" الموصوف سابقًا.
تختلف معالجات التخميل وفقًا لمحتوى الكروم وخصائص التشغيل لكل درجة. لاحظ الأعمدة التي تشير إلى العملية 1 أو العملية 2. كما هو موضح في الشكل 3، تتضمن العملية 1 خطوات أقل من العملية 2.
أظهرت الاختبارات المعملية أن عملية التخميل بحمض الستريك أكثر عرضة لـ "الوميض" من عملية حمض النيتريك. تشمل العوامل التي تساهم في هذا الهجوم درجة حرارة الحمام المرتفعة جدًا، ووقت النقع الطويل جدًا، وتلوث الحمام. تتوفر منتجات حمض الستريك التي تحتوي على مثبطات التآكل وإضافات أخرى مثل عوامل الترطيب تجاريًا ويُقال إنها تقلل من قابلية التعرض لـ "التآكل المفاجئ".
يعتمد الاختيار النهائي لطريقة التخميل على معايير القبول التي يفرضها العميل. راجع ASTM A967 للمزيد من التفاصيل. ويمكن الوصول إليه على www.astm.org.
يتم إجراء الاختبارات في كثير من الأحيان لتقييم سطح الأجزاء المعطلة. والسؤال الذي يجب الإجابة عليه هو، "هل تعمل عملية التخميل على إزالة الحديد الحر وتحسين مقاومة التآكل لدرجات القطع الحرة؟"
من المهم أن تتطابق طريقة الاختبار مع الدرجة التي يتم تقييمها. الاختبارات الصارمة للغاية سوف تفشل في اجتياز المواد الجيدة تمامًا، في حين أن الاختبارات غير المحكمة للغاية سوف تجتاز الأجزاء غير المرضية.
يتم تقييم الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 400 الذي يتم تصلبيه بالترسيب والتصنيع الحر بشكل أفضل في خزانة قادرة على الحفاظ على 100% من الرطوبة (العينات الرطبة) لمدة 24 ساعة عند 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية). غالبًا ما يكون المقطع العرضي هو السطح الأكثر أهمية، وخاصة بالنسبة للدرجات التي يتم قطعها بحرية. أحد أسباب ذلك هو أن الكبريتيد ممدود في اتجاه الماكينة، متقاطعًا مع هذا السطح.
يجب وضع الأسطح الحساسة لأعلى، ولكن بزاوية 15 إلى 20 درجة من الوضع الرأسي للسماح بفقدان الرطوبة. المواد التي تم تعقيمها بشكل صحيح لن تصدأ، على الرغم من أنها قد تظهر عليها بعض البقع الطفيفة.
يمكن أيضًا تقييم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عن طريق اختبار الرطوبة. عند إجراء الاختبار بهذه الطريقة، يجب أن تكون قطرات الماء موجودة على سطح العينة، مما يشير إلى وجود الحديد الحر من خلال وجود أي صدأ.
تتطلب إجراءات التخميل للفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم بشكل شائع، سواء كان حر القطع أو غير حر القطع، في محاليل حمض الستريك أو النيتريك عمليات مختلفة. يوضح الشكل 3 أدناه تفاصيل اختيار العملية.
(أ) اضبط الرقم الهيدروجيني باستخدام هيدروكسيد الصوديوم. (ب) انظر الشكل 3 (ج) يمثل Na2Cr2O7 3 أونصة/جالون (22 جم/لتر) من ثنائي كرومات الصوديوم في حمض النيتريك بنسبة 20%. البديل لهذا الخليط هو حمض النيتريك بنسبة 50% بدون ثنائي كرومات الصوديوم
الطريقة الأسرع هي استخدام الحل في ASTM A380، "الممارسة القياسية لتنظيف وإزالة الترسبات الكلسية وتثبيط أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ والمعدات والأنظمة". يتكون الاختبار من مسح الجزء بمحلول كبريتات النحاس / حمض الكبريتيك، والحفاظ عليه رطبًا لمدة 6 دقائق ومراقبة طلاء النحاس. كبديل، يمكن غمر الجزء في المحلول لمدة 6 دقائق. إذا ذاب الحديد، يحدث طلاء النحاس. لا ينبغي استخدام هذا الاختبار على أسطح أجزاء معالجة الأغذية. أيضًا، لا ينبغي استخدامه لسلسلة 400 من الفولاذ المارتنسيتي أو الفولاذ الفيريتي منخفض الكروم حيث قد تحدث نتائج إيجابية خاطئة.
تاريخيًا، تم استخدام اختبار رش الملح بنسبة 5% عند 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية) أيضًا لتقييم العينات المخمدة. هذا الاختبار صارم للغاية بالنسبة لبعض الدرجات ولا يلزم عمومًا لتأكيد فعالية التخميل.
تجنب استخدام كميات زائدة من الكلوريدات، والتي يمكن أن تسبب هجمات فلاشية ضارة. إذا كان ذلك ممكنا، استخدم فقط مياه عالية الجودة تحتوي على أقل من 50 جزء في المليون (ppm) من الكلوريد. عادة ما تكون مياه الصنبور كافية ويمكنها تحمل ما يصل إلى عدة مئات من جزء في المليون من الكلوريد في بعض الحالات.
من المهم استبدال الحمام بانتظام لتجنب فقدان إمكانية التخميل التي يمكن أن تؤدي إلى الوميض وتلف الأجزاء. يجب الحفاظ على الحمام عند درجة الحرارة المناسبة، حيث أن درجات الحرارة المرتفعة قد تسبب تآكلًا موضعيًا.
من المهم الحفاظ على جدول تغيير الحل المحدد للغاية أثناء عمليات الإنتاج العالية لتقليل احتمالية التلوث. تم استخدام عينة تحكم لاختبار فعالية الحمام. إذا تعرضت العينة للهجوم، فقد حان الوقت لاستبدال الحمام.
يرجى تحديد أن بعض الآلات تصنع الفولاذ المقاوم للصدأ فقط؛ استخدم نفس سائل التبريد المفضل لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ، باستثناء جميع المعادن الأخرى.
يتم التعامل مع أجزاء رف DO بشكل فردي لتجنب ملامسة المعدن للمعدن. وهذا مهم بشكل خاص للتصنيع الحر للفولاذ المقاوم للصدأ، حيث تكون حلول التخميل والتنظيف الحرة مطلوبة لتشتيت منتجات التآكل في الكبريتيدات وتجنب تكوين جيوب حمضية.
لا تقم بمعالجة الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المكربن ​​أو المنترت. قد تنخفض مقاومة التآكل للأجزاء المعالجة بهذه الطريقة إلى الحد الذي قد تتعرض فيه للهجوم في حمام المعالجة بالتخميل.
لا تستخدم الأدوات الحديدية في بيئة ورشة عمل غير نظيفة بشكل خاص. يمكن تجنب حبيبات الفولاذ باستخدام أدوات كربيد أو سيراميك.
لا تنس أن التآكل يمكن أن يحدث في حمام التخميل إذا لم تتم معالجة الجزء حرارياً بشكل صحيح. يجب تقوية الدرجات المارتنسيتية عالية الكربون وعالية الكروم لمقاومة التآكل.
يتم عادة إجراء التخميل بعد التلطيف اللاحق باستخدام درجات الحرارة التي تحافظ على مقاومة التآكل.
لا تتجاهل تركيز حمض النيتريك في حمام التخميل. يجب إجراء فحوصات دورية باستخدام إجراء المعايرة البسيط الذي توفره شركة كاربنتر. لا تقم بتخميل أكثر من قطعة واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ في وقت واحد. هذا يمنع الارتباك المكلف ويتجنب التفاعلات الجلفانية.
نبذة عن المؤلفين: تيري أ. ديبولد هو متخصص في البحث والتطوير في مجال سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ، وجيمس دبليو مارتن هو خبير في علم المعادن في شركة كاربنتر تكنولوجي كورب (ريدينج، بنسلفانيا).
في عالم تتزايد فيه مواصفات التشطيب السطحي بشكل صارم، لا تزال قياسات "الخشونة" البسيطة مفيدة. دعونا نلقي نظرة على سبب أهمية قياس السطح وكيف يمكن التحقق منه في ورشة العمل باستخدام مقاييس محمولة متطورة.
هل أنت متأكد من أن لديك أفضل ملحق لهذه العملية الدورانية؟ افحص الشريحة، خاصةً إذا تُركت دون مراقبة. يمكن أن تخبرك خصائص الشريحة بالكثير.