لقد تحققت من أن الأجزاء مصنعة وفقًا للمواصفات. الآن، تأكد من اتخاذ الخطوات اللازمة لحماية هذه الأجزاء في البيئة التي يتوقعها عملاؤك. #base
تُعدّ عملية التخميل خطوةً أساسيةً لتعزيز مقاومة التآكل في الأجزاء والمجموعات المصنّعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. وقد تُحدث هذه العملية فرقًا جوهريًا بين الأداء المُرضي والتلف المُبكر. كما أن التخميل غير الصحيح قد يُسبب التآكل.
التخميل هو تقنية تُجرى بعد التصنيع لزيادة مقاومة التآكل الكامنة في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ التي صُنعت منها قطعة العمل. وهي تختلف عن إزالة القشور أو الطلاء.
لا يوجد إجماع حول الآلية الدقيقة التي تعمل بها عملية التخميل. لكن من المؤكد وجود طبقة أكسيد واقية على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المُخَمَّل. ويُقال إن هذه الطبقة غير المرئية رقيقة للغاية، إذ يقل سمكها عن 0.0000001 بوصة، أي ما يعادل 1/100000 من سمك شعرة الإنسان!
ستكتسب قطعة الفولاذ المقاوم للصدأ النظيفة، المصقولة أو المعالجة كيميائياً، طبقة أكسيد تلقائية نتيجة تعرضها لأكسجين الهواء. وفي الظروف المثالية، تغطي هذه الطبقة الواقية من الأكسيد جميع أسطح القطعة بالكامل.
لكن عملياً، قد تتراكم ملوثات مثل أوساخ المصنع أو جزيئات الحديد من أدوات القطع على سطح قطع الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء التصنيع. وإذا لم تُزل هذه الأجسام الغريبة، فقد تُقلل من فعالية طبقة الحماية الأصلية.
أثناء عملية التشغيل، قد تنتقل آثار الحديد الحر من أداة القطع إلى سطح قطعة العمل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. في بعض الحالات، قد تظهر طبقة رقيقة من الصدأ على القطعة. في الواقع، هذا تآكل في فولاذ أداة القطع، وليس في المعدن الأساسي. أحيانًا، قد تتسبب الشقوق الناتجة عن جزيئات الفولاذ العالقة من أدوات القطع أو نواتج تآكلها في تآكل القطعة نفسها.
وبالمثل، يمكن أن تلتصق جزيئات صغيرة من الأوساخ المعدنية الحديدية بسطح القطعة. ورغم أن المعدن قد يبدو لامعًا في حالته النهائية، إلا أنه بعد تعرضه للهواء، يمكن أن تتسبب جزيئات الحديد الحر غير المرئية في صدأ السطح.
قد تُشكل الكبريتيدات المكشوفة مشكلةً أيضاً. تُصنع هذه الكبريتيدات بإضافة الكبريت إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين قابليته للتشغيل الآلي. تزيد الكبريتيدات من قدرة السبيكة على تكوين رقائق أثناء التشغيل، والتي يمكن إزالتها بالكامل من أداة القطع. إذا لم تتم معالجة الأجزاء بشكل صحيح، فقد تُصبح الكبريتيدات نقطة انطلاق لتآكل سطح المنتجات الصناعية.
في كلتا الحالتين، تُعدّ عملية التخميل ضرورية لتعزيز مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الطبيعي. فهي تزيل الملوثات السطحية، مثل جزيئات الحديد الموجودة في أدوات القطع، والتي قد تُسبب الصدأ أو تُصبح نقطة انطلاق للتآكل. كما تُزيل عملية التخميل الكبريتيدات الموجودة على سطح سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة في القطع المفتوح.
يوفر إجراء من خطوتين أفضل مقاومة للتآكل: 1. التنظيف، وهو الإجراء الرئيسي، ولكن يتم إهماله في بعض الأحيان 2. حمام حمضي أو تخميل.
يجب أن تكون النظافة أولوية قصوى. يجب تنظيف الأسطح جيدًا من الشحوم وسوائل التبريد وغيرها من الشوائب لضمان مقاومة مثالية للتآكل. يمكن مسح بقايا التصنيع أو الأوساخ الأخرى من المصنع برفق عن القطعة. يمكن استخدام مزيلات الشحوم أو المنظفات التجارية لإزالة زيوت العمليات أو سوائل التبريد. قد يلزم إزالة المواد الغريبة، مثل أكاسيد الحرارة، بطرق مثل التجليخ أو التخليل.
قد يتجاهل مشغل الآلة أحيانًا التنظيف الأساسي، معتقدًا خطأً أن التنظيف والتخميل سيحدثان في آنٍ واحد بمجرد غمر القطعة المشحمة في حمام حمضي. هذا غير صحيح. بل على العكس، يتفاعل الشحم الملوث مع الحمض مكونًا فقاعات هوائية. تتجمع هذه الفقاعات على سطح قطعة العمل وتعيق عملية التخميل.
والأسوأ من ذلك، أن تلوث محاليل التخميل، التي تحتوي أحيانًا على تركيزات عالية من الكلوريدات، قد يتسبب في حدوث "وميض". وعلى عكس إنتاج طبقة الأكسيد المطلوبة بسطح لامع ونظيف ومقاوم للتآكل، فإن التآكل السريع قد يؤدي إلى تآكل شديد أو اسوداد السطح، وهو تدهور في السطح الذي صُمم التخميل لتحسينه.
تُقسّى أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي [مغناطيسي، مقاوم للتآكل بشكل معتدل، قوة خضوع تصل إلى حوالي 280 ألف رطل لكل بوصة مربعة (1930 ميجا باسكال)] عند درجات حرارة عالية، ثم تُخفّف صلابتها لتوفير الصلابة والخواص الميكانيكية المطلوبة. أما السبائك المُقسّاة بالترسيب (التي تتمتع بقوة ومقاومة للتآكل أفضل من الدرجات المارتنسيتية)، فيمكن معالجتها حراريًا، وتشكيلها جزئيًا، وتعتيقها عند درجات حرارة منخفضة، ثم تشطيبها.
في هذه الحالة، يجب تنظيف القطعة جيدًا بمزيل للشحوم أو منظف قبل المعالجة الحرارية لإزالة أي آثار لسائل التبريد. وإلا، فقد يتسبب بقاء سائل التبريد على القطعة في أكسدة مفرطة. وقد يؤدي ذلك إلى ظهور انبعاجات على القطع الصغيرة بعد إزالة القشور باستخدام الأحماض أو المواد الكاشطة. وإذا تُرك سائل التبريد على القطع الصلبة اللامعة، كما هو الحال في أفران التفريغ أو في بيئة واقية، فقد يحدث تكربن سطحي، مما يؤدي إلى فقدان مقاومة التآكل.
بعد التنظيف الدقيق، يمكن غمر قطع الفولاذ المقاوم للصدأ في حمام حمضي للتخميل. يمكن استخدام أي من الطرق الثلاث التالية: التخميل بحمض النيتريك، أو التخميل بحمض النيتريك مع ثنائي كرومات الصوديوم، أو التخميل بحمض الستريك. يعتمد اختيار الطريقة على نوع الفولاذ المقاوم للصدأ ومعايير القبول المحددة.
يمكن معالجة أنواع النيكل والكروم الأكثر مقاومة للتآكل بطبقة واقية في حمام من حمض النيتريك بتركيز 20% (حجم/حجم) (الشكل 1). وكما هو موضح في الجدول، يمكن معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ الأقل مقاومة بإضافة ثنائي كرومات الصوديوم إلى حمام حمض النيتريك لزيادة قدرة المحلول على الأكسدة وتكوين طبقة واقية على سطح المعدن. وثمة خيار آخر لاستبدال حمض النيتريك بكرومات الصوديوم، وهو زيادة تركيز حمض النيتريك إلى 50% حجمًا. يقلل كل من إضافة ثنائي كرومات الصوديوم وزيادة تركيز حمض النيتريك من احتمالية حدوث شرارة غير مرغوب فيها.
تختلف عملية التخميل للفولاذ المقاوم للصدأ القابل للتشغيل (الموضحة أيضًا في الشكل 1) اختلافًا طفيفًا عن عملية التخميل لأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ غير القابلة للتشغيل. ويعود ذلك إلى أنه أثناء التخميل في حمام حمض النيتريك، تتم إزالة بعض أو كل كبريتيدات الكبريت القابلة للتشغيل، مما يُحدث عدم تجانس مجهري على سطح قطعة العمل.
حتى الغسيل بالماء الفعال عادةً قد يترك بقايا حمضية في هذه الفجوات بعد عملية التخميل. هذا الحمض سيهاجم سطح القطعة إذا لم يتم تحييده أو إزالته.
لتحقيق تخميل فعال للفولاذ المقاوم للصدأ سهل التشغيل، طورت شركة كاربنتر عملية AAA (قلوي-حمضي-قلوي) التي تُعادل الحمض المتبقي. يمكن إتمام هذه العملية في أقل من ساعتين. إليكم الخطوات التفصيلية:
بعد إزالة الشحوم، انقع الأجزاء في محلول هيدروكسيد الصوديوم بنسبة 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، اغمر الجزء لمدة 30 دقيقة في محلول حمض النيتريك بنسبة 20% (حجم/حجم) يحتوي على 22 غ/لتر من ثنائي كرومات الصوديوم عند درجة حرارة تتراوح بين 49 و60 درجة مئوية (120 إلى 140 درجة فهرنهايت). بعد إخراج الجزء من المحلول، اشطفه بالماء، ثم اغمره في محلول هيدروكسيد الصوديوم لمدة 30 دقيقة. اشطف الجزء مرة أخرى بالماء وجففه، وبذلك تكون قد أكملت طريقة AAA.
أصبحت عملية التخميل بحمض الستريك شائعة بشكل متزايد بين المصنّعين الذين يرغبون في تجنب استخدام الأحماض المعدنية أو المحاليل التي تحتوي على ثنائي كرومات الصوديوم، فضلاً عن مشاكل التخلص منها والمخاوف المتزايدة المتعلقة بالسلامة المرتبطة باستخدامها. يُعتبر حمض الستريك صديقًا للبيئة من جميع النواحي.
رغم أن التخميل بحمض الستريك يوفر فوائد بيئية جذابة، إلا أن المتاجر التي حققت نجاحًا باستخدام التخميل بالأحماض غير العضوية، ولا توجد لديها مخاوف تتعلق بالسلامة، قد ترغب في الاستمرار على هذا النهج. فإذا كان لدى هؤلاء المستخدمين ورشة عمل نظيفة، ومعدات بحالة جيدة ونظيفة، وسائل تبريد خالٍ من رواسب الحديد المصنعية، وتُحقق العملية نتائج جيدة، فقد لا تكون هناك حاجة حقيقية للتغيير.
أثبتت عملية التخميل باستخدام حمام حمض الستريك فعاليتها لمجموعة واسعة من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، بما في ذلك عدة درجات مختلفة، كما هو موضح في الشكل 2. ولتسهيل الأمر، يتضمن الشكل 2.1 الطريقة التقليدية للتخميل باستخدام حمض النيتريك. تجدر الإشارة إلى أن تركيبات حمض النيتريك القديمة مُعبر عنها كنسب مئوية حجمية، بينما تُعبر تراكيز حمض الستريك الجديدة كنسب مئوية كتلية. من المهم ملاحظة أنه عند إجراء هذه العمليات، يُعد التوازن الدقيق بين مدة النقع ودرجة حرارة الحمام والتركيز أمرًا بالغ الأهمية لتجنب ظاهرة "الوميض" المذكورة سابقًا.
تختلف عملية التخميل باختلاف محتوى الكروم وخصائص معالجة كل نوع. لاحظ الأعمدة الخاصة بالعملية 1 أو العملية 2. كما هو موضح في الشكل 3، تحتوي العملية 1 على خطوات أقل من العملية 2.
أظهرت الاختبارات المعملية أن عملية التخميل بحمض الستريك أكثر عرضة للتآكل السريع من عملية حمض النيتريك. تشمل العوامل المساهمة في هذا التآكل ارتفاع درجة حرارة المحلول، وطول مدة النقع، وتلوث المحلول. تتوفر تجارياً منتجات أساسها حمض الستريك تحتوي على مثبطات للتآكل ومواد مضافة أخرى مثل عوامل الترطيب، وقد ثبت أنها تقلل من قابلية التآكل السريع.
يعتمد اختيار طريقة التخميل النهائية على معايير القبول التي يحددها العميل. راجع معيار ASTM A967 لمزيد من التفاصيل، ويمكن الوصول إليه عبر الموقع الإلكتروني www.astm.org.
تُجرى الاختبارات عادةً لتقييم سطح الأجزاء المُعالجة بالتخميل. والسؤال الذي يجب الإجابة عليه هو: "هل يُزيل التخميل الحديد الحر ويُحسّن مقاومة التآكل للسبائك المستخدمة في القطع الآلي؟"
من المهم أن تتناسب طريقة الاختبار مع الفئة التي يتم تقييمها. فالاختبارات الصارمة للغاية لن تجتاز المواد الجيدة تمامًا، بينما الاختبارات المتساهلة للغاية ستجتاز أجزاءً غير مرضية.
يُفضل تقييم الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 400، ذي الرقم الهيدروجيني المنخفض وسهولة التشغيل، في حجرة قادرة على الحفاظ على رطوبة بنسبة 100% (العينة رطبة) لمدة 24 ساعة عند درجة حرارة 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت). غالبًا ما يكون المقطع العرضي هو السطح الأكثر أهمية، خاصةً بالنسبة للأنواع سهلة القطع. أحد أسباب ذلك هو أن الكبريتيد يُسحب في اتجاه الماكينة عبر هذا السطح.
ينبغي وضع الأسطح الحساسة للأعلى، ولكن بزاوية تتراوح بين 15 و20 درجة عن الوضع الرأسي، للسماح بفقدان الرطوبة. المواد المعالجة بشكل صحيح نادراً ما تصدأ، مع احتمال ظهور بقع صغيرة عليها.
يمكن أيضاً تقييم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عن طريق اختبار الرطوبة. في هذا الاختبار، يجب أن تظهر قطرات من الماء على سطح العينة، مما يدل على وجود حديد حر من خلال وجود أي صدأ.
تتطلب إجراءات التخميل للفولاذ المقاوم للصدأ، سواءً الآلي أو اليدوي، المستخدم بكثرة 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). Na2Cr2O7 هو محلول يحتوي على 22 غ/ل من ثنائي كرومات الصوديوم في حمض النيتريك بنسبة 20%. بديل لهذا المحلول هو حمض النيتريك بنسبة 50% بدون ثنائي كرومات الصوديوم.
يُعدّ استخدام معيار ASTM A380، الخاص بتنظيف وإزالة الترسبات وتخميل أجزاء ومعدات وأنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ، طريقةً أسرع. يتضمن الاختبار مسح الجزء بمحلول كبريتات النحاس/حمض الكبريتيك، وتركه رطبًا لمدة 6 دقائق، ثم مراقبة ترسب النحاس. بدلاً من ذلك، يمكن غمر الجزء في المحلول لمدة 6 دقائق. إذا ذاب الحديد، يتكون ترسب النحاس. لا ينطبق هذا الاختبار على أسطح أجزاء تصنيع الأغذية. كما لا يُنصح باستخدامه على فولاذ المارتنسيت من سلسلة 400 أو فولاذ الفريت منخفض الكروم، لاحتمالية ظهور نتائج إيجابية خاطئة.
تاريخياً، استُخدم اختبار رذاذ الملح بنسبة 5% عند درجة حرارة 35 درجة مئوية (95 فهرنهايت) لتقييم العينات المُعالجة بالتخميل. إلا أن هذا الاختبار صارم للغاية بالنسبة لبعض الأصناف، ولا يُشترط استخدامه عادةً للتأكد من فعالية التخميل.
تجنب استخدام كميات زائدة من الكلوريدات، فقد تتسبب في اشتعال النيران بشكل خطير. استخدم فقط مياه عالية الجودة تحتوي على أقل من 50 جزءًا في المليون من الكلوريدات كلما أمكن ذلك. عادةً ما تكون مياه الصنبور كافية، وفي بعض الحالات يمكنها تحمل ما يصل إلى عدة مئات من الأجزاء في المليون من الكلوريدات.
من المهم استبدال محلول الحمام بانتظام للحفاظ على فعالية التخميل، مما قد يؤدي إلى حدوث صواعق كهربائية وتلف الأجزاء. يجب الحفاظ على درجة حرارة المحلول مناسبة، لأن درجات الحرارة غير المنضبطة قد تسبب تآكلًا موضعيًا.
من المهم اتباع جدول زمني محدد لتغيير المحلول أثناء عمليات الإنتاج الكبيرة لتقليل احتمالية التلوث. تم استخدام عينة مرجعية لاختبار فعالية المحلول. إذا تضررت العينة، فيجب استبدال المحلول.
يرجى ملاحظة أن بعض الآلات تنتج الفولاذ المقاوم للصدأ فقط؛ استخدم نفس سائل التبريد المفضل لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ دون غيره من المعادن.
تُصنّع أجزاء رف الأكسجين المذاب بشكل منفصل لتجنب التلامس المباشر بين المعادن. وهذا أمر بالغ الأهمية، خاصةً عند تشغيل الفولاذ المقاوم للصدأ بسهولة، حيث يتطلب الأمر محاليل تخميل وشطف سهلة التدفق لتشتيت نواتج تآكل الكبريتيد ومنع تكوّن جيوب حمضية.
لا تقم بتخميل أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ المعالجة بالكربنة أو النتردة. فقد تنخفض مقاومة التآكل لهذه الأجزاء المعالجة بهذه الطريقة إلى درجة قد تتسبب في تلفها أثناء عملية التخميل.
تجنب استخدام الأدوات المعدنية الحديدية في ورش العمل غير النظيفة. ويمكن تجنب تطاير رقائق الفولاذ باستخدام أدوات من الكربيد أو السيراميك.
يُرجى الانتباه إلى إمكانية حدوث تآكل في حمام التخميل إذا لم تتم معالجة القطعة حرارياً بشكل صحيح. يجب تقوية أنواع المارتنسيت ذات المحتوى العالي من الكربون والكروم لمقاومة التآكل.
تتم عملية التخميل عادة بعد عملية التقسية اللاحقة عند درجات حرارة تحافظ على مقاومة التآكل.
لا تغفل عن تركيز حمض النيتريك في محلول التخميل. ينبغي إجراء فحوصات دورية باستخدام طريقة المعايرة البسيطة التي اقترحها كاربنتر. لا تُخَمِّل أكثر من قطعة واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ في المرة الواحدة. هذا يمنع حدوث أخطاء مكلفة ويحول دون حدوث تفاعلات جلفانية.
نبذة عن المؤلفين: تيري أ. ديبولد متخصص في البحث والتطوير في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ، وجيمس دبليو مارتن متخصص في علم المعادن في شركة كاربنتر للتكنولوجيا.(ريدينغ، بنسلفانيا).
كم تبلغ التكلفة؟ ما هي المساحة التي أحتاجها؟ ما هي المشكلات البيئية التي سأواجهها؟ ما مدى صعوبة تعلم هذه العملية؟ ما هي عملية الأنودة تحديدًا؟ فيما يلي إجابات الأسئلة الأولية التي طرحها الخبراء حول أنودة الأسطح الداخلية.
يتطلب الحصول على نتائج متسقة وعالية الجودة من عملية التجليخ اللامركزي فهمًا أساسيًا. تنشأ معظم مشاكل التطبيق المرتبطة بالتجليخ اللامركزي من نقص فهم الأساسيات. تشرح هذه المقالة سبب نجاح هذه العملية وكيفية استخدامها بأفضل شكل ممكن في ورشتك.