Вие сте се уверили, че частите са обработени по спецификация. Сега се уверете, че сте предприели стъпки за защита на тези части в условията, които вашите клиенти очакват. #basic
Пасивацията остава критична стъпка за максимизиране на основната устойчивост на корозия на обработените от неръждаема стомана части и възли. Тя може да е от решаващо значение за задоволителна производителност и преждевременна повреда. Неправилно изпълнена, пасивацията може действително да причини корозия.
Пасивацията е метод след производството, който максимизира присъщата корозионна устойчивост на сплавите от неръждаема стомана, от които е изработен детайлът. Това не е обработка за отстраняване на котлен камък, нито е боядисване.
Няма общо мнение относно точния механизъм на действие на пасивацията. Но е сигурно, че върху повърхността на пасивираната неръждаема стомана има защитен оксиден филм. Смята се, че този невидим филм е изключително тънък, с дебелина по-малка от 0,0000001 инча, което е около 1/100 000 от дебелината на човешки косъм!
Чиста, новообработена, полирана или декапирана част от неръждаема стомана автоматично ще придобие този оксиден филм поради излагането си на атмосферен кислород. При идеални условия този защитен оксиден слой покрива напълно всички повърхности на детайла.
На практика обаче замърсители като замърсявания от производството или железни частици от режещи инструменти могат да попаднат върху повърхността на частите от неръждаема стомана по време на машинна обработка. Ако не бъдат отстранени, тези чужди тела могат да намалят ефективността на оригиналния защитен филм.
По време на машинна обработка, следи от свободно желязо могат да износят инструмента и да се пренесат върху повърхността на детайла от неръждаема стомана. В някои случаи върху детайла може да се появи тънък слой ръжда. Това всъщност е корозия на стоманата от инструмента, а не на основния метал. Понякога пукнатини от вградени стоманени частици от режещи инструменти или техните продукти от корозията могат да причинят ерозия на самия детайл.
По същия начин, малки частици от замърсявания от производството на железни метали могат да полепнат по повърхността на детайла. Въпреки че металът може да изглежда лъскав в обработено състояние, след излагане на въздух, невидими частици от свободно желязо могат да причинят ръжда на повърхността.
Откритите сулфиди също могат да бъдат проблем. Те се получават от добавянето на сяра към неръждаемата стомана за подобряване на обработваемостта. Сулфидите увеличават способността на сплавта да образува стружки по време на обработка, които могат да бъдат напълно отстранени от режещия инструмент. Освен ако частите не са правилно пасивирани, сулфидите могат да се превърнат в отправна точка за повърхностна корозия на произведените продукти.
И в двата случая е необходима пасивация, за да се увеличи максимално естествената устойчивост на корозия на неръждаемата стомана. Тя премахва повърхностни замърсители, като например частици от замърсявания от железни изделия и железни частици в режещи инструменти, които могат да образуват ръжда или да се превърнат в отправна точка за корозия. Пасивацията също така премахва сулфидите, открити на повърхността на свободно режещи се сплави от неръждаема стомана.
Двуетапната процедура осигурява най-добра устойчивост на корозия: 1. Почистване, основна, но понякога пренебрегвана процедура; 2. Киселинна баня или пасивационна обработка.
Почистването винаги трябва да бъде приоритет. Повърхностите трябва да бъдат старателно почистени от мазнини, охлаждаща течност или други замърсявания от производството за оптимална устойчивост на корозия. Машинните остатъци или други замърсявания от производството могат внимателно да се избършат от детайла. За отстраняване на технологични масла или охлаждащи течности могат да се използват търговски обезмаслители или почистващи препарати. Чужди тела, като например термични оксиди, може да се наложи да се отстранят чрез методи като шлайфане или ецване.
Понякога машинен оператор може да пропусне основното почистване, погрешно мислейки, че почистването и пасивацията ще се случат едновременно чрез просто потапяне на натоварена с грес част в киселинна вана. Това няма да се случи. Обратно, замърсената грес реагира с киселината, за да образува въздушни мехурчета. Тези мехурчета се събират върху повърхността на детайла и пречат на пасивацията.
За да влоши нещата, замърсяването на пасивационните разтвори, които понякога съдържат високи концентрации на хлориди, може да причини „мигане“. За разлика от получаването на желания оксиден филм с лъскава, чиста, устойчива на корозия повърхност, мигателното ецване може да доведе до силно ецвана или потъмняла повърхност – влошаване на повърхността, което пасивацията е предназначена да оптимизира.
Частите, изработени от мартензитна неръждаема стомана [магнитна, умерено устойчива на корозия, граница на провлачване до около 280 ksi (1930 MPa)], се закаляват при повишени температури и след това се темперират, за да се осигури желаната твърдост и механични свойства. Сплавите, закаляващи се чрез утаяване, които имат по-добра якост и устойчивост на корозия от мартензитните сплави, могат да бъдат обработени с разтвор, частично обработени, състарени при по-ниски температури и след това завършени.
В този случай, детайлът трябва да бъде старателно почистен с обезмаслител или почистващ препарат, за да се отстранят всички следи от режеща течност преди термична обработка. В противен случай, режещата течност, останала върху детайла, може да причини прекомерно окисляване. Това състояние може да доведе до вдлъбване на малки части, след като окалината е била отстранена чрез киселинни или абразивни методи. Ако режещата течност остане върху закалени части, например във вакуумна пещ или защитна атмосфера, може да се получи повърхностна карбуризация, което води до загуба на корозионна устойчивост.
След щателно почистване, частите от неръждаема стомана могат да бъдат потопени в пасивираща киселинна вана. Може да се използва всеки от три метода – пасивация с азотна киселина, пасивация с азотна киселина и натриев дихромат и пасивация с лимонена киселина. Кой метод да се използва зависи от класа на неръждаемата стомана и определените критерии за приемане.
По-устойчивите на корозия хром-никелови марки могат да бъдат пасивирани в вана с 20% (v/v) азотна киселина (Фигура 1). Както е показано в таблицата, по-малко устойчивата неръждаема стомана може да бъде пасивирана чрез добавяне на натриев дихромат към вана с азотна киселина, което прави разтвора по-окисляващ и способен да образува пасивен филм върху металната повърхност. Друг вариант за заместване на азотната киселина с натриев хромат е да се увеличи концентрацията на азотна киселина до 50% обемни. Както добавянето на натриев дихромат, така и по-високата концентрация на азотна киселина намаляват вероятността от нежелано прегряване.
Процедурата за пасивиране на свободно обработваеми неръждаеми стомани (също показана на Фигура 1) е донякъде различна от тази за несвободно обработваеми марки неръждаема стомана. Това е така, защото по време на пасивиране в типична азотно-киселинна баня, някои или всички съдържащи сяра сулфиди от обработваемия клас се отстраняват, създавайки микроскопични прекъсвания в повърхността на обработвания детайл.
Дори едно общо взето ефективно изплакване с вода може да остави остатъчна киселина в тези прекъсвания след пасивация. Тази киселина ще атакува повърхността на детайла, освен ако не бъде неутрализирана или отстранена.
За ефективно пасивиране на лесно обработваема неръждаема стомана, Carpenter е разработил процеса AAA (алкално-киселинно-алкално), който неутрализира остатъчната киселина. Този метод на пасивиране може да се извърши за по-малко от 2 часа. Ето стъпка по стъпка процеса:
След обезмасляване, накиснете частите в 5% разтвор на натриев хидроксид при температура от 71°C до 82°C за 30 минути. След това изплакнете частите обилно с вода. След това потопете частта за 30 минути в 20% (v/v) разтвор на азотна киселина, съдържащ 22 g/l натриев дихромат при температура от 49°C до 60°C. След като извадите частта от ваната, изплакнете я с вода и след това я потопете в разтвора на натриев хидроксид за още 30 минути. Изплакнете частта отново с вода и я подсушете, завършвайки метода AAA.
Пасивацията с лимонена киселина е все по-популярна сред производителите, които желаят да избегнат употребата на минерални киселини или разтвори, съдържащи натриев дихромат, както и проблемите с изхвърлянето и по-големите опасения за безопасността, свързани с тяхната употреба. Лимонената киселина се счита за екологично чиста във всяко отношение.
Въпреки че пасивирането с лимонена киселина предлага атрактивни екологични предимства, цеховете, които са постигнали успех с пасивиране с неорганична киселина и нямат опасения за безопасността, може да искат да продължат по този курс. Ако тези потребители имат чист цех, добре поддържано и чисто оборудване, охлаждаща течност без замърсявания от железни метали и процес, който дава добри резултати, може да няма реална нужда от промени.
Пасивацията в баня с лимонена киселина се оказва полезна за широк спектър от неръждаеми стомани, включително няколко отделни класа неръждаема стомана, както е показано на Фигура 2. За удобство, традиционният метод за пасивация с азотна киселина на Фигура 1 е включен. Обърнете внимание, че по-старите формулировки на азотна киселина са изразени в обемни проценти, докато по-новите концентрации на лимонена киселина са изразени в тегловни проценти. Важно е да се отбележи, че при прилагането на тези процедури внимателното балансиране на времето за накисване, температурата на ваната и концентрацията е от решаващо значение, за да се избегне „мигането“, описано по-рано.
Пасивационните обработки варират в зависимост от съдържанието на хром и характеристиките на обработка на всеки клас. Обърнете внимание на колоните, отнасящи се до Процес 1 или Процес 2. Както е показано на Фигура 3, Процес 1 включва по-малко стъпки от Процес 2.
Лабораторни тестове показват, че процесът на пасивация с лимонена киселина е по-склонен към „мигновена корозия“ от процеса с азотна киселина. Факторите, допринасящи за това въздействие, включват твърде висока температура на ваната, твърде дълго време на накисване и замърсяване на ваната. Продукти с лимонена киселина, съдържащи инхибитори на корозия и други добавки, като например омокрящи агенти, се предлагат в търговската мрежа и се съобщава, че намаляват податливостта към „мигновена корозия“.
Окончателният избор на метод за пасивация ще зависи от критериите за приемане, наложени от клиента. Вижте ASTM A967 за подробности. Той може да бъде достъпен на www.astm.org.
Често се извършват тестове за оценка на повърхността на пасивирани части. Въпросът, на който трябва да се отговори, е: „Пасивацията премахва ли свободното желязо и оптимизира ли корозионната устойчивост на леснорежещите се материали?“
Важно е методът на изпитване да съответства на оценяваната степен. Твърде строги тестове ще отхвърлят напълно добри материали, докато твърде хлабави тестове ще отхвърлят незадоволителни части.
Неръждаемите стомани от серия 400, втвърдяващи се чрез утаяване и обработващи се чрез машина, се оценяват най-добре в шкаф, способен да поддържа 100% влажност (мокри проби) в продължение на 24 часа при 35°C. Напречното сечение често е най-критичната повърхност, особено за машини, обработващи се чрез машина. Една от причините за това е, че сулфидът е удължен в машинната посока, пресичайки тази повърхност.
Критичните повърхности трябва да бъдат разположени нагоре, но под ъгъл от 15 до 20 градуса от вертикалата, за да се позволи загуба на влага. Правилно пасивираният материал почти не ръждясва, въпреки че може да покаже леки петна.
Аустенитните марки неръждаема стомана могат да бъдат оценени и чрез тест за влажност. При такъв тест, на повърхността на пробата трябва да присъстват водни капчици, което показва наличието на свободно желязо чрез наличието на ръжда.
Процедурите за пасивиране на често използвани автоматни и неавтоматни неръждаеми стомани в разтвори на лимонена или азотна киселина изискват различни процеси. Фигура 3 по-долу предоставя подробности за избора на процес.
(a) Регулирайте pH с натриев хидроксид. (b) Вижте Фигура 3. (c) Na2Cr2O7 представлява 22 g/l натриев дихромат в 20% азотна киселина. Алтернатива на тази смес е 50% азотна киселина без натриев дихромат.
По-бърз метод е да се използва разтворът в ASTM A380, „Стандартна практика за почистване, отстраняване на котлен камък и пасивация на части, оборудване и системи от неръждаема стомана“. Тестът се състои в избърсване на частта с разтвор на меден сулфат/сярна киселина, поддържане на мокра в продължение на 6 минути и наблюдение за помедняване. Като алтернатива, частта може да се потопи в разтвора за 6 минути. Ако желязото се разтвори, се получава помедняване. Този тест не трябва да се използва върху повърхностите на части за преработка на храни. Също така, не трябва да се използва за мартензитни стомани от серия 400 или феритни стомани с ниско съдържание на хром, тъй като могат да се получат фалшиво положителни резултати.
В миналото, тестът с 5% солен спрей при 35°C (95°F) също е бил използван за оценка на пасивирани проби. Този тест е твърде строг за някои степени и обикновено не е необходим, за да се потвърди, че пасивацията е ефективна.
Избягвайте използването на излишни хлориди, които могат да причинят вредни внезапни атаки. Ако е възможно, използвайте само висококачествена вода с по-малко от 50 части на милион (ppm) хлорид. Водата от чешмата обикновено е достатъчна и в някои случаи може да понесе до няколкостотин ppm хлорид.
Важно е ваната да се сменя редовно, за да се избегне загуба на пасивационен потенциал, която може да доведе до прегаряне и повреда на части. Ваната трябва да се поддържа на правилната температура, тъй като прекомерното повишаване на температурите може да причини локализирана корозия.
Важно е да се поддържа много специфичен график за смяна на разтвора по време на високи производствени цикли, за да се сведе до минимум потенциалът за замърсяване. Използвана е контролна проба за тестване на ефективността на ваната. Ако пробата е засегната, е време за смяна на ваната.
Моля, уточнете, че някои машини произвеждат само неръждаема стомана; използвайте същата предпочитана охлаждаща течност за рязане на неръждаема стомана, с изключение на всички други метали.
Частите на рейката DO се обработват поотделно, за да се избегне контакт метал с метал. Това е особено важно за свободно обработващата се неръждаема стомана, тъй като са необходими свободно течащи пасивационни и промивни разтвори, за да се дифузират продуктите от корозията в сулфидите и да се избегне образуването на киселинни джобове.
Не пасивирайте карбуризирани или нитрирани части от неръждаема стомана. Устойчивостта на корозия на така обработените части може да бъде намалена до степен, в която те биха били засегнати в пасивационната вана.
Не използвайте инструменти от желязо в не особено чиста работилница. Стоманените замърсявания могат да се избегнат чрез използване на карбидни или керамични инструменти.
Не забравяйте, че корозия може да възникне в пасивационната вана, ако детайлът не е правилно термично обработен. Мартензитните марки с високо съдържание на въглерод и хром трябва да бъдат закалени за устойчивост на корозия.
Пасивацията обикновено се извършва след последващо отпускане, като се използват температури, които поддържат устойчивост на корозия.
Не пренебрегвайте концентрацията на азотна киселина в пасивационната вана. Периодичните проверки трябва да се извършват, като се използва простата процедура за титруване, предоставена от Карпентър. Не пасивирайте повече от една неръждаема стомана едновременно. Това предотвратява скъпоструващо объркване и избягва галванични реакции.
За авторите: Тери А. ДеБолд е специалист по научноизследователска и развойна дейност в областта на сплавите от неръждаема стомана, а Джеймс У. Мартин е металург на пръти в Carpenter Technology Corp. (Рединг, Пенсилвания).
В свят на все по-строги спецификации за повърхностна обработка, простите измервания на „грапавостта“ все още са полезни. Нека разгледаме защо измерването на повърхността е важно и как може да се провери в цеха с помощта на усъвършенствани преносими измервателни уреди.
Сигурни ли сте, че имате най-подходящата пластина за тази стругова операция? Проверете стружката, особено ако е оставена без надзор. Характеристиките на стружката могат да ви кажат много.