Osigurali ste da su dijelovi obrađeni prema specifikacijama. Sada se pobrinite da ste poduzeli korake za zaštitu ovih dijelova u uvjetima koje vaši kupci očekuju. #basic
Pasivizacija ostaje ključni korak u maksimiziranju osnovne otpornosti na koroziju dijelova i sklopova od nehrđajućeg čelika. Može napraviti razliku između zadovoljavajućih performansi i preranog kvara. Nepravilno izvedena pasivizacija zapravo može uzrokovati koroziju.
Pasivizacija je metoda nakon izrade koja maksimizira inherentnu otpornost na koroziju legura nehrđajućeg čelika od kojih se proizvodi radni komad. To nije tretman za uklanjanje kamenca, niti je premazivanje bojom.
Ne postoji opći konsenzus o preciznom mehanizmu pasivizacije. Ali sigurno je da na površini pasiviranog nehrđajućeg čelika postoji zaštitni oksidni film. Smatra se da je ovaj nevidljivi film izuzetno tanak, debljine manje od 0,0000001 inča, što je otprilike 1/100.000 debljine ljudske dlake!
Čist, novo obrađen, poliran ili dekapiran dio od nehrđajućeg čelika automatski će dobiti ovaj oksidni film zbog izlaganja atmosferskom kisiku. Pod idealnim uvjetima, ovaj zaštitni oksidni sloj potpuno prekriva sve površine dijela.
Međutim, u praksi, zagađivači poput prljavštine iz radionice ili čestica željeza iz alata za rezanje mogu se prenijeti na površinu dijelova od nehrđajućeg čelika tokom obrade. Ako se ne uklone, ova strana tijela mogu smanjiti efikasnost originalnog zaštitnog filma.
Tokom obrade, tragovi slobodnog željeza mogu istrošiti alat i prenijeti se na površinu obratka od nehrđajućeg čelika. U nekim slučajevima, na dijelu se može pojaviti tanki sloj hrđe. To je zapravo korozija čelika uzrokovana alatom, a ne osnovnim metalom. Povremeno, pukotine ugrađenih čeličnih čestica iz alata za rezanje ili njihovih produkata korozije mogu uzrokovati eroziju samog dijela.
Slično tome, male čestice prljavštine iz radionice željeza mogu se zalijepiti za površinu dijela. Iako metal može izgledati sjajno u obrađenom stanju, nakon izlaganja zraku, nevidljive čestice slobodnog željeza mogu uzrokovati površinsko hrđanje.
Izloženi sulfidi također mogu biti problem. Nastaju dodavanjem sumpora nehrđajućem čeliku radi poboljšanja obradivosti. Sulfidi povećavaju sposobnost legure da formira strugotine tokom obrade, koje se mogu potpuno odvojiti od alata za rezanje. Osim ako dijelovi nisu pravilno pasivizirani, sulfidi mogu postati početna tačka za površinsku koroziju na proizvedenim proizvodima.
U oba slučaja, pasivizacija je potrebna kako bi se maksimizirala prirodna otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju. Uklanja površinske nečistoće, poput čestica prljavštine iz tvornice željeza i čestica željeza u alatima za rezanje, koje mogu stvoriti hrđu ili postati početna tačka korozije. Pasivizacija također uklanja sulfide izložene na površini legura nehrđajućeg čelika koje se lako režu.
Dvostepeni postupak pruža najbolju otpornost na koroziju: 1. Čišćenje, osnovni, ali ponekad zanemaren postupak; 2. Tretman kiselinskom kupkom ili pasivizacijom.
Čišćenje uvijek treba biti prioritet. Površine moraju biti temeljito očišćene od masti, rashladne tekućine ili drugih ostataka iz radionice radi optimalne otpornosti na koroziju. Ostaci mašinske obrade ili druga prljavština iz radionice mogu se pažljivo obrisati s dijela. Za uklanjanje procesnih ulja ili rashladnih tekućina mogu se koristiti komercijalna sredstva za odmašćivanje ili čišćenje. Strane tvari poput termalnih oksida možda će trebati ukloniti metodama kao što su brušenje ili kiseljenje.
Ponekad operater mašine može preskočiti osnovno čišćenje, pogrešno misleći da će se čišćenje i pasivizacija dogoditi istovremeno jednostavnim umakanjem dijela zagađenog mašću u kiselu kupku. To se neće dogoditi. Suprotno tome, kontaminirana mast reaguje sa kiselinom i formira mjehuriće zraka. Ovi mjehurići se skupljaju na površini obratka i ometaju pasivizaciju.
Da stvar bude gora, kontaminacija pasivizacijskih otopina, koje ponekad sadrže visoke koncentracije klorida, može uzrokovati "bljeskanje". Za razliku od dobivanja željenog oksidnog filma sa sjajnom, čistom, površinom otpornom na koroziju, bljeskanje može rezultirati jako nagrizenom ili potamnjenom površinom - propadanjem površine koje pasivizacija treba optimizirati.
Dijelovi izrađeni od martenzitnog nehrđajućeg čelika [magnetnog, umjereno otpornog na koroziju, granica tečenja do oko 280 ksi (1930 MPa)] kale se na povišenim temperaturama, a zatim otpuštaju kako bi se osigurala željena tvrdoća i mehanička svojstva. Legure koje se mogu otvrdnuti taloženjem, a koje imaju bolju čvrstoću i otpornost na koroziju od martenzitnih legura, mogu se tretirati rastvorom, djelomično obrađivati ​​mašinski, stareti na nižim temperaturama, a zatim završno obrađivati.
U ovom slučaju, dio se mora temeljito očistiti odmašćivačem ili sredstvom za čišćenje kako bi se uklonili svi tragovi tekućine za rezanje prije termičke obrade. U suprotnom, tekućina za rezanje koja ostaje na dijelu može uzrokovati prekomjernu oksidaciju. Ovo stanje može uzrokovati udubljenje premalih dijelova nakon što se okarina ukloni kiselim ili abrazivnim metodama. Ako se tekućina za rezanje ostavi na sjajno očvrsnutim dijelovima, kao što je u vakuumskoj peći ili zaštitnoj atmosferi, može doći do površinske cementacije, što rezultira gubitkom otpornosti na koroziju.
Nakon temeljitog čišćenja, dijelovi od nehrđajućeg čelika mogu se uroniti u pasivizirajuću kiselinsku kupku. Može se koristiti bilo koja od tri metode - pasivizacija dušičnom kiselinom, pasivizacija dušičnom kiselinom s natrijum dikromatom i pasivizacija limunskom kiselinom. Koja metoda će se koristiti ovisi o vrsti nehrđajućeg čelika i određenim kriterijima prihvatljivosti.
Hrom-nikl klase otpornije na koroziju mogu se pasivizirati u kupki azotne kiseline od 20% (v/v) (Slika 1). Kao što je prikazano u tabeli, manje otporni nehrđajući čelik može se pasivizirati dodavanjem natrijum dihromata u kupku azotne kiseline, što čini rastvor oksidativnijim i sposobnijim za formiranje pasivnog filma na površini metala. Druga mogućnost zamjene azotne kiseline natrijum hromatom je povećanje koncentracije azotne kiseline na 50% po volumenu. I dodavanje natrijum dihromata i veća koncentracija azotne kiseline smanjuju mogućnost neželjenog paljenja.
Postupak pasivizacije nehrđajućih čelika koji se lako obrađuju (također prikazan na slici 1) donekle se razlikuje od postupka za vrste nehrđajućeg čelika koje se ne obrađuju slobodno. To je zato što se tokom pasivizacije u tipičnoj kupki s dušičnom kiselinom uklanjaju neki ili svi sulfidi koji sadrže sumpor, što stvara mikroskopske diskontinuitete na površini obrađenog dijela.
Čak i općenito učinkovito ispiranje vodom može ostaviti rezidualnu kiselinu u ovim diskontinuitetima nakon pasivizacije. Ova kiselina će zatim napasti površinu dijela osim ako se ne neutralizira ili ukloni.
Za efikasnu pasivizaciju lako obradivog nehrđajućeg čelika, Carpenter je razvio AAA (Alkali-Acid-Alkali) proces, koji neutralizira preostalu kiselinu. Ova metoda pasivizacije može se završiti za manje od 2 sata. Evo postupka korak po korak:
Nakon odmašćivanja, dijelove potopite u 5%-tni rastvor natrijum hidroksida na temperaturi od 71°C do 82°C tokom 30 minuta. Zatim dijelove temeljito isperite vodom. Zatim, dio potopite na 30 minuta u 20%-tni (v/v) rastvor azotne kiseline koji sadrži 22 g/l natrijum dihromata na temperaturi od 49°C do 60°C. Nakon vađenja dijela iz kade, isperite ga vodom, a zatim ga potopite u rastvor natrijum hidroksida na još 30 minuta. Dio ponovo isperite vodom i osušite, čime ćete završiti AAA metodu.
Pasivizacija limunskom kiselinom sve je popularnija među proizvođačima koji žele izbjeći upotrebu mineralnih kiselina ili rastvora koji sadrže natrijum dihromat, kao i probleme s odlaganjem i veće sigurnosne probleme povezane s njihovom upotrebom. Limunska kiselina se smatra ekološki prihvatljivom u svakom pogledu.
Iako pasivizacija limunskom kiselinom nudi atraktivne ekološke prednosti, radionice koje su imale uspjeha s pasivizacijom neorganskom kiselinom i nemaju sigurnosnih problema možda žele ostati na tom putu. Ako ovi korisnici imaju čistu radionicu, dobro održavanu i čistu opremu, rashladnu tekućinu bez onečišćenja od željeza i proces koji daje dobre rezultate, možda neće biti stvarne potrebe za promjenama.
Pasivizacija u kupki s limunskom kiselinom pokazala se korisnom za širok raspon nehrđajućih čelika, uključujući nekoliko pojedinačnih vrsta nehrđajućeg čelika, kao što je prikazano na Slici 2. Radi praktičnosti, na Slici 1 uključena je tradicionalna metoda pasivizacije dušičnom kiselinom. Imajte na umu da su starije formulacije dušične kiseline izražene u volumenskim procentima, dok su novije koncentracije limunske kiseline izražene u težinskim procentima. Važno je napomenuti da je prilikom primjene ovih postupaka pažljivo balansiranje vremena namakanja, temperature kupke i koncentracije ključno kako bi se izbjeglo ranije opisano "treperenje".
Tretmani pasivizacije variraju u zavisnosti od sadržaja hroma i karakteristika obrade svake klase. Obratite pažnju na kolone koje se odnose na Proces 1 ili Proces 2. Kao što je prikazano na Slici 3, Proces 1 uključuje manje koraka od Procesa 2.
Laboratorijski testovi su pokazali da je proces pasivizacije limunskom kiselinom skloniji "brzoj koroziji" nego proces azotnom kiselinom. Faktori koji doprinose ovom napadu uključuju previsoku temperaturu kupke, predugo vrijeme namakanja i kontaminaciju kupke. Proizvodi limunske kiseline koji sadrže inhibitore korozije i druge aditive poput sredstava za kvašenje komercijalno su dostupni i navodi se da smanjuju podložnost "brzoj koroziji".
Konačan izbor metode pasivizacije zavisiće od kriterija prihvatljivosti koje je postavio kupac. Za detalje pogledajte ASTM A967. Dokument je dostupan na www.astm.org.
Često se izvode testovi za procjenu površine pasiviziranih dijelova. Pitanje na koje treba odgovoriti je: „Da li pasivizacija uklanja slobodno željezo i optimizuje otpornost na koroziju lako reznih vrsta?“
Važno je da metoda ispitivanja odgovara ocjeni koja se procjenjuje. Prestrogi testovi neće proći potpuno ispravne materijale, dok će prelabavi testovi proći nezadovoljavajuće dijelove.
Nehrđajući čelici serije 400 koji se taloženjem očvršćavaju i koji se lako obrađuju najbolje se procjenjuju u komori koja može održavati 100% vlažnosti (mokar uzorak) tokom 24 sata na temperaturi od 35°C. Poprečni presjek je često najkritičnija površina, posebno za klase koje se lako obrađuju. Jedan od razloga za to je što je sulfid izdužen u smjeru mašine, sijekući ovu površinu.
Kritične površine trebaju biti postavljene prema gore, ali pod uglom od 15 do 20 stepeni od vertikale kako bi se omogućio gubitak vlage. Pravilno pasiviran materijal teško će hrđati, iako može pokazati blage mrlje.
Austenitne vrste nehrđajućeg čelika mogu se procijeniti i ispitivanjem vlažnosti. Prilikom takvog ispitivanja, kapljice vode trebaju biti prisutne na površini uzorka, što ukazuje na slobodno željezo prisustvom hrđe.
Postupci pasivizacije uobičajeno korištenih lakoreznih i nelakroznih nehrđajućih čelika u otopinama limunske ili dušične kiseline zahtijevaju različite procese. Slika 3 ispod prikazuje detalje o odabiru procesa.
(a) Podesite pH pomoću natrijum hidroksida. (b) Pogledajte sliku 3 (c) Na2Cr2O7 predstavlja 3 oz/galon (22 g/l) natrijum dihromata u 20% azotnoj kiselini. Alternativa ovoj smjesi je 50% azotna kiselina bez natrijum dihromata.
Brža metoda je korištenje otopine u ASTM A380, „Standardna praksa za čišćenje, uklanjanje kamenca i pasivizaciju dijelova, opreme i sistema od nehrđajućeg čelika“. Test se sastoji od brisanja dijela otopinom bakar sulfata/sumporne kiseline, održavanja vlažnim 6 minuta i promatranja pojave bakarnih prevlaka. Alternativno, dio se može uroniti u otopinu na 6 minuta. Ako se željezo otopi, dolazi do bakarnih prevlaka. Ovaj test se ne odnosi na površine dijelova za preradu hrane. Također, ne bi se trebao koristiti za martenzitne čelike serije 400 ili feritne čelike s niskim udjelom kroma jer se mogu pojaviti lažno pozitivni rezultati.
Historijski gledano, test sa 5%-tnom slanom maglom na 35°C (95°F) također je korišten za procjenu pasiviziranih uzoraka. Ovaj test je previše strog za neke klase i uglavnom nije potreban za potvrdu da je pasivizacija učinkovita.
Izbjegavajte korištenje prekomjerne količine hlorida, koji mogu uzrokovati štetne iznenadne napade. Ako je moguće, koristite samo visokokvalitetnu vodu s manje od 50 dijelova na milion (ppm) hlorida. Voda iz slavine je obično dovoljna i u nekim slučajevima može tolerirati i do nekoliko stotina ppm hlorida.
Važno je redovno mijenjati kadu kako se ne bi izgubio potencijal pasivizacije, što može dovesti do udara groma i oštećenja dijelova. Kadu treba održavati na odgovarajućoj temperaturi, jer previsoke temperature mogu uzrokovati lokalnu koroziju.
Važno je održavati vrlo specifičan raspored promjene otopine tokom velikih proizvodnih ciklusa kako bi se smanjila mogućnost kontaminacije. Kontrolni uzorak je korišten za testiranje učinkovitosti kupke. Ako je uzorak oštećen, vrijeme je za zamjenu kupke.
Molimo Vas da navedete da određene mašine proizvode samo nehrđajući čelik; koristite istu preferiranu rashladnu tekućinu za rezanje nehrđajućeg čelika, isključujući sve ostale metale.
Dijelovi DO stalka se tretiraju odvojeno kako bi se izbjegao kontakt metala s metalom. Ovo je posebno važno za obradu nehrđajućeg čelika slobodnom obradom, jer su potrebni protočni rastvori za pasivizaciju i ispiranje kako bi se raspršili produkti sulfidne korozije i spriječilo stvaranje kiselih džepova.
Ne pasivizirajte cementirane ili nitrirane dijelove od nehrđajućeg čelika. Otpornost na koroziju tako tretiranih dijelova može se smanjiti do te mjere da bi bili napadnuti u pasivizacijskoj kupki.
Ne koristite alate od željeza u radionici koja nije posebno čista. Čelične čestice se mogu izbjeći korištenjem karbidnih ili keramičkih alata.
Ne zaboravite da se korozija može pojaviti u pasivizacijskoj kupki ako dio nije pravilno termički obrađen. Martenzitne vrste s visokim udjelom ugljika i kroma moraju se kaliti radi otpornosti na koroziju.
Pasivizacija se obično provodi nakon naknadnog otpuštanja korištenjem temperatura koje održavaju otpornost na koroziju.
Ne zanemarujte koncentraciju dušične kiseline u pasivizacijskoj kupki. Periodične provjere treba vršiti korištenjem jednostavnog postupka titracije koji je propisao Carpenter. Nemojte pasivizirati više od jednog komada nehrđajućeg čelika istovremeno. Ovo sprječava skupu zabunu i izbjegava galvanske reakcije.
O autorima: Terry A. DeBold je specijalista za istraživanje i razvoj legura nehrđajućeg čelika, a James W. Martin je metalurg za šipke u kompaniji Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
U svijetu sve strožih specifikacija za završnu obradu površine, jednostavna mjerenja "hrapavosti" su i dalje korisna. Pogledajmo zašto je mjerenje površine važno i kako se može provjeriti u radionici pomoću sofisticiranih prenosivih mjerača.
Jeste li sigurni da imate najbolju pločicu za ovu operaciju tokarenja? Provjerite strugotinu, posebno ako se ne prati. Karakteristike strugotine mogu vam mnogo reći.