Zajistili jste, aby díly byly opracovány podle specifikace. Nyní se ujistěte, že jste podnikli kroky k ochraně těchto dílů v podmínkách, které vaši zákazníci očekávají. #basic
Pasivace zůstává klíčovým krokem pro maximalizaci základní korozní odolnosti nerezových obráběných dílů a sestav. Může znamenat rozdíl mezi uspokojivým výkonem a předčasným selháním. Nesprávně provedená pasivace může ve skutečnosti způsobit korozi.
Pasivace je metoda po výrobě, která maximalizuje inherentní odolnost proti korozi nerezových slitin, z nichž je obrobek vyroben. Nejedná se o odstraňování okují ani o nanášení barvy.
Neexistuje obecná shoda ohledně přesného mechanismu pasivace. Je však jisté, že na povrchu pasivované nerezové oceli je ochranný oxidový film. Předpokládá se, že tento neviditelný film je extrémně tenký, o tloušťce menší než 0,0000001 palce, což je asi 1/100 000 tloušťky lidského vlasu!
Čistý, nově opracovaný, leštěný nebo mořený díl z nerezové oceli automaticky získá tento oxidový film v důsledku vystavení atmosférickému kyslíku. Za ideálních podmínek tato ochranná oxidová vrstva zcela pokrývá všechny povrchy dílu.
V praxi se však kontaminanty, jako jsou dílenské nečistoty nebo železné částice z řezných nástrojů, mohou během obrábění přenášet na povrch nerezových dílů. Pokud se tato cizí tělesa neodstraní, mohou snížit účinnost původního ochranného filmu.
Během obrábění se stopová množství volného železa mohou opotřebovat z nástroje a přenést se na povrch obrobku z nerezové oceli. V některých případech se na součásti může objevit tenká vrstva rzi. Ve skutečnosti se jedná o korozi oceli nástrojem, nikoli základního kovu. Trhliny vnořených ocelových částic z řezných nástrojů nebo jejich korozních produktů mohou občas způsobit erozi samotné součásti.
Stejně tak mohou na povrchu součásti ulpět malé částice nečistot z výroby železa. Ačkoli se kov může v obrobeném stavu jevit lesklý, po vystavení vzduchu mohou neviditelné částice volného železa způsobit povrchovou korozi.
Problém mohou představovat i exponované sulfidy. Vznikají přidáváním síry do nerezové oceli za účelem zlepšení obrobitelnosti. Sulfidy zvyšují schopnost slitiny tvořit během obrábění třísky, které lze z řezného nástroje zcela odloupnout. Pokud nejsou díly správně pasivovány, mohou se sulfidy stát výchozím bodem pro povrchovou korozi vyrobených výrobků.
V obou případech je pasivace nutná k maximalizaci přirozené odolnosti nerezové oceli proti korozi. Odstraňuje povrchové nečistoty, jako jsou částice nečistot z výroby železa a železné částice v řezných nástrojích, které mohou tvořit rez nebo se stát výchozím bodem pro korozi. Pasivace také odstraňuje sulfidy vystavené na povrchu snadno obrobitelných slitin nerezové oceli.
Nejlepší odolnost proti korozi zajišťuje dvoustupňový postup: 1. Čištění, základní, ale někdy přehlížený postup; 2. Kyselá lázeň nebo pasivace.
Čištění by mělo být vždy prioritou. Povrchy musí být důkladně očištěny od mastnoty, chladicí kapaliny nebo jiných dílenských nečistot, aby se dosáhlo optimální odolnosti proti korozi. Z dílu lze pečlivě setřít obráběné nečistoty nebo jiné dílenské nečistoty. K odstranění procesních olejů nebo chladicích kapalin lze použít komerční odmašťovače nebo čističe. Cizí látky, jako jsou tepelné oxidy, může být nutné odstranit metodami, jako je broušení nebo moření.
Obsluha stroje může někdy vynechat základní čištění a mylně se domnívat, že čištění a pasivace proběhnou současně pouhým ponořením součásti znečištěné mastnotou do kyselé lázně. To se nestane. Naopak kontaminované mazivo reaguje s kyselinou za vzniku vzduchových bublin. Tyto bubliny se shromažďují na povrchu obrobku a narušují pasivaci.
Aby toho nebylo málo, kontaminace pasivačních roztoků, které někdy obsahují vysoké koncentrace chloridů, může způsobit „blesknutí“. Na rozdíl od získání požadovaného oxidového filmu s lesklým, čistým a korozivzdorným povrchem může bleskové leptání vést k silně leptanému nebo ztmavenému povrchu – zhoršení povrchu, které má pasivace optimalizovat.
Díly vyrobené z martenzitické nerezové oceli [magnetické, středně odolné vůči korozi, mez kluzu až do cca 280 ksi (1930 MPa)] se kalí za zvýšených teplot a poté popouštějí, aby se zajistila požadovaná tvrdost a mechanické vlastnosti. Slitiny vytvrditelné precipitací, které mají lepší pevnost a odolnost proti korozi než martenzitické slitiny, lze zpracovávat roztokem, částečně obrábět, stárnout při nižších teplotách a poté dokončovat.
V tomto případě musí být díl před tepelným zpracováním důkladně očištěn odmašťovačem nebo čističem, aby se odstranily veškeré stopy řezné kapaliny. Jinak může řezná kapalina zbývající na dílu způsobit nadměrnou oxidaci. Tento stav může způsobit promáčknutí podměrečných dílů po odstranění okují kyselinou nebo abrazivními metodami. Pokud se řezná kapalina nechá na leskle kalených dílech, například ve vakuové peci nebo ochranné atmosféře, může dojít k povrchové nauhličování, což má za následek ztrátu odolnosti proti korozi.
Po důkladném očištění lze nerezové díly ponořit do pasivační kyselé lázně. Lze použít kteroukoli ze tří metod – pasivaci kyselinou dusičnou, pasivaci kyselinou dusičnou s dichromanem sodným a pasivaci kyselinou citronovou. Použitá metoda závisí na druhu nerezové oceli a stanovených kritériích přijetí.
Chromniklové oceli odolnější vůči korozi lze pasivovat v lázni s 20% (obj./obj.) kyselinou dusičnou (obrázek 1). Jak je uvedeno v tabulce, méně odolnou nerezovou ocel lze pasivovat přidáním dvojchromanu sodného do lázně s kyselinou dusičnou, čímž se roztok stane oxidačněji schopným a tvořit pasivní film na povrchu kovu. Další možností, jak nahradit kyselinu dusičnou chromanem sodným, je zvýšit koncentraci kyseliny dusičné na 50 % objemových. Jak přidání dvojchromanu sodného, ​​tak vyšší koncentrace kyseliny dusičné snižují pravděpodobnost nežádoucího přeskoku.
Postup pasivace volně obrobitelných nerezových ocelí (znázorněný také na obrázku 1) se poněkud liší od postupu pasivace nerezových ocelí, které se volně neobrobí. Je to proto, že během pasivace v typické lázni s kyselinou dusičnou se odstraňují některé nebo všechny sulfidy obsahující síru, což vytváří mikroskopické diskontinuity na povrchu obrobeného dílu.
I obecně účinný oplach vodou může po pasivaci zanechat v těchto nespojitostech zbytkovou kyselinu. Tato kyselina pak napadne povrch součásti, pokud není neutralizována nebo odstraněna.
Pro efektivní pasivaci snadno obrobitelné nerezové oceli vyvinula společnost Carpenter proces AAA (Alkali-Acid-Alkali), který neutralizuje zbytkovou kyselinu. Tuto pasivační metodu lze dokončit za méně než 2 hodiny. Zde je postup krok za krokem:
Po odmaštění namočte díly do 5% roztoku hydroxidu sodného o teplotě 71 °C až 82 °C na 30 minut. Poté díly důkladně opláchněte vodou. Poté díl ponořte na 30 minut do 20% (obj./obj.) roztoku kyseliny dusičné obsahujícího 22 g/l dvojchromanu sodného o teplotě 49 °C až 60 °C. Po vyjmutí dílu z lázně jej opláchněte vodou a poté jej ponořte na dalších 30 minut do roztoku hydroxidu sodného. Díl znovu opláchněte vodou a osušte, čímž dokončíte metodu AAA.
Pasivace kyselinou citronovou je stále oblíbenější u výrobců, kteří se chtějí vyhnout používání minerálních kyselin nebo roztoků obsahujících dvojchroman sodný, stejně jako problémům s likvidací a větším bezpečnostním rizikům spojeným s jejich použitím. Kyselina citronová je ve všech ohledech považována za ekologickou.
I když pasivace kyselinou citronovou nabízí atraktivní environmentální výhody, provozovny, které s pasivací anorganickou kyselinou dosáhly úspěchu a nemají žádné bezpečnostní obavy, by měly u tohoto postupu pokračovat. Pokud tito uživatelé mají čistou provozovnu, dobře udržované a čisté zařízení, chladicí kapalinu bez znečištění železnými kovy a proces, který přináší dobré výsledky, nemusí být skutečná potřeba změn.
Pasivace v lázni s kyselinou citronovou se ukázala jako užitečná pro širokou škálu nerezových ocelí, včetně několika jednotlivých druhů nerezových ocelí, jak je znázorněno na obrázku 2. Pro usnadnění je na obrázku 1 zahrnuta tradiční metoda pasivace kyselinou dusičnou. Všimněte si, že starší formulace kyseliny dusičné jsou vyjádřeny v objemových procentech, zatímco novější koncentrace kyseliny citronové jsou vyjádřeny v hmotnostních procentech. Je důležité si uvědomit, že při provádění těchto postupů je zásadní pečlivé vyvážení doby namáčení, teploty lázně a koncentrace, aby se zabránilo „přeskoku“ popsanému výše.
Pasivační úpravy se liší v závislosti na obsahu chromu a obráběcích charakteristikách jednotlivých jakostí. Všimněte si sloupců odkazujících buď na proces 1, nebo na proces 2. Jak je znázorněno na obrázku 3, proces 1 zahrnuje méně kroků než proces 2.
Laboratorní testy ukázaly, že proces pasivace kyselinou citronovou je náchylnější k „blesknutí“ než proces s kyselinou dusičnou. Mezi faktory přispívající k tomuto napadení patří příliš vysoká teplota lázně, příliš dlouhá doba namočení a kontaminace lázně. Produkty s kyselinou citronovou obsahující inhibitory koroze a další přísady, jako jsou smáčecí činidla, jsou komerčně dostupné a údajně snižují náchylnost k „bleskové korozi“.
Konečná volba metody pasivace bude záviset na kritériích přijetí stanovených zákazníkem. Podrobnosti viz ASTM A967. Je k dispozici na www.astm.org.
Často se provádějí testy k vyhodnocení povrchu pasivovaných součástí. Otázkou, na kterou je třeba odpovědět, je: „Odstraňuje pasivace volné železo a optimalizuje korozní odolnost automatových ocelí?“
Je důležité, aby zkušební metoda odpovídala posuzovanému stupni. Příliš přísné testy neprojdou dokonale dobrými materiály, zatímco příliš volné testy neprojdou nevyhovujícími částmi.
Nerezové oceli řady 400 s precipitačním zpevněním a obráběním volnou silou se nejlépe hodnotí v komoře, která je schopna udržet 100% vlhkost (mokré vzorky) po dobu 24 hodin při teplotě 35 °C. Průřez je často nejkritičtějším povrchem, zejména u obráběných jakostí. Jedním z důvodů je, že sulfid je protažen ve směru obrábění a protíná tento povrch.
Kritické povrchy by měly být umístěny směrem nahoru, ale pod úhlem 15 až 20 stupňů od svislé polohy, aby se umožnila ztráta vlhkosti. Správně pasivovaný materiál sotva rezaví, i když se na něm mohou objevit mírné skvrny.
Austenitické nerezové oceli lze také hodnotit zkouškou vlhkosti. Při této zkoušce by měly být na povrchu vzorku přítomny kapky vody, což naznačuje přítomnost volného železa přítomností jakékoli rzi.
Postupy pasivace běžně používaných automatových a neautomatových nerezových ocelí v roztocích kyseliny citronové nebo dusičné vyžadují odlišné procesy. Obrázek 3 níže uvádí podrobnosti o výběru procesu.
(a) Upravte pH hydroxidem sodným. (b) Viz obrázek 3 (c) Na2Cr2O7 představuje 22 g/l dichromanu sodného v 20% kyselině dusičné. Alternativou k této směsi je 50% kyselina dusičná bez dichromanu sodného.
Rychlejší metodou je použití roztoku podle normy ASTM A380 „Standardní postup pro čištění, odvápňování a pasivaci nerezových dílů, zařízení a systémů“. Zkouška spočívá v otření dílu roztokem síranu měďnatého/kyseliny sírové, jeho udržení ve vlhkém stavu po dobu 6 minut a pozorování pokovování mědí. Alternativně lze díl ponořit do roztoku na 6 minut. Pokud se železo rozpustí, dochází k pokovování mědí. Tento test by se neměl používat na površích dílů určených pro zpracování potravin. Také by se neměl používat pro martenzitické oceli řady 400 nebo feritické oceli s nízkým obsahem chromu, protože by se mohly objevit falešně pozitivní výsledky.
Historicky se k hodnocení pasivovaných vzorků používal také test 5% solné mlhy při teplotě 35 °C. Tento test je pro některé jakosti příliš přísný a obecně se nevyžaduje k potvrzení účinnosti pasivace.
Nepoužívejte nadměrné množství chloridů, které mohou způsobit škodlivé bleskové napadení. Pokud je to možné, používejte pouze vysoce kvalitní vodu s obsahem chloridů méně než 50 ppm (částí na milion). Voda z kohoutku je obvykle dostačující a v některých případech snese až několik set ppm chloridů.
Je důležité pravidelně vyměňovat lázeň, aby se zabránilo ztrátě pasivačního potenciálu, která může vést k přeskoku a poškození součástí. Lázeň by měla být udržována na správné teplotě, protože nekontrolované teploty mohou způsobit lokální korozi.
Je důležité dodržovat velmi přesný harmonogram výměny roztoků během vysokých výrobních sérií, aby se minimalizovala možnost kontaminace. Kontrolní vzorek byl použit k testování účinnosti lázně. Pokud je vzorek napaden, je čas lázeň vyměnit.
Upozorňujeme, že některé stroje vyrábějí pouze nerezovou ocel; pro řezání nerezové oceli používejte stejnou preferovanou chladicí kapalinu, s vyloučením všech ostatních kovů.
Díly ozubených kol DO jsou ošetřovány jednotlivě, aby se zabránilo kontaktu kovů. To je obzvláště důležité pro volné obrábění nerezové oceli, protože k difuzi korozních produktů v sulfidech a zabránění tvorbě kyselých kapes jsou zapotřebí volně tekoucí pasivační a proplachovací roztoky.
Nepasivujte cementované nebo nitridované díly z nerezové oceli. Odolnost takto ošetřených dílů proti korozi může být snížena do té míry, že by byly napadeny pasivační lázní.
Nepoužívejte železné nástroje v dílně, která není nijak zvlášť čistá. Ocelovým nečistotám se lze vyhnout použitím karbidových nebo keramických nástrojů.
Nezapomeňte, že v pasivační lázni může dojít ke korozi, pokud není součást správně tepelně zpracována. Martenzitické třídy s vysokým obsahem uhlíku a chromu musí být pro odolnost proti korozi kaleny.
Pasivace se obvykle provádí po následném popouštění za teplot, které zachovávají odolnost proti korozi.
Nezanedbávejte koncentraci kyseliny dusičné v pasivační lázni. Pravidelné kontroly by měly být prováděny pomocí jednoduchého titračního postupu, který poskytl Carpenter. Nepasivujte více než jednu nerezovou ocel najednou. Tím se zabrání nákladným záměnám a galvanickým reakcím.
O autorech: Terry A. DeBold je specialista na výzkum a vývoj slitin nerezové oceli a James W. Martin je metalurg tyčové oceli ve společnosti Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Ve světě stále přísnějších specifikací pro povrchovou úpravu jsou jednoduchá měření „drsnosti“ stále užitečná. Pojďme se podívat, proč je měření povrchu důležité a jak ho lze kontrolovat přímo v dílně pomocí sofistikovaných přenosných měřidel.
Jste si jisti, že máte pro tuto soustružnickou operaci nejlepší břitovou destičku? Zkontrolujte třísku, zejména pokud ji necháte bez dozoru. Charakteristika třísky vám může hodně napovědět.