Se ha asegurado de que las piezas estén mecanizadas según las especificaciones. Ahora, asegúrese de haber tomado las medidas necesarias para proteger estas piezas en las condiciones que esperan sus clientes. #básico
La pasivación sigue siendo un paso fundamental para maximizar la resistencia básica a la corrosión de piezas y conjuntos mecanizados de acero inoxidable. Puede marcar la diferencia entre un rendimiento satisfactorio y una falla prematura. Si se ejecuta incorrectamente, la pasivación puede en realidad provocar corrosión.
La pasivación es un método posterior a la fabricación que maximiza la resistencia a la corrosión inherente de las aleaciones de acero inoxidable que producen la pieza de trabajo. No es un tratamiento de desincrustación ni un recubrimiento de pintura.
No existe un consenso general sobre el mecanismo preciso de cómo funciona la pasivación, pero es seguro que hay una película de óxido protectora en la superficie del acero inoxidable pasivado. Se cree que esta película invisible es extremadamente delgada, de menos de 0,0000001 pulgadas de espesor, ¡aproximadamente 1/100.000 del espesor de un cabello humano!
Una pieza de acero inoxidable limpia, recién mecanizada, pulida o decapada adquirirá automáticamente esta película de óxido debido a su exposición al oxígeno atmosférico. En condiciones ideales, esta capa protectora de óxido cubre completamente todas las superficies de la pieza.
En la práctica, sin embargo, contaminantes como suciedad del taller o partículas de hierro de las herramientas de corte pueden transferirse a la superficie de las piezas de acero inoxidable durante el mecanizado. Si no se eliminan, estos cuerpos extraños pueden reducir la eficacia de la película protectora original.
Durante el mecanizado, trazas de hierro libre pueden desgastar la herramienta y transferirse a la superficie de la pieza de trabajo de acero inoxidable. En algunos casos, puede aparecer una fina capa de óxido en la pieza. En realidad, se trata de corrosión del acero por la herramienta, no del metal base. En ocasiones, las grietas de partículas de acero incrustadas de las herramientas de corte o sus productos de corrosión pueden provocar la erosión de la propia pieza.
Asimismo, pequeñas partículas de suciedad ferrosa del taller pueden adherirse a la superficie de la pieza. Aunque el metal puede parecer brillante en el estado mecanizado, después de la exposición al aire, partículas invisibles de hierro libre pueden provocar oxidación de la superficie.
Los sulfuros expuestos también pueden ser un problema. Provienen de la adición de azufre al acero inoxidable para mejorar la maquinabilidad. Los sulfuros aumentan la capacidad de la aleación de formar virutas durante el mecanizado, que pueden desprenderse completamente de la herramienta de corte. A menos que las piezas estén pasivadas adecuadamente, los sulfuros pueden convertirse en un punto de partida para la corrosión de la superficie de los productos manufacturados.
En ambos casos, se requiere pasivación para maximizar la resistencia natural a la corrosión del acero inoxidable. Elimina contaminantes de la superficie, como partículas de suciedad ferrosa del taller y partículas de hierro en las herramientas de corte, que pueden formar óxido o convertirse en un punto de inicio para la corrosión. La pasivación también elimina los sulfuros expuestos en la superficie de las aleaciones de acero inoxidable de fácil corte.
Un procedimiento de dos pasos proporciona la mejor resistencia a la corrosión: 1. Limpieza, un procedimiento básico pero a veces pasado por alto; 2. Baño ácido o tratamiento de pasivación.
La limpieza siempre debe ser una prioridad. Las superficies deben limpiarse completamente de grasa, refrigerante u otros residuos del taller para lograr una resistencia óptima a la corrosión. Los residuos de mecanizado u otra suciedad del taller se pueden limpiar cuidadosamente de la pieza. Se pueden usar desengrasantes o limpiadores comerciales para eliminar aceites de proceso o refrigerantes. Es posible que sea necesario eliminar materias extrañas, como óxidos térmicos, mediante métodos como el esmerilado o el decapado.
A veces, un operador de máquina puede omitir la limpieza básica, pensando erróneamente que la limpieza y la pasivación ocurrirán simultáneamente simplemente sumergiendo una pieza cargada de grasa en un baño de ácido. Esto no va a suceder. Por el contrario, la grasa contaminada reacciona con el ácido para formar burbujas de aire. Estas burbujas se acumulan en la superficie de la pieza de trabajo e interfieren con la pasivación.
Para empeorar las cosas, la contaminación de las soluciones de pasivación, que a veces contienen altas concentraciones de cloruros, puede causar “rebabas”. A diferencia de obtener la película de óxido deseada con una superficie brillante, limpia y resistente a la corrosión, el grabado instantáneo puede dar como resultado una superficie muy grabada u oscurecida: un deterioro de la superficie que la pasivación está diseñada para optimizar.
Las piezas hechas de acero inoxidable martensítico [magnético, moderadamente resistente a la corrosión, límite elástico de hasta aproximadamente 280 ksi (1930 MPa)] se endurecen a temperaturas elevadas y luego se revenen para garantizar la dureza y las propiedades mecánicas deseadas. Las aleaciones endurecibles por precipitación, que tienen mejor resistencia y resistencia a la corrosión que las aleaciones martensíticas, se pueden tratar en solución, mecanizar parcialmente, envejecer a temperaturas más bajas y luego terminar.
En este caso, la pieza debe limpiarse completamente con un desengrasante o limpiador para eliminar cualquier rastro de fluido de corte antes del tratamiento térmico. De lo contrario, el fluido de corte que queda en la pieza puede causar una oxidación excesiva. Esta condición puede provocar que las piezas de tamaño insuficiente se abollen después de que se haya eliminado la escala mediante métodos ácidos o abrasivos. Si se permite que el fluido de corte permanezca en piezas endurecidas brillantes, como en un horno de vacío o una atmósfera protectora, puede producirse carburación de la superficie, lo que resulta en una pérdida de resistencia a la corrosión.
Después de una limpieza exhaustiva, las piezas de acero inoxidable se pueden sumergir en un baño de ácido pasivante. Se puede utilizar cualquiera de los tres métodos: pasivación con ácido nítrico, pasivación con ácido nítrico con dicromato de sodio y pasivación con ácido cítrico. El método a utilizar depende del grado de acero inoxidable y de los criterios de aceptación especificados.
Los grados de cromo-níquel más resistentes a la corrosión se pueden pasivar en un baño de ácido nítrico al 20 % (v/v) (Figura 1). Como se muestra en la tabla, el acero inoxidable menos resistente se puede pasivar agregando dicromato de sodio a un baño de ácido nítrico, lo que hace que la solución sea más oxidante y capaz de formar una película pasiva sobre la superficie del metal. Otra opción para reemplazar el ácido nítrico con cromato de sodio es aumentar la concentración de ácido nítrico al 50 % en volumen. Tanto la adición de dicromato de sodio como la mayor concentración de ácido nítrico reducen la posibilidad de una rebaba no deseada.
El procedimiento para pasivar aceros inoxidables de libre mecanizado (también mostrado en la Figura 1) es algo diferente de aquel para los grados de acero inoxidable que no son de libre mecanizado. Esto se debe a que durante la pasivación en un baño de ácido nítrico típico, algunos o todos los sulfuros de grado mecanizable que contienen azufre se eliminan, creando discontinuidades microscópicas en la superficie de la pieza mecanizada.
Incluso un enjuague con agua generalmente efectivo puede dejar ácido residual en estas discontinuidades después de la pasivación. Este ácido atacará la superficie de la pieza a menos que se neutralice o elimine.
Para pasivar eficazmente el acero inoxidable fácilmente mecanizable, Carpenter ha desarrollado el proceso AAA (álcali-ácido-álcali), que neutraliza el ácido residual. Este método de pasivación se puede completar en menos de 2 horas. A continuación, se muestra el proceso paso a paso:
Tras desengrasar, remoje las piezas en una solución de hidróxido de sodio al 5 % a una temperatura de 71 °C a 82 °C durante 30 minutos. A continuación, enjuáguelas bien con agua. A continuación, sumerja la pieza durante 30 minutos en una solución de ácido nítrico al 20 % (v/v) con 22 g/l de dicromato de sodio a una temperatura de 49 °C a 60 °C. Tras retirar la pieza del baño, enjuáguela con agua y sumérjala en la solución de hidróxido de sodio durante otros 30 minutos. Vuelva a enjuagar la pieza con agua y séquela, completando así el método AAA.
La pasivación con ácido cítrico es cada vez más popular entre los fabricantes que desean evitar el uso de ácidos minerales o soluciones que contienen dicromato de sodio, así como los problemas de eliminación y las mayores preocupaciones de seguridad asociadas con su uso. El ácido cítrico se considera respetuoso con el medio ambiente en todos los sentidos.
Si bien la pasivación con ácido cítrico ofrece ventajas ambientales atractivas, los talleres que han tenido éxito con la pasivación con ácido inorgánico y no tienen preocupaciones de seguridad pueden querer seguir así. Si estos usuarios tienen un taller limpio, un equipo limpio y bien mantenido, un refrigerante libre de incrustaciones ferrosas y un proceso que produce buenos resultados, puede que no haya una necesidad real de cambios.
Se ha descubierto que la pasivación en un baño de ácido cítrico es útil para una amplia gama de aceros inoxidables, incluidos varios grados individuales de acero inoxidable, como se muestra en la Figura 2. Para mayor comodidad, se incluye el método tradicional de pasivación con ácido nítrico en la Figura 1. Tenga en cuenta que las formulaciones de ácido nítrico más antiguas se expresan en porcentaje de volumen, mientras que las concentraciones de ácido cítrico más nuevas se expresan en porcentaje de peso. Es importante tener en cuenta que al implementar estos procedimientos, es fundamental equilibrar cuidadosamente el tiempo de remojo, la temperatura del baño y la concentración para evitar el "flashing" descrito anteriormente.
Los tratamientos de pasivación varían según el contenido de cromo y las características de mecanizado de cada grado. Tenga en cuenta las columnas que hacen referencia al Proceso 1 o al Proceso 2. Como se muestra en la Figura 3, el Proceso 1 implica menos pasos que el Proceso 2.
Las pruebas de laboratorio han demostrado que el proceso de pasivación con ácido cítrico es más propenso a la “corrosión instantánea” que el proceso con ácido nítrico. Los factores que contribuyen a este ataque incluyen una temperatura del baño demasiado alta, un tiempo de remojo demasiado prolongado y la contaminación del baño. Los productos de ácido cítrico que contienen inhibidores de corrosión y otros aditivos como agentes humectantes están disponibles comercialmente y se informa que reducen la susceptibilidad a la “corrosión instantánea”.
La elección final del método de pasivación dependerá de los criterios de aceptación impuestos por el cliente. Consulte ASTM A967 para obtener más detalles. Se puede acceder en www.astm.org.
A menudo se realizan pruebas para evaluar la superficie de las piezas pasivadas. La pregunta a responder es: "¿La pasivación elimina el hierro libre y optimiza la resistencia a la corrosión de los grados de corte libre?"
Es importante que el método de prueba coincida con la calificación que se está evaluando. Las pruebas que son demasiado estrictas harán que no aprueben materiales perfectamente buenos, mientras que las pruebas que son demasiado laxas harán que no aprueben partes insatisfactorias.
Los aceros inoxidables de endurecimiento por precipitación y de mecanizado libre de la serie 400 se evalúan mejor en un gabinete capaz de mantener el 100 % de humedad (muestra húmeda) durante 24 horas a 35 °C (95 °F). La sección transversal suele ser la superficie más crítica, especialmente para los grados de mecanizado libre. Una razón para esto es que el sulfuro se alarga en la dirección de la máquina, intersecando esta superficie.
Las superficies críticas deben colocarse hacia arriba, pero a un ángulo de 15 a 20 grados de la vertical para permitir la pérdida de humedad. El material pasivado adecuadamente difícilmente se oxidará, aunque puede mostrar algunas manchas leves.
Los grados de acero inoxidable austenítico también pueden evaluarse mediante pruebas de humedad. Cuando se realiza esta prueba, deben estar presentes gotas de agua en la superficie de la muestra, lo que indica hierro libre mediante la presencia de óxido.
Los procedimientos para pasivar aceros inoxidables de fácil corte y de uso común en soluciones de ácido cítrico o nítrico requieren procesos diferentes. La Figura 3 a continuación proporciona detalles sobre la selección del proceso.
(a) Ajuste el pH con hidróxido de sodio.(b) Consulte la Figura 3 (c) Na2Cr2O7 representa 3 oz/galón (22 g/l) de dicromato de sodio en ácido nítrico al 20%. Una alternativa a esta mezcla es ácido nítrico al 50% sin dicromato de sodio.
Un método más rápido es usar la solución en ASTM A380, "Práctica estándar para limpieza, desincrustación y pasivación de piezas, equipos y sistemas de acero inoxidable". La prueba consiste en limpiar la pieza con una solución de sulfato de cobre/ácido sulfúrico, manteniéndola húmeda durante 6 minutos y observando el recubrimiento de cobre. Como alternativa, la pieza puede sumergirse en la solución durante 6 minutos. Si el hierro se disuelve, se produce el recubrimiento de cobre. Esta prueba no se aplica a las superficies de las piezas de procesamiento de alimentos. Además, no debe usarse para aceros martensíticos de la serie 400 o ferríticos con bajo contenido de cromo, ya que pueden ocurrir resultados falsos positivos.
Históricamente, la prueba de niebla salina al 5 % a 95 °F (35 °C) también se ha utilizado para evaluar muestras pasivadas. Esta prueba es demasiado estricta para algunos grados y, por lo general, no se requiere para confirmar que la pasivación es efectiva.
Evite usar cloruros en exceso, ya que pueden causar ataques repentinos dañinos. Si es posible, utilice solo agua de alta calidad con menos de 50 partes por millón (ppm) de cloruro. El agua del grifo suele ser suficiente y puede tolerar hasta varios cientos de ppm de cloruro en algunos casos.
Es importante sustituir el baño periódicamente para no perder el potencial de pasivación, lo que puede provocar la caída de rayos y daños en las piezas. El baño debe mantenerse a la temperatura adecuada, ya que las temperaturas fuera de control pueden provocar corrosión localizada.
Es importante mantener un programa de cambio de solución muy específico durante corridas de alta producción para minimizar el potencial de contaminación. Se utilizó una muestra de control para probar la efectividad del baño. Si la muestra es atacada, es momento de reemplazar el baño.
Por favor especifique que ciertas máquinas solo cortan acero inoxidable; utilice el mismo refrigerante preferido para cortar acero inoxidable, excluyendo todos los demás metales.
Las piezas del bastidor DO se tratan por separado para evitar el contacto de metal con metal. Esto es especialmente importante para el mecanizado libre de acero inoxidable, ya que se requieren soluciones de pasivación y limpieza de flujo libre para difundir los productos de corrosión de sulfuro y evitar la formación de bolsas de ácido.
No pasivar piezas de acero inoxidable carburizadas o nitruradas. La resistencia a la corrosión de las piezas así tratadas puede reducirse hasta el punto de ser atacadas en el baño de pasivación.
No utilice herramientas ferrosas en un entorno de taller que no esté particularmente limpio. La formación de virutas de acero se puede evitar utilizando herramientas de carburo o de cerámica.
No olvide que puede producirse corrosión en el baño de pasivación si la pieza no recibe el tratamiento térmico adecuado. Los grados martensíticos con alto contenido de carbono y cromo deben endurecerse para lograr resistencia a la corrosión.
La pasivación generalmente se lleva a cabo después del revenido posterior utilizando temperaturas que mantienen la resistencia a la corrosión.
No ignore la concentración de ácido nítrico en el baño de pasivación. Se deben realizar controles periódicos utilizando el procedimiento de titulación simple proporcionado por Carpenter. No pasivar más de un acero inoxidable a la vez. Esto evita confusiones costosas y evita reacciones galvánicas.
Acerca de los autores: Terry A. DeBold es un especialista en investigación y desarrollo de aleaciones de acero inoxidable y James W. Martin es metalúrgico de barras en Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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