شما مطمئن شده‌اید که قطعات طبق مشخصات ماشینکاری شده‌اند. اکنون، مطمئن شوید که برای محافظت از این قطعات در شرایطی که مشتریانتان انتظار دارند، اقداماتی انجام داده‌اید.#basic
غیرفعال‌سازی (یا پسیواسیون) همچنان یک گام حیاتی در به حداکثر رساندن مقاومت اولیه در برابر خوردگی قطعات و مجموعه‌های ماشین‌کاری شده از جنس استنلس استیل است. این امر می‌تواند تفاوت بین عملکرد رضایت‌بخش و خرابی زودرس را ایجاد کند. در صورت اجرای نادرست، غیرفعال‌سازی در واقع می‌تواند باعث خوردگی شود.
غیرفعال‌سازی (یا پسیواسیون) روشی پس از ساخت است که مقاومت به خوردگی ذاتی آلیاژهای فولاد ضد زنگ سازنده قطعه کار را به حداکثر می‌رساند. این روش، نه رسوب‌زدایی است و نه پوشش رنگ.
هیچ اجماع عمومی در مورد مکانیسم دقیق نحوه عملکرد غیرفعال‌سازی وجود ندارد. اما مسلم است که یک لایه اکسید محافظ روی سطح فولاد ضد زنگ غیرفعال شده وجود دارد. تصور می‌شود این لایه نامرئی بسیار نازک باشد، ضخامتی کمتر از 0.0000001 اینچ، تقریباً 1/100000 ضخامت موی انسان!
یک قطعه فولاد ضد زنگ تمیز، تازه ماشینکاری شده، صیقل داده شده یا اسیدشویی شده، به دلیل قرار گرفتن در معرض اکسیژن اتمسفر، به طور خودکار این لایه اکسید را به دست می‌آورد. در شرایط ایده‌آل، این لایه اکسید محافظ به طور کامل تمام سطوح قطعه را می‌پوشاند.
با این حال، در عمل، آلاینده‌هایی مانند گرد و غبار کارگاه یا ذرات آهن از ابزارهای برش می‌توانند در طول ماشینکاری به سطح قطعات فولادی ضد زنگ منتقل شوند. در صورت عدم حذف، این اجسام خارجی می‌توانند اثربخشی فیلم محافظ اصلی را کاهش دهند.
در حین ماشینکاری، مقادیر ناچیزی از آهن آزاد می‌تواند از ابزار جدا شده و به سطح قطعه کار از جنس فولاد ضد زنگ منتقل شود. در برخی موارد، ممکن است یک لایه نازک زنگ روی قطعه ظاهر شود. این در واقع خوردگی فولاد توسط ابزار است، نه فلز پایه. گاهی اوقات، شکاف‌های ذرات فولادی جاسازی شده از ابزارهای برش یا محصولات خوردگی آنها می‌تواند باعث فرسایش خود قطعه شود.
به همین ترتیب، ذرات کوچک آلودگی کارگاهی آهنی ممکن است به سطح قطعه بچسبند. اگرچه فلز ممکن است در حالت ماشینکاری براق به نظر برسد، اما پس از قرار گرفتن در معرض هوا، ذرات نامرئی آهن آزاد می‌توانند باعث زنگ زدگی سطح شوند.
سولفیدهای آزاد نیز می‌توانند مشکل‌ساز باشند. این سولفیدها از افزودن گوگرد به فولاد ضد زنگ برای بهبود قابلیت ماشینکاری ناشی می‌شوند. سولفیدها توانایی آلیاژ را در تشکیل براده در حین ماشینکاری افزایش می‌دهند که می‌تواند به طور کامل از ابزار برش جدا شود. مگر اینکه قطعات به درستی پسیو شوند، سولفیدها می‌توانند نقطه شروع خوردگی سطحی در محصولات تولیدی باشند.
در هر دو مورد، برای به حداکثر رساندن مقاومت خوردگی طبیعی فولاد ضد زنگ، غیرفعال‌سازی لازم است. این کار آلاینده‌های سطحی مانند ذرات آهن کارگاه و ذرات آهن در ابزارهای برش را که می‌توانند زنگ‌زدگی ایجاد کنند یا به نقطه شروع خوردگی تبدیل شوند، از بین می‌برد. غیرفعال‌سازی همچنین سولفیدهای موجود در سطح آلیاژهای فولاد ضد زنگ برش آزاد را از بین می‌برد.
یک روش دو مرحله‌ای بهترین مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌کند: ۱. تمیز کردن، یک روش اساسی اما گاهی اوقات نادیده گرفته شده؛ ۲. حمام اسیدی یا عملیات غیرفعال‌سازی.
تمیز کردن همیشه باید در اولویت باشد. سطوح باید کاملاً از گریس، مایع خنک‌کننده یا سایر بقایای کارگاهی برای مقاومت بهینه در برابر خوردگی تمیز شوند. بقایای ماشینکاری یا سایر آلودگی‌های کارگاهی را می‌توان با دقت از روی قطعه پاک کرد. می‌توان از چربی‌زداها یا پاک‌کننده‌های تجاری برای حذف روغن‌های فرآیند یا خنک‌کننده‌ها استفاده کرد. مواد خارجی مانند اکسیدهای حرارتی ممکن است با روش‌هایی مانند سنگ‌زنی یا اسیدشویی حذف شوند.
گاهی اوقات یک اپراتور ماشین ممکن است از تمیز کردن اولیه صرف نظر کند، به اشتباه فکر می‌کند که تمیز کردن و غیرفعال‌سازی به طور همزمان با فرو بردن یک قطعه آغشته به گریس در حمام اسید انجام می‌شود. اما این اتفاق نخواهد افتاد. برعکس، گریس آلوده با اسید واکنش می‌دهد و حباب‌های هوا تشکیل می‌دهد. این حباب‌ها روی سطح قطعه کار جمع می‌شوند و در غیرفعال‌سازی اختلال ایجاد می‌کنند.
بدتر از همه، آلودگی محلول‌های غیرفعال‌سازی، که گاهی اوقات حاوی غلظت بالایی از کلریدها هستند، می‌تواند باعث «فلشینگ» شود. برخلاف به دست آوردن لایه اکسید مورد نظر با سطحی براق، تمیز و مقاوم در برابر خوردگی، اچینگ فلش می‌تواند منجر به یک سطح به شدت اچ شده یا تیره شود - تخریب سطحی که غیرفعال‌سازی برای بهینه‌سازی آن طراحی شده است.
قطعات ساخته شده از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی [مغناطیسی، نسبتاً مقاوم در برابر خوردگی، استحکام تسلیم تا حدود 280 ksi (1930 MPa)] در دماهای بالا سخت‌کاری شده و سپس برای اطمینان از سختی و خواص مکانیکی مورد نظر، تمپر می‌شوند. آلیاژهای رسوب سخت‌شونده که استحکام و مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به آلیاژهای مارتنزیتی دارند، می‌توانند تحت عملیات محلول‌سازی، ماشینکاری جزئی، پیرسازی در دماهای پایین‌تر و سپس پرداخت‌کاری قرار گیرند.
در این حالت، قطعه باید قبل از عملیات حرارتی، کاملاً با یک چربی‌زدا یا پاک‌کننده تمیز شود تا هرگونه اثری از سیال برش از بین برود. در غیر این صورت، سیال برش باقی‌مانده روی قطعه می‌تواند باعث اکسیداسیون بیش از حد شود. این وضعیت می‌تواند باعث شود قطعات کوچک‌تر از اندازه واقعی، پس از حذف رسوب با روش‌های اسیدی یا ساینده، فرورفتگی پیدا کنند. اگر سیال برش روی قطعات سخت‌شده براق، مانند کوره خلاء یا اتمسفر محافظ، باقی بماند، ممکن است کربوریزاسیون سطحی رخ دهد و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی از بین برود.
پس از تمیزکاری کامل، قطعات فولاد ضد زنگ را می‌توان در حمام اسید غیرفعال‌کننده غوطه‌ور کرد. هر یک از سه روش می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد - غیرفعال‌سازی با اسید نیتریک، غیرفعال‌سازی با اسید نیتریک با دی‌کرومات سدیم و غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک. اینکه از کدام روش استفاده شود به درجه فولاد ضد زنگ و معیارهای پذیرش مشخص شده بستگی دارد.
گریدهای کروم-نیکل مقاوم‌تر در برابر خوردگی را می‌توان در حمام اسید نیتریک با غلظت 20% (حجمی/حجمی) غیرفعال کرد (شکل 1). همانطور که در جدول نشان داده شده است، فولاد ضد زنگ با مقاومت کمتر را می‌توان با افزودن دی‌کرومات سدیم به حمام اسید نیتریک غیرفعال کرد، که باعث می‌شود محلول اکسیدکننده‌تر شود و بتواند یک لایه غیرفعال روی سطح فلز تشکیل دهد. گزینه دیگر برای جایگزینی اسید نیتریک با کرومات سدیم، افزایش غلظت اسید نیتریک به 50% حجمی است. هم افزودن دی‌کرومات سدیم و هم غلظت بالاتر اسید نیتریک، احتمال جرقه ناخواسته را کاهش می‌دهد.
روش غیرفعال‌سازی فولادهای زنگ نزن با ماشینکاری آزاد (که در شکل 1 نیز نشان داده شده است) تا حدودی با روش‌های غیرفعال‌سازی فولادهای زنگ نزن با ماشینکاری غیرآزاد متفاوت است. دلیل این امر آن است که در طول غیرفعال‌سازی در یک حمام اسید نیتریک معمولی، برخی یا تمام سولفیدهای درجه ماشینکاری حاوی گوگرد حذف می‌شوند و ناپیوستگی‌های میکروسکوپی در سطح قطعه ماشینکاری شده ایجاد می‌کنند.
حتی یک شستشوی آب که عموماً مؤثر است، می‌تواند پس از غیرفعال‌سازی، اسید باقیمانده را در این ناپیوستگی‌ها باقی بگذارد. این اسید سپس به سطح قطعه حمله می‌کند، مگر اینکه خنثی یا حذف شود.
برای غیرفعال‌سازی مؤثر فولاد ضد زنگ که به راحتی ماشینکاری می‌شود، شرکت کارپنتر فرآیند AAA (قلیا-اسید-قلیا) را توسعه داده است که اسید باقیمانده را خنثی می‌کند. این روش غیرفعال‌سازی را می‌توان در کمتر از 2 ساعت انجام داد. در اینجا فرآیند گام به گام آمده است:
پس از چربی‌زدایی، قطعات را به مدت 30 دقیقه در محلول 5% هیدروکسید سدیم در دمای 160 تا 180 درجه فارنهایت (71 تا 82 درجه سانتیگراد) خیس کنید. سپس قطعات را کاملاً در آب بشویید. سپس، قطعه را به مدت 30 دقیقه در محلول 20% (حجمی/حجمی) اسید نیتریک حاوی 3 اونس/گالن (22 گرم در لیتر) دی‌کرومات سدیم در دمای 120 تا 140 درجه فارنهایت (49 تا 60 درجه سانتیگراد) غوطه‌ور کنید. پس از خارج کردن قطعه از حمام، آن را با آب بشویید و سپس به مدت 30 دقیقه دیگر در محلول هیدروکسید سدیم غوطه‌ور کنید. قطعه را دوباره با آب بشویید و خشک کنید و روش AAA را تکمیل کنید.
غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک به طور فزاینده‌ای در بین تولیدکنندگانی که مایل به اجتناب از استفاده از اسیدهای معدنی یا محلول‌های حاوی دی‌کرومات سدیم و همچنین مشکلات دفع و نگرانی‌های ایمنی بیشتر مرتبط با استفاده از آنها هستند، محبوب شده است. اسید سیتریک از هر نظر سازگار با محیط زیست محسوب می‌شود.
اگرچه غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک مزایای زیست‌محیطی جذابی را ارائه می‌دهد، کارگاه‌هایی که با غیرفعال‌سازی با اسید معدنی موفقیت‌آمیز بوده‌اند و هیچ نگرانی ایمنی ندارند، ممکن است بخواهند به کار خود ادامه دهند. اگر این کاربران کارگاهی تمیز، تجهیزاتی تمیز و به‌خوبی نگهداری شده، خنک‌کننده‌ای عاری از رسوب آهنی در کارگاه و فرآیندی با نتایج خوب داشته باشند، ممکن است نیازی به تغییرات واقعی نباشد.
غیرفعال‌سازی در حمام اسید سیتریک برای طیف وسیعی از فولادهای ضد زنگ، از جمله چندین گرید فولاد ضد زنگ جداگانه، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، مفید شناخته شده است. برای راحتی، روش غیرفعال‌سازی سنتی اسید نیتریک در شکل 1 گنجانده شده است. توجه داشته باشید که فرمولاسیون‌های قدیمی‌تر اسید نیتریک بر حسب درصد حجمی بیان می‌شوند، در حالی که غلظت‌های جدیدتر اسید سیتریک بر حسب درصد وزنی بیان می‌شوند. توجه به این نکته مهم است که هنگام اجرای این روش‌ها، تعادل دقیق زمان خیساندن، دمای حمام و غلظت برای جلوگیری از "فلاشینگ" که قبلاً توضیح داده شد، بسیار مهم است.
عملیات پسیواسیون (غیرفعال‌سازی) با توجه به میزان کروم و ویژگی‌های ماشینکاری هر گرید متفاوت است. به ستون‌هایی که به فرآیند ۱ یا فرآیند ۲ اشاره دارند توجه کنید. همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، فرآیند ۱ شامل مراحل کمتری نسبت به فرآیند ۲ است.
آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که فرآیند غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک نسبت به فرآیند اسید نیتریک، بیشتر مستعد «فلشینگ» است. عواملی که در این حمله نقش دارند شامل دمای بسیار بالای حمام، زمان خیساندن بسیار طولانی و آلودگی حمام است. محصولات اسید سیتریک حاوی مهارکننده‌های خوردگی و سایر افزودنی‌ها مانند عوامل مرطوب‌کننده به صورت تجاری در دسترس هستند و گزارش شده است که حساسیت به «خوردگی ناگهانی» را کاهش می‌دهند.
انتخاب نهایی روش غیرفعال‌سازی به معیارهای پذیرش تعیین‌شده توسط مشتری بستگی دارد. برای جزئیات بیشتر به ASTM A967 مراجعه کنید. می‌توانید به آن در www.astm.org دسترسی پیدا کنید.
آزمایش‌هایی اغلب برای ارزیابی سطح قطعات پسیو شده انجام می‌شوند. سوالی که باید به آن پاسخ داده شود این است که «آیا پسیو کردن، آهن آزاد را حذف می‌کند و مقاومت در برابر خوردگی گریدهای برش آزاد را بهینه می‌کند؟»
مهم است که روش آزمایش با درجه مورد ارزیابی مطابقت داشته باشد. آزمایش‌هایی که خیلی سخت‌گیرانه انجام می‌شوند، مواد کاملاً خوب را رد می‌کنند، در حالی که آزمایش‌هایی که خیلی سست انجام می‌شوند، قطعات نامطلوب را رد می‌کنند.
فولادهای زنگ نزن رسوب سخت شونده سری ۴۰۰ و فولادهای زنگ نزن بدون ماشینکاری، بهتر است در کابینتی که قادر به حفظ رطوبت ۱۰۰٪ (نمونه‌های مرطوب) به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۹۵ درجه فارنهایت (۳۵ درجه سانتیگراد) باشد، ارزیابی شوند. سطح مقطع اغلب بحرانی‌ترین سطح است، به خصوص برای گریدهای بدون برش. یکی از دلایل این امر این است که سولفید در جهت ماشین کشیده شده و این سطح را قطع می‌کند.
سطوح بحرانی باید رو به بالا قرار داده شوند، اما با زاویه ۱۵ تا ۲۰ درجه نسبت به حالت عمودی تا رطوبت از بین برود. موادی که به درستی پسیو شده باشند، به سختی زنگ می‌زنند، اگرچه ممکن است کمی لکه‌دار شوند.
گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی را می‌توان با آزمایش رطوبت نیز ارزیابی کرد. در این آزمایش، قطرات آب باید روی سطح نمونه وجود داشته باشند که نشان‌دهنده آهن آزاد با وجود هرگونه زنگ‌زدگی است.
روش‌های غیرفعال‌سازی فولادهای زنگ‌نزن برش آزاد و غیربرش آزاد که معمولاً در محلول‌های اسید سیتریک یا اسید نیتریک استفاده می‌شوند، به فرآیندهای متفاوتی نیاز دارند. شکل 3 در زیر جزئیاتی در مورد انتخاب فرآیند ارائه می‌دهد.
(الف) pH را با هیدروکسید سدیم تنظیم کنید. (ب) به شکل 3 مراجعه کنید. (ج) Na2Cr2O7 نشان دهنده 3 اونس در گالن (22 گرم در لیتر) دی کرومات سدیم در 20٪ اسید نیتریک است. جایگزین این مخلوط، اسید نیتریک 50٪ بدون دی کرومات سدیم است.
یک روش سریع‌تر، استفاده از محلول موجود در استاندارد ASTM A380، «روش استاندارد برای تمیز کردن، رسوب‌زدایی و غیرفعال‌سازی قطعات، تجهیزات و سیستم‌های فولاد ضد زنگ» است. این آزمایش شامل پاک کردن قطعه با محلول سولفات مس/اسید سولفوریک، مرطوب نگه داشتن آن به مدت 6 دقیقه و مشاهده آبکاری مس است. به عنوان یک جایگزین، می‌توان قطعه را به مدت 6 دقیقه در محلول غوطه‌ور کرد. اگر آهن حل شود، آبکاری مس رخ می‌دهد. این آزمایش نباید روی سطوح قطعات فرآوری مواد غذایی استفاده شود. همچنین، نباید برای فولادهای مارتنزیتی سری 400 یا فریتی کم کروم استفاده شود زیرا ممکن است نتایج مثبت کاذب رخ دهد.
از لحاظ تاریخی، آزمایش اسپری نمک 5٪ در دمای 95 درجه فارنهایت (35 درجه سانتیگراد) نیز برای ارزیابی نمونه‌های غیرفعال شده استفاده شده است. این آزمایش برای برخی از گریدها بسیار سختگیرانه است و عموماً برای تأیید مؤثر بودن غیرفعال‌سازی لازم نیست.
از استفاده بیش از حد کلریدها خودداری کنید، که می‌تواند باعث حملات ناگهانی مضر شود. در صورت امکان، فقط از آب با کیفیت بالا با کمتر از 50 قسمت در میلیون (ppm) کلرید استفاده کنید. آب لوله کشی معمولاً کافی است و در برخی موارد می‌تواند تا چند صد ppm کلرید را تحمل کند.
تعویض منظم حمام برای جلوگیری از از دست دادن پتانسیل غیرفعال‌سازی که می‌تواند منجر به جرقه و آسیب دیدن قطعات شود، بسیار مهم است. حمام باید در دمای مناسب نگهداری شود، زیرا دمای خارج از کنترل ممکن است باعث خوردگی موضعی شود.
حفظ یک برنامه‌ی زمانی مشخص برای تعویض محلول در طول دوره‌های تولید بالا برای به حداقل رساندن احتمال آلودگی بسیار مهم است. از یک نمونه‌ی کنترل برای آزمایش اثربخشی حمام استفاده شد. اگر نمونه مورد حمله قرار گرفت، زمان تعویض حمام فرا رسیده است.
لطفاً مشخص کنید که برخی از ماشین‌ها فقط از فولاد ضد زنگ استفاده می‌کنند؛ از همان خنک‌کننده‌ی ترجیحی برای برش فولاد ضد زنگ استفاده کنید، به جز سایر فلزات.
قطعات قفسه DO به صورت جداگانه پردازش می‌شوند تا از تماس فلز با فلز جلوگیری شود. این امر به ویژه برای ماشینکاری آزاد فولاد ضد زنگ بسیار مهم است، زیرا برای پخش محصولات خوردگی در سولفیدها و جلوگیری از تشکیل حفره‌های اسیدی، به محلول‌های غیرفعال‌سازی و شستشوی روان نیاز است.
قطعات فولاد ضد زنگ کربن‌دهی شده یا نیتریده شده را غیرفعال نکنید. مقاومت خوردگی قطعاتی که تحت این عملیات قرار می‌گیرند ممکن است تا حدی کاهش یابد که در حمام غیرفعال‌سازی مورد حمله قرار گیرند.
از ابزارهای آهنی در محیط کارگاهی که به طور خاص تمیز نیست استفاده نکنید. با استفاده از ابزارهای کاربیدی یا سرامیکی می‌توان از ایجاد زبری فولاد جلوگیری کرد.
فراموش نکنید که اگر قطعه به درستی عملیات حرارتی نشود، خوردگی می‌تواند در حمام پسیواسیون رخ دهد. گریدهای مارتنزیتی پرکربن و پرکروم باید برای مقاومت در برابر خوردگی سخت‌کاری شوند.
غیرفعال‌سازی معمولاً پس از عملیات حرارتی بعدی با استفاده از دماهایی که مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می‌کنند، انجام می‌شود.
غلظت اسید نیتریک در حمام غیرفعال‌سازی را نادیده نگیرید. بررسی‌های دوره‌ای باید با استفاده از روش تیتراسیون ساده ارائه شده توسط کارپنتر انجام شود. بیش از یک فولاد ضد زنگ را به طور همزمان غیرفعال نکنید. این کار از سردرگمی پرهزینه جلوگیری می‌کند و از واکنش‌های گالوانیک جلوگیری می‌کند.
درباره نویسندگان: تری ای. دِبولد متخصص تحقیق و توسعه آلیاژ فولاد ضد زنگ و جیمز دبلیو. مارتین متخصص متالورژی شمش در شرکت فناوری کارپنتر (ریدینگ، پنسیلوانیا) هستند.
در دنیایی که مشخصات پرداخت سطح به طور فزاینده‌ای سختگیرانه می‌شود، اندازه‌گیری‌های ساده «زبری» هنوز هم مفید هستند. بیایید نگاهی بیندازیم به اینکه چرا اندازه‌گیری سطح مهم است و چگونه می‌توان آن را در کارگاه با گیج‌های قابل حمل پیشرفته بررسی کرد.
آیا مطمئن هستید که بهترین اینسرت را برای این عملیات تراشکاری دارید؟ تراشه را بررسی کنید، به خصوص اگر بدون مراقبت رها شده باشد. مشخصات تراشه می‌تواند چیزهای زیادی به شما بگوید.