Osigurali ste da su dijelovi obrađeni prema specifikacijama. Sada provjerite jeste li poduzeli korake za zaštitu tih dijelova u uvjetima koje vaši kupci očekuju. #basic
Pasivizacija ostaje ključni korak u maksimiziranju osnovne otpornosti na koroziju nehrđajućih strojno obrađenih dijelova i sklopova. 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 obradak. 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, debeo 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. U idealnim uvjetima, ovaj zaštitni oksidni sloj potpuno prekriva sve površine dijela.
Međutim, u praksi se onečišćujuće tvari poput nečistoće iz radionice ili čestica željeza iz alata za rezanje mogu prenijeti na površinu dijelova od nehrđajućeg čelika tijekom obrade. Ako se ne uklone, ta strana tijela mogu smanjiti učinkovitost originalnog zaštitnog filma.
Tijekom 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 tvornice željeza mogu se prilijepiti za površinu dijela. Iako metal može izgledati sjajno u strojno 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 stvara strugotine tijekom obrade, koje se mogu potpuno odvojiti od alata za rezanje. Osim ako dijelovi nisu pravilno pasivizirani, sulfidi mogu postati početna točka za površinsku koroziju proizvedenih proizvoda.
U oba slučaja, pasivizacija je potrebna kako bi se maksimizirala prirodna otpornost nehrđajućeg čelika na koroziju. Uklanja površinske onečišćujuće tvari, poput čestica prljavštine iz tvornice željeza i čestica željeza u alatima za rezanje, koje mogu stvoriti hrđu ili postati početna točka korozije. Pasivizacija također uklanja sulfide izložene na površini legura nehrđajućeg čelika koje se lako režu.
Dvostupanjski postupak pruža najbolju otpornost na koroziju: 1. Čišćenje, osnovni, ali ponekad zanemaren postupak; 2. Kisela kupka ili pasivizacija.
Čišćenje bi uvijek trebalo biti prioritet. Površine moraju biti temeljito očišćene od masti, rashladne tekućine ili drugih ostataka iz radionice radi optimalne otpornosti na koroziju. Ostaci strojne obrade ili druga nečistoća 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 poput brušenja ili kiseljenja.
Ponekad operater stroja može preskočiti osnovno čišćenje, pogrešno misleći da će se čišćenje i pasivizacija dogoditi istovremeno jednostavnim umakanjem dijela onečišćenog mašću u kiselu kupku. To se neće dogoditi. Suprotno tome, kontaminirana mast reagira s kiselinom stvarajući mjehuriće zraka. Ti se mjehurići skupljaju na površini obratka i ometaju pasivizaciju.
Da stvar bude gora, kontaminacija otopina za pasivizaciju, 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 [magnetski, umjereno otporan na koroziju, granica razvlačenja 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 obrađivati ​​u otopini, djelomično strojno obrađivati, stareti na nižim temperaturama, a zatim završno obrađivati.
U tom slučaju, dio se mora temeljito očistiti odmašćivačem ili sredstvom za čišćenje kako bi se uklonili svi tragovi tekućine za rezanje prije toplinske 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 površinskog naugljičenja, što rezultira gubitkom otpornosti na koroziju.
Nakon temeljitog čišćenja, dijelovi od nehrđajućeg čelika mogu se uroniti u pasivizirajuću kiselinsku kupelj. Može se koristiti bilo koja od tri metode - pasivizacija dušičnom kiselinom, pasivizacija dušičnom kiselinom s natrijevim dikromatom i pasivizacija limunskom kiselinom. Koja se metoda koristi ovisi o vrsti nehrđajućeg čelika i određenim kriterijima prihvatljivosti.
Krom-nikal otporniji na koroziju može se pasivizirati u kupelji s 20%-tnom (v/v) dušičnom kiselinom (Slika 1). Kao što je prikazano u tablici, manje otporni nehrđajući čelik može se pasivizirati dodavanjem natrijevog dikromata u kupelji s dušičnom kiselinom, što otopinu čini oksidirajućom i sposobnom za stvaranje pasivnog filma na metalnoj površini. Druga mogućnost zamjene dušične kiseline natrijevim kromatom je povećanje koncentracije dušične kiseline na 50% volumena. I dodatak natrijevog dikromata i veća koncentracija dušične kiseline smanjuju mogućnost neželjenog bljeskanja.
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 tijekom pasivizacije u tipičnoj kupki dušične kiseline 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 tim diskontinuitetima nakon pasivizacije. Ta kiselina će zatim napasti površinu dijela osim ako se ne neutralizira ili ukloni.
Za učinkovitu pasivizaciju lako obradivog nehrđajućeg čelika, Carpenter je razvio AAA (Alkali-Acid-Alkali) postupak koji neutralizira preostalu kiselinu. Ova metoda pasivizacije može se dovršiti za manje od 2 sata. Evo postupka korak po korak:
Nakon odmašćivanja, dijelove namočite u 5%-tnu otopinu natrijevog hidroksida na temperaturi od 71°C do 82°C tijekom 30 minuta. Zatim dijelove temeljito isperite vodom. Zatim dio uronite na 30 minuta u 20%-tnu (v/v) otopinu dušične kiseline koja sadrži 22 g/l natrijevog dikromata na temperaturi od 49°C do 60°C. Nakon što dio izvadite iz kupke, isperite ga vodom, a zatim ga uronite u otopinu natrijevog hidroksida na još 30 minuta. Ponovno isperite dio vodom i osušite, čime ćete dovršiti AAA metodu.
Pasivizacija limunskom kiselinom sve je popularnija među proizvođačima koji žele izbjeći upotrebu mineralnih kiselina ili otopina koje sadrže natrijev dikromat, 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 anorganskom kiselinom i nemaju sigurnosnih problema možda bi trebale ostati na tom putu. Ako ti 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 volumskim postocima, dok su novije koncentracije limunske kiseline izražene u težinskim postocima. Važno je napomenuti da je pri provedbi ovih postupaka pažljivo uravnoteženje vremena namakanja, temperature kupke i koncentracije ključno kako bi se izbjeglo ranije opisano "bljeskanje".
Pasivizacija varira ovisno o sadržaju kroma i karakteristikama obrade svake klase. Obratite pozornost na stupce koji 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 pokazali su da je proces pasivizacije limunskom kiselinom skloniji "brzoj koroziji" nego proces dušičnom kiselinom. Čimbenici 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 vlaženje komercijalno su dostupni i navodi se da smanjuju osjetljivost na "brzu koroziju".
Konačni izbor metode pasivizacije ovisit će o kriterijima prihvatljivosti koje je postavio kupac. Za detalje pogledajte ASTM A967. Dostupan je na www.astm.org.
Često se provode ispitivanja za procjenu površine pasiviziranih dijelova. Pitanje na koje treba odgovoriti je: „Uklanja li pasivizacija slobodno željezo i optimizira li otpornost na koroziju lakoreznih 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 očvršćuju i koji se lako obrađuju najbolje se procjenjuju u komori koja može održavati 100% vlažnosti (vlažni uzorci) tijekom 24 sata na temperaturi od 35 °C. Presjek je često najkritičnija površina, posebno za klase koje se lako obrađuju. Jedan od razloga za to je što je sulfid izdužen u smjeru stroja, sijekući ovu površinu.
Kritične površine trebaju biti postavljene prema gore, ali pod kutom od 15 do 20 stupnjeva 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 zbog prisutnosti hrđe.
Postupci pasivizacije uobičajeno korištenih nehrđajućih čelika za obradu lakom i onih koji se ne obrađuju lakom u otopinama limunske ili dušične kiseline zahtijevaju različite procese. Slika 3 u nastavku prikazuje detalje o odabiru procesa.
(a) Prilagodite pH natrijevim hidroksidom. (b) Vidi sliku 3 (c) Na2Cr2O7 predstavlja 22 g/l natrijevog dikromata u 20%-tnoj dušičnoj kiselini. Alternativa ovoj smjesi je 50%-tna dušična kiselina bez natrijevog dikromata.
Brža metoda je korištenje otopine u ASTM A380, „Standardna praksa za čišćenje, uklanjanje kamenca i pasivizaciju dijelova, opreme i sustava od nehrđajućeg čelika“. Ispitivanje se sastoji od brisanja dijela otopinom bakrenog sulfata/sumporne kiseline, održavanja vlažnim 6 minuta i promatranja pojave bakrenih prevlaka. Alternativno, dio se može uroniti u otopinu na 6 minuta. Ako se željezo otopi, dolazi do bakrenih prevlaka. Ovaj test se ne smije koristiti na površinama dijelova za preradu hrane. Također, ne smije se koristiti za martenzitne čelike serije 400 ili feritne čelike s niskim udjelom kroma jer se mogu pojaviti lažno pozitivni rezultati.
Povijesno gledano, test 5%-tnog slanog spreja na 35°C (95°F) također se koristio za procjenu pasiviziranih uzoraka. Ovaj test je prestrog za neke stupnjeve i općenito nije potreban za potvrdu učinkovitosti pasivizacije.
Izbjegavajte korištenje prekomjerne količine klorida, koji mogu uzrokovati štetne iznenadne napade. Ako je moguće, koristite samo visokokvalitetnu vodu s manje od 50 dijelova na milijun (ppm) klorida. Voda iz slavine je obično dovoljna i u nekim slučajevima može tolerirati do nekoliko stotina ppm klorida.
Važno je redovito mijenjati kadu kako bi se izbjegao gubitak potencijala pasivizacije koji može dovesti do preskoka i oštećenja dijelova. Kadu treba održavati na odgovarajućoj temperaturi, jer previsoke temperature mogu uzrokovati lokalnu koroziju.
Važno je održavati vrlo specifičan raspored izmjene otopine tijekom velikih proizvodnih ciklusa kako bi se smanjila mogućnost kontaminacije. Kontrolni uzorak korišten je za testiranje učinkovitosti kupke. Ako je uzorak oštećen, vrijeme je za zamjenu kupke.
Molimo navedite da određeni strojevi izrađuju samo nehrđajući čelik; koristite istu preferiranu rashladnu tekućinu za rezanje nehrđajućeg čelika, isključujući sve ostale metale.
Dijelovi DO stalka obrađuju se pojedinačno kako bi se izbjegao kontakt metala s metalom. To je posebno važno za slobodnu obradu nehrđajućeg čelika, jer su potrebne otopine za slobodno fluidiziranje pasivizacije i ispiranja kako bi se raspršili produkti korozije u sulfidima i izbjeglo stvaranje kiselih džepova.
Ne pasivizirajte cementirane ili nitrirane dijelove od nehrđajućeg čelika. Otpornost na koroziju tako obrađenih dijelova može se smanjiti do te mjere da bi bili napadnuti u pasivizacijskoj kupki.
Ne koristite željezne alate u radionici koja nije osobito čista. Čelične čestice mogu se izbjeći korištenjem karbidnih ili keramičkih alata.
Ne zaboravite da se korozija može pojaviti u pasivizacijskoj kupki ako se dio ne toplinski obradi pravilno. Martenzitne vrste s visokim udjelom ugljika i kroma moraju se kaliti radi otpornosti na koroziju.
Pasivizacija se obično provodi nakon naknadnog popuštanja korištenjem temperatura koje održavaju otpornost na koroziju.
Ne zanemarujte koncentraciju dušične kiseline u pasivizacijskoj kupki. Povremene provjere treba provoditi jednostavnim postupkom titracije koji je propisao Carpenter. Nemojte pasivizirati više od jednog nehrđajućeg čelika istovremeno. To sprječava skupu zabunu i izbjegava galvanske reakcije.
O autorima: Terry A. DeBold je stručnjak za istraživanje i razvoj legura nehrđajućeg čelika, a James W. Martin je metalurg za šipke u tvrtki Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
U svijetu sve strožih specifikacija za površinsku obradu, jednostavna mjerenja "hrapavosti" su i dalje korisna. Pogledajmo zašto je mjerenje površine važno i kako se može provjeriti u radionici sofisticiranim prijenosnim mjeračima.
Jeste li sigurni da imate najbolju pločicu za ovu operaciju tokarenja? Provjerite strugotinu, posebno ako se ne prati. Karakteristike strugotine mogu vam puno reći.