וידאת שהחלקים מעובדים לפי המפרט. כעת, ודא שנקטת בצעדים כדי להגן על חלקים אלה בתנאים שהלקוחות שלך מצפים להם. #בסיסי
פסיבציה נותרה שלב קריטי במקסום עמידות הקורוזיה הבסיסית של חלקים ומכלולים מנירוסטה. היא יכולה לעשות את ההבדל בין ביצועים משביעי רצון לכשל בטרם עת. פסיבציה, אם מבוצעת בצורה לא נכונה, עלולה למעשה לגרום לקורוזיה.
פסיבציה היא שיטה לאחר ייצור הממקסמת את עמידות הקורוזיה הטבועה של סגסוגות הנירוסטה המייצרות את חומר העבודה. זה לא טיפול להסרת אבנית, וגם לא ציפוי צבע.
אין הסכמה כללית לגבי המנגנון המדויק של אופן פעולת הפסיבציה. אך בוודאות קיים שכבת תחמוצת מגן על פני השטח של פלדת אל-חלד שעברה פסיבציה. שכבה בלתי נראית זו נחשבת דקה ביותר, בעובי של פחות מ-0.0000001 אינץ', בערך אלפית אחת מעוביה של שערת אדם!
חלק נירוסטה נקי, שעבר עיבוד שבבי, ליטוש או כבוש לאחרונה, יקבל באופן אוטומטי שכבת תחמוצת זו עקב חשיפתו לחמצן אטמוספרי. בתנאים אידיאליים, שכבת תחמוצת מגן זו מכסה לחלוטין את כל משטחי החלק.
אולם, בפועל, מזהמים כגון לכלוך מחנות או חלקיקי ברזל מכלי חיתוך יכולים לעבור אל פני השטח של חלקי נירוסטה במהלך העיבוד השבבי. אם לא יוסרו, גופים זרים אלה עלולים להפחית את יעילות שכבת המגן המקורית.
במהלך עיבוד שבבי, כמויות זעירות של ברזל חופשי יכולות להתבלות מהכלי ולהתפשט אל פני השטח של חומר העבודה מפלדת אל-חלד. במקרים מסוימים, שכבה דקה של חלודה עשויה להופיע על החלק. זוהי למעשה קורוזיה של הפלדה על ידי הכלי, ולא של מתכת הבסיס. לעיתים, סדקים של חלקיקי פלדה משובצים מכלי חיתוך או תוצרי הקורוזיה שלהם עלולים לגרום לשחיקה של החלק עצמו.
באופן דומה, חלקיקים קטנים של לכלוך ברזלי עשויים להידבק לפני השטח של החלק. למרות שמתכת עשויה להיראות מבריקה במצב מעובד, לאחר חשיפה לאוויר, חלקיקים בלתי נראים של ברזל חופשי עלולים לגרום לחלודה על פני השטח.
סולפידים חשופים יכולים גם הם להוות בעיה. הם נובעים מהוספת גופרית לפלדת אל-חלד כדי לשפר את יכולת העיבוד. סולפידים מגבירים את יכולתה של הסגסוגת ליצור שבבים במהלך העיבוד, אשר עלולים להישבר לחלוטין מכלי החיתוך. אלא אם כן חלקים עוברים פסיבציה כראוי, סולפידים יכולים להפוך לנקודת התחלה לקורוזיה על פני השטח של מוצרים מיוצרים.
בשני המקרים, פסיבציה נדרשת כדי למקסם את עמידות הקורוזיה הטבעית של פלדת אל-חלד. היא מסירה מזהמים על פני השטח, כגון חלקיקי לכלוך ברזלי וחלקיקי ברזל בכלי חיתוך, שיכולים ליצור חלודה או להפוך לנקודת מוצא לקורוזיה. פסיבציה מסירה גם סולפידים שנחשפים על פני השטח של סגסוגות פלדת אל-חלד לחיתוך חופשי.
הליך דו-שלבי מספק את עמידות הקורוזיה הטובה ביותר: 1. ניקוי, הליך בסיסי אך לעיתים מתעלמים ממנו; 2. אמבט חומצה או טיפול פסיבציה.
ניקוי צריך להיות תמיד בראש סדר העדיפויות. יש לנקות היטב את המשטחים משומן, נוזל קירור או פסולת אחרת מהסדנה לעמידות אופטימלית בפני קורוזיה. ניתן לנגב בזהירות פסולת עיבוד שבבי או לכלוך אחר מהסדנה מהחלק. ניתן להשתמש במסירי שומנים או חומרי ניקוי מסחריים להסרת שמני תהליך או נוזלי קירור. ייתכן שיהיה צורך להסיר חומרים זרים כגון תחמוצות תרמיות באמצעות שיטות כגון טחינה או כבישה.
לעיתים, מפעיל מכונה עלול לדלג על ניקוי בסיסי, וחושב בטעות שניקוי ופסיבציה יתרחשו בו זמנית על ידי טבילת חלק עמוס בשומן באמבט חומצה. זה לא יקרה. לעומת זאת, שומן מזוהם מגיב עם חומצה ויוצר בועות אוויר. בועות אלו מצטברות על פני חומר העבודה ומפריעות לפסיבציה.
כדי להחמיר את המצב, זיהום של תמיסות פסיבציה, שלעיתים מכילות ריכוזים גבוהים של כלורידים, עלול לגרום ל"הבזק". בניגוד להשגת שכבת התחמוצת הרצויה עם משטח מבריק, נקי ועמיד בפני קורוזיה, איכול הבזק עלול לגרום למשטח חרוט בכבדות או כהה - הידרדרות פני השטח שפסיבציה נועדה לייעל.
חלקים העשויים מפלדת אל-חלד מרטנזיטית [מגנטית, עמידה בינונית בפני קורוזיה, חוזק כניעה של עד כ-280 ksi (1930 MPa)] מוקשים בטמפרטורות גבוהות ולאחר מכן מחושלים כדי להבטיח את הקשיות והתכונות המכניות הרצויות. סגסוגות הניתנות להקשיחות משקעים, בעלות חוזק ועמידות בפני קורוזיה טובים יותר מאשר סגסוגות מרטנזיטיות, ניתנות לטיפול בתמיסה, עיבוד חלקי, ייושן בטמפרטורות נמוכות יותר ולאחר מכן גימור.
במקרה זה, יש לנקות את החלק ביסודיות בעזרת מסיר שומנים או חומר ניקוי כדי להסיר כל שאריות של נוזל חיתוך לפני טיפול בחום. אחרת, נוזל החיתוך שנותר על החלק עלול לגרום לחמצון מוגזם. מצב זה עלול לגרום לחלקים קטנים יותר להיווצר לאחר הסרת האבנית בשיטות חומציות או שוחקות. אם נוזל חיתוך נשאר על חלקים קשים ומבריקים, כגון בתנור ואקום או באטמוספרה מגינה, עלולה להתרחש קרבוריזציה של פני השטח, וכתוצאה מכך אובדן עמידות בפני קורוזיה.
לאחר ניקוי יסודי, ניתן לטבול את חלקי הנירוסטה באמבט חומצה פסיבית. ניתן להשתמש בכל אחת משלוש שיטות - פסיבציה של חומצה חנקתית, פסיבציה של חומצה חנקתית עם נתרן דיכרומט, ופסיבציה של חומצת לימון. איזו שיטה להשתמש תלויה בדרגת הנירוסטה ובקריטריונים הקבלה שצוינו.
ניתן לבצע פסיבציה של פלדות כרום-ניקל עמידות יותר בפני קורוזיה באמבט חומצה חנקתית בריכוז 20% (v/v) (איור 1). כפי שמוצג בטבלה, ניתן לבצע פסיבציה של פלדות אל-חלד פחות עמידות על ידי הוספת נתרן דיכרומט לאמבט חומצה חנקתית, מה שהופך את התמיסה לחמצונית יותר ויכולה ליצור שכבה פסיבית על פני המתכת. אפשרות נוספת להחליף חומצה חנקתית בנתרן כרומט היא להגדיל את ריכוז חומצת החנקתית ל-50% לפי נפח. גם הוספת נתרן דיכרומט וגם הריכוז הגבוה יותר של חומצה חנקתית מפחיתים את הסיכוי להתלקחות לא רצויה.
ההליך לפסיבציה של פלדות אל-חלד בעיבוד חופשי (מוצג גם באיור 1) שונה במקצת מזה של סוגי פלדות אל-חלד שאינן בעיבוד חופשי. הסיבה לכך היא שבמהלך הפסיבציה באמבט חומצה חנקתית טיפוסי, חלק או כל הסולפידים המכילים גופרית הניתנים לעיבוד שבבי מוסרים, ויוצרים אי-רציפות מיקרוסקופית על פני השטח של החלק המעובד.
אפילו שטיפה יעילה במים בדרך כלל יכולה להשאיר חומצה שיורית בחוסר רציפות אלה לאחר הפסיבציה. חומצה זו תתקוף את פני השטח של החלק אלא אם כן היא מנוטרלת או מוסרת.
כדי לבצע פסיבציה יעילה של פלדת אל-חלד הניתנת לעיבוד בקלות, חברת Carpenter פיתחה את תהליך AAA (אלקלי-חומצה-אלקלי), אשר מנטרל חומצה שיורית. ניתן להשלים שיטת פסיבציה זו בפחות משעתיים. להלן התהליך שלב אחר שלב:
לאחר הסרת השומנים, יש להשרות את החלקים בתמיסת נתרן הידרוקסיד 5% בטמפרטורה של 71°C עד 82°C למשך 30 דקות. לאחר מכן יש לשטוף את החלקים היטב במים. לאחר מכן, יש לטבול את החלק למשך 30 דקות בתמיסת חומצה חנקתית 20% (v/v) המכילה 22 גרם/ליטר נתרן דיכרומט בטמפרטורה של 49°C עד 60°C. לאחר הוצאת החלק מהאמבטיה, יש לשטוף אותו במים ולאחר מכן לטבול אותו בתמיסת נתרן הידרוקסיד למשך 30 דקות נוספות. יש לשטוף את החלק שוב במים וייבשו, תוך השלמת שיטת AAA.
פסיבציה של חומצת לימון הופכת פופולרית יותר ויותר בקרב יצרנים המעוניינים להימנע משימוש בחומצות מינרליות או בתמיסות המכילות נתרן דיכרומט, כמו גם מבעיות סילוק וחששות בטיחותיים גדולים יותר הקשורים לשימוש בהן. חומצת לימון נחשבת ידידותית לסביבה בכל דרך.
בעוד שפסיבציה של חומצת לימון מציעה יתרונות סביבתיים אטרקטיביים, בתי מלאכה שהצליחו עם פסיבציה של חומצה אנאורגנית ואין להם חששות בטיחותיים עשויים לרצות להמשיך בדרך. אם למשתמשים אלה יש בית מלאכה נקי, ציוד מטופח ונקי, נוזל קירור נקי מלכלוך ברזלי ותהליך שמניב תוצאות טובות, ייתכן שאין צורך ממשי בשינויים.
פסיבציה באמבט חומצת לימון נמצאה יעילה עבור מגוון רחב של פלדות אל חלד, כולל מספר סוגי פלדות אל חלד בודדים, כפי שמוצג באיור 2. לנוחיותכם, שיטת הפסיבציה המסורתית של חומצה חנקתית באיור 1 כלולה. שימו לב שניסוחים ישנים יותר של חומצה חנקתית מבוטאים באחוזי נפח, בעוד שריכוזי חומצת לימון חדשים יותר מבוטאים באחוזי משקל. חשוב לציין שבעת יישום הליכים אלה, איזון קפדני של זמן ההשריה, טמפרטורת האמבטיה והריכוז הוא קריטי כדי למנוע את ה"הבזק" שתואר קודם לכן.
טיפולי פסיבציה משתנים בהתאם לתכולת הכרום ולמאפייני העיבוד השבבי של כל דרגה. שימו לב לעמודות המתייחסות לתהליך 1 או לתהליך 2. כפי שמוצג באיור 3, תהליך 1 כולל פחות שלבים מתהליך 2.
בדיקות מעבדה הראו שתהליך הפסיבציה של חומצת לימון נוטה יותר ל"הבזק" (flashing corrosie) מאשר תהליך חומצה חנקתית. גורמים התורמים להתקפה זו כוללים טמפרטורת אמבט גבוהה מדי, זמן השרייה ארוך מדי וזיהום אמבט. מוצרי חומצת לימון המכילים מעכבי קורוזיה ותוספים אחרים כגון חומרי הרטבה זמינים מסחרית ומדווחים כי הם מפחיתים את הרגישות ל"הבזק קורוזיה".
הבחירה הסופית של שיטת הפסיבציה תהיה תלויה בקריטריוני הקבלה שיקבע הלקוח. ראה ASTM A967 לפרטים. ניתן לגשת אליו בכתובת www.astm.org.
לעיתים קרובות מבוצעות בדיקות כדי להעריך את פני השטח של חלקים שעברו פסיבציה. השאלה שיש לענות עליה היא: "האם פסיבציה מסירה ברזל חופשי וממטבת את עמידות הקורוזיה של כיתות חיתוך חופשי?"
חשוב ששיטת הבדיקה תתאים לציון המוערך. מבחנים מחמירים מדי ייכשלו בחומרים תקינים לחלוטין, בעוד שבדיקות רופפות מדי יעברו חלקים לא מספקים.
פלדות אל-חלד מסוג 400, הקשיית משקעים ועיבוד חופשי, מוערכות בצורה הטובה ביותר בארון המסוגל לשמור על לחות של 100% (דגימה רטובה) למשך 24 שעות בטמפרטורה של 35°C (95°F). חתך הרוחב הוא לרוב המשטח הקריטי ביותר, במיוחד עבור פלדות חיתוך חופשי. אחת הסיבות לכך היא שהסולפיד מוארך בכיוון המכונה, וחוצה את המשטח הזה.
יש להניח משטחים קריטיים כלפי מעלה, אך בזווית של 15 עד 20 מעלות מהאנכי כדי לאפשר אובדן לחות. חומר שעבר פסיבציה כראוי כמעט ולא יחליד, אם כי ייתכן שיופיעו בו כתמים קלים.
ניתן להעריך את סוגי פלדת אל-חלד אוסטניטית גם באמצעות בדיקת לחות. כאשר נבדקים כך, טיפות מים צריכות להיות נוכחות על פני הדגימה, דבר המצביע על ברזל חופשי על ידי נוכחות של חלודה כלשהי.
ההליכים לפסיבציה של פלדות אל-חלד נפוצות, בעלות חיתוך חופשי ופלדות שאינן בעלות חיתוך חופשי, בתמיסות חומצת לימון או חומצת חנקת דורשים תהליכים שונים. איור 3 להלן מספק פרטים על בחירת התהליך.
(א) כוונן את ה-pH בעזרת נתרן הידרוקסידי. (ב) ראה איור 3. (ג) Na2Cr2O7 מייצג 22 גרם/ליטר נתרן דיכרומט ב-20% חומצה חנקתית. חלופה לתערובת זו היא 50% חומצה חנקתית ללא נתרן דיכרומט.
שיטה מהירה יותר היא להשתמש בתמיסה המצוינת ב-ASTM A380, "נוהג סטנדרטי לניקוי, הסרת אבנית ופסיבציה של חלקים, ציוד ומערכות מפלדת אל-חלד". הבדיקה כוללת ניגוב החלק בתמיסת נחושת גופרתית/חומצה גופרתית, שמירה על רטובותו למשך 6 דקות וצפייה בציפוי נחושת. לחלופין, ניתן לטבול את החלק בתמיסה למשך 6 דקות. אם הברזל מתמוסס, מתרחש ציפוי נחושת. בדיקה זו אינה חלה על משטחים של חלקים לעיבוד מזון. כמו כן, אין להשתמש בה עבור פלדות מרטנזיטיות או פלדות פריטיות דלות כרום מסדרה 400, מכיוון שעלולות להופיע תוצאות חיוביות שגויות.
מבחינה היסטורית, מבחן ריסוס מלח של 5% בטמפרטורה של 35 מעלות צלזיוס (95 מעלות פרנהייט) שימש גם להערכת דגימות פסיביציה. בדיקה זו מחמירה מדי עבור חלק מהדרגות ובדרך כלל אינה נדרשת כדי לאשר שהפסיבציה יעילה.
הימנעו משימוש בעודף כלורידים, העלולים לגרום להתקפות הבזק מזיקות. במידת האפשר, השתמשו רק במים איכותיים עם פחות מ-50 חלקים למיליון (ppm) כלוריד. מי ברז בדרך כלל מספיקים ויכולים לסבול עד כמה מאות ppm כלוריד במקרים מסוימים.
חשוב להחליף את האמבטיה באופן קבוע כדי לא לאבד את פוטנציאל הפסיבציה, מה שעלול להוביל לפגיעות ברק ולחלקים פגומים. יש לשמור על האמבטיה בטמפרטורה המתאימה, מכיוון שטמפרטורות רדודות עלולות לגרום לקורוזיה מקומית.
חשוב לשמור על לוח זמנים ספציפי מאוד להחלפת תמיסה במהלך סבבי ייצור גבוהים כדי למזער את הפוטנציאל לזיהום. נעשה שימוש בדגימת בקרה כדי לבדוק את יעילות האמבט. אם הדגימה פגועה, הגיע הזמן להחליף את האמבט.
אנא ציינו כי מכונות מסוימות מייצרות רק נירוסטה; יש להשתמש באותו נוזל קירור מועדף לחיתוך נירוסטה, למעט כל שאר המתכות.
חלקי מתלה DO מטופלים בנפרד כדי למנוע מגע מתכת-למתכת. זה חשוב במיוחד עבור עיבוד שבבי חופשי של פלדת אל-חלד, מכיוון שנדרשים תמיסות פסיבציה ושטיפה חופשיות כדי לפזר תוצרי קורוזיה גופרתית ולמנוע היווצרות כיסי חומצה.
אין לבצע פסיבציה של חלקי נירוסטה שעברו קרבוריזציה או ניטרידציה. עמידותם בפני קורוזיה של חלקים שטופלו כך עלולה לרדת עד כדי כך שהם יותקפו באמבט הפסיבציה.
אין להשתמש בכלים מברזליים בסביבת סדנה שאינה נקייה במיוחד. ניתן להימנע מחצץ פלדה על ידי שימוש בכלים קרביד או קרמיים.
אל תשכחו שקורוזיה עלולה להתרחש באמבט הפסיבציה אם החלק לא מטופל בחום כראוי. יש להקשיח חומרים מרטנזיטיים עתירי פחמן וכרום עתירי על מנת להבטיח עמידות בפני קורוזיה.
פסיבציה מתבצעת בדרך כלל לאחר הרפיה נוספת תוך שימוש בטמפרטורות השומרות על עמידות בפני קורוזיה.
אין להתעלם מריכוז חומצה חנקתית באמבט הפסיבציה. יש לבצע בדיקות תקופתיות באמצעות הליך הטיטרציה הפשוט שמספק Carpenter. אין לבצע פסיבציה של יותר מפלדת אל-חלד אחת בכל פעם. זה מונע בלבול יקר ומונע תגובות גלווניות.
אודות המחברים: טרי א. דה-בולד הוא מומחה למחקר ופיתוח סגסוגות פלדת אל-חלד וג'יימס וו. מרטין הוא מטלורג מוטות בחברת Carpenter Technology Corp. (רדינג, פנסילבניה).
בעולם של מפרטי גימור פני שטח מחמירים יותר ויותר, מדידות "חספוס" פשוטות עדיין שימושיות. בואו נבחן מדוע מדידת פני שטח חשובה וכיצד ניתן לבדוק אותה ברצפת הייצור בעזרת מדידים ניידים מתוחכמים.
האם אתה בטוח שיש לך את התוספת הטובה ביותר לפעולת חריטה זו? בדוק את השבב, במיוחד אם הוא לא מטופל. מאפייני השבב יכולים לספר לך הרבה.