Upewniłeś się, że części zostały obrobione zgodnie ze specyfikacją. Teraz upewnij się, że podjąłeś kroki w celu zabezpieczenia tych części w warunkach, jakich oczekują Twoi klienci.#podstawowe
Pasywacja pozostaje krytycznym etapem w maksymalizacji podstawowej odporności na korozję obrabianych maszynowo części i zespołów ze stali nierdzewnej. Może ona decydować o różnicy między zadowalającą wydajnością a przedwczesną awarią. Nieprawidłowo wykonana pasywacja może faktycznie spowodować korozję.
Pasywacja to metoda obróbki następczej, która maksymalizuje naturalną odporność na korozję stopów stali nierdzewnej, z których wytwarzany jest przedmiot obrabiany. Nie jest to proces usuwania kamienia ani nakładania powłoki malarskiej.
Nie ma powszechnej zgody co do dokładnego mechanizmu pasywacji. Pewne jest jednak, że na powierzchni pasywowanej stali nierdzewnej znajduje się ochronna warstwa tlenku. Uważa się, że ta niewidoczna warstwa jest niezwykle cienka, ma mniej niż 0,0000001 cala grubości, czyli około 1/100 000 grubości ludzkiego włosa!
Czysta, świeżo obrobiona, wypolerowana lub wytrawiona część ze stali nierdzewnej automatycznie pokrywa się warstwą tlenku pod wpływem tlenu atmosferycznego. W idealnych warunkach ochronna warstwa tlenku całkowicie pokrywa wszystkie powierzchnie części.
W praktyce jednak zanieczyszczenia takie jak brud warsztatowy lub cząsteczki żelaza pochodzące z narzędzi skrawających mogą podczas obróbki przedostać się na powierzchnię części ze stali nierdzewnej. Jeśli nie zostaną usunięte, ciała obce te mogą zmniejszyć skuteczność oryginalnej powłoki ochronnej.
Podczas obróbki śladowe ilości wolnego żelaza mogą ścierać się z narzędzia i przenosić na powierzchnię obrabianego elementu ze stali nierdzewnej. W niektórych przypadkach na elemencie może pojawić się cienka warstwa rdzy. W rzeczywistości jest to korozja stali spowodowana przez narzędzie, a nie metalu bazowego. Czasami szczeliny w osadzonych cząstkach stali z narzędzi skrawających lub produktów ich korozji mogą powodować erozję samego elementu.
Podobnie, do powierzchni części mogą przylegać małe cząsteczki brudu pochodzącego z warsztatu zawierającego żelazo. Mimo że obrobiony metal może wydawać się błyszczący, po wystawieniu na działanie powietrza niewidoczne cząsteczki wolnego żelaza mogą powodować rdzewienie powierzchni.
Odsłonięte siarczki również mogą stanowić problem. Powstają one w wyniku dodawania siarki do stali nierdzewnej w celu poprawy jej obrabialności. Siarczki zwiększają zdolność stopu do tworzenia wiórów podczas obróbki, które mogą zostać całkowicie usunięte z narzędzia skrawającego. Jeśli części nie zostaną prawidłowo pasywowane, siarczki mogą stać się zaczątkiem korozji powierzchniowej na wyrobach.
W obu przypadkach pasywacja jest konieczna, aby zmaksymalizować naturalną odporność stali nierdzewnej na korozję. Usuwa ona zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak cząstki brudu z warsztatu żelaznego i cząstki żelaza w narzędziach skrawających, które mogą powodować rdzewienie lub stanowić zaczątek korozji. Pasywacja usuwa również siarczki odsłonięte na powierzchni automatowych stopów stali nierdzewnej.
Najlepszą odporność na korozję zapewnia dwuetapowa procedura: 1. Czyszczenie, podstawowa, lecz czasami pomijana procedura; 2. Kąpiel kwasowa lub pasywacja.
Czyszczenie powinno być zawsze priorytetem. Aby zapewnić optymalną odporność na korozję, powierzchnie muszą być dokładnie oczyszczone ze smaru, chłodziwa i innych zanieczyszczeń powstałych w warsztacie. Zanieczyszczenia powstałe po obróbce mechanicznej i inne zabrudzenia można ostrożnie wytrzeć z części. Do usuwania olejów procesowych lub chłodziw można stosować komercyjne odtłuszczacze lub środki czyszczące. Zanieczyszczenia, takie jak tlenki termiczne, mogą wymagać usunięcia za pomocą metod takich jak szlifowanie lub trawienie.
Czasami operator maszyny może pominąć podstawowe czyszczenie, błędnie myśląc, że czyszczenie i pasywacja zajdą jednocześnie poprzez zanurzenie części pokrytej smarem w kąpieli kwasowej. To się nie zdarzy. Z kolei zanieczyszczony smar reaguje z kwasem, tworząc pęcherzyki powietrza. Pęcherzyki te gromadzą się na powierzchni obrabianego przedmiotu i utrudniają pasywację.
Co gorsza, zanieczyszczenie roztworów pasywacyjnych, które czasami zawierają wysokie stężenia chlorków, może powodować „wytrawianie”. W przeciwieństwie do uzyskania pożądanej warstwy tlenku o błyszczącej, czystej i odpornej na korozję powierzchni, wytrawianie wytrawiające może skutkować mocno wytrawioną lub przyciemnioną powierzchnią — pogorszeniem jakości powierzchni, które pasywacja ma na celu zoptymalizować.
Części wykonane ze stali nierdzewnej martenzytycznej [magnetycznej, umiarkowanie odpornej na korozję, o granicy plastyczności do około 280 ksi (1930 MPa)] są hartowane w podwyższonych temperaturach, a następnie odpuszczane w celu zapewnienia pożądanej twardości i właściwości mechanicznych. Stopy utwardzane wydzieleniowo, które mają lepszą wytrzymałość i odporność na korozję niż stopy martenzytyczne, można poddać obróbce roztworowej, częściowo obrobić, starzeniu w niższych temperaturach, a następnie wykończyć.
W takim przypadku część musi zostać dokładnie oczyszczona odtłuszczaczem lub środkiem czyszczącym, aby usunąć wszelkie ślady płynu chłodząco-smarującego przed obróbką cieplną. W przeciwnym razie płyn chłodząco-smarujący pozostający na części może spowodować nadmierne utlenianie. Taka sytuacja może powodować wgniecenia zbyt małych części po usunięciu zgorzeliny za pomocą kwasu lub środków ściernych. Jeżeli płyn chłodząco-smarujący pozostanie na jasnych, zahartowanych częściach, np. w piecu próżniowym lub atmosferze ochronnej, może dojść do nawęglania powierzchni, co skutkuje utratą odporności na korozję.
Po dokładnym oczyszczeniu części ze stali nierdzewnej można zanurzyć w kąpieli pasywującej z kwasem. Można zastosować jedną z trzech metod – pasywację kwasem azotowym, pasywację kwasem azotowym z dwuchromianem sodu lub pasywację kwasem cytrynowym. Wybór metody zależy od gatunku stali nierdzewnej i określonych kryteriów akceptacji.
Bardziej odporne na korozję gatunki chromowo-niklowe można pasywować w kąpieli kwasu azotowego o stężeniu 20% (v/v) (rysunek 1). Jak pokazano w tabeli, mniej odporną stal nierdzewną można pasywować, dodając dwuchromian sodu do kąpieli kwasu azotowego, dzięki czemu roztwór stanie się bardziej utleniający i będzie mógł utworzyć pasywną warstwę na powierzchni metalu. Inną możliwością zastąpienia kwasu azotowego chromianem sodu jest zwiększenie stężenia kwasu azotowego do 50% objętości. Zarówno dodanie dwuchromianu sodu, jak i wyższe stężenie kwasu azotowego zmniejszają ryzyko niepożądanego wypływu.
Procedura pasywacji stali nierdzewnych obrabianych automatowo (przedstawiona również na rysunku 1) nieco różni się od procedury stosowanej w przypadku gatunków stali nierdzewnych obrabianych automatowo. Dzieje się tak, ponieważ podczas pasywacji w typowej kąpieli kwasu azotowego część lub całość siarczków gatunku obrabialnego zawierających siarkę zostaje usunięta, co powoduje powstawanie mikroskopijnych nieciągłości na powierzchni obrabianej części.
Nawet skuteczne płukanie wodą może pozostawić resztki kwasu w tych nieciągłościach po pasywacji. Kwas ten będzie atakował powierzchnię elementu, jeśli nie zostanie zneutralizowany lub usunięty.
Aby skutecznie pasywować łatwo obrabialną stal nierdzewną, firma Carpenter opracowała proces AAA (alkali-kwas-alkali), który neutralizuje resztki kwasu. Tę metodę pasywacji można ukończyć w czasie krótszym niż 2 godziny. Oto proces krok po kroku:
Po odtłuszczeniu zanurz części w 5% roztworze wodorotlenku sodu w temperaturze od 71°C do 82°C (od 160°F do 180°F) na 30 minut. Następnie dokładnie opłucz części w wodzie. Następnie zanurz część na 30 minut w 20% (v/v) roztworze kwasu azotowego zawierającego 22 g/l dwuchromianu sodu w temperaturze od 49°C do 60°C (od 120°F do 140°F). Po wyjęciu części z kąpieli opłucz ją wodą, a następnie zanurz w roztworze wodorotlenku sodu na kolejne 30 minut. Ponownie opłucz część wodą i osusz, kończąc metodę AAA.
Pasywacja kwasem cytrynowym cieszy się coraz większą popularnością wśród producentów, którzy chcą uniknąć stosowania kwasów mineralnych lub roztworów zawierających dwuchromian sodu, a także problemów z utylizacją i obaw o bezpieczeństwo związanych z ich stosowaniem. Kwas cytrynowy jest uważany za przyjazny dla środowiska pod każdym względem.
Chociaż pasywacja kwasem cytrynowym oferuje atrakcyjne korzyści dla środowiska, warsztaty, które odniosły sukces stosując pasywację kwasem nieorganicznym i nie mają obaw dotyczących bezpieczeństwa, mogą chcieć pozostać przy tej metodzie. Jeżeli użytkownicy mają czysty warsztat, dobrze utrzymany i czysty sprzęt, chłodziwo wolne od zanieczyszczeń żelaznych oraz proces, który daje dobre wyniki, może się okazać, że nie ma realnej potrzeby wprowadzania zmian.
Pasywacja w kąpieli kwasu cytrynowego okazała się użyteczna w przypadku szerokiej gamy stali nierdzewnych, w tym kilku pojedynczych gatunków stali nierdzewnej, jak pokazano na rysunku 2. Dla wygody uwzględniono tradycyjną metodę pasywacji kwasem azotowym przedstawioną na rysunku 1. Należy pamiętać, że starsze formulacje kwasu azotowego wyrażono w procentach objętościowych, podczas gdy nowsze stężenia kwasu cytrynowego wyrażono w procentach wagowych. Należy pamiętać, że podczas wdrażania tych procedur ostrożne zrównoważenie czasu namaczania, temperatury kąpieli i stężenia ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia „wypływu” opisanego wcześniej.
Zabiegi pasywacji różnią się w zależności od zawartości chromu i charakterystyki obróbki każdego gatunku. Należy zwrócić uwagę na kolumny odnoszące się do Procesu 1 lub Procesu 2. Jak pokazano na rysunku 3, Proces 1 obejmuje mniej kroków niż Proces 2.
Badania laboratoryjne wykazały, że proces pasywacji kwasem cytrynowym jest bardziej podatny na „korozję błyskawiczną” niż proces z użyciem kwasu azotowego. Czynnikami przyczyniającymi się do tego zjawiska są zbyt wysoka temperatura kąpieli, zbyt długi czas moczenia oraz zanieczyszczenie kąpieli. Produkty na bazie kwasu cytrynowego zawierające inhibitory korozji i inne dodatki, takie jak środki zwilżające, są dostępne w handlu i podobno zmniejszają podatność na „korozję błyskawiczną”.
Ostateczny wybór metody pasywacji zależeć będzie od kryteriów akceptacji narzuconych przez klienta. Szczegóły można znaleźć w normie ASTM A967. Dostęp do niej można uzyskać na stronie www.astm.org.
W celu oceny powierzchni pasywowanych części często przeprowadza się testy. Pytanie, na które należy odpowiedzieć, brzmi: „Czy pasywacja usuwa wolne żelazo i optymalizuje odporność na korozję gatunków automatowych?”
Ważne jest, aby metoda testowania odpowiadała ocenianej klasie. Zbyt rygorystyczne testy nie sprawdzą dobrych materiałów, podczas gdy testy zbyt luźne przepuszczą niezadowalające części.
Stale nierdzewne serii 400, utwardzane wydzieleniowo i automatowe, najlepiej oceniać w komorze zdolnej do utrzymania 100% wilgotności (próbka w stanie wilgotnym) przez 24 godziny w temperaturze 95°F (35°C). Przekrój poprzeczny jest często najważniejszą powierzchnią, zwłaszcza w przypadku gatunków automatowych. Jednym z powodów jest to, że siarczek jest wydłużony w kierunku maszynowym, przecinając tę ​​powierzchnię.
Powierzchnie krytyczne powinny być skierowane ku górze, ale pod kątem 15–20 stopni od pionu, aby umożliwić utratę wilgoci. Prawidłowo pasywowany materiał rzadko rdzewieje, choć mogą pojawiać się na nim niewielkie plamy.
Gatunki stali nierdzewnej austenitycznej można również oceniać poprzez badanie wilgotności. Podczas takiego badania na powierzchni próbki powinny być obecne krople wody, co wskazuje na obecność wolnego żelaza poprzez obecność rdzy.
Procedury pasywacji powszechnie stosowanych stali nierdzewnych automatowych i nieautomatycznych w roztworach kwasu cytrynowego lub azotowego wymagają różnych procesów. Szczegółowe informacje na temat wyboru procesu przedstawiono na rysunku 3 poniżej.
(a) Dostosuj pH za pomocą wodorotlenku sodu. (b) Zobacz rysunek 3. (c) Na2Cr2O7 to 3 uncje/galon (22 g/l) dwuchromianu sodu w 20% kwasie azotowym. Alternatywą dla tej mieszanki jest 50% kwas azotowy bez dwuchromianu sodu.
Szybszą metodą jest zastosowanie roztworu podanego w normie ASTM A380, „Standardowa praktyka czyszczenia, odkamieniania i pasywacji części, urządzeń i systemów ze stali nierdzewnej”. Test polega na przetarciu części roztworem siarczanu miedzi/kwasu siarkowego, utrzymywaniu jej w stanie wilgotnym przez 6 minut i obserwowaniu miedziowania. Alternatywnie, część można zanurzyć w roztworze na 6 minut. Jeśli żelazo się rozpuści, nastąpi miedziowanie. Test ten nie ma zastosowania do powierzchni części do przetwarzania żywności. Ponadto nie należy go stosować do stali martenzytycznych serii 400 lub ferrytycznych o niskiej zawartości chromu, ponieważ mogą wystąpić fałszywie pozytywne wyniki.
Tradycyjnie do oceny pasywowanych próbek stosowano również test 5% mgły solnej w temperaturze 95°F (35°C). Test ten jest zbyt rygorystyczny w przypadku niektórych gatunków i na ogół nie jest wymagany do potwierdzenia skuteczności pasywacji.
Unikaj stosowania nadmiernej ilości chlorków, ponieważ mogą one powodować szkodliwe ataki piorunowe. Jeśli to możliwe, używaj wyłącznie wody wysokiej jakości, zawierającej mniej niż 50 części chlorków na milion (ppm). Woda z kranu jest zazwyczaj wystarczająca, a w niektórych przypadkach może tolerować stężenie chlorków do kilkuset ppm.
Ważne jest, aby regularnie wymieniać kąpiel, aby nie utracić potencjału pasywacji, co może doprowadzić do uderzeń piorunów i uszkodzenia części. Kąpiel powinna być utrzymywana w odpowiedniej temperaturze, ponieważ niekontrolowany wzrost temperatury może spowodować miejscową korozję.
Podczas intensywnych serii produkcyjnych ważne jest przestrzeganie bardzo szczegółowego harmonogramu wymiany roztworów, aby zminimalizować ryzyko zanieczyszczenia. Do testowania skuteczności kąpieli wykorzystano próbkę kontrolną. Jeśli próbka ulegnie uszkodzeniu, należy wymienić kąpiel.
Proszę określić, że niektóre maszyny służą wyłącznie do cięcia stali nierdzewnej; do cięcia stali nierdzewnej należy używać tego samego preferowanego chłodziwa, z wyłączeniem wszystkich innych metali.
Części stojaka DO są obrabiane oddzielnie, aby uniknąć kontaktu metalu z metalem. Jest to szczególnie ważne w przypadku obróbki swobodnej stali nierdzewnej, ponieważ do rozproszenia produktów korozji siarczkowej i zapobiegania tworzeniu się kieszeni kwasowych wymagane są sypkie roztwory pasywacyjne i płuczące.
Nie należy pasywować nawęglanych lub azotowanych części ze stali nierdzewnej. Odporność korozyjna części poddanych takiej obróbce może się zmniejszyć do tego stopnia, że ​​uległyby one korozji w kąpieli pasywacyjnej.
Nie należy używać narzędzi żelaznych w warsztacie, który nie jest szczególnie czysty. Ścierniwa stalowego można uniknąć, stosując narzędzia węglikowe lub ceramiczne.
Nie zapominaj, że w kąpieli pasywacyjnej może wystąpić korozja, jeśli część nie zostanie odpowiednio obrobiona cieplnie. Gatunki martenzytyczne o wysokiej zawartości węgla i chromu muszą być hartowane, aby zapewnić odporność na korozję.
Pasywację zwykle przeprowadza się po kolejnym odpuszczaniu, stosując temperatury pozwalające zachować odporność na korozję.
Nie należy ignorować stężenia kwasu azotowego w kąpieli pasywacyjnej. Należy przeprowadzać okresowe kontrole, stosując prostą procedurę miareczkowania opracowaną przez firmę Carpenter. Nie należy pasywować więcej niż jednej stali nierdzewnej na raz. Zapobiega to kosztownym pomyłkom i reakcjom galwanicznym.
O autorach: Terry A. DeBold jest specjalistą w dziedzinie badań i rozwoju stopów stali nierdzewnej, a James W. Martin jest metalurgiem prętów w firmie Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
W świecie coraz bardziej rygorystycznych specyfikacji dotyczących wykończenia powierzchni, proste pomiary „chropowatości” są nadal przydatne. Przyjrzyjmy się, dlaczego pomiary powierzchni są ważne i jak można je sprawdzić na hali produkcyjnej za pomocą zaawansowanych przenośnych mierników.
Czy masz pewność, że posiadasz najlepszą płytkę do tej operacji toczenia? Sprawdź wióry, zwłaszcza jeśli nie są sprawdzane. Charakterystyka wiórów może wiele powiedzieć.