Você garantiu que as peças foram usinadas de acordo com as especificações. Agora, certifique-se de ter tomado medidas para proteger essas peças nas condições esperadas pelos seus clientes. #básico
A passivação continua sendo uma etapa crítica para maximizar a resistência básica à corrosão de peças e conjuntos usinados em aço inoxidável. Ela pode fazer a diferença entre um desempenho satisfatório e uma falha prematura. Se executada incorretamente, a passivação pode realmente causar corrosão.
Passivação é um método de pós-fabricação que maximiza a resistência inerente à corrosão das ligas de aço inoxidável que produzem a peça de trabalho. Não é um tratamento de desincrustação, nem é um revestimento de tinta.
Não há consenso geral sobre o mecanismo preciso de como a passivação funciona. Mas é certo que há uma película protetora de óxido na superfície do aço inoxidável passivado. Acredita-se que essa película invisível seja extremamente fina, com menos de 0,0000001 polegada de espessura, cerca de 1/100.000 da espessura de um fio de cabelo humano!
Uma peça de aço inoxidável limpa, recém-usinada, polida ou decapada adquirirá automaticamente essa película de óxido devido à sua exposição ao oxigênio atmosférico. Em condições ideais, essa camada protetora de óxido cobre completamente todas as superfícies da peça.
Na prática, no entanto, contaminantes como sujeira da oficina ou partículas de ferro de ferramentas de corte podem ser transferidos para a superfície de peças de aço inoxidável durante a usinagem. Se não forem removidos, esses corpos estranhos podem reduzir a eficácia da película protetora original.
Durante a usinagem, traços de ferro livre podem desgastar a ferramenta e ser transferidos para a superfície da peça de aço inoxidável. Em alguns casos, uma fina camada de ferrugem pode aparecer na peça. Na verdade, isso é corrosão do aço pela ferramenta, não do metal base. Ocasionalmente, fendas de partículas de aço incrustadas de ferramentas de corte ou seus produtos de corrosão podem causar erosão da própria peça.
Da mesma forma, pequenas partículas de sujeira ferrosa podem aderir à superfície da peça. Embora o metal possa parecer brilhante no estado usinado, após a exposição ao ar, partículas invisíveis de ferro livre podem causar ferrugem na superfície.
Sulfetos expostos também podem ser um problema. Eles vêm da adição de enxofre ao aço inoxidável para melhorar a usinabilidade. Os sulfetos aumentam a capacidade da liga de formar cavacos durante a usinagem, que podem ser completamente removidos da ferramenta de corte. A menos que as peças sejam devidamente passivadas, os sulfetos podem se tornar um ponto de partida para a corrosão da superfície em produtos manufaturados.
Em ambos os casos, a passivação é necessária para maximizar a resistência natural à corrosão do aço inoxidável. Ela remove contaminantes da superfície, como partículas de sujeira ferrosa e partículas de ferro em ferramentas de corte, que podem formar ferrugem ou se tornar um ponto de partida para a corrosão. A passivação também remove sulfetos expostos na superfície de ligas de aço inoxidável de corte livre.
Um procedimento de duas etapas proporciona a melhor resistência à corrosão: 1. Limpeza, um procedimento básico, mas às vezes esquecido; 2. Banho ácido ou tratamento de passivação.
A limpeza deve ser sempre uma prioridade. As superfícies devem ser completamente limpas de graxa, líquido de arrefecimento ou outros resíduos da oficina para obter resistência ideal à corrosão. Resíduos de usinagem ou outras sujeiras da oficina podem ser cuidadosamente removidos da peça. Desengordurantes ou produtos de limpeza comerciais podem ser usados ​​para remover óleos de processo ou líquidos de arrefecimento. Matérias estranhas, como óxidos térmicos, podem ter que ser removidas por métodos como retificação ou decapagem.
Às vezes, um operador de máquina pode pular a limpeza básica, pensando erroneamente que a limpeza e a passivação acontecerão simultaneamente ao simplesmente mergulhar uma peça carregada de graxa em um banho de ácido. Isso não acontecerá. Por outro lado, a graxa contaminada reage com o ácido para formar bolhas de ar. Essas bolhas se acumulam na superfície da peça de trabalho e interferem na passivação.
Para piorar a situação, a contaminação de soluções de passivação, que às vezes contêm altas concentrações de cloretos, pode causar "flashing". Ao contrário da obtenção da película de óxido desejada com uma superfície brilhante, limpa e resistente à corrosão, a gravação instantânea pode resultar em uma superfície muito gravada ou escurecida — deterioração da superfície que a passivação foi projetada para otimizar.
Peças feitas de aço inoxidável martensítico [magnético, moderadamente resistente à corrosão, limite de escoamento de até cerca de 280 ksi (1930 MPa)] são endurecidas em temperaturas elevadas e então revenidas para garantir a dureza e as propriedades mecânicas desejadas. Ligas endurecíveis por precipitação, que têm melhor resistência e resistência à corrosão do que ligas martensíticas, podem ser tratadas em solução, parcialmente usinadas, envelhecidas em temperaturas mais baixas e então acabadas.
Neste caso, a peça deve ser completamente limpa com um desengordurante ou limpador para remover quaisquer vestígios de fluido de corte antes do tratamento térmico. Caso contrário, o fluido de corte restante na peça pode causar oxidação excessiva. Essa condição pode fazer com que peças subdimensionadas sofram amassados ​​após a remoção da carepa por métodos ácidos ou abrasivos. Se o fluido de corte permanecer em peças endurecidas brilhantes, como em um forno a vácuo ou atmosfera protetora, pode ocorrer cementação da superfície, resultando em perda de resistência à corrosão.
Após uma limpeza completa, as peças de aço inoxidável podem ser imersas em um banho de ácido passivador. Qualquer um dos três métodos pode ser usado: passivação com ácido nítrico, passivação com ácido nítrico com dicromato de sódio e passivação com ácido cítrico. O método a ser usado depende do grau do aço inoxidável e dos critérios de aceitação especificados.
Graus de cromo-níquel mais resistentes à corrosão podem ser passivados em um banho de ácido nítrico a 20% (v/v) (Figura 1). Conforme mostrado na tabela, aço inoxidável menos resistente pode ser passivado adicionando-se dicromato de sódio a um banho de ácido nítrico, tornando a solução mais oxidante e capaz de formar uma película passiva na superfície do metal. Outra opção para substituir o ácido nítrico por cromato de sódio é aumentar a concentração de ácido nítrico para 50% em volume. Tanto a adição de dicromato de sódio quanto a maior concentração de ácido nítrico reduzem a chance de flash indesejado.
O procedimento para passivação de aços inoxidáveis ​​de usinagem livre (também mostrado na Figura 1) é um pouco diferente daquele para aços inoxidáveis ​​de usinagem livre. Isso ocorre porque durante a passivação em um banho de ácido nítrico típico, alguns ou todos os sulfetos de grau usinável contendo enxofre são removidos, criando descontinuidades microscópicas na superfície da peça usinada.
Mesmo um enxágue com água geralmente eficaz pode deixar ácido residual nessas descontinuidades após a passivação. Esse ácido atacará a superfície da peça, a menos que seja neutralizado ou removido.
Para passivar com eficácia aço inoxidável facilmente usinável, a Carpenter desenvolveu o processo AAA (Álcali-Ácido-Álcali), que neutraliza o ácido residual. Esse método de passivação pode ser concluído em menos de 2 horas. Veja o processo passo a passo:
Após o desengorduramento, mergulhe as peças em uma solução de hidróxido de sódio a 5% a uma temperatura de 71 °C a 82 °C por 30 minutos. Em seguida, enxágue bem as peças em água. Em seguida, mergulhe a peça por 30 minutos em uma solução de ácido nítrico a 20% (v/v) contendo 22 g/l de dicromato de sódio a uma temperatura de 49 °C a 60 °C. Após remover a peça do banho, enxágue-a com água e mergulhe-a na solução de hidróxido de sódio por mais 30 minutos. Enxágue a peça novamente com água e seque, completando o método AAA.
A passivação com ácido cítrico é cada vez mais popular entre os fabricantes que desejam evitar o uso de ácidos minerais ou soluções que contenham dicromato de sódio, bem como os problemas de descarte e maiores preocupações com a segurança associados ao seu uso. O ácido cítrico é considerado ecologicamente correto em todos os aspectos.
Embora a passivação com ácido cítrico ofereça vantagens ambientais atraentes, as oficinas que tiveram sucesso com a passivação com ácido inorgânico e não têm preocupações com segurança podem querer continuar no caminho. Se esses usuários tiverem uma oficina limpa, equipamentos limpos e bem conservados, líquido de arrefecimento livre de incrustações ferrosas e um processo que produza bons resultados, pode não haver necessidade real de mudanças.
A passivação em um banho de ácido cítrico tem se mostrado útil para uma grande variedade de aços inoxidáveis, incluindo vários tipos individuais de aço inoxidável, conforme mostrado na Figura 2. Para maior conveniência, o método tradicional de passivação com ácido nítrico na Figura 1 está incluído. Observe que as formulações mais antigas de ácido nítrico são expressas em porcentagem de volume, enquanto as concentrações mais recentes de ácido cítrico são expressas em porcentagem de peso. É importante observar que, ao implementar esses procedimentos, o equilíbrio cuidadoso do tempo de imersão, da temperatura do banho e da concentração é essencial para evitar o "flashing" descrito anteriormente.
Os tratamentos de passivação variam de acordo com o teor de cromo e as características de usinagem de cada grau. Observe as colunas que fazem referência ao Processo 1 ou ao Processo 2. Conforme mostrado na Figura 3, o Processo 1 envolve menos etapas que o Processo 2.
Testes de laboratório mostraram que o processo de passivação com ácido cítrico é mais propenso à "corrosão instantânea" do que o processo com ácido nítrico. Os fatores que contribuem para esse ataque incluem temperatura do banho muito alta, tempo de imersão muito longo e contaminação do banho. Produtos de ácido cítrico contendo inibidores de corrosão e outros aditivos, como agentes umectantes, estão disponíveis comercialmente e são relatados como redutores da suscetibilidade à "corrosão instantânea".
A escolha final do método de passivação dependerá dos critérios de aceitação impostos pelo cliente. Consulte ASTM A967 para obter detalhes. Ele pode ser acessado em www.astm.org.
Testes são frequentemente realizados para avaliar a superfície de peças passivadas. A pergunta a ser respondida é: "A passivação remove o ferro livre e otimiza a resistência à corrosão de classes de corte livre?"
É importante que o método de teste corresponda à nota que está sendo avaliada. Testes muito rigorosos reprovarão materiais perfeitamente bons, enquanto testes muito flexíveis aprovarão peças insatisfatórias.
Aços inoxidáveis ​​de endurecimento por precipitação e usinagem livre da série 400 são melhor avaliados em um gabinete capaz de manter 100% de umidade (amostras úmidas) por 24 horas a 35 °C (95 °F). A seção transversal geralmente é a superfície mais crítica, especialmente para classes de corte livre. Um motivo para isso é que o sulfeto é alongado na direção da máquina, cruzando essa superfície.
Superfícies críticas devem ser colocadas para cima, mas a 15 a 20 graus da vertical para permitir a perda de umidade. O material adequadamente passivado dificilmente enferruja, embora possa apresentar algumas manchas leves.
Os graus de aço inoxidável austenítico também podem ser avaliados por testes de umidade. Quando testados, gotas de água devem estar presentes na superfície da amostra, indicando ferro livre pela presença de qualquer ferrugem.
Os procedimentos para passivação de aços inoxidáveis ​​de corte livre e não de corte livre comumente usados ​​em soluções de ácido cítrico ou nítrico exigem processos diferentes. A Figura 3 abaixo fornece detalhes sobre a seleção do processo.
(a) Ajuste o pH com hidróxido de sódio. (b) Veja a Figura 3 (c) Na2Cr2O7 representa 3 oz/galão (22 g/l) de dicromato de sódio em 20% de ácido nítrico. Uma alternativa a esta mistura é 50% de ácido nítrico sem dicromato de sódio
Um método mais rápido é usar a solução em ASTM A380, “Prática Padrão para Limpeza, Desincrustação e Passivação de Peças, Equipamentos e Sistemas de Aço Inoxidável”. O teste consiste em limpar a peça com uma solução de sulfato de cobre/ácido sulfúrico, mantê-la úmida por 6 minutos e observar se há revestimento de cobre. Como alternativa, a peça pode ser imersa na solução por 6 minutos. Se o ferro se dissolver, ocorre o revestimento de cobre. Este teste não deve ser usado nas superfícies de peças de processamento de alimentos. Além disso, não deve ser usado para aços martensíticos da série 400 ou ferríticos com baixo teor de cromo, pois podem ocorrer resultados falso-positivos.
Historicamente, o teste de névoa salina a 5% a 35°C (95°F) também tem sido usado para avaliar amostras passivadas. Esse teste é muito rigoroso para alguns graus e geralmente não é necessário para confirmar que a passivação é eficaz.
Evite usar cloretos em excesso, que podem causar ataques de flash prejudiciais. Se possível, use somente água de alta qualidade com menos de 50 partes por milhão (ppm) de cloreto. Água da torneira geralmente é suficiente e pode tolerar até centenas de ppm de cloreto em alguns casos.
É importante substituir o banho regularmente para evitar perda do potencial de passivação, o que pode levar a flashover e peças danificadas. O banho deve ser mantido na temperatura adequada, pois temperaturas excessivas podem causar corrosão localizada.
É importante manter um cronograma de troca de solução muito específico durante execuções de alta produção para minimizar o potencial de contaminação. Uma amostra de controle foi usada para testar a eficácia do banho. Se a amostra for atacada, é hora de substituir o banho.
Especifique que certas máquinas produzem apenas aço inoxidável; use o mesmo líquido de arrefecimento preferido para cortar aço inoxidável, excluindo todos os outros metais.
As peças do rack DO são tratadas individualmente para evitar o contato de metal com metal. Isso é especialmente importante para usinagem livre de aço inoxidável, pois soluções de passivação e lavagem de fluxo livre são necessárias para difundir produtos de corrosão em sulfetos e evitar a formação de bolsas de ácido.
Não passivar peças de aço inoxidável cementadas ou nitretadas. A resistência à corrosão das peças assim tratadas pode ser reduzida a ponto de serem atacadas no banho de passivação.
Não utilize ferramentas ferrosas em um ambiente de oficina que não esteja particularmente limpo. A granulação do aço pode ser evitada usando ferramentas de carboneto ou cerâmica.
Não se esqueça de que pode ocorrer corrosão no banho de passivação se a peça não for tratada termicamente adequadamente. Graus martensíticos com alto teor de carbono e alto teor de cromo devem ser endurecidos para resistência à corrosão.
A passivação geralmente é realizada após revenimento subsequente, usando temperaturas que mantêm a resistência à corrosão.
Não ignore a concentração de ácido nítrico no banho de passivação. Verificações periódicas devem ser feitas usando o procedimento de titulação simples fornecido pela Carpenter. Não passivar mais de um aço inoxidável por vez. Isso evita confusões dispendiosas e evita reações galvânicas.
Sobre os autores: Terry A. DeBold é especialista em pesquisa e desenvolvimento de ligas de aço inoxidável e James W. Martin é metalúrgico de barras na Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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