V-ați asigurat că piesele sunt prelucrate conform specificațiilor. Acum, asigurați-vă că ați luat măsuri pentru a proteja aceste piese în condițiile așteptate de clienții dumneavoastră. #basic
Pasivizarea rămâne o etapă esențială în maximizarea rezistenței de bază la coroziune a pieselor și ansamblurilor prelucrate din oțel inoxidabil. Aceasta poate face diferența dintre o performanță satisfăcătoare și o defectare prematură. Executată necorespunzător, pasivizarea poate provoca de fapt coroziune.
Pasivarea este o metodă post-fabricare care maximizează rezistența inerentă la coroziune a aliajelor de oțel inoxidabil care produc piesa de prelucrat. Nu este un tratament de detartrare și nici un strat de vopsea.
Nu există un consens general cu privire la mecanismul precis al modului în care funcționează pasivizarea. Dar este cert că există o peliculă protectoare de oxid pe suprafața oțelului inoxidabil pasivat. Se crede că această peliculă invizibilă este extrem de subțire, cu o grosime mai mică de 0,0000001 inch, aproximativ 1/100.000 din grosimea unui fir de păr uman!
O piesă din oțel inoxidabil curată, proaspăt prelucrată, lustruită sau decapată va dobândi automat această peliculă de oxid datorită expunerii la oxigenul atmosferic. În condiții ideale, acest strat protector de oxid acoperă complet toate suprafețele piesei.
În practică însă, contaminanți precum murdăria de atelier sau particulele de fier provenite de la sculele așchietoare se pot transfera pe suprafața pieselor din oțel inoxidabil în timpul prelucrării. Dacă nu sunt îndepărtate, aceste corpuri străine pot reduce eficacitatea peliculei protectoare originale.
În timpul prelucrării, urme de fier liber se pot uza de pe sculă și se pot transfera pe suprafața piesei de prelucrat din oțel inoxidabil. În unele cazuri, poate apărea un strat subțire de rugină pe piesă. Aceasta este de fapt coroziunea oțelului de către sculă, nu a metalului de bază. Ocazional, fisurile particulelor de oțel încorporate din sculele așchietoare sau produsele lor de coroziune pot provoca eroziunea piesei în sine.
De asemenea, particule mici de murdărie feroasă pot adera la suprafața piesei. Deși metalul poate părea lucios în stare prelucrată, după expunerea la aer, particulele invizibile de fier liber pot provoca ruginirea suprafeței.
Sulfurile expuse pot fi, de asemenea, o problemă. Acestea provin din adăugarea de sulf la oțelul inoxidabil pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea. Sulfurile cresc capacitatea aliajului de a forma așchii în timpul prelucrării, care pot fi complet desprinse de scula așchietoare. Dacă piesele nu sunt pasivate corespunzător, sulfurile pot deveni un punct de plecare pentru coroziunea superficială a produselor fabricate.
În ambele cazuri, pasivizarea este necesară pentru a maximiza rezistența naturală la coroziune a oțelului inoxidabil. Aceasta îndepărtează contaminanții de suprafață, cum ar fi particulele de murdărie feroasă și particulele de fier din sculele așchietoare, care pot forma rugină sau pot deveni un punct de plecare pentru coroziune. Pasivizarea îndepărtează, de asemenea, sulfurile expuse la suprafața aliajelor de oțel inoxidabil cu tăiere ușoară.
O procedură în doi pași oferă cea mai bună rezistență la coroziune: 1. Curățarea, o procedură de bază, dar uneori trecută cu vederea; 2. Baie acidă sau tratament de pasivizare.
Curățarea ar trebui să fie întotdeauna o prioritate. Suprafețele trebuie curățate temeinic de grăsime, lichid de răcire sau alte resturi de atelier pentru o rezistență optimă la coroziune. Resturile de prelucrare sau alte murdării de atelier pot fi șterse cu grijă de pe piesă. Degresanții sau agenții de curățare comerciali pot fi utilizați pentru a îndepărta uleiurile de proces sau lichidele de răcire. Corpurile străine, cum ar fi oxizii termici, pot necesita îndepărtarea prin metode precum măcinarea sau decaparea.
Uneori, un operator de mașină poate sări peste curățarea de bază, crezând în mod eronat că curățarea și pasivizarea se vor produce simultan prin simpla scufundare a unei piese încărcate cu grăsime într-o baie de acid. Acest lucru nu se va întâmpla. În schimb, grăsimea contaminată reacționează cu acidul pentru a forma bule de aer. Aceste bule se acumulează pe suprafața piesei de prelucrat și interferează cu pasivizarea.
Ca și cum lucrurile nu ar fi fost deja destul de rele, contaminarea soluțiilor de pasivizare, care uneori conțin concentrații mari de cloruri, poate provoca „coroziuni”. Spre deosebire de obținerea peliculei de oxid dorite cu o suprafață lucioasă, curată și rezistentă la coroziune, corodarea rapidă poate duce la o suprafață puternic gravată sau întunecată - o deteriorare a suprafeței pe care pasivizarea este concepută să o optimizeze.
Piesele fabricate din oțel inoxidabil martensitic [magnetic, moderat rezistent la coroziune, rezistență la curgere de până la aproximativ 280 ksi (1930 MPa)] sunt călite la temperaturi ridicate și apoi revenite pentru a asigura duritatea și proprietățile mecanice dorite. Aliajele călibile prin precipitare, care au o rezistență și o rezistență la coroziune mai bune decât aliajele martensitice, pot fi tratate în soluție, parțial prelucrate, îmbătrânite la temperaturi mai scăzute și apoi finisate.
În acest caz, piesa trebuie curățată temeinic cu un degresant sau un produs de curățare pentru a îndepărta orice urme de fluid de tăiere înainte de tratamentul termic. În caz contrar, fluidul de tăiere rămas pe piesă poate provoca o oxidare excesivă. Această condiție poate face ca piesele subdimensionate să se îndoaie după ce crusta a fost îndepărtată prin metode acide sau abrazive. Dacă fluidul de tăiere este lăsat să rămână pe piesele călite lucioase, cum ar fi într-un cuptor cu vid sau în atmosferă protectoare, poate apărea carburarea suprafeței, ducând la pierderea rezistenței la coroziune.
După o curățare temeinică, piesele din oțel inoxidabil pot fi imersate într-o baie de acid pasivant. Se poate utiliza oricare dintre cele trei metode - pasivarea cu acid azotic, pasivarea cu acid azotic cu dicromat de sodiu și pasivarea cu acid citric. Metoda de utilizat depinde de gradul oțelului inoxidabil și de criteriile de acceptare specificate.
Oțelurile de crom-nichel mai rezistente la coroziune pot fi pasivate într-o baie de acid azotic cu concentrație de 20% (v/v) (Figura 1). După cum se arată în tabel, oțelul inoxidabil mai puțin rezistent poate fi pasivat prin adăugarea de dicromat de sodiu într-o baie de acid azotic, ceea ce face ca soluția să fie mai oxidantă și capabilă să formeze o peliculă pasivă pe suprafața metalului. O altă opțiune de înlocuire a acidului azotic cu cromat de sodiu este creșterea concentrației de acid azotic la 50% în volum. Atât adăugarea de dicromat de sodiu, cât și concentrația mai mare de acid azotic reduc șansa de flash nedorit.
Procedura de pasivizare a oțelurilor inoxidabile prelucrabile fără așchiere (prezentată și în Figura 1) este oarecum diferită de cea utilizată pentru clasele de oțel inoxidabil care nu sunt prelucrabile fără așchiere. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul pasivării într-o baie tipică de acid azotic, o parte sau toate sulfurile prelucrabile care conțin sulf sunt îndepărtate, creând discontinuități microscopice la suprafața piesei prelucrate.
Chiar și o clătire cu apă, în general eficientă, poate lăsa acid rezidual în aceste discontinuități după pasivare. Acest acid va ataca apoi suprafața piesei, dacă nu este neutralizat sau îndepărtat.
Pentru a pasiva eficient oțelul inoxidabil ușor de prelucrat, Carpenter a dezvoltat procesul AAA (Alcali-Acid-Alcali), care neutralizează acidul rezidual. Această metodă de pasivare poate fi finalizată în mai puțin de 2 ore. Iată procesul pas cu pas:
După degresare, înmuiați piesele într-o soluție de hidroxid de sodiu 5% la o temperatură între 71°C și 82°C timp de 30 de minute. Apoi, clătiți bine piesele în apă. Apoi, scufundați piesa timp de 30 de minute într-o soluție de acid azotic 20% (v/v) care conține 22 g/l de dicromat de sodiu la o temperatură între 49°C și 60°C. După scoaterea piesei din baie, clătiți-o cu apă și apoi scufundați-o în soluția de hidroxid de sodiu pentru încă 30 de minute. Clătiți din nou piesa cu apă și uscați-o, completând metoda AAA.
Pasivizarea cu acid citric este din ce în ce mai populară în rândul producătorilor care doresc să evite utilizarea acizilor minerali sau a soluțiilor care conțin dicromat de sodiu, precum și problemele de eliminare și preocupările sporite legate de siguranță asociate cu utilizarea acestora. Acidul citric este considerat ecologic din toate punctele de vedere.
Deși pasivizarea cu acid citric oferă avantaje atractive pentru mediu, atelierele care au avut succes cu pasivizarea cu acid anorganic și nu au probleme de siguranță ar putea dori să continue. Dacă acești utilizatori au un atelier curat, echipamente bine întreținute și curate, lichid de răcire fără murdărie feroasă și un proces care produce rezultate bune, este posibil să nu existe o nevoie reală de schimbări.
Pasivizarea într-o baie de acid citric s-a dovedit a fi utilă pentru o gamă largă de oțeluri inoxidabile, inclusiv mai multe clase individuale de oțel inoxidabil, așa cum se arată în Figura 2. Pentru comoditate, este inclusă metoda tradițională de pasivizare cu acid azotic din Figura 1. Rețineți că formulările mai vechi de acid azotic sunt exprimate în procente de volum, în timp ce concentrațiile mai noi de acid citric sunt exprimate în procente de greutate. Este important de reținut că, atunci când se implementează aceste proceduri, echilibrarea atentă a timpului de înmuiere, a temperaturii băii și a concentrației este esențială pentru a evita „flashing-ul” descris anterior.
Tratamentele de pasivizare variază în funcție de conținutul de crom și de caracteristicile de prelucrare ale fiecărei clase. Rețineți coloanele care fac referire fie la Procesul 1, fie la Procesul 2. După cum se arată în Figura 3, Procesul 1 implică mai puține etape decât Procesul 2.
Testele de laborator au arătat că procesul de pasivare cu acid citric este mai predispus la „coroziune rapidă” decât procesul cu acid azotic. Factorii care contribuie la acest atac includ temperatura prea ridicată a băii, timpul de înmuiere prea lung și contaminarea băii. Produsele pe bază de acid citric care conțin inhibitori de coroziune și alți aditivi, cum ar fi agenții de umectare, sunt disponibile comercial și se raportează că reduc susceptibilitatea la „coroziune rapidă”.
Alegerea finală a metodei de pasivare va depinde de criteriile de acceptare impuse de client. Consultați ASTM A967 pentru detalii. Acesta poate fi accesat la www.astm.org.
Testele sunt adesea efectuate pentru a evalua suprafața pieselor pasivate. Întrebarea la care trebuie să răspundem este: „Pasivarea îndepărtează fierul liber și optimizează rezistența la coroziune a claselor de prelucrare rapidă?”
Este important ca metoda de testare să corespundă gradului evaluat. Testele prea stricte vor respinge materialele perfect bune, în timp ce testele prea laxe vor trece piesele nesatisfăcătoare.
Oțelurile inoxidabile din seria 400, care se elaborează prin precipitare și care se prelucrează fără așchiere, se evaluează cel mai bine într-un dulap capabil să mențină o umiditate de 100% (probe umede) timp de 24 de ore la 35°C (95°F). Secțiunea transversală este adesea suprafața cea mai critică, în special pentru clasele care se prelucrează fără așchiere. Un motiv pentru aceasta este că sulfura este alungită în direcția mașinii, intersectând această suprafață.
Suprafețele critice trebuie amplasate în sus, dar la un unghi de 15 până la 20 de grade față de verticală, pentru a permite pierderea umidității. Materialul pasivat corespunzător va rugini cu greu, deși poate prezenta unele pete ușoare.
Clasele de oțel inoxidabil austenitic pot fi evaluate și prin testarea umidității. Când este testată astfel, picăturile de apă ar trebui să fie prezente pe suprafața probei, indicând fierul liber prin prezența oricărei rugini.
Procedurile de pasivare a oțelurilor inoxidabile utilizate în mod obișnuit, cu așchiere ușoară și fără așchiere ușoară, în soluții de acid citric sau azotic, necesită procese diferite. Figura 3 de mai jos oferă detalii despre selecția procesului.
(a) Ajustați pH-ul cu hidroxid de sodiu. (b) Vezi Figura 3. (c) Na2Cr2O7 reprezintă 22 g/l de dicromat de sodiu în acid azotic 20%. O alternativă la acest amestec este acid azotic 50% fără dicromat de sodiu.
O metodă mai rapidă este utilizarea soluției din ASTM A380, „Practica standard pentru curățarea, detartrarea și pasivizarea pieselor, echipamentelor și sistemelor din oțel inoxidabil”. Testul constă în ștergerea piesei cu o soluție de sulfat de cupru/acid sulfuric, menținerea acesteia umedă timp de 6 minute și observarea posibilității de cupraje. Ca alternativă, piesa poate fi imersată în soluție timp de 6 minute. Dacă fierul se dizolvă, are loc cupraje. Acest test nu trebuie utilizat pe suprafețele pieselor de procesare a alimentelor. De asemenea, nu trebuie utilizat pentru oțelurile martensitice din seria 400 sau oțelurile feritice cu conținut scăzut de crom, deoarece pot apărea rezultate fals pozitive.
Din punct de vedere istoric, testul cu pulverizare cu sare de 5% la 35°C a fost utilizat și pentru a evalua probele pasivate. Acest test este prea strict pentru unele tipuri de pasivări și, în general, nu este necesar pentru a confirma eficacitatea pasivării.
Evitați utilizarea excesului de cloruri, care pot provoca atacuri rapide și dăunătoare. Dacă este posibil, folosiți doar apă de înaltă calitate, cu mai puțin de 50 de părți per milion (ppm) de clorură. Apa de la robinet este de obicei suficientă și poate tolera până la câteva sute de ppm de clorură în unele cazuri.
Este important să înlocuiți baia în mod regulat pentru a evita pierderea potențialului de pasivizare, care poate duce la conturnare și la deteriorarea pieselor. Baia trebuie menținută la temperatura adecvată, deoarece temperaturile de fugă pot provoca coroziune localizată.
Este important să se mențină un program foarte specific de schimbare a soluției în timpul ciclurilor de producție intense pentru a minimiza potențialul de contaminare. O probă de control a fost utilizată pentru a testa eficacitatea băii. Dacă proba este atacată, este timpul să se înlocuiască baia.
Vă rugăm să specificați că anumite mașini produc doar oțel inoxidabil; utilizați același agent de răcire preferat pentru tăierea oțelului inoxidabil, excluzând toate celelalte metale.
Piesele cremalierelor DO sunt tratate individual pentru a evita contactul metal-metal. Acest lucru este deosebit de important pentru prelucrarea liberă a oțelului inoxidabil, deoarece sunt necesare soluții de pasivare și spălare cu curgere liberă pentru a difuza produsele de coroziune în sulfuri și a evita formarea pungilor acide.
Nu pasivați piesele din oțel inoxidabil carburat sau nitrurat. Rezistența la coroziune a pieselor astfel tratate poate fi redusă până la punctul în care acestea ar putea fi atacate în baia de pasivizare.
Nu utilizați unelte feroase într-un mediu de atelier care nu este deosebit de curat. Pietrele abrazive de oțel pot fi evitate prin utilizarea de unelte din carbură sau ceramică.
Nu uitați că în baia de pasivizare poate apărea coroziunea dacă piesa nu este tratată termic corespunzător. Clasele martensitice cu conținut ridicat de carbon și crom trebuie călite pentru rezistență la coroziune.
Pasivizarea se efectuează de obicei după o revenire ulterioară, utilizând temperaturi care mențin rezistența la coroziune.
Nu ignorați concentrația de acid azotic din baia de pasivizare. Verificările periodice trebuie efectuate utilizând procedura simplă de titrare furnizată de Carpenter. Nu pasivați mai mult de un oțel inoxidabil odată. Acest lucru previne confuziile costisitoare și evită reacțiile galvanice.
Despre autori: Terry A. DeBold este specialist în cercetare și dezvoltare a aliajelor de oțel inoxidabil, iar James W. Martin este metalurgist în bare la Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Într-o lume cu specificații din ce în ce mai stricte privind finisajul suprafețelor, măsurătorile simple de „rugozitate” sunt încă utile. Să aruncăm o privire asupra motivului pentru care măsurarea suprafeței este importantă și cum poate fi verificată în atelier cu ajutorul unor instrumente portabile sofisticate.
Ești sigur că ai cea mai bună plăcuță pentru această operațiune de strunjire? Verifică așchia, mai ales dacă este lăsată nesupravegheată. Caracteristicile așchiei îți pot spune multe.