Zabezpečili ste, aby boli diely opracované podľa špecifikácie. Teraz sa uistite, že ste podnikli kroky na ochranu týchto dielov v podmienkach, ktoré vaši zákazníci očakávajú. #basic
Pasivácia zostáva kľúčovým krokom pri maximalizácii základnej odolnosti proti korózii nerezových obrábaných dielov a zostáv. Môže znamenať rozdiel medzi uspokojivým výkonom a predčasným zlyhaním. Nesprávne vykonaná pasivácia môže v skutočnosti spôsobiť koróziu.
Pasivácia je metóda po výrobe, ktorá maximalizuje inherentnú odolnosť proti korózii zliatin nehrdzavejúcej ocele, z ktorých je vyrobený obrobok. Nie je to odvápňovacia úprava ani nanášanie farby.
Neexistuje všeobecný konsenzus o presnom mechanizme fungovania pasivácie. Je však isté, že na povrchu pasivovanej nehrdzavejúcej ocele je ochranný oxidový film. Predpokladá sa, že tento neviditeľný film je extrémne tenký, menej ako 0,0000001 palca, čo je približne 1/100 000 hrúbky ľudského vlasu!
Čistý, novo opracovaný, leštený alebo morený diel z nehrdzavejúcej ocele automaticky získa tento oxidový film v dôsledku vystavenia atmosférickému kyslíku. Za ideálnych podmienok táto ochranná oxidová vrstva úplne pokrýva všetky povrchy dielu.
V praxi sa však kontaminanty, ako sú napríklad dielenské nečistoty alebo železné častice z rezných nástrojov, môžu počas obrábania preniesť na povrch dielov z nehrdzavejúcej ocele. Ak sa tieto cudzie telesá neodstránia, môžu znížiť účinnosť pôvodného ochranného filmu.
Počas obrábania môžu stopové množstvá voľného železa opotrebovať nástroj a preniesť sa na povrch obrobku z nehrdzavejúcej ocele. V niektorých prípadoch sa na diele môže objaviť tenká vrstva hrdze. V skutočnosti ide o koróziu ocele nástrojom, nie základného kovu. Trhliny vnorených oceľových častíc z rezných nástrojov alebo ich produktov korózie môžu občas spôsobiť eróziu samotného dielu.
Podobne sa na povrchu súčiastky môžu usadiť malé čiastočky nečistôt zo železnej dielne. Hoci sa kov môže v obrobenom stave javiť ako lesklý, po vystavení vzduchu môžu neviditeľné častice voľného železa spôsobiť hrdzavenie povrchu.
Problémom môžu byť aj exponované sulfidy. Vznikajú pridaním síry do nehrdzavejúcej ocele na zlepšenie obrobiteľnosti. Sulfidy zvyšujú schopnosť zliatiny tvoriť triesky počas obrábania, ktoré sa môžu úplne odstrániť z rezného nástroja. Pokiaľ nie sú súčiastky správne pasivované, sulfidy sa môžu stať východiskovým bodom pre povrchovú koróziu vyrobených výrobkov.
V oboch prípadoch je pasivácia potrebná na maximalizáciu prirodzenej odolnosti nehrdzavejúcej ocele proti korózii. Odstraňuje povrchové nečistoty, ako sú častice nečistôt z výroby železa a častice železa v rezných nástrojoch, ktoré môžu tvoriť hrdzu alebo sa stať východiskovým bodom korózie. Pasivácia tiež odstraňuje sulfidy vystavené na povrchu ľahko obrábateľných zliatin nehrdzavejúcej ocele.
Najlepšiu odolnosť proti korózii poskytuje dvojkrokový postup: 1. Čistenie, základný, ale niekedy prehliadaný postup; 2. Kyslý kúpeľ alebo pasivácia.
Čistenie by malo byť vždy prioritou. Povrchy musia byť dôkladne očistené od mastnoty, chladiacej kvapaliny alebo iných nečistôt z dielne, aby sa dosiahla optimálna odolnosť proti korózii. Nečistoty z obrábania alebo iné nečistoty z dielne je možné z dielu starostlivo utrieť. Na odstránenie procesných olejov alebo chladiacich kvapalín je možné použiť komerčné odmasťovače alebo čistiace prostriedky. Cudzie látky, ako sú tepelné oxidy, možno bude potrebné odstrániť metódami, ako je brúsenie alebo morenie.
Obsluha stroja niekedy môže vynechať základné čistenie, pretože sa mylne domnieva, že čistenie a pasivácia prebehnú súčasne jednoduchým ponorením súčiastky zaťaženej mastnotou do kyslého kúpeľa. To sa nestane. Naopak, kontaminované mazivo reaguje s kyselinou a vytvára vzduchové bubliny. Tieto bubliny sa zhromažďujú na povrchu obrobku a narúšajú pasiváciu.
Aby toho nebolo málo, kontaminácia pasivačných roztokov, ktoré niekedy obsahujú vysoké koncentrácie chloridov, môže spôsobiť „preblesknutie“. Na rozdiel od získania požadovaného oxidového filmu s lesklým, čistým a korózii odolným povrchom môže bleskové leptanie viesť k silne leptanému alebo stmavnutému povrchu – poškodeniu povrchu, ktoré je pasivácia navrhnutá tak, aby optimalizovala.
Súčiastky vyrobené z martenzitickej nehrdzavejúcej ocele [magnetická, stredne odolná voči korózii, medza klzu do približne 280 ksi (1930 MPa)] sa kalia pri zvýšených teplotách a potom sa popúšťajú, aby sa zabezpečila požadovaná tvrdosť a mechanické vlastnosti. Zliatiny vytvrditeľné precipitáciou, ktoré majú lepšiu pevnosť a odolnosť voči korózii ako martenzitické zliatiny, sa dajú upravovať roztokom, čiastočne obrábať, starnúť pri nižších teplotách a potom dokončovať.
V tomto prípade musí byť diel pred tepelným spracovaním dôkladne vyčistený odmasťovačom alebo čistiacim prostriedkom, aby sa odstránili všetky stopy reznej kvapaliny. V opačnom prípade môže rezná kvapalina, ktorá zostane na diele, spôsobiť nadmernú oxidáciu. Tento stav môže spôsobiť preliačiny na dieloch s malou veľkosťou po odstránení okovín kyselinou alebo abrazívnymi metódami. Ak rezná kvapalina zostane na lesklo kalených dieloch, napríklad vo vákuovej peci alebo ochrannej atmosfére, môže dôjsť k povrchovej nauhličovaniu, čo má za následok stratu odolnosti proti korózii.
Po dôkladnom vyčistení je možné diely z nehrdzavejúcej ocele ponoriť do pasivačného kyslého kúpeľa. Možno použiť ktorúkoľvek z troch metód – pasiváciu kyselinou dusičnou, pasiváciu kyselinou dusičnou s dvojchrómanom sodným a pasiváciu kyselinou citrónovou. Použitá metóda závisí od triedy nehrdzavejúcej ocele a stanovených kritérií prijateľnosti.
Chrómniklové ocele odolnejšie voči korózii je možné pasivovať v 20 % (obj./obj.) kúpeli s kyselinou dusičnou (obrázok 1). Ako je znázornené v tabuľke, menej odolnú nehrdzavejúcu oceľ je možné pasivovať pridaním dvojchrómanu sodného do kúpeľa s kyselinou dusičnou, čím sa roztok stane oxidačnejším a schopným tvoriť pasívny film na povrchu kovu. Ďalšou možnosťou nahradenia kyseliny dusičnej chrómanom sodným je zvýšiť koncentráciu kyseliny dusičnej na 50 % obj. Pridanie dvojchrómanu sodného aj vyššia koncentrácia kyseliny dusičnej znižujú riziko nežiaduceho vzplanutia.
Postup pasivácie ľahko obrábateľných nehrdzavejúcich ocelí (tiež znázornený na obrázku 1) sa trochu líši od postupu pasivácie nehrdzavejúcich ocelí, ktoré nie sú ľahko obrábateľné. Je to preto, že počas pasivácie v typickom kúpeli s kyselinou dusičnou sa odstránia niektoré alebo všetky obrábateľné sulfidy obsahujúce síru, čím sa na povrchu obrábaného dielu vytvárajú mikroskopické diskontinuity.
Aj všeobecne účinné opláchnutie vodou môže po pasivácii zanechať v týchto diskontinuitách zvyškovú kyselinu. Táto kyselina potom napadne povrch súčiastky, pokiaľ nie je neutralizovaná alebo odstránená.
Na účinnú pasiváciu ľahko obrobiteľnej nehrdzavejúcej ocele vyvinula spoločnosť Carpenter proces AAA (Alkali-Acid-Alkali), ktorý neutralizuje zvyškové kyseliny. Túto pasivačnú metódu je možné dokončiť za menej ako 2 hodiny. Tu je postup krok za krokom:
Po odmastení namočte diely do 5 % roztoku hydroxidu sodného pri teplote 71 °C až 82 °C na 30 minút. Potom diely dôkladne opláchnite vodou. Potom diel ponorte na 30 minút do 20 % (v/v) roztoku kyseliny dusičnej obsahujúceho 22 g/l dvojchrómanu sodného pri teplote 49 °C až 60 °C. Po vybratí dielu z kúpeľa ho opláchnite vodou a potom ho ponorte do roztoku hydroxidu sodného na ďalších 30 minút. Diel opäť opláchnite vodou a osušte, čím dokončíte metódu AAA.
Pasivácia kyselinou citrónovou je čoraz obľúbenejšia u výrobcov, ktorí sa chcú vyhnúť používaniu minerálnych kyselín alebo roztokov obsahujúcich dvojchróman sodný, ako aj problémom s likvidáciou a väčším bezpečnostným obavám spojeným s ich používaním. Kyselina citrónová sa vo všetkých ohľadoch považuje za ekologickú.
Hoci pasivácia kyselinou citrónovou ponúka atraktívne environmentálne výhody, dielne, ktoré dosiahli úspech s pasiváciou anorganickou kyselinou a nemajú žiadne bezpečnostné obavy, by mali v tomto smere pokračovať. Ak majú títo používatelia čistú dielňu, dobre udržiavané a čisté zariadenia, chladiacu kvapalinu bez znečistenia železnými prvkami a proces, ktorý prináša dobré výsledky, nemusí byť skutočná potreba zmien.
Pasivácia v kúpeli s kyselinou citrónovou sa ukázala byť užitočná pre širokú škálu nehrdzavejúcich ocelí vrátane niekoľkých jednotlivých druhov nehrdzavejúcej ocele, ako je znázornené na obrázku 2. Pre lepšiu orientáciu je na obrázku 1 zahrnutá tradičná metóda pasivácie kyselinou dusičnou. Upozorňujeme, že staršie zloženia kyseliny dusičnej sú vyjadrené v objemových percentách, zatiaľ čo novšie koncentrácie kyseliny citrónovej sú vyjadrené v hmotnostných percentách. Je dôležité poznamenať, že pri implementácii týchto postupov je dôležité starostlivé vyváženie času namáčania, teploty kúpeľa a koncentrácie, aby sa predišlo „preblesknutiu“ opísanému vyššie.
Pasivačné úpravy sa líšia v závislosti od obsahu chrómu a charakteristík obrábania každej triedy. Všimnite si stĺpce odkazujúce buď na proces 1, alebo na proces 2. Ako je znázornené na obrázku 3, proces 1 zahŕňa menej krokov ako proces 2.
Laboratórne testy ukázali, že proces pasivácie kyselinou citrónovou je náchylnejší na „okamžitú koróziu“ ako proces s kyselinou dusičnou. Medzi faktory prispievajúce k tomuto napadnutiu patrí príliš vysoká teplota kúpeľa, príliš dlhý čas namáčania a kontaminácia kúpeľa. Produkty s kyselinou citrónovou obsahujúce inhibítory korózie a ďalšie prísady, ako sú zmáčadlá, sú komerčne dostupné a údajne znižujú náchylnosť na „okamžitú koróziu“.
Konečná voľba metódy pasivácie bude závisieť od kritérií prijatia stanovených zákazníkom. Podrobnosti nájdete v norme ASTM A967. Je dostupná na www.astm.org.
Často sa vykonávajú testy na vyhodnotenie povrchu pasivovaných súčiastok. Otázkou, na ktorú treba odpovedať, je: „Odstraňuje pasivácia voľné železo a optimalizuje odolnosť proti korózii u ľahko obrábateľných druhov?“
Je dôležité, aby testovacia metóda zodpovedala posudzovanému stupňu. Príliš prísne testy nepreveria úplne dobré materiály, zatiaľ čo príliš voľné testy nepreveria neuspokojivé časti.
Nerezové ocele série 400 s precipitačným kalením a ľahko obrábateľné sa najlepšie hodnotia v komore, ktorá dokáže udržiavať 100 % vlhkosť (mokré vzorky) počas 24 hodín pri teplote 35 °C. Prierez je často najdôležitejším povrchom, najmä pri ľahko obrábateľných akostiach. Jedným z dôvodov je, že sulfid je predĺžený v smere obrábania a pretína tento povrch.
Kritické povrchy by mali byť umiestnené smerom nahor, ale pod uhlom 15 až 20 stupňov od vertikály, aby sa umožnila strata vlhkosti. Správne pasivovaný materiál sotva hrdzavie, hoci sa na ňom môžu objaviť mierne škvrny.
Austenitické triedy nehrdzavejúcej ocele sa dajú hodnotiť aj testovaním vlhkosti. Pri tomto teste by mali byť na povrchu vzorky prítomné kvapky vody, čo naznačuje prítomnosť voľného železa prítomnosťou akejkoľvek hrdze.
Postupy pasivácie bežne používaných automatových a neautomatových nehrdzavejúcich ocelí v roztokoch kyseliny citrónovej alebo dusičnej vyžadujú odlišné procesy. Obrázok 3 nižšie zobrazuje podrobnosti o výbere procesu.
(a) Upravte pH hydroxidom sodným. (b) Pozri obrázok 3 (c) Na2Cr2O7 predstavuje 22 g/l dvojchrómanu sodného v 20 % kyseline dusičnej. Alternatívou k tejto zmesi je 50 % kyselina dusičná bez dvojchrómanu sodného.
Rýchlejšou metódou je použitie roztoku podľa normy ASTM A380 „Štandardný postup pre čistenie, odvápňovanie a pasiváciu dielov, zariadení a systémov z nehrdzavejúcej ocele“. Test pozostáva z utierania dielu roztokom síranu meďnatého/kyseliny sírovej, jeho udržiavania vo vlhkom stave počas 6 minút a pozorovania pokovovania meďou. Alternatívne je možné diel ponoriť do roztoku na 6 minút. Ak sa železo rozpustí, dochádza k pokovovaniu meďou. Tento test by sa nemal používať na povrchoch dielov určených na spracovanie potravín. Nemal by sa používať ani na martenzitické ocele série 400 alebo feritické ocele s nízkym obsahom chrómu, pretože sa môžu vyskytnúť falošne pozitívne výsledky.
Historicky sa na hodnotenie pasivovaných vzoriek používal aj test v 5 % soľnej hmle pri teplote 35 °C. Tento test je pre niektoré triedy príliš prísny a vo všeobecnosti sa nevyžaduje na potvrdenie účinnosti pasivácie.
Vyhnite sa používaniu nadmerného množstva chloridov, ktoré môžu spôsobiť škodlivé bleskové napadnutie. Ak je to možné, používajte iba kvalitnú vodu s obsahom chloridu menej ako 50 častíc na milión (ppm). Voda z vodovodu je zvyčajne postačujúca a v niektorých prípadoch dokáže tolerovať až niekoľko stoviek ppm chloridu.
Je dôležité pravidelne vymieňať kúpeľ, aby sa predišlo strate pasivačného potenciálu, ktorá môže viesť k preskoku a poškodeniu častí. Kúpeľ by sa mal udržiavať na správnej teplote, pretože nadmerné teploty môžu spôsobiť lokálnu koróziu.
Počas vysokých výrobných sérií je dôležité dodržiavať veľmi špecifický harmonogram výmeny roztokov, aby sa minimalizovala možnosť kontaminácie. Na testovanie účinnosti kúpeľa sa použila kontrolná vzorka. Ak je vzorka napadnutá, je čas kúpeľ vymeniť.
Uveďte, prosím, že niektoré stroje vyrábajú iba nehrdzavejúcu oceľ; na rezanie nehrdzavejúcej ocele použite rovnakú preferovanú chladiacu kvapalinu, s výnimkou všetkých ostatných kovov.
Časti racku DO sa ošetrujú jednotlivo, aby sa zabránilo kontaktu kovov s kovom. Toto je obzvlášť dôležité pre voľne obrábanú nehrdzavejúcu oceľ, pretože na difúziu produktov korózie v sulfidoch a zabránenie tvorbe kyslých vreciek sú potrebné voľne tečúce pasivačné a preplachovacie roztoky.
Nepasivujte cementované alebo nitridované diely z nehrdzavejúcej ocele. Odolnosť takto ošetrených dielov voči korózii sa môže znížiť do takej miery, že by boli napadnuté pasivačným kúpeľom.
Nepoužívajte železné nástroje v dielenskom prostredí, ktoré nie je obzvlášť čisté. Oceľovým abrazívnym materiálom sa dá vyhnúť používaním karbidových alebo keramických nástrojov.
Nezabudnite, že v pasivačnom kúpeli môže dôjsť ku korózii, ak diel nie je správne tepelne spracovaný. Martenzitické triedy s vysokým obsahom uhlíka a chrómu musia byť kalené, aby boli odolné voči korózii.
Pasivácia sa zvyčajne vykonáva po následnom popúšťaní pri teplotách, ktoré zachovávajú odolnosť voči korózii.
Neignorujte koncentráciu kyseliny dusičnej v pasivačnom kúpeli. Pravidelné kontroly by sa mali vykonávať pomocou jednoduchého titračného postupu, ktorý poskytol Carpenter. Nepasivujte viac ako jednu nehrdzavejúcu oceľ naraz. Tým sa zabráni nákladným zámenám a galvanickým reakciám.
O autoroch: Terry A. DeBold je špecialista na výskum a vývoj zliatin nehrdzavejúcej ocele a James W. Martin je metalurg tyčovej ocele v spoločnosti Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Vo svete čoraz prísnejších špecifikácií na povrchovú úpravu sú jednoduché merania „drsnosti“ stále užitočné. Pozrime sa, prečo je meranie povrchu dôležité a ako ho možno skontrolovať v dielni pomocou sofistikovaných prenosných meradiel.
Ste si istí, že máte pre túto sústružnícku operáciu tú najlepšiu reznú doštičku? Skontrolujte triesku, najmä ak ju necháte bez dozoru. Charakteristiky triesky vám môžu veľa prezradiť.