Ви переконалися, що деталі оброблені відповідно до специфікацій. Тепер переконайтеся, що ви вжили заходів для захисту цих деталей в умовах, яких очікують ваші клієнти. #basic
Пасивація залишається критично важливим кроком у максимізації базової корозійної стійкості деталей та вузлів з нержавіючої сталі, оброблених обробкою. Вона може мати вирішальне значення між задовільною роботою та передчасним виходом з ладу. Неправильно виконана пасивація може фактично спричинити корозію.
Пасивація – це метод пост-виготовлення, який максимізує притаманну корозійну стійкість сплавів нержавіючої сталі, з яких виготовляється заготовка. Це не обробка для видалення окалини, а також не лакофарбове покриття.
Немає загальної думки щодо точного механізму пасивації. Але точно відомо, що на поверхні пасивованої нержавіючої сталі є захисна оксидна плівка. Вважається, що ця невидима плівка надзвичайно тонка, товщиною менше 0,0000001 дюйма, що становить приблизно 1/100 000 товщини людської волосини!
Чиста, щойно оброблена, полірована або протравлена ​​деталь з нержавіючої сталі автоматично набуває цю оксидну плівку через вплив атмосферного кисню. За ідеальних умов цей захисний оксидний шар повністю покриває всі поверхні деталі.
Однак на практиці забруднювачі, такі як заводський бруд або частинки заліза з ріжучих інструментів, можуть потрапляти на поверхню деталей з нержавіючої сталі під час обробки. Якщо ці сторонні предмети не видалити, вони можуть знизити ефективність оригінальної захисної плівки.
Під час обробки слідові кількості вільного заліза можуть стиратися з інструменту та переходити на поверхню заготовки з нержавіючої сталі. У деяких випадках на деталі може з'явитися тонкий шар іржі. Насправді це корозія сталі інструментом, а не основного металу. Іноді тріщини від вбудованих сталевих частинок від ріжучих інструментів або продуктів їх корозії можуть спричинити ерозію самої деталі.
Так само, дрібні частинки бруду з залізних заводів можуть прилипати до поверхні деталі. Хоча метал може виглядати блискучим в обробленому стані, після контакту з повітрям невидимі частинки вільного заліза можуть спричинити іржівлю поверхні.
Відкриті сульфіди також можуть бути проблемою. Вони утворюються внаслідок додавання сірки до нержавіючої сталі для покращення оброблюваності. Сульфіди збільшують здатність сплаву утворювати стружку під час обробки, яка може повністю злущитися з ріжучого інструменту. Якщо деталі не пасивовані належним чином, сульфіди можуть стати відправною точкою для поверхневої корозії виготовлених виробів.
В обох випадках пасивація необхідна для максимізації природної корозійної стійкості нержавіючої сталі. Вона видаляє поверхневі забруднення, такі як частинки бруду з залізних заводів та частинки заліза в ріжучих інструментах, які можуть утворювати іржу або стати відправною точкою для корозії. Пасивація також видаляє сульфіди, що знаходяться на поверхні легкорізальних сплавів нержавіючої сталі.
Двоетапна процедура забезпечує найкращу стійкість до корозії: 1. Очищення, базова, але іноді недооцінена процедура; 2. Кислотна ванна або пасивація.
Очищення завжди має бути пріоритетом. Поверхні повинні бути ретельно очищені від мастила, охолоджувальної рідини або інших виробничих залишків для оптимальної стійкості до корозії. Залишки від обробки або інші виробничі забруднення можна ретельно витерти з деталі. Для видалення технологічних масел або охолоджувальних рідин можна використовувати комерційні знежирювачі або очищувачі. Сторонні предмети, такі як термічні оксиди, можливо, доведеться видалити такими методами, як шліфування або травлення.
Іноді оператор верстата може пропустити базове очищення, помилково думаючи, що очищення та пасивація відбудуться одночасно, якщо просто занурити забруднену мастилом деталь у кислотну ванну. Цього не станеться. І навпаки, забруднене мастило реагує з кислотою, утворюючи бульбашки повітря. Ці бульбашки накопичуються на поверхні заготовки та перешкоджають пасивації.
Що ще гірше, забруднення пасиваційних розчинів, які іноді містять високу концентрацію хлоридів, може спричинити «спалах». На відміну від отримання бажаної оксидної плівки з глянцевою, чистою, стійкою до корозії поверхнею, спалахове травлення може призвести до сильно протравленої або потемнілої поверхні — погіршення стану поверхні, яке пасивація покликана оптимізувати.
Деталі, виготовлені з мартенситної нержавіючої сталі [магнітної, помірно стійкої до корозії, межа плинності до приблизно 280 ksi (1930 МПа)], гартуються за підвищених температур, а потім відпускаються для забезпечення бажаної твердості та механічних властивостей. Сплави, що гартуються осадженням, які мають кращу міцність та корозійну стійкість, ніж мартенситні сплави, можна обробляти на розчин, частково механічно обробити, витримувати за нижчих температур, а потім остаточно обробляти.
У цьому випадку деталь необхідно ретельно очистити знежирювачем або очищувачем, щоб видалити будь-які сліди рідини для різання перед термічною обробкою. В іншому випадку рідина для різання, що залишається на деталі, може спричинити надмірне окислення. Цей стан може призвести до утворення вм'ятин на деталях малого розміру після видалення окалини кислотними або абразивними методами. Якщо рідина для різання залишається на блискучих загартованих деталях, наприклад, у вакуумній печі або захисній атмосфері, може відбутися поверхневе науглерожування, що призведе до втрати корозійної стійкості.
Після ретельного очищення деталі з нержавіючої сталі можна занурити у ванну з пасивуючою кислотою. Можна використовувати будь-який з трьох методів: пасивацію азотною кислотою, пасивацію азотною кислотою з дихроматом натрію та пасивацію лимонною кислотою. Вибір методу залежить від марки нержавіючої сталі та заданих критеріїв прийнятності.
Більш корозійностійкі хромонікелеві марки можна пасивувати у ванні з 20% (об./об.) азотною кислотою (рис. 1). Як показано в таблиці, менш стійку нержавіючу сталь можна пасивувати, додавши дихромат натрію до ванни з азотною кислотою, що зробить розчин більш окислювальним і здатним утворювати пасивну плівку на поверхні металу. Іншим варіантом заміни азотної кислоти хроматом натрію є збільшення концентрації азотної кислоти до 50% за об'ємом. Як додавання дихромату натрію, так і вища концентрація азотної кислоти зменшують ймовірність небажаного спалаху.
Процедура пасивації нержавіючих сталей, що легко оброблюються (також показана на рисунку 1), дещо відрізняється від процедури для нержавіючих сталей, що не оброблюються легко. Це пояснюється тим, що під час пасивації в типовій ванні з азотною кислотою деякі або всі сульфіди, що містять сірку, оброблювані за технологією, видаляються, створюючи мікроскопічні розриви на поверхні оброблюваної деталі.
Навіть загалом ефективне промивання водою може залишити залишкову кислоту в цих розривах після пасивації. Ця кислота потім атакуватиме поверхню деталі, якщо її не нейтралізувати або видалити.
Для ефективної пасивації легкооброблюваної нержавіючої сталі, Carpenter розробила процес AAA (Alkali-Acid-Alkali), який нейтралізує залишкову кислоту. Цей метод пасивації можна виконати менш ніж за 2 години. Ось покроковий процес:
Після знежирення замочіть деталі у 5% розчині гідроксиду натрію при температурі від 71°C до 82°C на 30 хвилин. Потім ретельно промийте деталі у воді. Далі занурте деталь на 30 хвилин у 20% (об./об.) розчин азотної кислоти, що містить 22 г/л дихромату натрію при температурі від 49°C до 60°C. Після виймання деталі з ванни промийте її водою, а потім занурте в розчин гідроксиду натрію ще на 30 хвилин. Знову промийте деталь водою та висушіть, завершивши метод AAA.
Пасивація лимонною кислотою стає дедалі популярнішою серед виробників, які бажають уникнути використання мінеральних кислот або розчинів, що містять дихромат натрію, а також проблем утилізації та більших проблем безпеки, пов'язаних з їх використанням. Лимонна кислота вважається екологічно чистою в усіх відношеннях.
Хоча пасивація лимонною кислотою пропонує привабливі екологічні переваги, цехи, які успішно застосовували пасивацію неорганічною кислотою та не мають жодних проблем із безпекою, можуть захотіти продовжувати цей курс. Якщо ці користувачі мають чистий цех, добре обслуговуване та чисте обладнання, охолоджувальну рідину без забруднень від чорних металів та процес, який дає хороші результати, можливо, реальної потреби в змінах не буде.
Пасивація у ванні з лимонною кислотою виявилася корисною для широкого спектру нержавіючих сталей, включаючи кілька окремих марок нержавіючої сталі, як показано на рисунку 2. Для зручності на рисунку 1 включено традиційний метод пасивації азотною кислотою. Зверніть увагу, що старіші рецептури азотної кислоти виражаються у відсотках об'єму, тоді як новіші концентрації лимонної кислоти виражаються у відсотках маси. Важливо зазначити, що під час реалізації цих процедур ретельне збалансування часу замочування, температури ванни та концентрації є критично важливим, щоб уникнути «спалаху», описаного раніше.
Пасиваційні обробки різняться залежно від вмісту хрому та характеристик обробки кожного сорту. Зверніть увагу на стовпці, що посилаються або на Процес 1, або на Процес 2. Як показано на рисунку 3, Процес 1 включає менше кроків, ніж Процес 2.
Лабораторні випробування показали, що процес пасивації лимонною кислотою більш схильний до «блискавки», ніж процес азотної кислоти. Фактори, що сприяють цьому впливу, включають занадто високу температуру ванни, занадто тривалий час замочування та забруднення ванни. Продукти лимонної кислоти, що містять інгібітори корозії та інші добавки, такі як змочувальні агенти, є комерційно доступними та, як повідомляється, знижують схильність до «блискавки».
Остаточний вибір методу пасивації залежатиме від критеріїв прийнятності, встановлених замовником. Докладніше див. у стандарті ASTM A967. Його можна знайти на сайті www.astm.org.
Часто проводяться випробування для оцінки поверхні пасивованих деталей. Питання, на яке потрібно відповісти: «Чи видаляє пасивація вільне залізо та оптимізує корозійну стійкість легкорізальних марок?»
Важливо, щоб метод випробування відповідав оцінюваному класу. Занадто суворі випробування не пройдуть випробування на цілком добрих матеріалах, тоді як занадто нечіткі випробування пройдуть випробування на незадовільній частині.
Нержавіючі сталі серії 400, що піддаються дисперсійному гартуванню та легкооброблювані, найкраще оцінювати в камері, здатній підтримувати 100% вологість (вологі зразки) протягом 24 годин при температурі 35°C (95°F). Поперечний переріз часто є найважливішою поверхнею, особливо для легкооброблюваних марок. Однією з причин цього є те, що сульфід витягнутий у напрямку до осі машини, перетинаючи цю поверхню.
Критичні поверхні слід розміщувати вгору, але під кутом 15-20 градусів до вертикалі, щоб забезпечити втрату вологи. Правильно пасивований матеріал майже не іржавіє, хоча на ньому можуть з'явитися незначні плями.
Аустенітні марки нержавіючої сталі також можна оцінити за допомогою випробування на вологість. Під час такого випробування на поверхні зразка повинні бути присутні краплі води, що вказує на вільне залізо за наявністю іржі.
Процедури пасивації широко використовуваних автоматних та неавтоматично різальних нержавіючих сталей у розчинах лимонної або азотної кислоти вимагають різних процесів. На рисунку 3 нижче наведено детальну інформацію про вибір процесу.
(a) Відрегулюйте pH гідроксидом натрію. (b) Див. рисунок 3. (c) Na2Cr2O7 відповідає 22 г/л дихромату натрію у 20% азотній кислоті. Альтернативою цій суміші є 50% азотна кислота без дихромату натрію.
Швидший метод полягає у використанні розчину, описаного в ASTM A380 «Стандартна практика очищення, видалення окалини та пасивації деталей, обладнання та систем з нержавіючої сталі». Випробування полягає у протиранні деталі розчином сульфату міді/сірчаної кислоти, витримуванні її вологою протягом 6 хвилин та спостереженні за утворенням мідного покриття. Як альтернатива, деталь можна занурити в розчин на 6 хвилин. Якщо залізо розчиняється, відбувається утворення мідного покриття. Цей тест не слід використовувати на поверхнях деталей харчової промисловості. Також його не слід використовувати для мартенситних або феритних сталей з низьким вмістом хрому серії 400, оскільки можуть виникнути хибнопозитивні результати.
Історично, випробування в 5% сольовому тумані при температурі 35°C (95°F) також використовувалося для оцінки пасивованих зразків. Це випробування є занадто суворим для деяких марок і зазвичай не є обов'язковим для підтвердження ефективності пасивації.
Уникайте використання надмірної кількості хлоридів, які можуть спричинити шкідливі спалахи. Якщо можливо, використовуйте лише високоякісну воду з вмістом хлоридів менше ніж 50 частин на мільйон (ppm). Водопровідної води зазвичай достатньо, і в деяких випадках вона може переносити до кількох сотень ppm хлоридів.
Важливо регулярно замінювати ванну, щоб уникнути втрати потенціалу пасивації, що може призвести до перегорання та пошкодження деталей. Ванну слід підтримувати при належній температурі, оскільки надмірне підвищення температури може спричинити локальну корозію.
Важливо дотримуватися дуже чіткого графіка заміни розчинів під час високопродуктивних робіт, щоб мінімізувати потенційне забруднення. Для перевірки ефективності ванни було використано контрольний зразок. Якщо зразок пошкоджений, ванну потрібно замінити.
Будь ласка, уточніть, що деякі верстати виготовляють лише нержавіючу сталь; використовуйте ту саму бажану охолоджувальну рідину для різання нержавіючої сталі, за винятком усіх інших металів.
Деталі рейок DO обробляються окремо, щоб уникнути контакту металу з металом. Це особливо важливо для вільної обробки нержавіючої сталі, оскільки для дифузії продуктів корозії в сульфідах та запобігання утворенню кислотних кишень необхідні вільно сипучі пасиваційні та промивні розчини.
Не пасивуйте деталі з нержавіючої сталі, оброблені цементацією або азотуванням. Корозійна стійкість оброблених таким чином деталей може бути знижена до такої міри, що вони будуть пошкоджені у ванні для пасивації.
Не використовуйте чорні інструменти в не дуже чистому середовищі майстерні. Утворення сталевого пилу можна уникнути, використовуючи твердосплавні або керамічні інструменти.
Не забувайте, що корозія може виникнути у ванні пасивації, якщо деталь не піддана належній термічній обробці. Мартенситні марки з високим вмістом вуглецю та хрому необхідно загартувати для забезпечення стійкості до корозії.
Пасивацію зазвичай проводять після подальшого відпуску за температур, що підтримують стійкість до корозії.
Не ігноруйте концентрацію азотної кислоти у ванні для пасивації. Періодичні перевірки слід проводити за допомогою простої процедури титрування, запропонованої Карпентером. Не пасивуйте більше одного виробу з нержавіючої сталі одночасно. Це запобігає дороговартісній плутанині та уникає гальванічних реакцій.
Про авторів: Террі А. ДеБолд — спеціаліст з досліджень та розробок сплавів нержавіючої сталі, а Джеймс В. Мартін — металург прутка в Carpenter Technology Corp. (Редінг, Пенсільванія).
У світі дедалі суворіших вимог до обробки поверхні, прості вимірювання «шорсткості» все ще корисні. Давайте розглянемо, чому вимірювання поверхні є важливим і як його можна перевірити у цеху за допомогою складних портативних вимірювачів.
Ви впевнені, що у вас найкраща пластина для цієї точильної операції? Перевірте стружку, особливо якщо її залишили без нагляду. Характеристики стружки можуть багато розповісти вам.