Очистка металла от окалины

Окалина бывает металлургическая, образовавшаяся при прокатке металла, кузнечная, получившаяся при нагреве заготовок перед штамповкой в окислительной среде, и термическая, которая образуется после термической обработки поковок. Окалина является результатом окисления поверхности металла. Чем выше температура печи и чем продолжительнее нагрев заготовки, тем больше окисляется ее поверхность.

Перед скоростным, безокислительным или индукционным нагревом заготовку следует очищать от металлургической окалины.

Угар металла при нагреве заготовки перед штамповкой составляет, вес. %, до:

• • 3 — в пламенной печи в окислительной среде за один вынос заготовки;
• • 1 — в пламенной печи при скоростном нагреве;
• • 0,1 — в пламенной печи в безокислительной среде;
• • 0,5 — в печах ТВЧ;
• • 1,5 — при электронагреве заготовок сопротивлением.

Для получения поковок с высоким качеством поверхности, требующих минимальной обработки резанием, необходимо очищать заготовки перед нагревом и поковки после ковки и штамповки от поверхностных дефектов, окалины, ржавчины и других загрязнений (мазута, масла, песка). В зависимости от размеров поковок, а также от технических условий на изготовление последних в кузнечноштамповочных цехах для очистки поковок и заготовок применяют различные способы и оборудование.

Стойкость режущего инструмента резко снижается при механической обработке поковки с окалиной. Поковки очищают от окалины механическим и химическим способами.

Из механических способов очистки штампованных поковок чаще всего применяют галтовку в барабанах и очистку дробью.

Принцип галтовки заключается в том, что во время вращения барабана (рис. 329) поковки перекатываются, ударяются друг о друга и о звездочки, очищаясь от окалины. Существуют два основных способа галтовки: сухая и мокрая. Сухую галтовку применяют для удаления с поверхности поковок окалины, ржавчины, мазута, заусенцев после обрезки облоя. Для поглощения масла, измельченной ржавчины и окалины, а также для ускорения процесса очистки вместе с поковками в барабан загружают сухие древесные опилки и звездочки. Шероховатость поверхности после сухой галтовки достигает Rz 32-40.

В процессе мокрой галтовки вместе с поковками в барабан загружают различные абразивные материалы (кварцевый песок, гранит, фарфор, чугунные звездочки, стальные шарики) с добавлением мыльной или содовой воды. Этот способ применяют не только для очистки поверхности поковок, но также и для удаления микронеровностей на поверхности основного металла поковки. Такая очистка в некоторых случаях может заменить шлифование. После мокрой галтовки шероховатость поверхности получают от Rz 20 до Ra 0,63.

Рис. 329. Схема очистки поковок в галтовочном барабане

Для сухой очистки используют галтовочные барабаны периодического действия с загрузкой поковок через боковую стенку с помощью подъемника. В конструкции предусмотрена возможность отсоса пыли в процессе работы барабана через отверстия в цапфах. Управление барабаном осуществляется дистанционно. При серийном и массовом производстве используют автоматизированные галтовочные барабаны периодического действия. Средняя часть этих барабанов цилиндрическая, в торцевых частях размещены загрузочные и разгрузочные люки. При разгрузке и загрузке поковок барабан устанавливают в наклонное положение, что обеспечивает возможность создания механизированных линий по очистке поковок. Большие возможности для механизации загрузочных работ обеспечивают очистные галтовочные барабаны непрерывного действия.

Галтовочные барабаны применяют для очистки штампованных поковок массой до 40 кг. Производительность стандартного барабана составляет 2 т поковок в час. Галтовкой очищают мелкие поковки (массой до 50 кг) простой конфигурации без тонких ребер, полотен и мелких отверстий во избежание забоин на поверхности изделий. Недостатком способа является однообразный утомляющий шум при работе барабанов, а также невозможность очистки внутренних полостей.

Широко распространены дробеструйный и дробеметный способы очистки поковок. При дробеструйной очистке поковок дробь разгоняется сжатым воздухом давлением 0,5^-0,6 МПа до скорости 20-^30 м/с. Оптимальное расстояние от сопла до поверхности очищаемой поковки равно 200-^300 мм, при меньших расстояниях производительность очистки падает, так как уменьшается площадь воздействия струи дроби. Дробеструйные аппараты позволяют производить очистку сложных поковок с глубокими полостями типа стаканов и втулок с фланцами.

В зависимости от способа перемещения поковок дробеструйные установки делят на дробеструйные барабаны с горизонтальной и наклонной осью вращения, вращающиеся и проходные столы и камеры периодического и непрерывного действия. Барабаны применяют преимущественно для очистки тонкостенных поковок, вращающиеся столы — для крупных поковок массой до 100 кг, проходные столы — для длинных поковок, камеры периодического действия — для крупногабаритных поковок в мелкосерийном производстве, а камеры непрерывного действия — в массовом производстве.

Широко применяют двухкамерные дробеструйные аппараты нагнетательной системы. Конструкция аппарата обеспечивает возможность одновременной работы двумя соплами. Сопла дробеструйных аппаратов изготовляют из отбеленного и легированного (27^-30% Сг) чугуна или из твердых сплавов. Для очистки мелких и средних поковок применяют чугунную или стальную дробь диаметром 0,5—2,5 мм. При этом для очистки стальных поковок, прошедших нормализацию, примеяют, как правило, дробь диаметром 1,0—2,5 мм, а для очистки поковок после термической обработки — более мелкую дробь — до 1,5 мм; для поковок из цветных металлов размер дроби 0,8-1,2 мм. Средний расход чугунной дроби в зависимости от рода поковок и качества дроби составляет 2,5-^3,5 кг на одну тонну поковок. Шероховатость поверхности после дробеструйной очистки Rz 320-40.

Более прогрессивным методом является механическая очистка поковок от окалины в дробеструйных установках периодического и непрерывного действия. В дробеструйных установках поверхность поковок очищается чугунной или стальной дробью, выбрасываемой из специального аппарата. Качество дробеструйной очистки высокое, при этом поковки не коробятся. Дефекты на их поверхности могут быть легко обнаружены. Только для особо ответственных поковок, поверхность которых не должна иметь даже мелких дефектов, необходимо предусматривать дополнительное кратковременное травление в течение 5—10 мин в 5-^7%-ном растворе серной кислоты. Продолжительность очистки по сравнению с травлением в 3—4 раза меньше, но, что важно, при этом улучшаются санитарно-технические условия труда.

Дробеструйные установки очень хорошо увязываются с механизированным транспортом. На рис. 330 показана дробеструйная установка непрерывного действия для очистки поковок коленчатых валов.

Рис. 330. Дробеструйная установка непрерывного действия для очистки от окалины поковок коленчатых валов:

• 1 — верхняя дробеструйная турбинка; 2 — поковки коленчатых валов;
• 3 — подвеска на четыре поковки; 4 — цепной конвейер для перемещения подвесок с поковками; 5 — звездочки для вращения подвесок с поковками; 6 — нижняя дробеструйная турбинка

Система конвейеров, обслуживающая термические печи, подает коленчатые валы к механизму, который перегружает их на конвейер, обслуживающий дробеметную установку. При продвижении подвесок через камеру очистки они вращаются в струе стальной дроби, направляемой тремя турбинами, смонтированными на стенах камеры. Дробь, направленная каждой турбиной, образует веерообразную струю.

Действием веерообразной струи, распространяемым на большой площади, достигается равномерная очистка поверхности всех поковок. Из камеры валы электротельфером, смонтированным на однорельсовом пути, передаются на конвейер, где они проходят окончательную отделку. При такой очистке расход дроби составляет 40 кг на 1 т поковок.

При дробеметной очистке поток дроби с помощью быстровра- щающихся лопаток крыльчатки дробеметной головки направляется со скоростью 70-5-80 м/с на очищаемую поверхность поковки. По способу перемещения поковок внутри дробеметных установок последние делятся на ленточные барабаны, вращающиеся столы и камеры непрерывного и периодического действия. Этим способом, как и дробеструйным, очищают поковки массой до 50 кг в барабанах, до 100 кг — на столах, поковки любой массы — в камерах. Схема очистки в дробеметном барабане представлена на рис. 331. Поковки находятся на вращающейся бесконечной ленте. При вращении ленты поковки переворачиваются, что создает хорошие условия для очистки их поверхности.

Рис. 331. Схема очистки поковок в дробеметном барабане

Очистку поковок массой 100-И000 кг в условиях единичного и мелкосерийного производства выполняют в дробеметно-дробе- струйных камерах периодического действия. После дробеметной обработки твердость закаленных и отпущенных поковок повышается на 40% на глубине 0,3-Ю,5 мм, в результате чего увеличивается сопротивление материала поковки истиранию и усталости во время эксплуатации (при условии, что детали, обработанные дробью, не подвергаются в дальнейшем термической обработке и обработке резанием). После дробеметной обработки шероховатость поверхности поковок бывает такая же, как и после дробеструйной.

Химическим методом очистки поверхности поковок является травление, которое применяют для поковок, прошедших предварительную и окончательную термообработку перед обработкой резанием или консервацией. Этим способом можно очищать поковки массой до 1000 кг любой конфигурации. При этом выявляются все поверхностные дефекты (трещины, волосовины, зажимы и т.д.). Травление заключается в воздействии кислоты на металл. Для очистки стальных поковок применяют 20%-ный раствор серной кислоты при температуре 60-5-90 °С, реже используют 15%-ный раствор соляной кислоты, а также смесь этих кислот. Серная кислота вступает во взаимодействие со сталью, отслаивая окалину в виде рыхлой пленки, которая растрескивается и осыпается с поковки; соляная кислота растворяет окалину.

Процесс травления стальных поковок включает следующие этапы.

• 1. Заправка ванны: заполнение травильной ванны приблизительно на 70% ее объема; прибавление кислот до требуемой концентрации; перемешивание; подогрев до рекомендуемой температуры; добавление ингибитора (присадки); перемешивание.
• 2. Загрузка ванны поковками в корзинах из кислотоупорной стали.
• 3. Травление, которое начинают при меньшей температуре рекомендуемого интервала, а по мере ослабления концентрации температуру доводят до максимальной. Обычно продолжительность процесса составляет 15-И8 мин в зависимости от концентрации раствора, температуры и толщины слоя окалины.
• 4. Промывка в горячей воде.
• 5. Нейтрализация в щелочной ванне при комнатной температуре.
• 6. Промывка в горячей воде.
• 7. Контроль качества травления на полное удаление окалины.

Хорошо протравленные поковки имеют поверхность одинакового серовато-стального цвета без пятен и остатков окалины.

Травление стальных поковок применяют редко, так как оно является дорогостоящим процессом (при травлении расходуется кислота и стравливается основной металл) и не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям. Более широко травление применяют при очистке поковок из алюминиевых, медных, магниевых и титановых сплавов.

Неудаленная окалина, всякого рода загрязнения, плохая от­делка поверхности деталей резко снижают коррозионную стой­кость металла. Поэтому с поверхности деталей следует пол­ностью удалять даже следы окалины, а также мельчайшие ча­стички железа.

В практике применяют химические, электрохимические и ме­ханические способы удаления окалины.

К химическим и электрохимическим способам относятся травление, пассивирование и электролитическое полирование, а к механическим — галтовка, крацевание, шлифование и поли­рование.

Коррозионная стойкость полированной поверхности значи­тельно выше, чем шлифованной или травленой (непассивированной). Поэтому в процессе отделки деталей из нержавеющих сталей следует добиваться высокой чистоты поверхности и пол­ного сглаживания мельчайших неровностей.

Аустенитные хромоникелевые стали хуже шлифуются и по­лируются, чем хромистые стали. Многие детали, применяемые в машиностроении, подлежат отделке. Поэтому с двухфазных сталей типа 08Х22Н6Т окалину целесообразно удалять механи­ческими способами, так как при химических в результате вы­травливания ферритной фазы поверхность металла становится шероховатой и ее дополнительно требуется шлифовать и поли­ровать.

Травление и пассивирование.

Процесс травления состоит из следующих операций: обработки в щелочном рас­плаве, промывки в холодной проточной воде, травления в рас­творе кислоты, промывки, пассивирования, промывки, протирки и сушки.

При обработке в щелочном расплаве окись хрома взаимо­действует со щелочью:

Сr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂ + Н₂O.

Хромит натрия при окислении селитрой переходит в легко растворимый в воде хромат натрия:

2NaCrO₂ + 3NaNО₃ + 2NaOH → 2Na₂CrO₄ + 3NaNO₃ + H₂O.

Входящие в состав окалины окислы железа и хромит железа окисляются селитрой:

Эти химические реакции вызывают изменение структуры окалины, в результате чего она легко разрушается.

Щелочной расплав состоит из 60—70% едкого натра, 25— 35 % натриевой селитры и 5 % поваренной соли. Металл вы­держивают в расплаве 5—25 мин при 450—500 °С.

Детали перед загрузкой в расплав тщательно просушивают. В процессе обработки металла в расплаве окалины частично отслаивается и оседает в виде шлама на дно ванны. Остав­шуюся окалину после промывки удаляют травлением в рас­творе, содержащем 10—18% серной кислоты (плотность 1,84) с добавкой 3—8 % поваренной соли, или в растворе, содержа­щем 20% серной кислоты, 1,5% азотнокислого натрия и 2,5% поваренной соли. Продолжительность травления 3—5 мин, тем­пература раствора 70—80 °С. При травлении хромистых не­ржавеющих сталей типа 1X13, Х17, Х25 и Х27 температура рас­твора должна быть 50—60 °С.

Травильный раствор корректируют, добавляя серную кис­лоту при уменьшении ее концентрации 2 . В качестве анодов применяют крем­нистый чугун, катодами служит нержавеющая сталь.

Детали с резьбой, а также детали, которые «после термиче­ской обработки нельзя механически зачищать и шлифовать, травят на аноде в растворе следующего состава: 100 мл серной кислота (плотность 1,84), 800 мл фосфорной кислоты (плот­ность 1,54), 100 г хромового ангидрида, 100 мл воды. Темпера­тура раствора 70—75 °С, плотность тока на аноде 70—75 А/дм 2 , продолжительность травления 5—10 мин (катодами служат свинцовые пластины).

Окислы, образующиеся на поверхности стали в процессе сварки, и травильный шлам можно удалять в 15—20%-ном растворе перекиси водорода. Продолжительность процесса 5—10 мин, температура раствора комнатная. Помимо травиль­ных качеств, раствор перекиси водорода обладает хорошими пассивирующими свойствами. Перекись водорода при взаимо­действии с окислами металлов быстро разлагается, в связи с чем значительно повышается ее расход, и травление в ука­занном растворе требует больших затрат.

Для удаления ржавых пятен, образующихся на изделиях в процессе хранения, можно применять 10%-ный раствор ли­моннокислого натрия.

Осветление стали Х18Н10Т с целью очистки поверхно­сти от цветов побежалости, окислов и неудаленного травиль­ного шлама можно осуществлять в 30%-ной перекиси водорода при температуре 55—65 °С или в смеси, состоящей из 25 мл/л 30%-ной перекиси водорода и 75 мл/л азотной кислоты (плот­ность 1,32) при температуре 20—60 °С. Скорость удаления тра­вильного шлама резко возрастает при повышении температуры растворов.

Осветление стали 10Х17Н13М2Т с целью удаления окислов после сварки металла рекомендуют выполнять пастой следующего состава: 200 г/л H2SO4, 20 % NaCl и 400 г/л асбе­ста, а пассивацию сплава 06ХН28МДТ после шлифования металла — в 19%-ной серной кислоте, содержащей 0,1 % пе­рекиси водорода.

Анодное травление мелких деталей и образцов из аустенитных сталей типа Х18Н10Т проводят в хромовом электролите, содержащем 200—250 г/л хромового ангидрида и 2—2,5 г/л серной кислоты, при температуре 50—55 °С и анодной плотно­сти тока 540—50 А/дм 2 . Продолжительность травления 3— 10 мин. Катодами при этом служат свинцовые пластины. После травления следует промывка в воде. При наличии на поверх­ности нержавеющей стали травильного шлама применяют декапировку в 5—15%-ном растворе соляной кислоты с по­следующей промывкой, нейтрализацией остатков кислоты и сушкой.

Анодное травление можно также осуществлять в 10%-ном водном растворе серной кислоты при плотности тока 10— 20 А/дм 2 в течение 2—10 мин. Температура комнатная. В каче­стве катодов применяют свинцовые пластины или пластины из нержавеющей стали.

Химическое травление.

Удалять окалину после тер­мической обработки с нержавеющих хромоникелевых сталей можно химическим травлением в водном растворе 4%-ной азотной кислоты (плотность 1,35), 36 %-ной соляной кислоты (плотность 1,19). Температура раствора 35—50 °С, продолжи­тельность травления 3—6 мин.

Травление пастами.

Данный вид очистки применяют для листового проката из двухслойной стали, например нержа­веющей стали Х18Н10Т и Ст3.

Травильную пасту приготовляют из 200—250 г/л H2SO4, 150—175 г/л NaCl и 15—20 г/л NaNО₃. В раствор вводят из­мельченную огнеупорную глину до получения сметанообразной консистенции.

Пасту наносят кистью на поверхность коррозионностойких листов, затем их укладывают горизонтально и выдерживают в течение суток. После чего пасту смывают водой и биметалл травят по режиму для углеродистой стали в течение 10—15 мин, промывают, пассивируют и сушат.

Для слабого травления (удаления оксидов) рекомендуют насыщенные водные растворы сульфата меди, сильно подкис­ленные соляной кислотой. Для травления применяют также цар­скую водку (смесь концентрированных кислот): 3 ч. НС1 + 1 ч. HNО₃.

Одновременное травление и окрашивание в темный цвет по­верхности нержавеющих сталей достигается в растворе, содер­жащем 250 см 3 концентрированной НС1 и 750 мл воды, в кото­рый добавляют 50 г нитрата висмута и 50 г теллуристой кис­лоты. Для этих же целей (травление и окраска) можно использовать смесь, состоящую из концентрированного раствора 800 мл FeCl₃ и концентрированной НС1 (20 мл).

Химическое клеймение деталей из стали типа Х18Н10Т про­водят в растворе следующего состава:

Клеймо наносят резиновым штампом, смачивая его о поду­шечку из листового асбеста или пористой резины. Раствор сле­дует хранить в стеклянной банке с притертой пробкой.

Электролитическое полирование.

Сущность этого способа заключается в анодной обработке поверхности металла в специальных электролитах.

Азотная кислота (плотность 1,4), — 40мл

Соляная кислота (плотность 1,19), — 40мл

Селен (металлический), 4г

Оксид меди, — 4г

Вода, — 100 мл

Поверхность металла сглаживается в результате растворения выступающих участков. При электролитическом полировании удаляются лишь мелкие шероховатости (второго порядка). Поэтому изделия после гру­бой обработки резцом ми изделия, имеющие глубокие впадины на поверхности (шероховатости первого порядка), перед элек­трополированием должны предварительно подвергаться меха­нической обработке и иметь поверхность, соответствующую 7—8-му классу чистоты обработки.

Электролитическое полирование может быть осуществлено в растворе, содержащем 45 % фосфорной кислоты, 40 % серной кислоты, 5 % хромового ангидрида и 10 % воды. Температура раствора 50—70 °С, плотность тока 30—60 А/дм 2 , продолжи­тельность полирования 10—15 мин. В качестве катодного ма­териала применяют свинец, а также в растворе: 20 % серной кислоты, 55 % лимонной кислоты, 25 % воды, температура рас­твора 80—85 °С, плотность тока 10—25 А/дм 2 , продолжитель­ность полирования 5—10 мин (катодом служат медные пла­стинки) .

Химическое полирование.

Для химического полиро­вания аустенитных сталей может быть применен раствор сле­дующего состава: 4 объема соляной кислоты, 1 объем азотной кислоты, 0,5 объема серной кислоты, 5 г/л уксусной кислоты, температура раствора 80—150 °С.

Для химического полирования хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей, а также углеродистых сталей гото­вят раствор фосфорной кислоты, который медленно нагревают до 250 °С, при этом фосфорная кислота частично переходит в пирофосфорную. Реакция продолжается 1,5 ч (ее окончание определяют по прекращению выделения газа). Затем кислоту быстро охлаждают и добавляют около 10% серной кислоты. Чем больше содержание углерода в стали, тем меньше добав­ляют кислоты. Полирование проводят при 200 °С в течение 1 —10 мин. После пассивирования, электролитического или хи­мического полирования необходима нейтрализация остатков кислоты на деталях, которую осуществляют в 1—3%-ном рас­творе кальцинированной соды с последующей промывкой и сушкой.

Дли химического полирования пружин из стали 12Х18Н10Т рекомендуют раствор следующего состава:

Температура раствора 65—70 °С, выдержка 5—30 мин. После электролитического (или химического) полирования получают поверхность с высокой отражательной способностью,

Азотная кислота (плотность 1,4), мл 40

Соляная ( плотность 1,19), мл 70

Серная ( плотность 1,84), мл 230

Клей столярный, г/л 10

Хлористый натрий, г/л 5—6

Краситель кислотный черный, г/л 5—6

которая не загрязняется остатками полировальных веществ. Такому полированию подвергают, предварительно хорошо от­шлифованную поверхность. Вместе с тем электролитическое (и химическое) полирование имеет существенный недостаток: детали, подвергнутые сильной деформации, приобретают шеро­ховатую поверхность, а сварные швы, невидимые при механи­ческом полировании, резко выявляются.

Крацевание.

Крацевание применяют для удаления раз­рыхленного слоя окалины и шлама с поверхности изделий сложной конфигурации.

Операцию крацевания выполняют на крацевальных станках круглыми щетками из тонкой упругой нержавеющей стальной проволоки диаметром 0,1—0,4 мм. Частота вращения щеток 750—1000 мин- 1 .

Поверхность изделий во время крацевания смачивают 3— 5%-ным раствором кальцинированной соды или полировочной известью.

Галтовка.

Эту операцию осуществляют перед шлифова­нием для удаления с поверхности металла различных загряз­нений, травильного шлама, грубых неровностей и заусенцев.

Детали обкатываются совместно с абразивными полирую­щими материалами во вращающихся барабанах или колоколах с частотой вращения 30—60 мин -1 .

Различают галтовку мокрую и сухую. В первом случае де­тали обрабатывают с абразивными материалами, к которым до­бавляют 2—3%-ный раствор соды, во втором —с сухими аб­разивными материалами.

Не допускается обработка деталей, выполненных из коррозионностойких сталей, шариками из обычной стали.

Гидроочистка.

К гидроочистке относятся гидрошлифова­ние и гидрополирование.

На большинстве установок гидроочистки все операций, за исключением загрузки и выгрузки деталей, механизированы.

Детали шлифуются и полируются в перфорированных бара­банах, при этом устраняется ручная отделка на войлочных кру­гах. Чистота поверхности повышается до 8—9-го класса.

Жидкостному шлифованию и полированию подвергают мелкие детали (массой до 500 г) после штамловки, литья, ме­ханической обработки с чистотой поверхности не ниже 4—6-го классов.

Сущность процесса гидроочистки заключается в обработке деталей вместе со шлифующими материалами, помещенными в шестигранный барабан. Последний погружают в ванну с ра­бочей жидкостью, где он вращается со скоростью 25—30 об/мин. При отделке хромистых сталей частота вращения барабана может быть увеличена до 50 мин -1 .

При вращении барабана детали и шлифующий материал перемешиваются и взаимно притираются. Барабан с отвер­стиями диаметром 3—5 мм выполнен из винипласта, ванна из стали Ст3 внутри облицована винипластом.

Все металлические детали крепления, привод форсунки, баки, мешалки, змеевики и сопла (при струйной подаче жидко­сти) должны быть выполнены из коррозионностойкой стали, пластмассы или стекла.

Установка должна быть предназначена специально для от­делки коррозионностойких сталей. Не допускается одновремен­ная загрузка деталей из обычных сталей.

В качестве рабочей жидкости применяют кипяченую воду, добавляя 0,1—0,2 % нейтрального мыла и 0,1—0,2 % кальцини­рованной соды. Температура раствора 25—45 °С.

При шлифовании в качестве абразивного материала исполь­зуют бой электрокорундовых кругов зернистостью 150—180. Барабан загружают из расчета 2 ч. (по массе) абразивного материала и 1 ч. (по массе) деталей.

При полировании применяют фарфоровый бой, иногда до­бавляют шарики из коррозионностойкой стали (Х17Н2 или Х18). Соотношение полирующих материалов и деталей в бара­бане примерно то же, что и при шлифовании.

В процессе жидкостного шлифования и полирования не до­пускается загрязнение раствора металлической пылью, ржав­чиной, а также применение в качестве абразивного материала наждака и других веществ, содержащих окислы железа.

Данный процесс обработки широко применяют на машино­строительных заводах легкой и пищевой промышленности при обработке точеных, литых и штампованных деталей различной конфигурации, изготовленных не только из коррозионностойких, но и из углеродистых сталей, а также меди, титана и их сплавов.

Шлифование и полирование.

Шлифование осуще­ствляют для предварительной подготовки поверхности металла перед полированием.

При шлифовании острорежущие грани зерен абразива сгла­живают крупные неровности на поверхности деталей, однако при этом остаются риски. Шлифование выполняют на станках с вращающимися кругами (главным образом фетровыми), на поверхность которых наклеивают абразивный материал.

Детали из коррозионностойких сталей перед шлифованием и механическим полированием следует декапировать в 5— 8%-ном растворе азотной кислоты для удаления всех следов, оставленных инструментом.

При шлифовании и полировании необходимо учитывать со­став стали, ее структуру и физико-химические свойства.

Аустенитные стали следует шлифовать с давлением образца на круг 3,0—7,5 МН/м 2 (30—75 кгс/см 2 ), дальнейшее увеличе­ние давления уменьшает чистоту поверхности металла. При шлифовании хромистых (мартенситных) сталей давление об­разца на круг не сказывается на чистоте поверхности и практи­чески может повышаться до 25 МН/м 2 (250 кгс/см 2 ). Шлифо­вание коррозионностойких сталей следует вести кругами с аб­разивным порошком, предварительно просаленным жировыми веществами.

Из абразивных материалов при шлифовании и полировании коррозионностойких сталей наиболее широко используют ко­рунд, содержащий 99 % А1₂О₃. Для получении поверхности вы­сокого качества шлифование и полирование следует вести с большим числом переходов и последовательным применением абразивов соответствующих номеров.

Горячекатаный металл шлифуют кругами с тремя перехо­дами абразива № 60—80, 100—120, 150—200. Полируя холодно­катаный лист, обработку ведут с двумя переходами (№ 250 и 300).

При шлифовании камнями нужно чаще править круги (так как они быстро засаливаются) и применять интенсивное ох­лаждение. При чистовом полировании коррозионностойких ста­лей для получения зеркальной поверхности применяют войлоч­ные круги, а также круги, сшитые из дисков эластичной кожи и ткани.

Полирование устраняет неровности, которые остаются после шлифования, и поверхность металла приобретает зеркальный блеск.

Его осуществляют на том же оборудовании, что и шлифо­вание. При полировании коррозионностойких сталей применяют из­вестковые, алюминиевые и хромовые пасты. Наилучшими из хро­мовых паст являются пасты, состоящие из окиси хрома, так на­зываемые пасты ГОИ (различают грубые, средние и тонкие).

При шлифовании и полировании коррозионностойких сталей такие материалы, как наждак, содержащий до 35 % окиси же­леза, карборунд с небольшим количеством графита, крокус и железный сурик, применять нельзя. Окислы железа в пастах вызывают появление ржавчины, а графит науглероживает по­верхность деталей, что может сделать металл склонным к межкристаллитной коррозии. По этим же причинам не следует при­менять наждачную и особенно крокусную пасту.

Пассивность, а следовательно, и коррозионная стойкость кор­розионностойких сталей связаны не только с состоянием поверх­ности металла, но и со структурой. Поэтому для снятия наклепа и напряжений металл следует подвергать закалке. После термической обработки ока­лина должна быть полностью удалена. Однако в процессе межоперационного хранения на поверхности коррозионностой­ких сталей иногда образуются ржавые участки, которые необхо­димо удалить промывкой в 10%-ном растворе лимоннокислого натрия. Для очистки не следует применять металлические щетки из обычной углеродистой проволоки. Необходимо помнить, что любые частицы железа, остатки окалины, окислы после сварки могут вызвать образование ржавчины.

Обезжиривание и пассивирование.

После окон­чательной механической обработки с целью повышения корро­зионной стойкости деталей следует производить обезжиривание и пассивирование их с тщательной промывкой в горячей воде.

Обезжиривание (удаление жировых загрязнений) осуществ­ляют в одном из следующих растворов, г/л:

1. Na₂CО₃ или K₂CО₃ — 30—50

NaOH или КОН — 10—20

Жидкое стекло или мыло — 2—3

2. К₂СО₃ или Na₂CО₃ — 15—25

Na₃PО₄ — 15—25

NaOH — 5—10

Жидкое стекло или мыло — 2—3

Температура растворов 80—90 °С и выше.

Пассивирование — создание тонкой пленки окислов на по­верхности металла — происходит в результате его обработки в 5 %-ной азотной кислоте при температуре раствора 50—60 °С в течение 3—5 мин.

Покрытия.

На детали из нержавеющих сталей типа Х18Н10Т можно наносить металлические покрытия.

Омеднение выполняют в электролите следующего состава, г/л: 200 сернокислой меди; 50 серной кислоты; 5—7 фтористого натрия; плотность тока при этом составляет 3—5 А/дм 2 .

Никелирование осуществляют в обычных электролитах. Однако перед нанесением никеля требуется предварительная электрохимическая обработка поверхности нержавеющей стали в растворе хлористого никеля 250 г/л и соляной кислоты 8 % (объемн.), температура раствора 18—23 °С, плотность тока 3,2 А/дм 2 , аноды представляют никелевые пластины.

Источник:
Туфанов Д.Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов.М.: Металлургия, 1990.

На поверхности изделий, получаемых путем горячей прокатки, присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса. Окалина значительно сокращает коррозионную стойкость материала и усложняет последующую обработку, поэтому необходимо полное ее удаление.

Процесс образования

Рассматриваемое покрытие представлено продуктом окисления металла. Его формирование связано с высокими температурами и происходит при обработке металла температурой либо давлением. Прокат в любом случае покрыт окисным слоем. Он образуется на открытом воздухе в сухих условиях в виде пленок. Изначально они невидимы даже под микроскопом. Под термическим воздействием толщина окисного слоя возрастает до видимых размеров. Железной окалиной называют толстое покрытие, формирующееся при термическом воздействии в условиях открытого воздуха.

Состав формирующих его окисных соединений и структура определяется многими факторами: маркой стали, температурой, условиями среды, режимом термообработки, наличием и количеством окислителей.

Они представлены гематитом, магнетитом, вюститом. Первые два оксида железа характеризуются большой плотностью и соединены промежуточной структурой. Вюстит наоборот представлен пористым соединением. От названных выше оксидов он отличается большей диффузинной проницаемостью. Вюстит имеет с ними непрочную связь.

Структура железной оксидной пленки определяется окружающими условиями и температурой. Так, в кислородосодержащей среде при нагреве более 570 °C и быстром охлаждении формируется трехслойное покрытие. Внешний слой представлен гематитом, следующий – магнетитом и внутренний – вюститом. Как было отмечено, первые два имеют кристаллическую структуру и прочно взаимосвязаны. Внутренний слой пористой структуры непрочно контактирует с ними. Это обуславливает малое электросопротивление железной оксидной пленки и легкое ее отслаивание.

Для образования трехслойной окалины на металле необходимо соблюдение трех названных условий: высокой концентрации кислорода, температуры в 570 °C, быстрого ее снижения. Иначе формируется двух- или однослойная железная окалина.

Так, при меньшем нагреве слой вюстита получается тонким. В случае формирования железной окалины при высокой концентрации пара либо окислов углерода при малом количестве кислорода и температурах более 1000 °C гематит восстанавливается, вследствие чего отсутствует в составе. Таким образом, соотношение слоев напрямую определяется температурой. Так, при 700 °C толщина вюстита составляет 100 мкм, в то время как для магнетита и гематита – 10 и 1 мкм соответственно. Другими словами, состав железной окалины в значительной степени зависит от температуры. Так, при 700-900 °C она представлена почти на 90% вюститом, примерно на 10% магнетитом и менее чем на 1% гематитом. При большем нагреве и избытке кислорода происходит замещение вюстита гематитом.

В любом случае формирование слоев железной окалины происходит последовательно в соответствии с их расположением. При охлаждении вюстит утрачивает устойчивость и распадается до железа и гематита. Ввиду этого пленка обретает гематит-магнетитовый состав. При восстановлении гематит и магнетит переходят в железо и воду. Следовательно, в результате получается прокатная окалина, состоящая из железа.

Выше приведены основные закономерности и факторы возникновения железной окалины. В промышленных условиях процесс ее образования весьма сложен и может происходить неоднократно.

Методы удаления

Удаление окалины осуществляют тремя способами. Механический метод включает следующие варианты: пропускание материала через ряд роликов, обработку дробью и прочими абразивными материалами. Первая технология основана на деформации металла скручиванием, изгибом, растяжением. Такой способ позволяет убрать большую часть окалины. Его считают черновой обработкой, и после очищают материал дополнительно. Во втором случае осуществляют механическое воздействие на железную окалину металлической дробью, песком и прочими абразивными материалами. Наконец, существуют механизированные технологии, связанные с применением микрорезцовых инструментов, проволочных щеток, наждачных лент и т. д.

Химические методы подразумевают обработку деталей в кислотах, солях, щелочах, называемую травлением. При этом большое значение имеет растворимость составляющих железную окалину соединений в кислотах. Так, вюстит легко подвержен ему, в отличие от магнетита. Гематит считают нерастворимым. Травление дифференцируют на химическое и электрохимическое. Далее рассмотрены некоторые варианты.

Травление серной кислотой связано с образованием водорода и проникновением его в металл, что ведет к водородной хрупкости, снижающей механические параметры и затрудняющей последующую обработку материала. Поэтому с целью сокращения наводораживания приходится долго выдерживать металл по завершении травления либо нагревать при сушке. К тому же во избежание разрушения металла кислотой после растворения железной окалины используют ингибиторы. Нужно отметить, что в нагретом растворе сталь разрушается быстрее.

Травление соляной кислотой идет по тем же закономерностям. Однако, в отличие от серной, для этого не требуется нагрев. Напротив, при температуре более 40°C выделяются хлороводородные соединения. В процессе травления формируются хлористые соли железа. В целом обработка соляной кислотой, в сравнении с серной, обеспечивает лучшую очистку при меньшем наводораживании стали.

Электрохимический способ существенно повышает скорость очистки металла от окалины и сокращает водородную хрупкость, а также расход раствора. Его дифференцируют на анодный, катодный и смешанный варианты.

Выбор способа очистки определяется многими факторами, среди которых состав изделия, целевые параметры, последующая обработка и т. д.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.