Embedded Files
https://markmet.ru/tehnologiya_metallov/metody-udaleniya-okaliny-s-poverkhnosti-metalla#:~:text=Окалина%20может%20удаляться%20с%20поверхности,продолжительность%20травления%2015—90%20мин.
Методы удаления окалины с поверхности металла
Окалина может удаляться с поверхности стали и без предварительного разрыхления в щелочном расплаве. Для этого применяют растворы следующего состава: 200—250 г/л азотной кислоты, 15—25 г/л фтористого натрия и 15—25 г/л хлористого натрия. Температура раствора комнатная, продолжительность травления 15—90 мин.
Можно применять раствор с меньшей концентрацией компонентов: 100 г/л азотной кислоты и 4 г/л фтористого натрия при температуре раствора 50—60 °С. Для предварительного разрыхления толстой окалины можно использовать раствор (частей по объему):
Серная кислота (плотность 1,84) . . 6—8
Соляная кислота (плотность 1,19) . . 2—4
Вода ...............100
Для получения блестящей, глянцевой поверхности металла применяют травильную смесь кислот, % (объемн.):
Соляная кислота .....20
Фосфорная кислота . 5
Азотная кислота .....5
Вода ........70
Гидриднонатриевый метод травления применяют для удаления окалины с поверхности деталей из нержавеющих сталей различных марок, сплавов на основе титана, никеля и других металлов, не растворяющихся в щелочах.
Детали обрабатывают в расплавленной щелочи с добавкой 2% гидрида натрия (NaH), который образуется в травильной ванне при взаимодействии металлического натрия с водородом.
Окислы железа полностью восстанавливаются по реакции
4NaH + Fe3O4 = 3Fe + 4NaOH.
Окислы хрома восстанавливаются частично:
NaH + Cr2O3 → 2CrO + NaOH.
Металл, загруженный в расплав, должен быть совершенно сухим, поэтому детали предварительно прогревают в печах при 300 °С. Продолжительность выдержки в расплаве (в зависимости от состояния окалины) составляет 5—20 мин, температура расплава 350—380 °С.
Восстановленная окалина, имеющая вид рыхлой губчатой массы, остается на поверхности деталей; ее удаляют с их поверхности струйной промывкой холодной водой.
Для получения блестящей поверхности стальные детали после гидриднонатриевой обработки дополнительно травят 2—5 мин в 5—10 7о-ном растворе серной кислоты; детали из нержавеющей стали после травления дополнительно пассивируют в течение 1 мин в 5—10%-ном растворе азотной кислоты при 60—70 °С; детали из сплавов титана подвергают травлению в смеси азотной и плавиковой кислот; детали из сплава типа нимоник травят в смеси азотной кислоты и хлорного железа.
В лабораторных условиях без предварительного разрыхления окалины для травления образцов из нержавеющей стали можно применять растворы следующего состава: 5 мл азотной кислоты (плотность 1,4), 45 мл соляной кислоты (плотность 1,19) и 50 мл воды. Температура раствора 60—70 °С, продолжительность травления 5—10 мин. В процессе удаления окалины образцы металла несколько раз вынимают из травильного раствора, промывают водой и зачищают металлическими щетками (сделанными из нержавеющей проволоки).
Удалять окалину с поверхности нержавеющих сталей можно так называемым щелочным раствором перманганата.
В качестве раствора используют 50—100 г/едкого натра, 50—100 г/л перманганата калия. Температура раствора 80— 100 °С. Продолжительность 1—30 мин в зависимости от толщины окалины. При составлении раствора сначала растворяют в воде щелочь, затем вводят необходимое количество перманганата. После обработки металла в указанном растворе следует промывка в воде и дополнительное травление в кислотных растворах. Считают более эффективной такую последовательность операции: травление в кислотах, обработка в щелочном растворе перманганата калия и повторное травление в кислотах.
Удаление окалины с металла объясняется объемными изменениями, происходящими при переходе низших окислов металла в высшие. Так, например, на нержавеющих хромистых сталях окалина состоит из окислов трехвалентного хрома, которые под действием перманганата окисляются до шестивалентного. Окисел шестивалентного хрома легко растворяется в щелочном растворе.
Поскольку перманганат калия является дорогим химикатом, процесс удаления окалины в этом растворе в производственных условиях будет также неэкономичным.
Его можно применять для удаления окалины в лабораторной практике.
Электролитическое травление нержавеющих сталей можно также проводить в 5—10%-ном растворе азотной кислоты при комнатной температуре, продолжительность 10 мин. Катодная плотность тока 3—4 А/дм2. 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/дм2, 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/дм2. 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/дм2 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 см3 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/дм2, 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/дм2, 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/м2 (30—75 кгс/см2), 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/м2 (250 кгс/см2). 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/дм2.
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/дм2, аноды представляют никелевые пластины.
Report abuse