1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN材料高溫熱處理氧化皮去除工藝分析

熱處理試片(表面有氧化物)

1Cr11NiMoV平板試片(試片厚度2mm)按如下工步熱處理;汽油清洗→空氣爐內(nèi)淬火( 1050C保溫10min)→空氣爐內(nèi)回火(650C保溫60min)不進行熱處理的試片(表面無氧化皮一-空白試片)

氧化物的主要特征

1Cr11NiMoV和1Cr12Ni3MoVN都屬馬氏體不銹鋼,在空氣爐內(nèi)經(jīng)過淬、回火后v表面生成一層氧化皮。其特點是氧化皮比較厚,分布在零件各處的厚薄和致密程度差異大。氧化皮的主要成分是:CrO3,NiO、FeO)等,還有少量的碳化物和氮化物，如;Cr.C、Ni,C、Fe,C,NigN.CrgN等。在酸液內(nèi)酸洗時,生成的腐蝕產(chǎn)物發(fā)粘,大部分粘附在零件表面,用化學(xué)方法難以去除,必須要用毛刷或布塊刷洗才能清理干凈。

酸洗去除氧化皮原理

馬氏體不銹鋼的熱處理氧化皮成分復(fù)雜,所以用單一的酸一般難以除凈零件上的氧化皮v通常都采用混合酸來去除,主要通過如下反應(yīng)來去除氧化皮:

經(jīng)常出現(xiàn)的腐蝕缺陷

斑塊:采用HNO,+HF酸洗溶液來清除馬氏體不銹鋼的氧化皮時,會經(jīng)常出現(xiàn)斑塊狀腐蝕缺陷,即零件經(jīng)過酸洗后,表面氧化皮雖已除凈,而基體上卻出現(xiàn)大小、深淺不一的斑塊,凹凸不平。

麻坑:酸洗后基體表面出現(xiàn)腐蝕麻坑,有的麻坑深度很深,致使零件報廢。

零件壁厚減薄嚴重;有相當一部分零件為大型薄壁件,有的壁厚僅0.7mm,酸洗后零件壁摩減薄較多,嚴重影響零件的強度。

斑塊形成原因

由于分布在零件上的氧化皮厚薄不一致,致密程度也不--樣,酸洗時,薄而疏松的氧化物很快被除凈,于是,這個地方的基體受到了酸液的浸蝕;又因為HNO,+-HF溶液對基體腐蝕速度較大;所以,待其它地方既厚又致密的氧化皮被除凈時,受到酸液侵蝕的基體壁厚將會減薄較多,與其它表面形成了凹凸不平的斑塊,斑塊的大小和深淺程度與原有氧化皮的厚薄,致密程度﹑酸液對基體的腐蝕速度有關(guān)。

腐蝕麻坑的形成原因

馬氏體不銹鋼的氧化皮與酸發(fā)生反應(yīng)后生成腐蝕產(chǎn)物粘度大,大部分都粘附在零件表面,于是,腐蝕產(chǎn)物與基體之間形成縫隙,縫隙內(nèi)相對缺氧,使反應(yīng)O＋2H,O)＋4c = 46H"進行緩慢,造成該處基體的負電荷數(shù)比相鄰其他多氧區(qū)的負電荷數(shù)多,由此產(chǎn)生了電位差并形成腐蝕電偶,電位負的區(qū)域作為陽極被溶解,待腐蝕產(chǎn)物被清除后,被它覆蓋的基體上就會出現(xiàn)麻坑,我們通常稱之氧濃差電池腐蝕。麻坑深淺程度跟基體和腐蝕產(chǎn)物之間的縫隙大小以及腐蝕產(chǎn)物是否及時清理有關(guān)。

零件壁厚減薄原因

由于HF+HNO,酸液對基體的腐蝕速度較大,當酸洗時間較長時,就會使零件壁厚減薄較多。

酸洗工藝

通過上述分析,可以認為:斑塊形成是因為零件上氧化皮疏密程度懸殊;麻點﹑麻坑現(xiàn)象是因為酸洗過程中腐蝕產(chǎn)物沒有及時清理,它與基體形成腐蝕電偶v造成電位腐蝕,基體作為陽極被溶解﹔基體減薄太多是因為酸液對基體腐蝕速度太快造成。針對上述故障形成的原因,我們認為如果在酸洗工藝中,采取某種辦法能杜絕故障形成的條件,就可以獲取穩(wěn)定的酸洗質(zhì)量。為此,我們采用了如下三條措施:(1)酸洗前,增加松皮工步,把致密的氧化皮變得疏松﹒使零件上致密的氧化皮變得易于去除,這樣,零件上各處的氧化皮去除速度可趨于均勻,從而,避免了斑塊的形成。(2)在酸洗過程中,及時清理零件上的腐蝕產(chǎn)物,阻斷腐蝕電偶的形成,也即阻斷了麻坑、麻點的發(fā)生。(3)增加預(yù)酸洗工步,預(yù)酸洗采用的酸液可以去除大部分氧化皮,而對基體侵蝕不大,這樣,不但大大縮短了最終酸洗的時間,而且還保證基體不會遭受過多的侵蝕,零件璧障尺寸就不會減小太多。

具體工藝選用試驗如下:

酸洗工藝流程的選用

無松皮工步的工藝流程:除油→洗滌→酸洗→洗滌→吹干。

有松皮工步的工藝流程:除油→松皮→洗滌→酸洗→洗滌→吹干。

酸洗結(jié)果比較(見表1)。

表明結(jié)果:經(jīng)過松皮工步,使原有比較致密的氧化皮變得疏松,不但使酸洗時間縮短,更重要的是使零件上各處氧化皮去除速度趨近于均等,從而改善以往由于零件各處氧化皮去除速度不-一致造成部分基體過早被酸液侵蝕的危害。松皮的作用機理簡單地說,當帶有氧化皮的零件浸入--定溫度的帶有氧化劑的堿性溶液中浸泡時(如NaOH +KMnO或NaOH+NaNO3),零件上的氧化物會與溶液中的氧化劑發(fā)生反應(yīng),生成新的氧化物。在這個過程中,使原有氧化物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變.氧化物發(fā)生松動,從而降低原有氧化物與基體的結(jié)合強度v有利于酸洗去除。

酸洗

經(jīng)過松皮工步的試片分別在下述4種酸液中酸洗:

1#酸液:HF(40%)   15og/L

為了證實HF和 HNO,對基體的腐蝕程度,我們把空白試片分別浸入只含HF的溶液中和只含HNO:的溶液中,30min后,發(fā)現(xiàn)試片并未受到較大的腐蝕。但當兩種酸液混合后,試片的腐蝕速度立即加快,由此說明,馬氏體不銹鋼在HF和HNO,的混合溶液中會受到較大的腐蝕。

基體腐蝕速度試驗

根據(jù)上述試驗v我們刪除了不太理想的1#酸液和3#酸液,把空白試片分別放入2#、4#酸液中浸泡30min ,檢測試片減薄情況(平均值),結(jié)果如表3所示。

最佳工藝方法

上述試驗可以得到如下5點結(jié)論:

(1)經(jīng)過松皮工步,可以大大縮短酸洗時間。(2) HCl和若丁溶液對基體損害不大,但是只能去除疏松的氧化物,對較致密的氧化物難以*除凈。

(3)在HF+HNO。的溶液中可以除凈氧化物,但零件在酸液中浸泡時間過長往往會在基體上出現(xiàn)斑塊和麻坑等腐蝕缺陷,而且酸液對基體的腐蝕速度也較大,造成零件璧厚減薄太多。

(4)酸洗過程中只要及時清除腐蝕產(chǎn)物就可以避免基體產(chǎn)生麻坑。

(5)綜合整個實驗數(shù)據(jù),可以看出:采用聯(lián)合酸洗的方法來去除氧化皮,將會取得良好的成效。工藝流程如下:

除油→松皮→洗滌→在HCI加若丁溶液中酸洗(20~30)min→洗滌→在HF+HNO;溶液中酸洗(1～3)min→洗滌→吹干。若氧化皮沒除凈,零件表面狀態(tài)正常,可以重復(fù)上述工步。

近一年的生產(chǎn)現(xiàn)場實踐證明:采用這種酸洗工藝,零件上氧化皮可以全部除凈,且基體厚度減薄不多,零件表面狀態(tài)也較好,從而大幅度提高了酸洗質(zhì)量。有時,零件上會存在十分頑固的氧化皮,繼續(xù)酸洗可能給零件帶來損害,此時可以用機械方法去除殘存的氧化皮,通常是用200目氧化鋁砂粒濕吹砂方法去除。