금형 및 다이강의 틈새 부식

폐쇄된 표면은 다른 환경입니다

틈새 부식은 젖은 금속 표면이 다른 표면과 근접해 있을 때 발생합니다. 실제 틈새에서 평균 간격, 즉 출처에서 '갭'이라고 부르는 값은 일반적으로 0.1~100마이크로미터 정도이며, 갭은 길이 방향으로 균일하지 않습니다. 이는 두 표면의 돌기가 만나는 지점에 의해 결정되므로, 국부적 간격은 틈새를 따라 변하며 밀착 접촉 부위를 포함할 수 있습니다. 이것이 실험실에서 준비한 틈새가 실제의 이상화된 형태인 이유이며, 시험편의 공칭 갭이 평균값에 불과한 이유입니다.

좁은 형상의 결과는 이동 문제입니다. 갭 내부의 용액은 벌크 유체와 자유롭게 교환될 수 없으므로, 부식을 구성하는 반응들이 벌크와 균형을 유지할 수 없습니다. 양극 및 음극 반응이 분리되고, 용존 종이 농축되며, 국부 pH가 변하고, 이러한 변화는 혼합되어 사라지지 않고 유지됩니다. 그 결과가 출처가 예시에서 설명하는 특징적인 외관입니다. 틈새 형성재 아래에서 공격이 가속되고, 바로 바깥의 완전히 노출된 표면은 거의 아무것도 보이지 않는데, 이는 그 노출된 표면이 용해되는 대신 음극으로 작용하기 때문입니다. 갭 내부의 공격은 일반적으로 균일 부식 또는 점식으로 나타나며, 일부 경우에는 더 넓은 전면으로 합쳐지는 준안정 점식으로 시작된다고 여겨집니다.

속도는 일정하지 않습니다. 틈새 부식은 일반적으로 높은 속도로 시작한 후, 폐쇄된 환경이 외부 표면의 조건에 대해 정상 상태에 도달하면서 느려집니다. 그러나 멈추지는 않습니다. 출처는 정상 상태 범위를 연간 25~250마이크로미터, 즉 연간 1~10밀(mil)로 제시하며, 이는 충분한 시간과 충분한 정지 및 재가동이 주어지면 냉각 채널 벽을 관통할 수 있는 속도입니다.

공격의 심각도를 결정하는 변수들이 모두 기하학적인 것은 아닙니다. 아래 표는 출처가 식별한 변수들을 각 효과의 방향과 함께 정리한 것입니다. 그중 여러 가지는 강재를 건드리지 않고도 기존 금형에서 변경할 수 있기 때문입니다.

출처가 틈새 부식을 제어하는 것으로 식별한 변수들과 각 효과의 방향. 기사의 임계 요인 및 환경 섹션에서 편집함.

금형에서 틈새가 있는 위치

거의 모든 설계된 조립체에는 두 재료가 설계상 근접하게 유지되는 곳이 있으며, 금형에는 대부분보다 더 많습니다. 냉각 회로는 플러그, 연결 및 밀봉이 필요한 일련의 보어로 이루어지며, 그 모든 접합부가 후보입니다. 아래 표는 금형 하드웨어에서 중요한 구성, 각 구성이 전해질을 보유하는 이유, 그리고 대책을 제시합니다. 마지막 행이 간과되는데, 퇴적물 자체가 틈새 형성재이며 성형품 아래의 녹층이 공격적 용액을 강재에 대해 수개월 동안 유지할 수 있기 때문입니다.

금형과 다이에서 발생하는 틈새 형상, 각각이 전해질을 보유하는 이유, 그리고 대책. 이 형상들은 원문에 설명된 플랜트 사례로, 금형 하드웨어에 적용됩니다.

스테인리스 등급이 문제가 되는 이유

실패 패턴을 설명하는 전제 조건이 있습니다. 틈새 부식이 문제가 되려면 표면의 대부분이 부동태 상태여야 합니다. 왜냐하면 갭 외부의 노출된 면적이 갭 내부에서 진행되는 높은 용해 속도를 구동하는 순 캐소드 역할을 해야 하기 때문입니다. 전체적으로 활성 부식되는 강은 전위차를 처음부터 형성하지 않기 때문에 틈새 문제가 발생하지 않습니다. 스테인리스 강이 취약한 것으로 널리 인식되는 것은 바로 부동태화가 잘 되기 때문이며, 보호를 위해 부동태화에 의존하는 니켈, 티타늄 및 알루미늄 기반 합금도 마찬가지입니다. 따라서 내식성을 위해 선택된 금형강은 일반 탄소강과 달리 틈새 공격의 후보가 됩니다.

합금화는 도움이 되며, 특정 조합에서 도움이 됩니다. 니켈과 크롬 첨가는 저항성을 높이고, 몰리브덴과 질소는 이를 더욱 높이며, 크롬, 몰리브덴 및 질소가 강력한 역할을 하고 이 세 가지 사이에 유익한 상호작용이 있습니다. 티타늄 합금은 원문에서 논의하는 계열 중 가장 저항성이 높지만, 그조차도 면역은 아닙니다. 이들은 70 C (158 F) 이하에서 틈새 부식을 나타내지 않으며, 티타늄에 소량의 몰리브덴, 니켈 또는 팔라듐을 합금화하면 10% 염화제이철 용액에서 거의 200 C (392 F)까지 그 저항성을 유지하는 것으로 보고됩니다. 금형에 대한 실용적인 해석은, 사용 온도가 해당 등급의 임계값보다 훨씬 낮으면 틈새가 조용히 유지될 수 있고, 회로가 고온으로 작동하면 냉각 금형에서 무해했던 동일한 형상이 활성 부위가 된다는 것입니다.

온도, 그리고 설계 시 기준으로 삼아야 할 수치

온도 상승은 틈새 부식의 가장 명확한 단일 촉진 요인이며, 이것이 가속 시험의 기초를 형성하는 이유입니다. 일정한 인가 전위에서 틈새 시편을 작동시키면서 온도를 상승 프로그램하면 매우 급격하고 재현 가능한 전이가 나타나며, 그 전이에서의 온도가 임계 틈새 온도입니다. 이는 임계 공식 온도와 동일한 방식으로 측정되며, 동일 합금에 대해 그보다 낮습니다. 왜냐하면 틈새는 개방 표면보다 활성화되는 데 더 낮은 온도가 필요하기 때문입니다. 이러한 순서가 바로 개스킷 조인트가 있는 금형이 캐비티 표면은 조용한 온도에서 피팅될 수 있는 이유입니다.

가지고 있을 가치가 있는 다른 수치는 재부동태화 전위입니다. 이는 높은 인가 전위에서 틈새 부식을 의도적으로 시작한 다음 재료가 회복할 수 있는 최고 전위를 찾음으로써 결정되며, 원문은 적절히 측정된 재부동태화 전위를 사용할 때 부품의 개방 회로 전위를 그 아래로 유지하면 인용된 시험에서 최소 3년까지 어떠한 개시도 방지되었다고 보고합니다. 이는 순위보다 더 강력한 진술인데, 실험실 측정을 작동 한계로 바꾸기 때문입니다. 냉각 회로를 그 전위 아래로 유지할 수 있다면, 형상은 결정 요인이 아니게 됩니다.

틈새 부식 시험 및 순위 방법

표준 경로는 염화제이철 노출로, 낮은 pH에서 염화물을 농축하고 제이철 및 제일철 이온 커플을 사용하여 메커니즘에 필요한 상승된 전위를 공급합니다. 시편에 틈새 형성체를 압착하면 공식 시험이 아니라 틈새 시험이 됩니다. 열 간 및 공급업체 간 결과를 비교 가능하게 하기 위해, 시험은 종종 다중 틈새 어셈블리로 실행되며, 여기서 캐스텔레이티드 와셔가 시편의 각 면에 최대 20개의 가능한 부식 부위를 제공하고 여러 반복 샘플에 일관된 토크가 적용됩니다. 이는 단일 관찰이 아니라 비교를 위한 통계적 기반을 제공합니다.

이 시험은 틈새 내식성 순위를 매기고 운전 한계를 설정하기 위해 출처에서 설명하는 경로를 따릅니다. 이렇게 결정된 재부동태화 전위는 스크리닝 수치가 아니라 엔지니어링 설계 기준으로 제시됩니다.

틈새 부식과 공식(피팅) 사이에는 직접적인 관계가 있어 파손을 해석할 때 유용합니다. 공식을 유발하는 재료와 환경 조합은 틈새 부식도 유발할 수 있으며, 둘은 전기화학, 폐쇄 화학 및 형태를 공유합니다. 차이는 임계값입니다. 특정 염화물 농도에서 공식에 취약한 것으로 알려진 강종은 동일 온도에서 틈새에서 더 심할 것입니다. 동일 메커니즘의 공식 측면은 다음에서 다룹니다 공구 및 금형강의 공식 부식.

금형에서 위험을 제거하는 방법

출처는 첫 번째 조치를 재료 선택보다 앞에 두며, 그 순서를 따를 가치가 있습니다. 전해질이 틈새에서 엄격히 배제될 수 있다면 부식 요건 중 하나가 제거되었으므로 틈새 부식은 불가능합니다. 이는 합금이 아니라 형상과 밀봉에 관한 진술이며, 어떤 강종 변경으로도 이를 달성할 수 없습니다. 완전한 배제가 유지될 수 없는 경우, 그리고 실제로는 대개 그렇지 않지만, 공격은 제거가 아니라 관리되어야 하며, 아래 조치들이 그 역할을 합니다.

출처가 부식 최소화 설계 문서에서 사용하는 순서에 따른 틈새 부식에 대한 설계 및 운전 조치. 형상 제거가 합금 변경보다 앞섭니다.

그 조치 중 두 가지는 출처 자체의 단서를 가지며, 둘 다 같은 방향을 가리킵니다. 대류는 형상이 제한하므로 틈새 부식에서 일반적으로 무시되며, 따라서 채널을 통한 느린 흐름이 보어를 새롭게 하는 방식으로 반드시 틈새를 새롭게 하지는 않습니다. 그리고 틈새를 통한 유동은 개시를 억제하는 것으로 보고되지만, 유동이 틈새 입구를 지나는 것이 아니라 실제로 틈새를 통과할 때만 그렇습니다. 교대 근무 사이에 배수되고 재충전되는 냉각 채널은 단지 가득 채워진 채로 유지되는 채널보다 틈새에 더 많은 도움이 됩니다. 이 모든 것의 배후에 있는 강종 선택은 다음에 있습니다 플라스틱 금형강 그리고 금형강 특성 순위 차트, 스테인리스 옵션은 다음에 있습니다 마르텐사이트 스테인리스 특성 차트 그리고 4Cr13 스테인리스강, 수입 금형강 브랜드 간의 상호 참조는 다음에 있습니다 수입 금형강 상호 참조, 그리고 가공 및 마무리 측면은 다음에 있습니다 금형강 가공 데이터.

출처: ASM Handbook, Volume 13A, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, ASM International, 2003.