QUALITÄTSKONTROLLE
TITAN

Im Allgemeinen beeinflussen Verarbeitungs- und Umwandlungsvorgänge sowie die verschiedenen mechanischen und thermischen Behandlungen die Eigenschaften und Mikrostrukturen von Titan und seinen Legierungen. All diese Einflüsse führen dann zur Realisierung metallographischer Qualitätskontrollen wie: Mikrostrukturuntersuchungen, Porositäts- und / oder Heterogenitätsforschung, Einschlusssauberkeit, Härteprüfungen, Härtungskontrollen, Korngrößenkontrollen usw.

Um eine hervorragende Inspektionsfläche zu erhalten, sind verschiedene Schritte im Präparationsvorgang erforderlich, von denen jeder, unabhängig vom Material, genauso wichtig ist, wie der nächste.

Diese Schritte haben folgende Reihenfolge:

• Das Aufschneiden des zu untersuchenden Produkts (falls erforderlich), genannt “TRENNEN”.
• Standardisierung der Geometrie der entnommenen Probe (falls erforderlich), genannt “EINBETTEN”.
• Verbesserung des Oberflächenzustands dieser Probe, genannt “SCHLEIFEN & POLIEREN”.
• Charakterisierung der Probe: Sichtbarmachung der Mikrostruktur der Probe durch ein Ätzreagenz (falls erforderlich) namens “ÄTZEN” und mikroskopische Untersuchungen (optisch oder elektronisch).

=> Jeder dieser Schritte muss sorgfältig ausgeführt werden, da sonst die nachfolgenden Schritte nicht ordnungsgemäß erfolgen können.

Der Zweck des Trennens besteht darin, einen genauen Abschnitt eines Produkts zu entfernen, um eine geeignete Oberfläche für die Inspektion frei zu legen, ohne die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Metalls zu verändern. Mit anderen Worten ist es wichtig, eine Erwärmung oder Verformung des Metalls zu vermeiden, die zu einer Gefüge-Veränderung oder einer Kaltverfestigung führen könnte. Das Trennen ist ein grundlegender Schritt, der die weitere Präparation und Inspektion von Teilen voraussetzt.

Das breite Angebot von PRESI an Trenn- und Präzisionstrennmaschinen mit mittlerer und großer Trenn-Kapazität, kann an alle Anforderungen hinsichtlich Schnittgenauigkeit, Dimensionierung oder Menge der zu trennenden Produkte, angepasst werden:

Jede der Trennmaschinen im Sortiment, ist mit den entsprechenden Verbrauchsmaterialien und Zubehörteilen ausgestattet. Die Spannsysteme und die Auswahl dieser Verbrauchsmaterialien sind immer ein wesentliches Element für den Erfolg eines metallografischen Schnitts.

Das Spannen, d. h. das Fixieren des Werkstücks, ist ebenfalls wesentlich. Wenn das Werkstück nicht gut geklemmt wird, kann der Schnitt Risiken für das Verbrauchsmaterial, das Werkstück und die Maschine darstellen.

Darüber hinaus ist Titan beim metallografischen Schneiden sehr brennempfindlich, was es umso wichtiger macht, die geeigneten Verbrauchsmaterialien und Parameter zu bestimmen.

Alle Trennmaschinen werden mit einer Schmier- / Kühlflüssigkeit verwendet, die eine Mischung aus Wasser und Rostschutzadditiv ist, um einen sauberen Schnitt ohne Überhitzung zu erzielen. Das Additiv schützt auch die Probe und die Maschine vor Korrosion.

=> Die Wahl der Trennscheibe ist entscheidend, um einen übermäßigen Verschleiß oder sogar den Bruch der Trennscheibe zu vermeiden. Die Härte des Werkstücks bestimmt die Trennscheibenauswahl.

Proben können aufgrund ihrer komplexen Form, Zerbrechlichkeit oder geringen Größe schwierig zu handhaben sein. Durch die Einbettung sind sie einfacher zu handhaben, indem ihre Geometrie und Abmessungen standardisiert werden.
=> Das Erreichen einer qualitativ hochwertigen Einbettung ist wichtig, um zerbrechliche Materialien zu schützen und gute Präparationsergebnisse für das Polieren und zukünftige Analysen zu erzielen.

Vor der Einbettung sollte die Probe gesäubert werden und Schneidgrate sind zu entfernen. Eine Reinigung mit Ethanol (in einem Ultraschallbad für noch mehr Effizienz) ist ebenfalls möglich. Dies ermöglicht es dem Harz, so gut wie möglich an der Probe zu haften und reduziert somit die Schrumpfung (Raum zwischen dem Harz und der Probe).

Wenn der Schrumpf zu groß ist, kann dies zu Problemen beim Polieren führen. Schleifkörner können sich in diesem Raum festsetzen und zu einem späteren Zeitpunkt freigesetzt werden, wodurch die Gefahr der Entstehung von Kratzern auf der Probe und der Polierfläche besteht. In diesem Fall wird empfohlen, zwischen den einzelnen Schritten, die Probe in ein Ultraschallgerät zu legen.

Es gibt zwei Einbettmöglichkeiten:

Sie wird bevorzugt für Kanteninspektionszwecke oder nach der metallografischen Präparation zur Vorbereitung für eine Härteprüfung. Diese Option erfordert eine Warmeinbettmaschine/ -presse.

Es ist zu bevorzugen:
• Wenn die zu untersuchenden Teile zerbrechlich / druckempfindlich sind
• Wenn sie eine komplexe Geometrie haben, z. B. eine Wabenstruktur.
• Wenn eine große Anzahl von Teilen in Serie eingebettet werden soll.

Das Kalteinbettverfahren kann angewendet werden mit:

Kalteinbettmittel bieten aufgrund der Kapillarwirkung des flüssigen Harzes nicht immer eine plane Fläche auf der Rückseite. Vor dem ersten Schleifschritt wird diese konkave Oberfläche (Meniskus) durch einen kurzen Schleifschritt mit Schleifpapier entfernt. Wichtig ist, dass bei diesem Vorgang die beiden Seiten der Einbettung parallel sind.

Um den Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden, bietet PRESI eine ganze Reihe von Kalteinbettformen an. Das Kalteinbettverfahren hat verschiedene Einbettformen mit diversen Durchmessern von Ø 20 – 50 mm. Diese sind in verschiedene Typen unterteilt: optimierte Formen mit der Bezeichnung «KM2.0», Gummi-, Teflon- oder Polyethylenformen. Die Kalteinbettung ist auch flexibler als die Warmeinbettung, weil es unterschiedliche Einbettformen für spezifische Anforderungen gibt.

Die letzte und entscheidende Phase in der Probenpräparation ist das Schleifen und Polieren. Das Prinzip ist einfach, jeder Schritt verwendet ein feineres Schleifmittel als der vorherige. Ziel ist es, eine plane Oberfläche zu erhalten ohne Kratzer und ohne Artefakte, die die Durchführung metallographischer Kontrolluntersuchungen, wie mikroskopische Analysen, Härteprüfungen, Mikrostruktur- oder Messungen, beeinträchtigen würden.

PRESI bietet eine breite Palette an manuellen und automatischen Schleif- und Poliermaschinen mit einer großen Auswahl an Zubehör für alle Anforderungen an, vom Vorpolieren bis zum Superfinish und Polieren von Einzel- oder Serienproben.

Die MINITECH-Reihe von manuellen Schleif- und Poliermaschinen umfasst die fortschrittlichsten Technologien. Sie sind benutzerfreundlich, zuverlässig und robust und bieten eine einfache Antwort auf alle Anforderungen.

Die MECATECH-Reihe von automatischen Schleif- und Poliermaschinen ermöglicht es sowohl manuell als auch automatisch zu Schleifen und zu Polieren. Mit seinen fortschrittlichen Technologien und einer Motorleistung von 750 bis 1500 W konzentriert sich die gesamte Erfahrung von PRESI auf dieses sehr vollständiges Sortiment. Unabhängig von Probenanzahl oder -größe garantiert die MECATECH ein optimales Schleif- oder Polierergebnis.

Titan ist auf ganz besondere Weise zu polieren, es ist relativ weich und neigt zu Aushärtung und plastischer Verformung. Infolgedessen neigt das Material während eines Polierprozesses, bei dem das Material normalerweise durch das Schleifmittel geschliffen / entfernt wird, in diesem Fall dazu, zu schmieren. Dies ist als “Buttering” bekannt. Dieses Phänomen ist unerwünscht und behindert die mikroskopische Beobachtung erheblich.
Titan hat daher seine eigenen spezifischen Polierprozesse, um eine hervorragende Untersuchungsoberfläche zu gewährleisten.

Alle folgenden Schleif- und Polierprozesse sind für die automatische Probenpräparation angegeben (für das manuelle Schleifen und Polieren: Berücksichtigen Sie nicht die Kopf-Parameter). Die Präparationsprozesse dienen zur Information und Beratung.

Alle ersten Schritte jeder Schleif- und Polieranleitung werden als “Nivellieren” bezeichnet und bestehen darin, Material schnell zu entfernen, um eine plane Oberfläche der Probe (und des Einbettmittels) zu erhalten. Die unten angegebenen Parameter sind standardisiert und können daher nach Bedarf geändert werden.

Der Probenandruck variiert je nach Probengröße, im Allgemeinen gilt jedoch Folgendes: 1 daN pro 10 mm Einbettdurchmesser für die Schleifschritte (z. B. Ø 40 mm = 4 daN), dann die Kraft bei jedem Polierschritt mit einer Schleifsuspension um 0,5 daN reduzieren.

Die oben angegebenen Polierprozesse sind vollständig und in ihrer Gesamtheit durchzuführen. Der Superfinish-Schritt unter Verwendung einer kolloidalen Siliciumdioxid-Suspension ist obligatorisch. Es liefert eine hervorragende Inspektionsoberfläche, die frei von Kratzern oder Schmiereffekten ist. In dem speziellen Fall, in dem kolloidales Siliciumdioxid nicht geeignet ist, wurde jedoch eine Alternative entwickelt. Das SPM kann durch eine Suspension von Al₂O₃ – PRESI N ° 2 mit den gleichen Parametern ersetzt werden.

=> Der Polierprozess Nr. 1 ist das vielseitigste Polierverfahren, welches bei den meisten Titansorten wirksam ist und daher bietet dieser Polierprozess eine hervorragende Inspektionsoberfläche.

=> Der Polierprozess Nr. 2 ist ein traditionelles Titan-Polierverfahren. Der Vorteil liegt darin, dass Diamantsuspensionen fehlen, welche während des Polierverfahrens Kratzer verursachen könnten oder aufgrund der Härte vom Titan in die Grundmatrix eingedrückt werden könnten. Das Polieren mit Diamanten sollte auf das Nötigste beschränkt werden, da es dazu neigt, die Oberfläche der Probe zu verschmieren.

=> Der Polierprozess Nr. 3 wurde speziell zum Polieren eines sehr weichen Titans, d. h. unlegierten Titans (zum Beispiel T40), entwickelt. Die Diamantsuspension darf in diesem Fall nicht verwendet werden.

Nach dieser Präparation können die polierten Proben direkt ohne metallographisches Ätzen beobachtet werden. Darüber hinaus ermöglicht die Titan-Metallographie eine sehr gute Untersuchung der Struktur unter der Verwendung eines optischen Mikroskops und der Hilfe eines Polarisationslichtfilters.
Das metallographische Ätzen von Titan wird üblicherweise unter Verwendung des Kroll-Reagens durchgeführt: einer Lösung von 3 ml Flusssäure und 6 ml Salpetersäure für 100 ml Wasser. Das Ätzen erzeugt Unterschiede im Relief und / oder in der Farbe zwischen den verschiedenen Bestandteilen, so dass sie inspiziert werden können.

Alle vorgestellten mikroskopischen Aufnahmen wurden mit der PRESI VIEW-Software erstellt: