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Europe | ENTITAN UND TITANLEGIERUNGEN
Metallographische Präparationsmethoden nach Material
In diesem Leitfaden finden Sie Hinweise, wo Sie bei der metallografischen Präparation und Analyse von Titan und Titanlegierungen beginnen sollten. Er enthält Tipps, wie Sie die besten Ergebnisse für Ihre metallografische Anwendung erzielen.
Was ist bei der Arbeit mit Titan und Titanlegierungen zu beachten
Ein Vibrationspolierschritt mit MasterMet® mit einem chemischen Zusatz kann hilfreich sein, um eine kratzerfreie Oberfläche für Titan und Titanlegierungen zu schaffen. Optionen für die chemische Zusätze finden Sie im Abschnitt Schleifen und Polieren auf dieser Seite.
Tipps zum Trennen von Titan und Titanlegierungen
Alle Schnitte sollten stehts unter Kühlung erfolgen, wobei ein Großteil des Kühlmittel in den Schnitt geleitet werden sollte. Trennen mittels einem geeigneten Kühlschmierstoffs ergibt eine wesentlich bessere Oberflächenqualität als ein Trennschnitt ohne Kühlung. Die Verwendung von Kühlschmiermittel schützt auch vor Oberflächenschäden durch Überhitzung und mechanische Beanspruchung. Es ist wichtig, Schäden beim Trennen zu minimieren. Mechanische Schäden, wie z. B. Brüche, können tief in die Struktur eindringen und spätere Präparationsschritte unnötig verlängern. Es werden zwei Arten des Trennens unterschieden: Abrasiv- und Präzisionstrennen.
Tipps zum Abrasivtrennen
Trennscheiben haben unterschiedliche Bindungsstärken und werden auf der Grundlage ihrer Bindungsstärke und Schleifmittelart für verschiedene Materialien empfohlen. Die Wahl einer falschen Trennscheibe kann zu einer unsachgemäßen Abnutzungsrate führen und möglicherweise das vorhandene Gefüge verändern. Eine Trennscheibe besteht vollständig aus Schleifmittel, das durch ein Harz gebunden ist. Bei Gebrauch wird die Trennscheibe immer kleiner, bis sie nicht mehr zum Trennen verwendet werden kann. Anschließend kann eine neue Trennscheibe auf das Gerät zum Trennen aufgesetzt werden, um weitere Trennvorgänge durchzuführen.
Die Größe der Trennscheibe wirkt sich auch auf die Trennparameter aus. Größere, dickere Trennscheiben entfernen mehr Material, erzeugen aber auch mehr Wärme als eine dünnere Trennscheibe. Um die von den Trennscheiben erzeugte Wärme zu reduzieren, sollte die Vorschubgeschwindigkeit verringert werden.
Abrasivtrennscheiben für Titan werden mit einer relativ weichen Bindung und einem harten Siliziumkarbid-Schleifmittel hergestellt. Dadurch steht kontinuierlich frisches Schleifmittel zum Trennen zur Verfügung.
| Empfohlene Abrasivtrennscheiben für Titan und Titanlegierungen | |||
|---|---|---|---|
| 254mm (10in) | 305mm (12in) | 356mm (14in) | 406mm (16in) |
| 102507P 1,5 mm [0,06in] | 103007P 2 mm [0,079in] | 103507P 2,5 mm [0,098in] | 12-5645-010 1,9mm [0,075in] |
Tipps zum Präzisionstrennen
Präzisionstrenner werden bei der metallografischen Präparation von Nickel zum Trennen kleiner oder empfindlicher Proben verwendet. Präzisionstrennscheiben auf Diamant oder CBN-Basis brechen nicht während des Gebrauchs. Am äußeren Rand der Trennscheibe befindet sich ein Abschnitt, in dem Schleifmittel mit einer Metalllegierung verbunden wurden. Bei sorgfältiger Behandlung kann eine Präzisionstrennscheibe eine ganze Schachtel Abrasivtrennscheiben überdauern. Präzisionstrennscheiben können für schwierigere Schnitte bei Aluminium verwendet werden, z. B. für präzise Schnitte in der Nähe eines bestimmten Merkmals oder wenn es wichtig ist, die Breite eines Schnitts zu reduzieren (Schnittverlust).
Weitere Vorteile der Verwendung eines Präzisionstrenners sind die geringere Belastung und die damit verbundene geringere Wärmeentwicklung, wodurch die Beschädigung reduziert wird.
Abrasivtrennscheiben können auch mit Präzisionstrennern verwendet werden. Beispielsweise in Fällen, in denen die Trennscheiben häufig brechen. Dies kann der Fall sein, wenn Sie ein schwer zu spannendes Teil haben, ein Teil, das sich beim Trennen verschieben könnte, oder wenn Sie mehr Prozessvariabilität haben (z. B. mehrere Anwender).
15HC-Präzisionstrennscheiben sind eine effektive Möglichkeit, Titankomponenten mit einem Präzisionstrenngerät zu trennen. Abrasivtrennscheiben können eine Alternative zu den 15HC-Präzisionstrennscheiben sein. Bei der Verwendung von Abrasivtrennscheiben sind einige Dinge zu beachten. Der Umlaufkühleinheit muss häufiger gereinigt werden. Bei Verwendung der IsoMet High Speed wird eine externe Umlaufkühleinheit empfohlen. Der Durchmesser der Trennscheiben verringert sich mit zunehmendem Verschleiß beim Trennen. Dies muss beim Einrichten des Trennvorgangs berücksichtigt werden.
| Empfohlene Präzisionstrennscheiben für Titan und Titanlegierungen | ||||
|---|---|---|---|---|
| 127mm (5in) | 178 mm (7in) | Schleifmittel 178 mm (7in) | 203 mm (8in) | Abrichtstein |
| 11-4245 0,4 mm [0,015in] | 11-4247 0,6 mm [0,025in] | 11-4217 0,75 mm [0,030in] | 11-4248 0,9 mm [0,035in] |
11-1190
11-2490 |
Tipps zum Einbetten von Titan und Titanlegierungen
Das Einbetten metallografischer Proben kann automatisiert werden und die Handhabung in den nachfolgenden Schritten der metallografischen Präparation und Untersuchung erleichtern. Proben mit komplizierten Formen können so eingebettet werden, dass einheitliche Formen entstehen, die eine Automatisierung der Probenpräparation ermöglichen.
Das Einbetten von Proben schützt außerdem die Kanten der Proben und bewahrt vor Oberflächenbeschädigungen während der metallografischen Präparation. Die Einbettungsmethode sollte die Mikrostruktur der Probe in keiner Weise verändern. Druck und Hitze sind die häufigsten Ursachen für schädliche Auswirkungen. Temperaturen um 180 °C und Drücke um 290 bar sind beim Warmeinbetten üblich.
Die geeignete Methode zum Einbetten von Titanproben kann von der Probengeometrie und den Probeneigenschaften abhängen. Verwenden Sie Kalteinbettmittel, wenn die Proben dünn sind oder sich leicht verformen. Solche Proben sind in der Regel empfindlich gegenüber hohem Druck. Wenn die Proben nicht druckempfindlich sind, kann das Warmeinbetten Zeit und Geld sparen.
Für den allgemeinen Gebrauch ist PhenoCure® eine gute Wahl. EpoMet® oder Diallylphthalat weisen im Vergleich zu PhenoCure® eine bessere Kantenanbindung auf und wären eine gute Wahl, wenn dieses Kriterium Priorität hat. Falls eine transparente Form von Interesse ist, sollten Sie TransOptic in Betracht ziehen. Da es sich bei TransOptic um ein Thermoplast handelt, wird es bei Erhitzung und einer Temperatur zwischen 105 und 115 °C für etwa 20 Minuten weich und ermöglicht so die Entnahme von Proben.
Für die Elektronenmikroskopie könnte das leitfähige Medium ProbeMet genau das sein, das Sie suchen. Wenn der Kupfergehalt in der Probe von Interesse ist, ist KonductoMet® eine leitfähige Alternative zu ProbeMet.
Durch eine sorgfältige Auswahl kann sichergestellt werden, dass die Einbettmittel den Anforderungen hinsichtlich Zeit, Viskosität, Temperatur und Schrumpfspalt entsprechen. Acrylharzsysteme können den Durchsatz durch schnelle Aushärtungszeiten zwischen 5 und 30 Minuten erhöhen. Obwohl Acrylharze schneller aushärten, kann die Probenhaftung und die Viskosität manchmal unzureichend sein, insbesondere bei komplizierteren Formen. Hier können Epoxidharzsysteme Abhilfe schaffen. Mit längeren Verarbeitungszeiten kann angemischtes Epoxidharz mit einem Vakuumsystem verwendet werden, um die Imprägnierung in komplizierten Geometrien zu erleichtern.
Wenn Hydride eine Rolle spielen, sind Methoden zum Einbetten bei niedrigeren Temperaturen, wie z. B. EpoxiCure®, eine geeignete Wahl.
Schleifen und Polieren von Titan und Titanlegierungen - Tipps für alle Methoden
Titan ist ein abriebfestes Material. Das Trennen, Schleifen und Polieren dauert länger als bei weicheren Materialien. Wenn Sie Siliziumkarbid-Schleifpapier verwenden, wechseln Sie häufiger (alle 1–2 Minuten) das Papier, um ein effizientes Schleifen zu gewährleisten.
In einigen Fällen kann für bessere Ergebnisse beim Polieren ein chemischer Zusatz für den letzten Schritt verwendet werden. Zwei Optionen für chemische Zusätze sind:
- 1 Teil Wasserstoffperoxid (30%ige Konzentration) auf 5 Teile MasterMet® kolloidale Siliziumdioxidsuspension.
- 1 Teil Ammoniumpersulfatlösung (10 Gramm auf 100 ml destilliertes Wasser) auf 5 Teile kolloidale MasterMet®-Siliziumdioxidsuspension.
Beim Einsatz von Poliermitteln für die Oberflächenbearbeitung ist es wichtig, die richtige PSA zu tragen, um sich vor den verwendeten Chemikalien zu schützen.
Durch den Einsatz des Burst-Dosiersystems von Buehler kann Diamantmittel eingespart und die Gleichmäßigkeit verbessert werden.
Die ideale Einstellung für das Burst-Dosiersystem ändert sich je nach Größe der Arbeitsscheibe und des verwendeten Poliertuchs. Als allgemeine Richtlinie gilt, dass bei einer Arbeitsscheibengröße von 203mm (8″) eine Burst-Einstellung von 3 ein guter Ausgangspunkt ist. Bei Größen von 2554mm (10″) und 305mm (12″) stellen Sie das Burst-System auf 4 ein und passen Sie es nach Bedarf an. Es kann etwas Experimentierfreude erforderlich sein, um die optimalen Einstellungen zu ermitteln und eine ausreichende Abrasivität und Benetzung des Tuchs sicherzustellen. Burst-Dosiersysteme können auf Wunsch auch gleichzeitig mit Diamant-Combo Lösungen genutzt werden.
Die in den Schleif- und Poliermethoden aufgeführten Lasten sind Empfehlungen für eine 30mm (1,25″) große eingebettete Probe. Wenn während der Präparation Zentralandruck verwendet wird, sollte die angegebene Kraft mit der Anzahl der zu polierenden Proben multipliziert werden. Verwenden Sie für unterschiedliche Probengrößen unseren Rechner zur Lastumrechnung, um die richtige Last für Ihre Anwendung zu ermitteln.
| Verfahren zum Schleifen und Polieren von Titan und Titanlegierungen | ||||
|---|---|---|---|---|
| Oberfläche | Kraft [N] | Drehzahl Teller [U/min] | Relative Umdrehung | Zeit |
| CarbiMet® 320 grit | 6 [27] | 300 rpm |
 | Until Plane |
| UltraPad® mit 9um MetaDi® Supreme Diamond | 6 [27] | 150 rpm |
 | 10:00 |
| ChemoMet® mit MasterMet® Colloidal Silica* | 5 [22] | 150 rpm |
| 10:00 |
 = Arbeitsscheibe Probenhalter  = Probenhalter *Plus MetaDi Fluid Extender nach Wunsch | ||||
| *1 Teil Wasserstoffperoxid (30%ige Konzentration) auf 5 Teile MasterMet® kolloidale Siliziumdioxidsuspension. | ||||
Tipps zum Ätzen von Titan und Titanlegierungen
| Tabelle 20.4: Refraktäre Metalle - Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, Re, Nb, Ta, W und V | |
|---|---|
| Zusammensetzung | Bemerkungen |
| 100ml Wasser 1-3ml HF 2-6ml HNO3 | Kroll Ätzmittel für Titanlegierunegn. Wischätzen 3-10 sek. Korngrenzenätung. |
| 200ml Wasser 1ml HF | Für Ti, Zr und Legierungen. Wisch- oder Tauchätzen. |
| 30ml Milchsäure 15ml HNO3 30ml HF | Titanlegierungen. Wischätzen 30 sek. Gut bei Alpha-Beta Gefügen Frisch verwenden, nicht aufbewahren! |
| 30ml HCl 15ml HNO3 30ml HF | Für Zr, Hf, und Leg. Wischätzen 3-10 sec, oder Tauchätzen bis 120 sec |
| 45ml H20 (H2O2 oder Glycerin) 45ml HNO3 8-10ml HF | Cains chemische Politur und Ätzmittel für Hf, Zr und Legierungen. Kann weiter verdünnt werden. Chemische Politur und Ätzung ca. 20 s Polarisiertes Licht verwenden. |
| 60ml HCl 20ml HNO3 | Königswasser. Für Cr und Legierungen. Tauch- oder Wischätzen bis 60 sek. Vorsichtig unter einem Abzug verwenden, nicht lagern. |
| 30ml HCl 45ml Glycerin 15ml HNO3 | Modifiziertes „Glyceregia“. Für Cr und Legierungen. Proben bis zu einigen Minuten eintauchen. |
| 100ml Wasser 10g KOH oder NaOH 10g K3Fe(CN)6 | Murakamis Ätzmittel. Für Cr, Mo, Re, Ta-Mo, W, V und Legierungen. Frisch verwenden, kann die Probe bis zu 1 Minute lang eintauchen. |
| 70ml Wasser 20ml H2O2 (30%) 10ml H2SO4 | Für Mo-Legierungen. Tauchätzen 2min Mit Wasser abwaschen und trocknen. Tauchätzung produziert Farben, Wischätzung produziert Korngrenzen. |
| 10-20ml Glycerin 10ml HNO3 10ml HF | Für Mo- und Mo-Ti-Legierungen. Probe bis zu 5 Minuten lang eintauchen |
| 100ml Wasser 5g K3Fe(CN)6 2g KOH | Für Mo-Re-Legierungen. Verwendung bei 20°C [68°F] durch Eintauchen |
| 50ml Essigsäure 20ml HNO3 5ml HF | Für Nb, Ta und Legierungen. Probe 10-30 Sekunden abtupfen. |
| 50ml Wasser 14ml H2SO4 5ml HNO3 | DuPont Nb-Reagenz. Für Nb-Hf und Nb-Legierungen. |
| 50ml Wasser 50ml HNO3 1ml HF | Für Nb-Zr- und Nb-Zr-Re-Legierungen. Tupferprobe. |
| 30ml Milchsäure 10ml HNO3 5ml HF | Für Re- und W-Re-Legierungen. Abstrichprobe. |
| 10ml HF 10ml HNO3 10-30ml Glycerin | Für V und Leg; Korngrenzenätzung bei Ta Legierungen. Wischätzen. Gleiche Mischungsanteile bei Ta und Ta-Legierungen. Frisch verwenden, nicht aufbewahren |
| 100ml Wasser 50ml Ethanol 2g NH4HF2 | Modifiziertes Weck's Tint-Ätzmittel. Gutes Ätzmittel für Ti und Ti-Legierungen, um die Kornstruktur sichtbar zu machen. Verwendung durch Eintauchen der Probe, bis die Probenoberfläche gefärbt ist, in der Regel etwa 15-25 Sekunden. Die Bildung eines dünnen Farbfilms ist gleichmäßiger, wenn die Probe während des Ätzvorgangs leicht geschüttelt wird. Die entstehenden Ätzartefakte können mit nur 25ml Ethanol beseitigt werden. |
Tipps zur Bildgebung von Titan und Titanlegierungen
Je nach Legierung und Anwendung kann das Ziel der Analyse unterschiedlich sein. Einige häufige Ziele der Analyse bei Titan sind Korngröße, Phasenanteil und Beschichtungen. Ob grundlegende Messungen oder fortgeschrittene Analysetechniken, die OmniMet®-Software ist das ideale Werkzeug für Bildgebungsanforderungen.
Tipps zur Härteprüfung von Titan und Titanlegierungen
| Referenzmaterialien für die Härteprüfung | ||
|---|---|---|
| ASTM | ISO | |
| Brinell | E10 | 6506 |
| Rockwell | E18 | 6508 |
| Vickers | E92,E384 | 6507 |
| Knoop | E384 | 4545 |
| Instrumentiert | E2546 | 14577 |
| Umrechnungen | E140 | 18265 |
| ASM-Handbuch, Band 8: Mechanische Prüfung und Bewertung | Abschnitt Härteprüfung | |
Bei Buehler wird die angebotene Ausrüstung für mindestens eine der folgenden Skalen hergestellt: Brinell, Rockwell, Vickers und Knoop. Wenn eine der zuvor genannten Skalen verwendet wird, gibt es Standards für die jeweilige Prüfmethode. Standards wie die in der Tabelle aufgeführten sind gute Referenzpunkte für die richtige Prüfmethode für die Skalen. Die Anforderungen an Ausrüstung, Proben, Prüfmethoden und mehr werden in diesem Dokument beschrieben, um die richtige Skala zu ermitteln.
Die Möglichkeiten der Geräte variieren in Bezug auf Automatisierungs- und Dokumentationsgrad. Einige Geräte sind mit einer Software für Härteprüfungen ausgestattet. Die DiaMet Software von Buehler kann dabei helfen, Teile effizienter zu prüfen, genauer zu messen und die Ergebnisse zu dokumentieren. Dies kann besonders hilfreich sein, wenn eine große Anzahl von Eindrücken an einem Teil vorgenommen werden muss.
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