Vorschriften zur Oberflächenbehandlung für Titanlegierungsgussteile gemäß GB/T 39330-2020

Die Oberflächenbehandlung entscheidet darüber, ob ein Gussteil aus einer Titanlegierung die gewünschte Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungslebensdauer und das gewünschte Aussehen bietet. Das Kontrolldokument für diese Arbeit ist die nationale Norm für Oberflächenbehandlungstechnologien für Gussteile aus Titan und Titanlegierungen, GB/T 39330-2020, die die geltenden Behandlungsmethoden, Qualitätsprüfungen, Qualitätskontrollen und technischen Sicherheitsanforderungen festlegt. Dieser Artikel fasst zusammen, was dieser Rahmen in der Praxis erfordert, vom Sandstrahlen über das Waschen mit Säure bis zur Endkontrolle.

Geltungsbereich und regulatorische Grundlage des Standards

GB/T 39330-2020 befasst sich speziell mit Gussteilen aus Titan und Titanlegierungen, da sich der Oberflächenzustand eines Gussteils von dem eines bearbeiteten Produkts unterscheidet. Ein Gussstück kommt mit einer der Form zugewandten Haut, restlichem Formmaterial, einer Sinterschicht und einer teilweise oxidierten Zone an, die beim Gießen und Abkühlen entsteht. Bei diesen Schichten handelt es sich nicht nur um kosmetische Mängel; Sie unterscheiden sich chemisch vom Grundmetall, können Verunreinigungen enthalten und können Korrosion oder Rissbildung auslösen, wenn sie überschweißt oder in Betrieb bleiben. Die Norm behandelt die Oberflächenvorbereitung daher als definierten Produktionsschritt mit eigenen Prozessparametern, Prüfkriterien und Sicherheitsregeln und nicht als nachträgliche Endbearbeitung.

Der Ablauf der Oberflächenbehandlung in einer konformen Werkstatt wird von der Zeichnung an geplant: Identifizieren Sie den erforderlichen endgültigen Oberflächenzustand und die erforderliche Rauheit, wählen Sie die Behandlungen aus, mit denen dieser erreicht wird, definieren Sie die Badchemie und die Strahlparameter und zeichnen Sie die Akzeptanzkriterien für jeden Schritt auf. Der Wasserstoffgehalt wird durchgehend als Prozessvariable verfolgt, da Säurebehandlungen auf Titan Wasserstoff einbringen können, der später zu Versprödung führt.

Sandstrahlanforderungen

Sandstrahlen entfernt anhaftenden Formsand, die oberflächliche Sinterschicht und einen Teil der Oxidschicht und bereitet die Oberfläche für die Säurewäsche, Beschichtung oder Inspektion vor. Die Norm verlangt, dass das Schleifmittel und die Maschineneinstellungen kontrolliert und nicht einfach nach Gefühl gewählt werden.

Strahlmittel: Weißes Korund ist das übliche Medium zum Grobstrahlen. Es wird gewählt, weil es hart, scharf und frei von Eisenverunreinigungen ist, die die Titanoberfläche verschmieren würden.

Druck: Der Strahldruck wird unter etwa 0,45 MPa gehalten. Durch übermäßigen Druck treffen Schleifpartikel hart genug auf das Titan, um starke Funken zu erzeugen, die die lokale Temperatur erhöhen und eine Reaktion mit der Oberfläche hervorrufen, wodurch sekundäre Verunreinigungen zurückbleiben.

Reihenfolge und Sauberkeit: Das Strahlen folgt der Reinigung des Gussteils und geht dem Waschen mit Säure voraus. Das Strahlmittel wird trocken und frei von Rückständen anderer Materialien gehalten und die gestrahlten Oberflächen werden vor einer erneuten Kontamination vor dem nächsten Schritt geschützt.

Auch die Qualität der Druckluft verdient Aufmerksamkeit. In der Luftleitung transportiertes Öl oder Wasser lagert sich auf einer frisch gestrahlten Oberfläche ab und wird zu einem Defekt, der erst nach dem Beizen auftritt.

Säurewaschsysteme und Badkontrolle

Das Waschen mit Säure löst die Reaktionsschicht und das verbleibende Oxid schnell und vollständig auf und vermeidet gleichzeitig eine Kontamination durch andere Elemente. Zwei Systeme werden häufig verwendet und verhalten sich recht unterschiedlich.

Das Fluorwasserstoff--Salzwasserstoffsystem hat eine höhere Tendenz zur Wasserstoffabsorption und wird daher dort eingesetzt, wo dieses Risiko akzeptabel und kontrolliert ist. Das Fluorwasserstoff--Salpetersystem absorbiert weniger Wasserstoff und erzeugt eine helle, gleichmäßige Oberfläche, was es zur bevorzugten Wahl für Gussteile macht, die einer visuellen Prüfung unterzogen oder für anspruchsvolle Zwecke verwendet werden. In beiden Fällen wird das Bad durch Chemie und Temperatur definiert, nicht nur durch die Zeit.

Die Steuerung des Bades erfolgt kontinuierlich. Die Säurekonzentration wird titriert und wieder aufgefüllt, die Temperatur wird innerhalb des angegebenen Fensters gehalten und die Teile werden abgefüllt, sodass die Lösung interne Durchgänge und Sacklöcher erreicht. Über-Beizen entfernt gesundes Metall und vertieft die Wasserstoffaufnahme-; Unter-Das Beizen hinterlässt Oxid und eine dunkle Oberfläche, die die Prüfung nicht besteht. Nach dem Waschen ist ein gründliches Spülen mit klarem Wasser unerlässlich, um restliches Fluorid zu entfernen, das andernfalls Flecken verursachen würde, und Heißlufttrocknung verhindert Wasserflecken und Flugrost durch Werkzeugkontakt.

Wenn die Wasserstoffaufnahme-bei dünnen Abschnitten oder hochfesten Gussteilen ein Problem darstellt, wird ein Vakuumglühen oder Vakuumentgasungsschritt verwendet, um absorbierten Wasserstoff zu entfernen, und das Ergebnis wird durch Wasserstoffanalyse der mit der Charge verarbeiteten Probenstücke überprüft.

Polier- und erweiterte Endbearbeitungsoptionen

Über das Strahlen und Beizen hinaus erkennt die Norm weitere Endbearbeitungstechniken für Gussteile an, die eine feinere Oberfläche oder einen höheren Glanz erfordern: elektrolytisches mechanisches Verbundschleifen, Trommelschleifen, chemisches Polieren und elektrolytisches Polieren. Diese Methoden reduzieren die Oberflächenrauheit und erhöhen den Glanz, sind jedoch komplexer zu steuern, verbrauchen mehr Chemikalien und Energie und ihre Prozessfenster sind enger. Sie werden daher dort eingesetzt, wo die Zeichnung eine sehr hohe Oberflächenqualität erfordert, wie etwa bei implantierbaren medizinischen Geräten oder polierten Flüssigkeitshandhabungsflächen, und nicht als allgemeine Standardeinstellung.

Die Auswahl zwischen ihnen hängt von der Geometrie ab. Das Trommelschleifen eignet sich für große Mengen kleiner Gussteile, die frei taumeln können. Chemisches und elektrolytisches Polieren erreichen vertiefte Bereiche und Innenflächen, die nicht mechanisch poliert werden können, und elektrolytisches Polieren ist im Allgemeinen in der Lage, eine Oberfläche zu glätten, ohne der Oberflächenschicht mechanische Verformung zu verleihen.

Qualitätsprüfung, Qualitätskontrolle und technische Sicherheit

Die Inspektion nach der Oberflächenbehandlung bestätigt, dass das Gussstück die festgelegten Anforderungen erfüllt. Es umfasst die visuelle Prüfung des Aussehens und der Oberflächenfehler, die Überprüfung der Maßhaltigkeit und die Messung der Oberflächenrauheit anhand des angegebenen Parameters und der Bewertungslänge. Es werden Aufzeichnungen geführt, damit eine Charge auf ihre Behandlungsparameter zurückgeführt werden kann, falls später ein Problem auftritt.

Bei der Qualitätskontrolle handelt es sich um das umgebende System und nicht um eine einzelne Prüfung. Kritische Prozessparameter werden überwacht und aufgezeichnet, Geräte werden kalibriert, Behandlungslösungen werden nach einem Zeitplan analysiert und Abweichungen werden untersucht, bevor die Produktion fortgesetzt wird. Diese Disziplin macht die Behandlung von einer Charge zur nächsten wiederholbar und ist der Grund dafür, dass der Kunde einem zertifizierten Prozess vertrauen kann.

Ebenso spezifisch sind die technischen Sicherheitsanforderungen. Persönliche Schutzausrüstung ist obligatorisch: Chemikalienschutzbrille oder Gesichtsschutz, säurebeständige Schutzkleidung, Handschuhe und, wenn sich Säurenebel bilden kann, Atemschutz. Säuremischungen werden durch Zugabe von Säure zum Wasser in der richtigen Reihenfolge hergestellt, niemals umgekehrt, und Strahl- und Beizbereiche werden belüftet. Ausrüstung und Werkzeuge müssen in einwandfreiem Zustand sein, Hebezeuge, Gestelle und Belüftung müssen überprüft werden, damit Ausfälle oder unsachgemäße Bedienung keinen Unfall verursachen. Betriebsanweisungen werden ausgehängt und die Bediener darin geschult, einschließlich der Notfallmaßnahmen bei Säurekontakt und Wasserstoffansammlung in geschlossenen Beizbereichen.

Häufig gestellte Fragen

F: Welche Norm regelt die Oberflächenbehandlung von Gussteilen aus Titanlegierungen?
GB/T 39330-2020, die Spezifikation für Oberflächenbehandlungstechnologien von Gussteilen aus Titan und Titanlegierungen, legt die Behandlungsmethoden sowie die Qualitätsprüfung, Qualitätskontrolle und technischen Sicherheitsanforderungen fest.

F: Warum ist der Strahldruck beim Sandstrahlen von Titangussteilen begrenzt?
Der Druck wird unter etwa 0,45 MPa gehalten, damit die Schleifpartikel nicht mit ausreichender Energie auftreffen, um starke Funken zu erzeugen, die die Oberfläche erhitzen und eine Reaktion und Sekundärverunreinigung verursachen.

F: Wie unterscheidet sich die HF-HNO3-Säurewäsche vom HF-HCl-System?
Das Fluorwasserstoff--Salpetersäuresystem absorbiert weniger Wasserstoff und hinterlässt eine helle, gleichmäßige Oberfläche, während das Fluorwasserstoff--Salzsäuresystem eine höhere Tendenz zur Wasserstoffabsorption aufweist und nur dort angewendet wird, wo dieses Risiko kontrolliert wird.

F: Welche Badbedingungen werden zum Säurewaschen von Titangussteilen verwendet?
Typische Kontrollwerte sind 3 % bis 5 % Flusssäure mit 15 % bis 30 % Salpetersäure im Glanztauchsystem, eine Badtemperatur nahe 20 bis 25 Grad Celsius und eine Eintauchzeit von etwa 3 bis 5 Minuten, gefolgt von gründlichem Spülen und Heißlufttrocknen.

F: Wann wird Polieren anstelle von Strahlen und Beizen verwendet?
Wenn eine feinere Oberfläche oder ein höherer Glanz erforderlich ist, kommen Techniken wie Trommelschleifen, chemisches Polieren und elektrolytisches Polieren hinzu. Sie sind komplexer zu steuern und bleiben anspruchsvollen Anforderungen an die Oberflächenqualität vorbehalten.

F: Was deckt die Inspektion nach der Oberflächenbehandlung ab?
Visuelle Prüfung von Aussehen und Oberflächenfehlern, Kontrolle der Maßhaltigkeit und Messung der Oberflächenrauheit anhand des angegebenen Parameters, unterstützt durch aufgezeichnete Prozessparameter, die eine Rückverfolgbarkeit der Charge ermöglichen.