Informació de proves
La prova durs de titani és el conjunt d'assaigs de duresa destinats a determinar la resistència mecànica superficial del titani i dels seus aliatges, un material utilitzat àmpliament en sectors com l'aeroespacial, la indústria mèdica, la fabricació d'implants, la construcció química, la naval i l'automoció. ZHONGXI Testing ofereix aquest servei de prova durs de titani per a mostres de titani comercialment pur, aliatges de titani tipus Ti-6Al-4V i altres grades, així com per a components acabats, lingots, xapes, barres, tubs i recobriments de titani.
L'objectiu de la prova durs de titani és quantificar la capacitat del material per resistir la penetració, la deformació plàstica localitzada i el desgast, paràmetres que estan directament relacionats amb la composició química, el tractament tèrmic rebut, el grau d'acabat superficial i la presència de contaminants intersticials com l'oxigen, l'hidrogen i el nitrogen. Les tècniques emprades inclouen la duresa Vickers (HV), la duresa Brinell (HBW), la duresa Rockwell (HRC i HRB) i, per a casos que exigeixen una resolució molt fina, la microduresa Vickers amb càrregues reduïdes, que permet avaluar zones afectades tèrmicament, capes nitrurades, recobriments anòdics i microestructures de fase alfa i beta.
El procés típic comença amb la recepció i el registre de la mostra, la preparació metal·logràfica de la superfície (embastat, polit i eventualment atacat químic), la realització de les indentacions segons la càrrega i el temps de penetració especificats, i la mesura de la diagonal de la petjada o de la profunditat de penetració amb equips calibrats. Els paràmetres bàsics que es controlen durant l'assaig inclouen la força aplicada (des de 10 gf fins a 3000 kgf segons el mètode), el temps de manteniment de la càrrega, la qualitat de la superfície, el nombre de mesures repetides i la distància mínima entre indentacions, que ha de ser suficient per evitar l'efecte d'enduriment mutu entre petjades adjacents.
Els resultats s'expressen en unitats HV, HBW, HRC o HRB, acompanyats de la descripció de les condicions d'assaig i, quan escau, de la conversió orientativa entre escales de duresa i la resistència a la tracció estimada. Aquesta informació permet als fabricants verificar la conformitat del lot, controlar processos de recuit, tractament de solució i envelliment, i detectar anomalies com la fragilització per hidrogen o la contaminació superficial per oxigen.
La prova durs de titani també s'aplica a productes amb tractaments superficials específics, com la nitruració iònica, l'anoditzat dur i els recobriments de nitrur de titani, on la mesura de microduresa és la via per caracteritzar l'eficàcia de la capa formada i la seva adherència al substrat.
Abast de proves
- Titani comercialment pur Grau 1 (Ti 99,5% mínim), el grau més dúctil, adequat per a conformació en fred i aplicacions químiques.
- Titani comercialment pur Grau 2, el grau més utilitzat en indústria química, naval i d'intercanviadors de calor.
- Titani comercialment pur Grau 3, amb major resistència mecànica per intersticials controlats.
- Titani comercialment pur Grau 4, amb el major contingut d'oxigen admès i duresa més elevada de la sèrie CP.
- Aliatge Ti-6Al-4V Grau 5, l'aliatge de titani de dues fases més emprat en aeroespacial i biomèdic.
- Aliatge Ti-6Al-4V ELI Grau 23, de baix contingut intersticial, utilitzat en implants mèdics i aplicacions criogèniques.
- Aliatge Ti-5Al-2.5Sn Grau 6, aliatge alfa per a aplicacions de resistència a creep.
- Aliatge Ti-3Al-2.5V Grau 9, aliatge pseudo-alfa per a tubs hidràulics i estructures soldades.
- Aliatge Ti-6Al-7Nb, desenvolupat per a aplicacions biomèdiques sense vanadi.
- Aliatge Ti-15Mo, aliatge beta estabilitzat amb molibdè per a dispositius mèdics.
- Aliatge Ti-13Nb-13Zr, aliatge beta de baix mòdul per a implants ortopèdics.
- Aliatge Ti-5553 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr), aliatge beta per a components estructurals de trens d'aterratge.
- Aliatge Ti-10V-2Fe-3Al, aliatge beta forjat per a peces aeroespacials de alta resistència.
- Aliatge Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, per a aplicacions a alta temperatura en motors.
- Aliatge Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, utilitzat en components de compressor d'aviació.
- Aliatge Ti-8Al-1Mo-1V, aliatge alfa-beta per a pales i estructures de motor.
- Aliatge Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C), per a molls i elements de fixació d'alta resistència.
- Titani esponjós consolidat i pols premsada i sinteritzada (PM), on la duresa revela el grau de densificació.
- Components impresos en 3D per fusió de feix d'electrons (EBM) i sinterització directa per làser (DMLS), incloent paràmetres de duresa de l'aliatge Ti-6Al-4V manufacturat additivament.
- Xapes i bandes de titani laminades en calent i en fred, amb mesura de duresa per controlar el treball en fred rebut.
- Barres, verguilles i filferros de titani estirats, on la prova de duresa avalua l'enduriment per deformació.
- Tubs de titani sense soldadura i soldats per a intercanviadors de calor i condensadors.
- Forjaments de titani per a discs de turbina, anells estructurals i components de tren d'aterratge.
- Fondures de titani en motlles d'investiment per a carcasses i components mèdics.
- Peces amb tractament superficial de nitruració, on es mesura la microduresa de la capa de nitrur de titani formada.
- Recobriments PVD de TiN, TiAlN i TiCN sobre substrats d'eines, caracteritzats per microduresa Vickers i Knoop.
- Recobriments anoditzats durs sobre titani, amb perfil de duresa des de la superfície fins al substrat.
- Suports dentals i implants de titani amb superfície tractada per gravat i arenat, on es verifica la duresa del nucli després del tractament.
- Components soldats de titani, amb mesures de duresa traversals per detectar zones fragilitzades a la zona afectada tèrmicament.
- Titani amb recobriment d'òxid per capa anòdica de color, on es comprova que el tractament no degrada la duresa del substrat.
- Prova durs de titani sobre mostres amb fragilització per hidrogen, on s'observen pics de duresa en zones hidrurades.
Preguntes freqüents
Quant de temps triga la prova durs de titani?
El termini habitual és de 7 a 15 dies laborables, en funció del nombre d'elements sol·licitats i del tipus de mostra. Una determinació simple de duresa Vickers o Rockwell sobre una proveta ja preparada es pot lliurar en la part baixa d'aquest interval, mentre que un estudi complet amb perfils de microduresa sobre seccions metal·logràfiques, mapes d'indentació o mesures a alta temperatura requereix més temps per la preparació de mostres i el nombre de mesures. Si el client envia components grans que cal seccionar, el temps de preparació també s'ha de tenir en compte.
Quant costa la prova durs de titani?
El cost es determina segons el nombre d'elements de prova sol·licitats i la complexitat de la preparació de la mostra. Una mesura única de duresa Brinell o Rockwell té un cost diferent d'un perfil de microduresa amb desenes d'indentacions o d'un mapa de duresa automatitzat. Per obtenir una oferta concreta, el client pot contactar amb els enginyers del laboratori indicant el tipus de material, la norma o especificació aplicable i la forma de la mostra; així es prepara un pressupost detallat abans d'iniciar l'assaig.
Quants elements inclou la prova durs de titani i quina quantitat de mostra cal preparar?
Els elements dependran del tipus de producte i de l'estàndard o especificació aplicable: per a titani comercialment pur sol ser suficient una determinació de duresa Brinell o Rockwell B, mentre que per a aliatges tractats tèrmicament i components amb recobriments s'acostumen a afegir microduresa Vickers, perfils de capa i mesures de la zona soldada. Pel que fa a la quantitat de mostra, es recomana enviar entre 100 g i 500 g de material, o bé una proveta d'aproximadament 30 × 30 mm amb un gruix d'almenys 5 mm per a mesures de macroduresa; per a microduresa es pot treballar amb mostres més petites, sempre que la superfície pugui quedar plana i perpendicular a l'eix d'indentació.
Per què el valor de duresa del meu titani surt més alt del que indica la fitxa del material?
Les causes més habituals són la contaminació intersticial per oxigen o nitrogen, que forma una capa endurida superficial quan el titani s'escalfa en atmosfera no protegida durant la forja, el laminat o la soldadura; també poden influir-hi el treball en fred acumulat, la fragilització per hidrogen amb formació d'hidrurs, o simplement una superfície mal preparada que provoca lectures distorsionades. Quan es detecta una discrepància, es recomana fer un perfil de duresa en secció: si la duresa baixa gradualment cap al nucli, hi ha capa endurida per difusió d'intersticials; si la duresa és alta a tot el gruix, cal revisar la composició química i el tractament tèrmic del lot.
Es pot mesurar la duresa de recobriments fins de nitrur de titani sobre eines?
Sí, sempre que es triï la càrrega adequada al gruix de la capa. Per a recobriments PVD de TiN o TiAlN d'entre 1 i 5 micres s'empra microduresa Vickers amb càrregues de 0,05 a 0,1 kgf o el mètode Knoop, que té una petjada més superficial i allargada. El criteri tècnic és que el gruix del recobriment sigui almenys deu vegades la profunditat de penetració, per evitar que el penetrador percebi el substrat i doni un valor mesclat entre la capa i el material de base.
Mètodes de prova
- Mètode Vickers amb penetrador de diamant piramidal i angle de 136 graus, aplicable a totes les categories de titani amb superfície preparada.
- Mètode Knoop amb penetrador de diamant allargat, que redueix la profunditat de penetració i és adequat per a capes fines de recobriment.
- Mètode Brinell amb bola de carbur de tungstè, que ofereix una mitjana representativa en materials amb microestructura de gra gruixut.
- Mètode Rockwell amb mesura de la profunditat de penetració, que aporta resultats ràpids sense necessitat de mesura òptica de la petjada.
- Mètode de microduresa sobre secció transversal polida i atacada, per localitzar indentacions sobre fases alfa, beta i martensítica alfa-prima.
- Mètode de perfil de duresa amb indentacions equidistants des de la superfície, per determinar la profunditat efectiva de les capes nitrurades.
- Mètode de traça de duresa a través de la zona soldada, amb mesures en el material base, la ZAT i el cordó de soldadura.
- Mètode de mapa de duresa amb matriu automatitzada d'indentacions, per a l'estudi de la uniformitat de peces forjades o impreses en 3D.
- Mètode de duresa a temperatura elevada amb platina escalfable i atmosfera protectora, per simular condicions de servei en components de motor.
- Mètode de duresa abans i després de tractament tèrmic, comparant l'estat de recepció amb l'estat de solució i envelliment.
- Mètode de duresa després de deformació en fred controlada, per quantificar l'índex d'enduriment del material.
- Mètode de correlació duresa-tracció amb aplicació de factors de conversió orientatius específics per a aliatges de titani.
- Mètode de mesura de duresa sobre recobriments amb la regla de desena part, segons la qual el gruix de la capa ha de ser almenys deu vegades la profunditat de la indentació.
- Mètode de verificació amb bloc patró abans i després de cada sèrie de mesures, per assegurar la traçabilitat del resultat.
- Mètode d'inspecció de la petjada per microscopia òptica amb mesura de les dues diagonals i càlcul del valor mitjà.
- Mètode de repetició estadística amb un mínim de cinc indentacions vàlides per condició, amb càlcul de la mitjana i la desviació.
Resum
La prova durs de titani cobreix la determinació de duresa Vickers, Brinell, Rockwell i microduresa sobre titani comercialment pur, aliatges de titani, components soldats, peces amb tractaments superficials i recobriments de nitrur, amb perfils de capa, mapes d'indentació i mesures a temperatura elevada. El servei s'ofereix per a mostres des de 100 g fins a components de gran format, amb un termini habitual d'entre 7 i 15 dies laborables en funció dels elements sol·licitats i del tipus de mostra presentada.