Beizen & Alpha-Case-Entfernung
Immer wenn Titan an Luft erwärmt wird — Schmieden, Warmumformen, Glühen, Warmwalzen — diffundieren Sauerstoff und Stickstoff in die Oberfläche und bilden Alpha Case: eine harte, sauerstoffangereicherte Schicht, die spröde ist und die Dauerfestigkeit drastisch senkt.
Man sieht sie nicht. Ein Teil mit Alpha Case sieht aus wie eines ohne. Sie zeigt sich später — als Riss beim Umformen, als Riss an der Schweißnaht oder als Ermüdungsbruch weit unterhalb der Auslegungslebensdauer.
Dies ist der Prozess, der sie entfernt — und die Prüfungen, die belegen, dass sie weg ist.
Was entfernt wird und wie
| Stufe | Zweck |
|---|---|
| Mechanische oder alkalische Vorbehandlung | Schweren Zunder aufbrechen, damit die Säure auf Metall und nicht auf Oxid wirkt |
| Beizen in Salpeter-Flusssäure | Kontrolliertes Auflösen der kontaminierten Randschicht |
| Mehrstufiges Spülen und Neutralisieren | Säurereste von Flächen und Hinterschneidungen entfernen |
| VE-Wasser-Endspülung und Trocknung | Flecken und Halogenidreste vermeiden |
| Saubere Verpackung | Rekontamination auf dem Transportweg verhindern |
Der Abtrag liegt typischerweise im Bereich einiger zehn Mikrometer je Durchgang. Schwerer Zunder oder dicke Alpha-Case-Schichten werden zuerst mechanisch oder alkalisch vorbehandelt, statt alles in Säure lösen zu wollen — das kostet Material und riskiert Überätzung.
Wie der Abtrag nachgewiesen wird
Genau hier trennt sich ein beherrschter Prozess von einem kosmetischen.
Metallografischer Schliff. Ein mit der Charge behandeltes Zeugenblech wird getrennt, eingebettet, geätzt und unter dem Mikroskop vermessen. Der Bericht nennt Entnahmestelle, Vergrößerung sowie maximale und mittlere Restschichttiefe. Bei geringer Schichtdicke können Mikrohärteverläufe ergänzen.
Sagt ein Lieferant, die Alpha-Case-Entfernung werde „nach Aussehen” oder „nach Farbe” beurteilt, wird der Prozess nicht beherrscht. Das Aussehen ist genau das, was Alpha Case eben nicht verändert.
Das Wasserstoffproblem
Beim Beizen gibt es einen zweiten Fehlermechanismus, über den seltener gesprochen wird und der ebenso unsichtbar ist.
Im Säurebad können Wasserstoffionen zu atomarem und dann molekularem Wasserstoff reduziert werden, der in das Titangitter diffundiert. Ergebnis ist Wasserstoffversprödung — Rissbildung beim späteren Biegen, Umformen oder Schweißen, an einem Teil, das Sicht- und Maßprüfung bestanden hat.
Salpetersäure verhindert das, indem sie den entstehenden Wasserstoff oxidiert:
2 HNO₃ + H₂ → 2 H₂O + 2 NO₂Deshalb ist das Verhältnis von Salpeter- zu Flusssäure wichtiger als die Gesamtkonzentration. Übliche Praxis hält HNO₃:HF oberhalb von etwa 5:1; darunter steigt die Wasserstoffaufnahme deutlich. Badverhältnis, Temperatur, Tauchzeit und Analysehäufigkeit gehören mit Aufzeichnungen in die Prozesskarte, nicht in eine mündliche Zusage.
Der Wasserstoffgehalt wird nach dem Beizen geprüft und als Freigabekriterium berichtet — mittels Trägergasschmelzextraktion, nicht abgeleitet aus dem Zeugnis des Vormaterials. Liegt Wasserstoff außerhalb der Spezifikation, ist die Korrektur eine Vakuum-Entgasung mit Nachprüfung — niemals längeres Beizen oder Abschleifen der Oberfläche.
Für Zirkonium gilt dasselbe, mit eigener Badchemie und eigenen Zeugenblechen — Zirkonium wird nicht mit Titanparametern gefahren.
Kontaminationskontrolle
Titan nimmt Eisen leicht auf, und eingebettetes Eisen wird zum Korrosionsausgangspunkt. Eigene Vorrichtungen und Hebemittel, nichteisenhaltige Kontaktflächen, Chargentrennung, VE-Wasser-Endspülung und chloridfreie Verpackung gehören zum Prozess und sind keine Zusatzoptionen.
Wann Sie es brauchen
- Nach Schmieden, Warmumformen oder Warmwalzen
- Nach Wärmebehandlung an Luft oder in nicht schützender Atmosphäre
- Vor dem Schweißen, wo eine kontaminierte Oberfläche die Naht reißen lässt
- Vor Umformoperationen, die die Oberfläche auf Zug beanspruchen
- Bei Luftfahrt- und Medizinteilen, wo Alpha Case eine Spezifikationsanforderung ist und keine Präferenz
Geht das Teil anschließend in Schweißen und Fertigung oder in die Oberflächenbearbeitung, sagen Sie es uns — mechanische Bearbeitung verändert das Aussehen einer Oberfläche, nicht das, was darunter liegt.
Was Ihre Anfrage enthalten sollte
Sorte und Produktform, die thermische Vorgeschichte (was das Teil erwärmt hat und in welcher Atmosphäre), die anzuwendende Spezifikation oder Abnahmenorm, die maximal zulässige Rest-Alpha-Case-Tiefe und den Wasserstoffgrenzwert. Sind die letzten beiden nicht in Ihrer Zeichnung festgelegt, nennen Sie uns die Anwendung — wir schlagen Werte vor, bevor wir kalkulieren.