4 wichtige Schritte zur Überwindung von Materialoberflächenfehlern

Was bedeutet „fehlerfrei“ wirklich?

Ein grundlegendes Problem tritt auf, wenn eine Konstruktionszeichnung „frei von Mängeln“, „frei von Rückständen“, „frei von Öl, Fett und Partikeln“, „frei von Schmutz“, „keine Kratzer“ oder auf andere Weise darauf hinweist, dass keine Materialoberfläche vorhanden ist Mängel sind akzeptabel. In Zeichnungen werden auch häufig Merkmale wie „keine Ziehlinien, „keine Rillen“ und „keine Längsstanzlinien“ genannt.

Das Problem bei diesen Anfragen ist, was bedeutet das eigentlich, wenn Sie sich die Oberfläche eines Teils ansehen?

Wenn Sie sich jede Oberfläche genau genug ansehen, werden Sie Fehler finden. (Haben Sie Ihre Haut schon einmal in einem gewöhnlichen Spiegel und dann in einem Spiegel mit 10-facher Vergrößerung betrachtet?) Und das gilt sogar für die präziseste Metallherstellung.

Unterschiede auf mikroskopischer Ebene

Aus mikroskopischer Sicht kann eine Oberfläche Linien aufweisen, die bei 10-facher Vergrößerung unsichtbar sind, bei 50-facher Vergrößerung jedoch wie große Täler aussehen. Die Oberfläche eines abgeschnittenen Röhrchens mag bei 10-facher Vergrößerung einheitlich aussehen, aber bei 500-facher Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) werden Unvollkommenheiten in der Kornausrichtung sichtbar.

Unter extrem hoher Vergrößerung hat praktisch jedes Material Oberflächenprobleme. Wenn jedoch gefordert wird, dass eine Oberfläche „fehlerfrei“ sein soll, wird in den Zeichnungen oft nicht angegeben, wie genau die Oberfläche eines Teils untersucht werden sollte – oder, was vielleicht noch wichtiger ist, wie genau sie vom Kunden untersucht wird.

Wie können Sie Probleme mit Materialoberflächenfehlern lösen? Wende diese vier Schritte an!

1. Bestimmen Sie das Vergrößerungsverhältnis

Um sicherzustellen, dass Teile mit dem richtigen Detaillierungsgrad geprüft werden, ist es von entscheidender Bedeutung, das Vergrößerungsverhältnis zu bestimmen, mit dem die Materialoberfläche untersucht werden muss. Das Vergrößerungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der scheinbaren Größe eines Objekts (oder seiner Größe in einem Bild) und seiner wahren Größe, angegeben als 5x, 10x, 20x, 50x usw.

Indem Sie das Vergrößerungsverhältnis auf Ihrer Zeichnung angeben, haben Sie und Ihr Lieferant eine vereinbarte Stufe, auf der Sie messen können, ob die Oberfläche eines Materials Ihren Anforderungen entspricht.

Aber was sollten Sie bei der Angabe der Vergrößerung beachten?

Bei der Auswahl einer Vergrößerungsstufe ist es auch wichtig, dass sie für Ihre Endanwendung sinnvoll ist. Da eine genauere Prüfung mit zusätzlichen Kosten verbunden ist, möchten Sie sicher sein, dass Sie das Teil nicht überkonstruieren und eine Oberflächenbearbeitung verlangen, die Ihre Anforderungen übersteigt und daher Ihr Budget überschreiten kann.

Wenn beispielsweise eine leichte Rille in einem Rohr oder einer Stange die Leistung des Teils nicht beeinträchtigt, kann die Untersuchung des Teils bei 100-facher Vergrößerung übertrieben sein. Wenn Sie jedoch ein Kugellager herstellen, das in einem kritischen Flugzeugteil verwendet wird, kann eine hohe Vergrößerungsstufe erforderlich sein, um die Funktionalität zu gewährleisten und die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

2. Berücksichtigen Sie den Winkel der Lichtquelle

Denken Sie daran, dass der Winkel der Lichtquelle auch auf mikroskopischer Ebene einen Einfluss auf das Erscheinungsbild einer Materialoberfläche haben kann.

Der Winkel des Lichts kann Schatten und Reflexionen verursachen, die die wahrgenommene Größe von Ziehlinien, Rissen, Furchen, Dellen und anderen Unvollkommenheiten der Oberflächenbeschaffenheit vergrößern oder verkleinern können. Der Winkel kann auch das Aussehen verändern oder das Vorhandensein von Verfärbungen verbergen.

Optische Mikroskope können auf verschiedene Lichtquellen zurückgreifen, wie z. B. Ringlichter, eingebettete Glasfasern, parallele Leuchtstoffröhren oder sogar Hintergrundbeleuchtung – die alle unterschiedliche Schatten werfen.

3. Identifizieren Sie die Farbtemperatur des Lichts

Eine weitere Variable ist die Farbtemperatur des Lichts, die eine umfassendere Sichtweise auf eine Lichtquelle darstellt, anstatt nur festzustellen, ob ein Mikroskop LED-, Fluoreszenz- oder Glühlampenlicht verwendet.

Diese Eigenschaft des sichtbaren Lichts wird in Kelvin (K) angegeben. Temperaturen über 5.000 K werden als kühle Farben (bläuliches Weiß) und niedrigere Temperaturen (2.700–3.000 K) als warme Farben (gelbliches Weiß bis Rot) bezeichnet.

Unterschiede in der Farbtemperatur können das Erscheinungsbild der Oberfläche eines Teils beeinflussen. Dies kann zu Inkonsistenzen führen in:

• Wie zwei Personen, die dasselbe Teil bei unterschiedlicher Beleuchtung betrachten, die Materialoberfläche sehen und beschreiben würden
• Wie die Oberfläche auf einem Foto oder Video aussehen würde, das mit dem ausdrücklichen Zweck geteilt wird, zu bestätigen, wie das Teil „aussehen sollte“

4. Betrachten Sie die Anwesenheit von Licht

Eine weitere zu berücksichtigende Variable ist das Vorhandensein von Licht – oder genauer gesagt, die Abwesenheit von Licht wie im Fall eines SEM.

Jede Mikroskopie beinhaltet das Betrachten eines Objekts und/oder von Bereichen seiner Oberfläche, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Optische Mikroskope verwenden die Beugung, Reflexion oder Brechung sichtbarer Lichtstrahlen, um ein Bild zu erzeugen.

Aber ein SEM untersucht eine Probe, indem es sie mit einem fokussierten Elektronenstrahl abtastet, der von der Topographie einer Probe reflektiert wird, um dreidimensionale Bilder des Objekts und/oder der Oberfläche zu erzeugen. Mit anderen Worten, für das menschliche Auge betrachtet ein REM Teile in völliger Dunkelheit!

Das heißt, es gibt keine verwirrenden Schatteneffekte.

Ist ein SEM das Richtige für Ihre Anwendung?

Da Elektronen eine viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben, ist ein SEM in der Lage, ein Bild mit einer viel höheren Auflösung und mehr Details zu erzeugen als das, das von einem optischen Mikroskop erzeugt wird. Darüber hinaus hat ein SEM eine größere Tiefenschärfe, daher die detailliertere 3D-Bildgebung.

SEM hat jedoch große Nachteile, einschließlich der Tatsache, dass sich die Elektronenquelle, die Linsen und die Probe alle in einem Vakuum befinden müssen. Für alltägliche Anwendungen ist ein SEM außerdem extrem teuer, komplex und schwierig zu verwenden.

Da es sich außerdem grundlegend von gewöhnlichen Mikroskopieverfahren unterscheidet, bietet ein REM keine Vergleichsbasis mit dem, was mit dem Auge unter Verwendung des typischeren optischen Mikroskopverfahrens gesehen werden kann. Obwohl die von einem SEM erzeugte Detailgenauigkeit erstaunlich ist, ist sie mit typischen Ressourcen in der Fabrik oder im Geschäft nicht kompatibel.

Das bedeutet, dass die Forderung nach SEM-Niveau „fehlerfrei“ zumindest zum jetzigen Zeitpunkt nicht praktikabel ist.

Denken Sie jetzt darüber nach, um die Qualität später sicherzustellen

Die gute Nachricht ist, Sie können und sollten immer die Vergrößerungsstufe angeben, unter der Sie die Oberfläche Ihres Teils mit den typischeren Mikroskopiemethoden untersuchen möchten.

Herkömmliche optische Mikroskope können zwischen 5x und 50x messen, und es gibt andere, fortgeschrittenere Optionen. Beispielsweise verfügt die Metal Cutting Corporation über ein optisches Mikroskop, das bis zu 200-fach vergrößern kann, und unsere Videoinspektionsgeräte können sogar noch mehr Details anzeigen.

Denken Sie vor allem früh im Herstellungsprozess über die Materialoberfläche, das Vergrößerungsverhältnis und deren Beziehung zu den Anforderungen Ihrer Endanwendung nach – zum Beispiel, wenn Sie Ihre Zeichnungen erstellen oder eine Anfrage ausfüllen. Das hilft Ihnen nicht nur, spätere Probleme zu vermeiden, sondern trägt auch dazu bei, sicherzustellen, dass Ihre Teile die Inspektion bestehen und Ihren Anforderungen entsprechen.