MALZEME MUAYENESİ. [ Giriş

Transkript

1 ıribatlı malzeme muayenesi yöntemleriyle elde edilen veriler kullanılır. ıcak mekanik deneylerde kullanılan numuneler ya tahribata uğrar ya da namen kırılır. Malzemelerde bulunan hatalar, bunlardan imal edilen rçaların mukavemetinin büyük ölçüde azalmasına neden olur. Bu nedenle ak, nükleer reaktör ve türbin yapımı gibi uygulama alanlarında kullanılan lzeme ve parçaların tahribatsız yöntemlerle dikkatli bir biçimde muayene ilmeleri gerekir. Tahribatsız malzeme muayenesi bir malzeme veya parçanın revini yapmasını engellemeden veya herhangi bir zarar vermeden yapılan celeme anlamına gelmektedir. Tahribatsız malzeme muayenesi malzemelerin tpısal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi için değil, maizemede bulunan Ltaların cinsinin ve yerlerinin belirlenmesi için yapılır. Tahribatsız malzeme uayenesi yöntemleri İkinci Dünya Savaşından itibaren hızlı bir tempoda liştirilmiş ve günümüzde üretim ve kalite kontrolü aşamalarında, bakım ıarım çalışmalarında ve araştırma-geliştirme faaliyetlerinde yaygın olarak ıllanılmaktadır. Tasarıma yönelik mühendislik hesaplarında ve malzeme seçiminde rulma deneyleri ile belirlenir. Malzemelerin yüksek sıcaklık ve sabit yük ındaki davranışları ise sürünme deneyleri ile incelenir. Yapılan deneylerden [e edilen sonuçlar mühendislik uygulamaları için malzeme seçiminden başka ya çarpma deneyleriyle incelenir ve bu deneyler değişik sıcaklıklarda ılzemelerin tekrarlı gerilme altındaki davranışları ve kullanım ömürleri altındaki davranışı ve statik yüke dayanımı çekme ya da basma ıeyleriyle belirlenir. Malzemelerin darbeli yük altındaki davranışları darbe ılzemelerin kesilmeye, delinmeye ve aşınmaya kısacası plastik brmasyona karşı direnci sertlik deneyleri ile ölçülür. Malzemelerin statik ılarak malzemelerin sünek-gevrek geçiş sıcaklıkları belirlenir. nmesi gerekir. Malzemelerin yapı ve özellikleri bir takım tahribatlı malzeme tlzemelerin yapılarını oluşturan fazların türü, dağılımı ve oranları ile tane kanik özelliklere bakılır. Söz konusu mekanik özellikler de malzemelerin Vüklüğü gibi yapısal özellikler metalografi deneyleri ile belirlenir. apılarına bağlıdır. Bu nedenle, malzemelerin yapı ve özelliklerinin iyi ayenesi yöntemleriyle incelenerek elde edilen sonuçlar değerlendirilir. Malzeme seçiminde daha çok sertlik, mukavemet ve süneklik gibi temel bölümde, her iki gruba giren yöntem ve teknikler ayrı ayrı ele alınarak Malzemelerin yapı ve özelliklerinin incelenmesi anlamına gelen malzeme ayenesi tahcibatlı ve tahribatsız muayene olmak üzere iki ana gruba ayrılır. ute kontrolü ve malzeme geliştirme amaçları için de kullanılabilir. MALZEME MUAYENESİ lenmektedir. [ Giriş

2 tcak, malzemelerin içyapıları daha çok mikroskobik yöntemlerle incelenir. ılzemelerin özellikleri içyapılarına bağlı olduğundan yapısal ayrıntıların iyi inmesi gerekir. Metalografi yöntemiyle malzemelerin faz ve tane ılarından başka çatlak, gözenek ve segregasyon gibi yapısal kusurları da elenebilir. Yapısal incelemelerde kullanılacak araç ve gereçlerin iyi ilmesi gerekir. Metalografik incelemelerde kullanılan mikroskoplar ışık kroskopları ve elektron mikroskopları olmak üzere iki ana gruba ayrılır. rmal yapısal incelemeler için ışık mikroskopları kullanılır. Yapısal ıntıların, yönlenme ilişkilerinin, kristal yapıların ve kristal kusurlarının denmesi için de ayırt etme gücü yüksek olan elektron mikroskopları lanılır. Ancak burada yalnız ışık mikroskobu ile yapılan optik metalografisi alınmaktadır. 88 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi Bilindiği gibi hiçbir malzeme mükemmel değildir ve mükemmellikten erhangi bir sapma kusur veya hata olarak değerlendirilir. Ancak her kusur ıalzemenin işlevini yapmasına engel teşkil etmeyebilir. Tahribatsız muayene e malzemenin ideal durumdan ne kadar saptığı belirlenebilir. Eğer muayeneye Lbi tutulan malzeme için bir kabul edilebilirlik standardı belirlenmiş ise, tuayene sonuçlarına bakılarak o malzemenin kullanılıp kullanılamayacağı nusunda karar verilebilir. Böylece hatalı ham madde, malzeme ve yarı amuller işlenmeden, hazır parçalar ise yerine takılmadan önce ayrılabilirler. ahribatsız muayene yöntemlerine örnek olarak gözle muayene, girici enetran) sıvı ile muayene, manyetik tozla muayene, ultrasonik dalga ile uayene, eddy (girdap) akımı ile muayene ve radyografi ile muayene intemleri verilebilir. Tahribatlı ve tahribatsız malzeme muayenesi yöntemleri aşağıda bir sıra ıhilinde ele alınarak açıklanmaktadır. ).2 Tahribatlı Malzeme Muayellesi Tahribatlı malzeme muayenesi metalografi, sertlik, çekme, basma, darbe, >rulma, sürünme, eğme, çökertme ve burulma deneylerini içermektedir. Bu neyler sırasıyla aşağıda açıklanmaktadır..2.1 Metalografi Deneyi Malzemelerin içyapılarının incelenmesini konu alan bilim dalına talografi denir. Malzemelerin içyapıları makroskobik ve mikroskobik ntemlerle incelenir. Makroskobik incelemeler ya çıplak gözle ya da büyütme cü düşük olan araçlarla yapılır. Makroskobik inceleme yöntemi ile ılzemelerin geniş bölgelerinin yapıları hakkında bilgi edinilebilir. Örneğin ılzemelerdeki segregasyonlar, metal olmayan bazı kalıntılar, büyük boyutlu iksel hatalar ve mekanik etkiler makroskobik incelemelerle belirlenebilir.

3 lağlama işlemleri yapılır. Bu işlemler aşağıda kısaca açıklanmaktadır. a) Kalıplama: Çok küçük boyutlu ya da elle tutulması mümkün olmayan rıumunelerin kalıplanması gerekir. Numuneler sıcak preste ya da soğuk kalıpta kalıplanırlar. Alınan numunenin sıcakta ve basınç altında kalıplanması için bakalit, lusit, tenit ve transoptik gibi termoplastik malzemeler kullanılır. Kalıplamada kullanılan pres otomatik olup, işlem kg/cm2 lik basınç altında yaklaşık 5 dakikada gerçekleştirilir. Kalıplama sıcaklığı, kullanılan sentetik termoplastiğin ergime sıcaklığına göre ayarlanır ve bu sıcaklık 150 C yi geçmemelidir. Söz konusu sıcaklığın malzeme yapısında önemli bir değişime neden olması söz konusu ise, sıcak kalıplama yerine soğuk kalıplama yapılır. Soğuk kalıplama yönteminde polyester, epoksi ve akrilik malzemeler kullanılır. Katılaşma tamamlandıktan sonra polyester saydam, epoksi yarı saydam, akrilik ise opak görünüme sahip olur. Bu malzemeler reçine ve sertleştiriciden oluşurlar. Bu bileşenler belirli oranlarda karıştırıldıktan sonra, içerisinde numune bulunan kalıba dökülürler. Karışım oda sıcaklığında Numune hazırlama aşamasında sırasıyla kalıplama, taşlama, parlatma ve :arbür (SiC) ve elmas gibi aşındıncılar içerirler. Elle tutulamayacak kadar üçük olan numuneler kalıp veya bakalit içerisine alınarak, elle tutulabilecek )üyüklükteki numuneler ise kalıba alınmadan taşlama ve parlatma işlemlerine :esme işleminde daha çok su ve yağ ile soğutulan diskli kesme makinaları :ullanılır. Bu makinaların kesme diskleri alüminyum oksit (A1203), silisyum erekir. Malzemelerin içyapılarının etkilememesi için en az ısınmaya ve en az lastik şekil değişimine neden olan kesme yöntemleri tercih edilir. Numune tumunelerin kesilmesinde ise, yapıyı etkilemeyen yöntemlerin kullanılması esici taşlı makina, torna ve oksiasetilen alevi kullanılır. Ancak bu aletler ygun bir alet ve yöntemle kesilir. Bu işlem için testere, keski, diskli veya u yüzden bu tür aletler büyük boyutlu parçaların kesilmesinde kullanılır. Esas yrıntılı bilgi edinilebilir. Numune alma yeri belirlendikten sonra malzeme esme sırasında malzemenin ısınarak içyapısının değişmesine neden olabilir. Alınan numunenin malzemeyi temsil etmesi gerekir. Gerekirse ıalzemenin farklı bölgelerinden ayrı ayrı numune alınarak, malzeme hakkında tikroskobik inceleme ve değerlendirme olmak üzere başlıca üç aşama söz Metalografi deneylerinde numune alma, numune hazırlama ve Malzeme Muayenesi 289 nusudur. Bu aşamalar aşağıda kısaca açıklanmaktadır. ) Metalografik İncelemeler [ Numune Hazırlama Numune Alma abi tutulurlar.

4 riamak için otomatik parlatma cihazları kullanılır. Bazı durumlarda, ıune yüzeylerinin bozulmaması için mekanik parlatma yerine elektrolitik atma yapılır. Bunun için, kaba parlatma işlemine tabi tutulan numune önce.00 V arasında gerilim uygulayan bir doğru akım kaynağının pozitif ucuna anarak anot yapılır. Katot olarak da alüminyum veya paslanmaz çelik nılır. Elektrolitik parlatma işleminde çözeltinin bileşim ve sıcaklığının, fianan gerilimin, akım yoğunluğunun ve parlatma süresinin iyi seçilmeleri kir. d) Dağlama: Parlatılan numunelerin içyapılarının ortaya çıkarılması için ama yapılır. Dağlama işleminde, parlatılmış numune genelde bir asit itisi olan dağlama ayıracına daldırılır. Bazı durumlarda ise dağlama ayıracı uk yardımıyla numune üzerine sürülür. Bazı metal ve alaşımların anmasında kullanılan dağlama ayıraçları Tablo 10.1 de verilmiştir. o Malzeme Bilgisi ve Muayenesi limerizasyona uğrayarak belirli bir süre sonra katılaşır. Katılaşma süresi tianılan malzemeye bağlı olarak 30 ile 60 dakika arasında değişir. b) Taşlama: Kalıba alınan numuneler, genellikle SiC taneleri içeren aparalar ile taşlanır. Bu yüzden, bu işleme bazen zımparalama da denir. npara numarası aşındırıcınrn tane boyutuna bağlı olup, tane boyutu üldükçe zımpara numarası artar. Ancak, bazı zımparalar alümina (A1203) ve gnetit (Fe203) tozu içerebilir. Taşlama işlemi genelde döner disk üzerine leştirilen zımparalarla yapılır. Bu disklerin dönme hızları dev/dak sında değişir. Numunelerin aşırı ölçüde ısınmamaları için taşlama işleminin u ortamda yapılması gerekir. Taşlama işleminde kaba zımparalama ve ince zımparalama aşamaları söz ıusudur. Kaba zımparalama, genelde numunenin kalıplanmasından önce nlır. İnce zımparalama işleminde kademeli olarak numaraları gittikçe :selen zımparalar kullanılır. Kaba zımparalamada $0-150 numaralı [paralar, ince zımparalamada ise arasındaki numaralara sahip Lparalar kullanılır. Taşlamada numune elle tutulur ve zımpara kağıdına ifçe bastırılır. Bir zımparadan diğer bir zımparaya geçildiğinde numune 90 ece çevrilerek bir önceki zımparalama izlerine dik doğrultuda zımparalanır. ıparalama sırasında numune üzerinde oluşan çizikler ve deformasyona ayan tabaka bir sonraki zımparalama ile ortadan kalkar. Her zımparalama Enasından sonra numune gözle kontrol edilir. c) Parlatma: Parlatma işleminde aşındırıcı olarak ya alümina tozu ya da as pasta kullanılır. Bu aşındırıcılar dönen bir disk üzerindeki çuhaya ilerek uygulanır. Aşındırıcının disk üzerinde homojen bir şekilde ıhmının sağlanması için numune disk üzerinde ya diskin dönme yönüne ters de ya da diskin merkezi ile çevresi arasında ileri-geri hareket ettirilir. nune, her parlatma kademesinden sonra su ile yıkanır ve son parlatma emesinden sonra da su ve alkolle yıkanarak kurutulur. Parlatma sonucunda Ksiz ve ayna yüzeyini andıran bir yüzey elde edilir. Çok sayıda numune

5 Malzeme Muayenesi 291 ığianan numuneler önce saf su ve daha sonra da alkol ile yıkanarak kurutulur. ygulamada daha çok kimyasal dağlama yöntemi kullanılır. Kimyasal dağlama ntemi ile dağlanması zor olan veya mümkün olmayan malzemeler ktrolitik dağiama yöntemiyle, elektrolitik yöntemle dağlanması zor olan rçalar ise iyon demeti yöntemi ile dağlanır. Elektrolitik dağlamada uygun bir ktrolit içersine yerleştirilen numune anot yapılır ve katot olarak platin veya trbon kullanılır. Bu işlemde uygulanan gerilim parlatmada kullanılan rilimden çok daha düşük olup, bu değer genelde 2-6 V arasında değişir. ıblo 10.1 yıraçları Bazı Metal ve Alaşımların Dağlanması İçin Kullanılan Dağlama Malzeme Dağlama Ayıracı Kullanım Biçimi Dağlama ayıracı pamukla numune af Al 1 mi HF yüzeyine sürülür veya numune mi H20 saniye süreyle dağlama ayıracına daidırılır. Numune dağlama ayıracına daldırılıp, 1 mi HF saniye bekletildikten sonra 200 mi H20 yıkanarak kurutuiur. 2 mi HF Numune saniye süreyie dağiama 3 mi HCi ayıracına daldırıldığı gibi, dağlama J-Cu alaşımları 5 mi HNO3 ayıracı pamuk yardımıyla numune 190 mi H20 yüzeyine sürülür. d-sı aiaşımları d-mg aiaşımiarı 1 g NaOH Ya dağlama ayıracı 10 saniye süreyle 100 mi H20 numune yüzeyine sürülür ya da numune 15 dakika dağlama ayıracına daldırılır. 2mlHF 3 mi HC1 Numune saniyeiik bir süre 5 mi HNO3 dağlama ayıracına daldırılır. 190 mi H20 1 mi HF Dağlama ayıracı pamuk ile 15 saniye 200 mi H20 kadar numune yüzeyine sürülür 2m1HF 3 mi HC1 Numune saniyelik bir süre 5 mi HNO3 dağlama ayıracına daldırılır. 190 mi H20 1 mi HF Dağlama ayıracı pamuk ile 15 saniye 200 mi H20 süreyle numune yüzeyine sürülür d Zn aiaşımları 2 mi HNO3 Numune saniye kadar bir süre 98 mi metanoi dağlama ayıracına daldırılır.

6 2-4 damla HCİ dağiama ayıracına daidırılır. 100 mi H20 60 mi HC1 Numune çeker ocakta bir kaç saniye ile 40 mi HNO3 bir dakika arasında değişen bir süre dağiama ayıcacına daidırıiır. Au 1-5 g Cr03 Numune, ya bir dakikadan daha az bir 100 HCi süre dağiama ayıracına daidırıiır ya da ayıraç numune yüzeyine sürülüc. a) 40 g Cr03 3 g Na2SO4 Numune a çözeitisine bir kaç saniye Zn 200 mi H20 daldırıp, hafifçe hareket ettiriiir ve b) 40 g Cr03 sonra da b çözeitisine daidırıiır. 200 mi_h20 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi 5 g FeCi3 10 mi HCI Dağiama ayıracı saniye arasında 50 mi Giiserin seçilen bir süre pamuk ile numune 30 mi yüzeyine sürülür. c Cu 50 mi NH4OH Numune bir dakika kadar dağlama mi H202 (%3) ayıcacına daldırıiır veya dağlama 0-50 mi ayıcacı numunenin yüzeyine sürüiür. -Al aiaşımları 5 g FeCi3 Numune bir kaç dakika dağlama 50 mi HC1 ayıracına daidırılır veya dağiama 100 mi H20 ayıracı numunenin yüzeyine sürüiür. 5 g FeCi3 Numune ya bir kaç dakika dağiama -Ni aiaşımiarı 50 mi HC1 ayıcacına daidırıiır ya da dağlama 100 mi H20 ayıracı numunenin yüzeyine sürülür. 2 g FeCi3 5 mi HC1 Dağiama ayıracı numune yüzeyine 30 mi H20 birkaç dakika sürüiür. Sn aiaşımiarı 60 mi etanoi veya metanoi 1 g sodyum di kromat 1 g NaCi Dağlama ayıracı numune yüzeyine bir 94 mi H2S04 kaç saniye sürüiür. 250 mi H20 Dağlama ayıracı ya 5-10 saniye 60 g Cr03 numune yüzeyine sürülür ya da Zn alaşımiarı 100 mi H20 numune dağiama ayıcacına daidırıiır. (Pirinç) 10 g Cr03 Numune 3-30 saniyelik bir süre

7 2m1 HNO3 100 mi alkol (Pikrai) 100 mi etil veya metil alkol 100 mi damıtık su 44 mi saf su 5 mi HCİ sülfat a ayıracı + 1,5 g Kİ dakika ve d ayıracı da 5 dakika kadar c ayıracı sürülerek içyapı açığa çıkarılır. b ayıracı +1,5 g HgCi2 d ayıracı e ayıracı + 1,5 mi H2S Mikroskobik İnceleme ve Yapısal Değerlendirme Dağlanan numunelec mikroskop aitında incelenecek yapıiarı hakkında yararlı bilgiler elde edilir. Metaiografik incelemelerde genelde ışık mikroskobu kullanılır. Bu amaçia kullanılan ışık mikroskobuna metal mikroskobu da denir. Bir metal mikroskobu objektif, oküier ve aydınlatma sistemi olmak üzere üç ana bölümden oluşur. Tipik bir metal mikroskobunun optik diyagramı Şekil 10.1 de verilmiştir. Yaygın olarak kullanılan bir metal mikcoskobunun fotoğrafı ise Şekil 10.2 de görülmektedir. 5 g FeCi3 Yapı görünene kadar numune dağiama 98 mi etil veya metil Numune, bir kaç saniye ile bir dakika Alaşımsız ve az alkol (Nital) arasında kalan bir süre dağlama Malzeme Muayenesi 293 alaşımlı çelikler Nital veya ayıracına daidırılır. 4 g pikrik asit 5 mi HC1 1 g pikrik asit Numune dağlama ayıracına daldırılır. 50 mi HC1 ayıracına daidırılır. 5 g CuCl2 100 mi etii alkol Numune çeker ocakta soğuk dağiama Alaşımlı çelikier 100 mi HCi 100 mi saf su ayıracına dikkatiice daldırılır. 5 mi HNO3 1 mihf 1 mi pikrik asit Numune dağiama ayıracına daidırıiır 100 mi etii veya dağiama ayıracı numune üzerine veya metii alkol sürülür. a ayıracı 2,5g amonyum per 100 mi H20 Numunenin yüzeyine a ayıcacıl5 Dökme demirier b ayıracı dakika, b ayıracı 10 dakika, c ayıracı 5

8 10.2 Bir metal mikroskobunun fotoğrafı. Malzeme Bilgisi ve Muayenesi İlk görüııtü clüzierni Konclenser açıldığı Işık kaynağı Ana Konclenseı ıııerceği Objektif merceği clüzlerni Numuııe 10.1 Metal mikroskobunun optik diyagramı.

9 Malzeme Muayenesi 295 Bir ışık mikroskobu büyütme yeteneği, nümerik açıklık (NA), ayırt etme ;ücü ve derinliğine ayırt etme gücü gibi dikkate alınması gereken başlıca dört inemli özelliğe sahiptir. Mikroskobun büyütme yeteneği, objektifin ön üyütmesı ile okülerin ön büyütmesinin çarpımına eşittir. Nümerik açıklık, bir nerceğin ışık toplama yeteneğini gösterir. Bir merceğin yapısal ayrıntıları ayırt etme yeteneği, bu merceğe giren ışık miktarı ile orantılı olduğundan nümerik ıçıklık büyüdükçe merceğin ayırt etme gücü de artar. Bir objektifin nümerik ıçıklığı gelen ışık konisinin yarım açısının (a) sinüsü ile objektif ile numune yüzeyi arasındaki ortamın kırılma indisinin çarpımına eşittir. Nümerik açıklık NA) = ı sina bağıntısı ile belirlenir. Burada ı ortamın kırılma indisidir. Kırılma indisi r = 1 olan hava ortamında kullanılan kuru objektifin nümerik ıçıklığı sina, kırılma indisi 1,5 olan yağ ortamında kullanılan yağlı objektifin rıümerik açıklığı (NA) ise 1,5 sina olur. Bir objektifin nümerik açıklığı Şekil 1O.3 de şematik olarak gösterilmiştir. Bir merceğin veya mercek sisteminin en önemli özelliklerinden biri ayırt etme gücüdür. Ayırt etme gücü, bir merceğin ya da mercek sisteminin birbirine yakın ayrıntıları ayırt edebilme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Ayırt etme gücü, merceğin nümerik açıklığına ve kullanılan ışığın dalga boyuna bağlıdır ve aşağıdaki bağıntı ile belirlenir. 2NA 277 sina Aytrt etme gucu = = 2 2 Burada kullanılan ışığın dalga boyudur. Bir merceğin ayırt etme gücü yerine daha çok ayırt etme sınırı kullanılır. Ayırt etme sınırı ise bir merceğin veya mercek sisteminin ayırt edebildiği en yakın iki nokta arasındaki uzaklık olarak tanımlanır. Ayırt etme sınırı ayırt etme gücünün tersi olup, aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır: Ayırt etme sınırt = = = ayırt etme gücü 2.NA 217 sina Bir mercek sisteminin ayırt etme sınırı ne kadar küçük olursa, o sistemin ayırt etme gücü o derece yüksek olur. Derinliğine ayırt etme gücü ise, bir merceğin pürüzlü yüzeylerden net görüntü oluşturma yeteneğidir. Alan derinliği anlamına gelen derinliğine ayırt etme gücü, objektifin nümerik açıklığı ile büyütme yeteneğine bağlıdır. Merceklerde nümerik açıklık ve büyütme gücü azaldıkça alan derinliği veya derinlemesine ayırt etme gücü artar. Ancak, ışık mikroskopları tarayıcı elektron mikroskoplarına göre çok daha düşük alan derinliğine sahiptir.

10 tyla Şekil 1 0.5a-d de verilmiştir Bir metal malzemenin içyapısının şematik resmi. Malzeme Bilgisi ve Muayenesi Objektif Numune Bir objektifin nümerik açıklığınm şematik olarak gösterimi. Değerlendirme aşamasında mikroskoplarla elde edilen yapısal görüntüler :ıplak gözle ya da görüntü analiz aygıtlarıyla incelenerek yorumlanır. sa! görüntülerin değerlendirilmesi ve yorumu deneyim gerektirir. dografik incelemeler sonucunda malzemelerin içerdiği fazların türü, ımı ve oranları ile tane büyüklüğü gibi yapısal özellikler belirlenir. Bir 1 malzemenin içyapısının şematik görüntüsü Şekil 10.4 de verilmiştir. Bu de, malzemenin x ve f3 fazlarından oluşan tane yapısı görülmektedir. tl mikroskobu ile görüntülenen metalografik yapılara örnek olarak da lmüş durumdaki Zn-22Al alaşımı, SAE 65 bronzu (CuSnl2) ve x pirinci 3OZn) ile soğuk deforme edildikten sonra tavlanmış a pirincinin içyapıları

11 Şekil 1O.5b SAE 65 bronzunun (CuSnl2) içyapısı. Malzeme Muayenesi 297 ekil 1O.5a Zn-22A1 alaşımının dökülmüş durumdaki içyapısı.

12 trn 1O.5d Soğuk deforme edildikten sonra tavlanmış x pirincinin (Cu-Zn ii) içyapısı. 8 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi. e.i. t.,, cxfazı 3fazı S 1.. <d 5Oım il 1O.5c x pirincinin Cu-3OZn) alaşımının dökülmüş durumdaki içyapısı.

13 Brineli Sertlik Deneyi Bu deneyde sertleştirilmiş çelik veya tungsten karbürden yapılan bir bilya ya bilye belirli bir yük veya kuvvet ile malzemenin yüzeyine bastırılır ve ılzeme yüzeyinde meydana gelen izin çapı ölçülür. Brinell sertlik deneyinde ıllanılan batıcı uç ve elde edilen izin şematik gösterimi Şekil 1O.6 da rilmiştir. Uygulanan yük (F), malzeme yüzeyinde oluşan izin küresel yüzey ınına (A) bölünerek Brineil Sertlik Değeri (BSD) bulunur. Malzeme ırd(d_.jd2_d2) tzeyınde oluşan kuresel ızın yuzey alanı, A = 2 formulu (kgf/mm2) = 2F Brinell sertlik değeri ise, BSD = ığıntısı ile belirlenir. Bu bağıntıda yer alan F uygulanan yükü (kgfl, D bilye tpını (mm), d ise iz çapını (mm) gösterir. Bu bağıntı yardımıyla hesaplanan rinell sertlik değeri ise kısaca BSD olarak gösterilir ve bu sertliğin birimi de f/mm2 olarak verilir. Standart deney koşullarında çapı 10 mm olan bilye ckers ve Rockwell yöntemleri gelmektedir. Ancak bunlardan başka sertlik da batıcı ucun batma derinliğine göre belirlenir. Genelde sertlik, uygulanan me yöntemleri de vardır. Örneğin Knoop sertlik ölçme yöntemi Kuzey inümüzde en çok kullanılan sertlik ölçme tekniklerinin başında Brinell, gulanan yüke bağlı olarak ya numune yüzeyinde oluşan izin yüzey alanına kün numunede oluşan kalıcı izin yüzey alanına bölünmesiyle bulunur. ulanmamalı ve izler arasında en az iz çapının veya ortalama köşegen katı olmalıdır. c) Batıcı uç, numune kenarlarına yakın bölgelere alel olmaları gerekir. b) Sertlik numunesinin kalınlığı, iz derinliğinin en az ınluğunun üç katı kadar bir uzaklık bulunmalıdır. Bir malzemenin sertliği, :eyine dik doğrultuda ve yavaş yavaş bastıracak şekilde uygulanır. Sertlik ümünde dikkat edilmesi gereken hususlardan bazıları şunlardır: a) Sertlik nunesinin ölçüm yapılan yüzeyi ile oturma yüzeyinin düzgün ve birbirine iminde olup, genellikle sertleştirilmiş çelik, sinterlenmiş tungsten karbür Izemelerden yapılır. Standart deneylerin çoğunda yük, batıcı ucu malzeme a elmas gibi, sertliği deney malzemesinin sertliğinden çok daha yüksek olan tma karşı gösterdiği direnç ölçülür. Batıcı uçlar bilye, piramit veya koni Sertlik deneyinde bir malzemenin yüzeyine batırılan bir uca veya kesici terdiği dirence sertlik denir. Bilimsel anlamda ise, malzemelerin okasyon hareketine veya plastik deformasyona karşı gösterdikleri direnç Malzemelerin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı Malzeme Muayenesi 299 A rcd(d_jd2_d2) nerikada yaygın olarak kullanılmaktadır. lik olarak ifade edilir. L2 Sertlik Deneyi

14 p, 1 = 2 formulu ıle hesaplanır F E%piramjtuç İzşekli il 10.7 Vickers sertlik deneyinin prensip şeması. )O Malzeme Bilgisi ve Muayenesi ıllanılır. Ancak, bazı durumlarda çapları 10 mm den daha küçük olan rneğin 1,25, 2,5 ve 5,0 mm) bilye biçimindeki uçlar da kullanılabilir. Yük, aizemenin cinsine göre seçilir ve uygulama süresi saniye arasında ğişir. R İz (])ç kil 10.6 Brineil sertlik ölçme deneyinde kullanılan batıcı uç ve elde edilen n şematik gösterimi Vickers Sertiik Deneyi Bu yöntemde, piramit biçiminde ve tabanı kare olan bir batıcı uç Ilanılır. Elmastan yapılan piramidin tepe açısı 136 derecedir. Vickers sertlik ıeyi söz konusu batıcı ucun malzemenin yüzeyine, malzeme cinsine göre ilen bir yük altında belirli bir süre batıcılması ile oluşan izin köşegen ınluklarının ölçülmesinden ibarettir. Vickers sertlik deneyinde kullanılan batıcı uç ile elde edilen izin şematik mi Şekil 10.7 de verilmiştir. Vickers sertlik değeri (VSD), uygulanan vvetin (F) oluşan izin alanına (A = 1 bölünmesi anlamına gelen VSD 1,8544 ıle bulunur. Burada 1 ızın ortalama köşegen uzunluğu F bağıntısı 1,8544 -

15 )ilir. lzemenin Rockwell cinsinden ölçülen sertlik değeri 100 rakamını aşarsa :ıcı uç olarak bilye kullanılması tavsiye edilmez. Çünkü çok sert tlzemelerin sertliğinin ölçülmesinde batıcı uç olarak bilye kullanılması, hem yenin deforme olmasına hem de ölçüm hassasiyetinin azalmasına neden olur. ğer taraftan herhangi bir skalaya göre Rockwell Sertliği 20 sayısından daha şük olan malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde koni biçimindeki elmas uç lianılması tavsiye edilmez. Rockwell sertlik deneyinde kullanılan batıcı ucun malzemeye her 0,002 n lik batışında Rockwell sertlik değeri 1 sayı düşer. Rockwell skalası ılzemenin cinsine, sertliğine ve içyapısına göre seçilir. Bazı malzemelerin rtliğinin ölçümünde birden fazla Rockwell skalası kullanılabilir. İlke olarak küçük bilye ile ölçüm yapılır. Çünkü bilye çapı büyüdükçe ölçüm ssasiyeti azalır. Ancak, yapısı homojen olmayan yumuşak malzemelerin rtliğinin ölçümünde büyük bilye kullanılırsa daha doğru ve gerçekçi sonuçlar le edilir. gösterilir. Konik uç kullanarak elde edilen sertlik değerleri 0 100, bilye uç tlanarak elde edilen sertlik değerleri ise sayıları arasında değişir. Bir lzemelerin Rockwell sertliğinin ölçümünde ise batıcı uç olarak çelik bilye lık yük altında ölçülür ve sonuçlar RSD-C simgesi ile belirtilir. Yumuşak lamhr ve 100 kg lık yük altında elde edilen ölçüm sonuçları RSD-B simgesi D-D, RSD-E, RSD-F ve RSD-G gibi simgelerle birlikte verilir. Çok sert izemelerin Rockwell sertliği koni biçimindeki elmas uç kullanarak 150 Sertlik ölçümünde kullanılan batıcı ucun tipi ile uygulanan yükün değeri sembolle gösterilir. Bu nedenle, farklı skalalara göre yani değişik deney ullarmda ölçülen farklı düzeydeki sertlik değerleri RSD-A, RSD-B, RSD-C,.lik skalaları, bunlara ilişkin deney koşulları ve sertliğin belirlenmesinde ilik skalası malzemenin yapı ve sertlik düzeyine göre seçilir. Rockwell kwell sertliği, standart skalalardan (gösterge çizelgesi veya ölçek) birine e ölçülür ve batma derinliğine karşı gelen birimsiz bir sayı ile gösterilir. deki batıcı uçların çapları yaklaşık 1,6 mm, 3,2 mm, 6,35 mm ve 12,7 mm Rockwell sertlik deneyinin prensip şeması Şekil 10.8 de verilmiştir. ar önceki değerine indirilir. Ucun batma derinliğinde meydana gelen artışa )larak ya elmas koni ya da çelik bilye kullanılır. Elmas koninin tepe açısı olup, tepe noktası yarıçapı 0,2 mm olan bir küre parçasından oluşur. Bilye Rockwell sertlik değeri belirlenir. Rockwell sertliğinin ölçümünde batıcı 1k bir yük ile malzeme yüzeyine bastırılır ve oluşan izin dip noktası Rockwell sertlik deneyinde, standart bir batıcı uç genelde 10 kg gibi angıç noktası olarak alınır. Daha sonra yük yüksek bir değere çıkartılıp, Malzeme Muayenesi 301 lanılan formüller Tablo 10.2 de verilmiştir..2.3 Rockwell Sertlik Deneyi

16 100 RSD-B = Çapı 1,6mm RSD-F = t olan çelik bilya 150 RSD-G = anı 3 > mnı 100 RSD-E = t t: Batıcı ucun çelik bılya derinliği [rnrn] - olan Knoop Sertlik Deneyi Daha çok mikrosertlik ölçümü için tercih edilen bu deney 10 g 1000 g ;ında yük uygulanarak yapılır. Knoop sertlik deneyinde tepe açısı 172 ce olan piramit biçiminde elmas uç kullanılır ve bu piramidin köşegen nluklarının oranı 7/1 dir. Söz konusu ucun batma derinliği, büyük köşegen W2 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi! : iize Nmnuw -rn-w--- - Referaiıs ÇiZgiSi - kil 10.8 Rockwell sertlik deneyinin prensip şeması. ıblo 10.2 Rockwell Sertlik Skalaları, Bunlara ilişkin Deney Koşulları ve rtliğin Belirlenmesinde Kullanılan Formüller Uç Gösteri m Yük (kg) Formül ockwell kalası Elmas koni RSI)A t

17 4 (b) görünümü. lmiştir. L2.5 Malzemelerde Sertlik-Mukavemet İlişkisi Metalik malzemelerde sertlik arttıkça çekme dayanımı da artar. Çeliklerin ıell ve Rockwell serfiik değerleri (BSD ve RSD-C) ile çekme dayanımları arasındaki ilişkileri gösteren bağıntılar aşağıda verilmiştir. o (kg/mm2) O,35 BSD (kg/mm2) o (kg/mm2) 3,5 RSD-C bağıntılar yardımıyla çeliklerin çekme dayanımını yaklaşık olarak rlemek mümkündür. Ancak, Rockwell sertlik değerinin birimsiz bir üklük olduğunu unutmamak gerekir. Farklı yöntemlerle ölçülen sertlik değerleri yaklaşık olarak birbirine Uştürülebilir. Ölçülen sertlik değerlerinin birbirine dönüşümü Tablo 10.3 de il 10.9 (a) Knoop sertlik deneyinde kullanılan standart uç ve (b) elde edilen lenir ya da KSD = 14,2 formülü yardımıyla hesaplanır. Bu formülde F bölünerek Knoop sertlik değeri (KSD) bulunur. Bu sertlik değeri ya oskobunun mikrometresi yardımıyla ölçülür ve uygulanan yük iz alanına ik tablosunda ölçülen köşegen uzunluğuna karşı gelen değer olarak Knoop sertlik deneyinde elde edilen izin uzun köşegen uzunluğu, optik LlUgUflUfl 1/30 u kadardır. Knoop sertlik deneyinde kullanılan standart uç ile Malzeme Muayenesi 303 edilen izin şematik resmi Şekil 10.9a ve b de görülmektedir. fianan yükü, lise uzun köşegen uzunluğunu gösterir. b t=-/ O()

18 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi Tablo 10.3 Sertlik Dönüşüm Tablosu Brineli Rockwell Sertlik Değeri Vickers Knoop Çekme Sertlik Değeri C B Sertlik Değeri Sertlik Değeri Dayanımı (3000 kg) (150 kg) (100 kg) (10kg) (500 g ve üzeri) (MPa)

19 : h ekil Daire kesitli ve silindirik başlı çekme iıumunesi. Bu şekilde d0 numunenin çapını, d1 baş kısmının çapını (1,2d0), 1v nceltilmiş kısmın uzunluğunu (l + d0) l ölçü uzunluğunu (5d0), h baş :ısmının uzunluğunu ve i numunenin toplam uzunluğunu göstermektedir. yrıca uluslararası standartlara uygun olarak hazırlanan çekme numunelerinde ;enelde, l = 5,65 bağıntısı geçerlidir. Burada ıi numunenin ilk kesit ılanını göstermektedir. Çapı 12 mm ve ölçü uzunluğu 60 mm olan çekme ıumunesi 12 x 60 TS 138A şeklinde gösterilebilir. Hazırlanan numune çekme makinasının çenelerine takılarak deney yapılır. şekil de tipik bir çekme makinasının resmi görülmektedir. Deney sırasında çekme numunesine sürekli olarak artan çekme kuvveti uygulanır ve rıumunede kırılma anma kadar meydana gelen uzama kaydedilir. ımuneler hazırlanır. Türk standartlarında TS 138 A, B, C, D, E ve F olmak ere altı numune tipi bulunur. Numune tipi büyük ölçüde malzemenin çimine göre seçilir. Şekil da TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire ıce incelenmesi istenen malzemeden talaşlı işlemle standartlara uygun Çekme deneyi, ilgili standartlara göre hazırlanan deney numunelerinin tek :sende ve sabit bir hızla koparılıncaya kadar çekilmesi işlemidir. Bunun için, kanik davranışlarına göre sınıflandırılması amacıyla yapılır. Çekme deneyi nucunda elde edilen veriler mühendislik hesaplarında doğrudan kullanılır. Bu zden çekme deneyi en yaygın olarak kullanılan tahribatlı malzeme Çekme deneyi, malzemelerin mekanik özeliklerinin belirlenmsi ve Malzeme Muayenesi 305 sitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numunesi görülmektedir. Lıayenesi yöntemlerinden birini oluşturur Deneyin Yapilışı Deneyin Amacı.2.3 Çekme Deneyi -

20 Yüzde uzama (%e) = A1110x 100 ada F çekme kuvvetini, A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, 1 ıunenin ilk ölçü uzunluğunu ve l numunede meydana gelen uzama tarını gösterir. Çekme deneyi sonucunda kuvvet (F)-uzama (LV) eğrisi elde edilir. Ancak ğri ile birlikte kullanılan numunenin boyutlarını da vermek gerekir. Bu nle, bu eğri yerine daha evrensel olan gerilme-birim uzama eğrisi anılır. Gerilme-birim uzama eğrisine çekme diyagramı adı verilir. Şekil 2 de normalize edilmiş durumdaki düşük karbonlu bir çeliğin gerilme n uzama eğrisi verilmiştir. Esasında, gerilme-birim uzama eğrisi çekme inasından elde edilen kuvvet-uzama eğrisine benzer bir şekle sahiptir. Çekme deneyi sonucunda malzemenin orantı sınırı, elastiklik sınırı, akma ı ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması, kopma )6 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi :il Tipik bir çekme makinası Çekme Deneyinden Elde Edilen Veriler Çekme deneyi sırasında elde edilen gerilme ve uzama değerleri aşağıdaki ıntılar yardımıyla bulunur. Çekme gerilmesi (o.) = F/A0 Birim uzama (e veya e) = AllI0