MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ. Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ. DENEYİN ADI: Nicel (Kantitatif) Metalografi

Transkript

1 DENEYİN ADI: Nicel (Kantitatif) Metalografi DENEYİN AMACI: Metal ve alaşımlarının ince yapılarının (=mikroyapı) incelenmesi ile hangi fazların var olduğu, bu fazların konumları ve düzenleri hakkında bilgiler edinilir. Bu bilgilerden de yapının geçirdiği kristalleşme, dönüşüm, yayınma ve bozunum süreçleri ile ilgili sonuçlara varılabilir. Bu sonuçlar çoğunlukla nitel değerler de olabilir. Örneğin, hiçbir hesaplamaya girişmeden, mikroskop altında karşılaştırmaya gidilerek, martenzit içindeki artık östenit % si bulunabilir. Metal bilimin ulaştığı son aşamanın, bileşiminin geliştirilmesinden çok mikroyapının kontrolü ile yeni malzemelerin dizaynı olduğu göz önüne alınacak olursa, nicel metalografinin yanıtını sayısal olarak verdiği şu soruların önemi ortaya çıkar: Taneler ya da çökelti parçacıkları eşdağılımlı mı? Dağılımları nasıl? Tanelerin ya da çökeltilerin ortalama çapı nedir? Çökeltilerin uzaklıkları nedir? Faz miktarları hangi oranlardadır? Nicel metalografi, özdeklerin ayrıntılarını iki boyutlu düzlemde inceleyerek nicel değerlere ulaşır ve bu değerlerle üç boyutlu düzlemdeki nicelikler arasında bağıntılar kurarak, üç boyutlu düzlemdeki nicel değerleri belirler; çoğu zaman bu ilişki birebirdir. Yani iki boyutlu düzlemde elde edilen sayısal değerler, hiçbir değişikliğe ya da doğrulaştırmaya uğratılmaya gerek olmaksızın, üç boyutlu sayısal değerler olarak anılırlar. Deneyde kullanılan cihaz ve malzemeler 1) Optik mikroskop 2) Ölçen oküler 3) Pellur kâğıt 4) Cetvel Teorik Bilgi Nicel metalografinin kullandığı bağıntılar, simgeleri iki harf ile belirlenen nicelikleri kapsar. Büyük harf, yapının incelenen ayrıntısını, indis ise bu ayrıntının göreceli olarak ait olduğu birim niceliği kapsar. Tablo 1 de kullanılan simgeler ve tanımları verilmiştir.

2 Temel bağıntılar V v = A A = L L =P A mmº S v= (4/π). L A =2 P L mm 1 L v = 2P A mm 2 P v = 1/2 L v S v = 2P A P L mm 3 Çizelge 1. Nicel metalografide kullanılan simgeler ve tanımlar Simge Boyutlar Tanım P Deney noktaları sayısı P P Nokta oranı, deney noktası başına düşen nokta sayısı P L m 1 Birim deney çizgisi uzunluğuna düşen, kesime noktaları sayısı P A m 2 Birim deney alanına düşen nokta sayısı P V m 3 Birim deney hacmine düşen nokta sayısı L m Deney çizgileri uzunluğu L L m/m Çizgi oranı, birim çizgi uzunluğuna düşen kiriş sayısı L A m/m 2 Birim deney alanına düşen çizgi uzunluğu L V m/m 3 Birim deney hacmine düşen çizgi uzunluğu A m 2 Deney alanı S m 2 Yüzey alanı (Eğri yüzey de olabilir) A A m 2 /m 2 Alan oranı, birim deney alanına düşen kesişmiş alan S V m 2 /m 3 Birim deney alanına düşen yüzey V m 3 Deney hacmi V V m 3 / m 3 Hacim oranı, birim deney hacmine düşen hacim N Ayrıntı sayısı (sayılan taneler, parçacık) N L m 1 Birim deney çizgisine düşen, parçacıklar içindeki kiriş sayısı N A m 2 Birim deney alanına düşen kesişme noktası sayısı N V m 3 Birim deney hacmine düşen ayrıntı sayısı L m Ortalama doğrusal kesinti, L L / N L A m 2 Ortalama alan kesinti, A A / N A S m 2 Ortalama yüzey kesinti, S V / N V V m 3 Ortalama hacim, V V / N V Şekil 1 de görülen, küresel parçacıklar içeren bir yapının rasgele bir kesit alanı olsun. Çapları değişik bir dizi çökelti ( daire ) önceden seçilmiş bir kare ağ içine yerleşmiş durumdadır. Bu dairelerin temsil ettiği kürelerin hacim oranını saptamak için şu hesaplamaları yapabiliriz:

3 Şekil 1. Nokta sayısı yönteminin doğrusal çözümleme ve alansal çözümleme yöntemlerine eşdeğerliliği a) P P = b) L L = c) A A = dairelerin içinde kalan noktalar n say s kare ağ n toplam nokta say s dairelerin içinde kalan toplam kiriş uzunluğu kare ağ n toplam doğru uzunluğu dairelerin alan toplam kare ağ n toplam alan = A α A t = = P α P t = = L α L t = Bu oranların birbirine çok yakın çıkması büyük bir rastlantı değildir. Düzlem kesitler üzerinde yapılan nicel gözlemlerin temel bir kuralı, bu üç oranın da birbirine eşit olduğu ve her üçünün de ayrıca hacim oranına eşit olduğudur. TANE BÜYÜKLÜĞÜNÜN VE TANE ÇAPININ ÖLÇÜLMESİ 1)Karşılaştırma Yöntemi Bir mikroskoba takılan ASTM standartlarına uygun özel tane büyüklüğü oküleri ile yapılır. Tane boyutu 100 büyütmede saptanır. Tane boyut numarası (N) ile 100 büyütmedeki 1 inç 2 deki tane sayısı (n) arasında n= 2 N 1 bağıntısı vardır.

4 ASTM tane büyüklük numarası 1 inç 2 deki tane sayısı (100X) (Ortalama) 1 1 0, , , , , , , ,00049 Tanelerin hesaplanan ortalama kesit alanları mm 2 büyütmesiz 2) Jeffries ya da Alan Ölçme Yöntemi Ortalama tane büyüklüğünü ölçmek istediğimiz numunenin görüntüsü fotoğraf kâğıdına veya ekran üzerine alınır. Fotoğraf kartı veya ekran üzerindeki görüntünün toplam alanı veya incelemek istediğimiz alan işaretlenir. İncelemek istediğimiz alandaki taneler sayılır. Aşağıdaki formül uygulanarak ortalama tane büyüklüğü saptanır. T ob = F. 106 Z. F 2 = (µm2 ) F incelenecek alan X F alanındaki tam tanelerin sayısı görülen taneler büyütme V= toplam büyütme Z F alanındaki tane sayısı Y F alanındaki kısmen Z= X+0,67YV= Toplam

5 TANE ÇAPININ ÖLÇÜLMESİ Ortalama tane çapını ölçmek istediğimizde numunenin görüntüsü, fotoğraf kâğıdına alınır. Bu görüntü üzerine aynı boyda en az 5 en çok 10 çizgi çizilir. Bu çizgilerin kaç taneden veya kaç tane sınırından geçtiği sayılır ve aşağıdaki formül uygulanarak tane çapı hesaplanır. L. P. 103 d = n. V d= ortalama tane çapı L= çizgi boyu (mm) P= çizgi sayısı n= çizgiler tarafından kesilen tane sayısı (n=z -1 Z çizgiler tarafından kesilen tane sayısı) Not: Ortalama tane büyüklüğüyle tane çapı arasında d ~ T ob

6 Deneyin Yapılışı: 1. Ortalama tane büyüklüğünün hesaplanması 2. İnç kare başına düşen tane sayısı 3. % Karbon miktarı 4. Okülerle tane büyüklüğünün hesaplanması Boyutlarındaki 3 parça milimetrik kâğıdını kullanarak yukarıdaki 4 temel aşamayı gerçekleştirilir. Milimetrik kâğıtlarını öncelikle ışık metal mikroskobunda incelenmiş fotoğraf kâğıdında görüntüsü olan numunenin incelemek istediğimiz alanına yerleştirir. Daha sonra incelemek istediğimiz alandaki taneler sayılarak aşağıdaki değerler edilmiş olup gerekli hesaplamalar yapılır. Daha sonra ikinci milimetrik kâğıdını ilgili görüntüye koyduktan sonra çizgilerin kaç taneden ve kaç sınırdan geçtiği sayıldı ve elde edilen değerlerle hesaplamalar yapılır. Milimetrik kâğıtla bünyeden ortalama bir bölge seçerek perlit kısımların alanı el edilip %C oranı bulunmuştur. Mm² deki siyah noktaların sayısı belirlenir. Son olarak numune normal bir okülerle inceleyip yapıyı gördükten sonra özel bir oküler takarak yeniden bir inceleme yapılır. Bu okülerde sekiz ayrı yapı bulunmakta ve aynı zamanda ortası boştur. Ortada malzeme yapısı gözükür ve yapıya bakarak referans yapılarla karşılaştırır. Hangisiyle uyuştuğu bulunur.