Metalografik Muayene Deneyi. B.E.Ü. Mühendislik Fakültesi. Makine Mühendisliği Bölümü. Malzeme Laboratuarı Deney Föyü

Transkript

1 Metalografik Muayene Deneyi B.E.Ü. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Malzeme Laboratuarı Deney Föyü 1.Deneyin Amacı Metal ve alaşımlarının içyapısını inceleyen, içyapı ile özellikleri arasında ilişki kuran bilim dalına Metalografi adı verilir. Metalografik muayenelerde malzemeyi incelerken hangi yöntemin ve cihazın seçileceğine karar vermek için, hem yapılacak mikro yapı çalışmasının boyutu hakkında hem de yöntem ve cihazların bu boyuta duyarlılığı hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Farklı incelemeler için farklı cihaz ve teknikler kullanılabilir ancak her teknik için numune hazırlama aşaması aynı olacaktır. Bu çalışmanın amacı temel numune hazırlama işlemleri sonucunda elde edilen malzeme dokusunun muayene edilerek malzemenin özellikleri hakkında bilgi edinilmesidir. 2.Deneyin Uygulanması 2.1Numune Seçimi İncelenecek numunelerin seçiminde dikkat edilmesi gereken husus, numunenin hakkında bir yargıya varılacak olan parça veya parçaların yapısını yansıtabilmesidir. Örneğin hasar tespiti yapılacak parçalarda numune hasara uğramış bölgeden veya bu bölge yakınından alınmalıdır. Genel amaçlı metalografik incelemelerde, numune alınan bölge parçanın tümündeki yapıyı özetleyen bir bölgeden seçilmelidir. 2.2.Numune Alma Daha önce de belirtildiği gibi numuneler yapının genelini temsil edecek bir noktadan seçilmelidir. En gerçekçi sonucu almak amacı ile belirli bir bölgeden enine ve boyuna numuneler alınmalıdır. Enine ve boyuna alınan numunelerdeki mikro yapı görüntüleri birbirlerine göre oldukça farklılık arz eder Kesme İşlemi Kesme işlemleri için zorunlu kalınmadıkça ısıl kesme metotları kullanılmamalıdır. Isıl kesme metotları kesme bölgesinde aşırı ısınmaya sebep olarak kesilen bölgenin yapısını değiştireceğinden bu tür metotlar tercih edilmemelidir. Kesme metodunun seçimi kesilecek malzemenin cinsine, büyüklüğüne ve nasıl bir inceleme yapılacağına bağlıdır. Büyük parçalar için el testeresi ya da testere cihazları kullanılabilir; fakat en uygun ve kullanışlı kesme cihazları döner diskli kesme cihazlarıdır. B.E.Ü / 1

2 Resim 1. Hassas Kesme Cihazı [1] Kesme işleminde şu iki noktaya dikkat edilmelidir; Numune olarak alınan parçada kesme sırasında oluşan plastik deformasyon yapıyı yanlış yorumlara yol açacak biçimde değiştirmemelidir. Sürtünmeden dolayı meydana gelen ısı, yapıda dönüşümlere yol açmamalı ve kesilen yüzeylerde yanma belirtileri oluşmamalıdır Kalıplama Metalografik incelemeye tabi tutulacak numuneler elle tutulamayacak kadar küçükse ve/veya düz bir zeminde stabil halde duramayacak bir şekle sahipse bu durumda bu tip numuneler kalıplanır. Metalografik amaçlı numune kalıplama işlemlerinde temelde iki farklı kalıplama yöntemi uygulanır: Sıcak Kalıplama Soğuk Kalıplama B.E.Ü / 2

3 Resim 2. Sıcak Kalıplama Cihazı [1] Sıcak Kalıplama Sıcak kalıplama işlemi için genel olarak 300 MPa ve 200 C ye çıkabilen cihazlar tercih edilir. Kullanılan malzeme genel olarak polimerik esaslı plastik karakterli tozlardır. Kullanılan tozlar termoset ve termoplastik olmak üzere ikiye ayrılırlar ve her iki tozun kalıplanabilirlik özelliği birbirinden farklıdır. Basınç ve sıcaklığın etkisi altında tozlar birbirine tamamen kaynaşarak numunenin etrafını sararlar. Seçilen plastik malzemenin, dağlama sırasında kullanılacak dağlama reaktiflerinden etkilenmeyecek bir malzeme olmasında dikkat edilmelidir. Kalıplama için uygun plastik malzeme seçilerek kalıplama cihazına numune ile birlikte yerleştirilir ve yaklaşık 15 dakika içerisinde kalıplama tamamlanır. Birçok kalıplama cihazı otomatik olarak çalışmaktadır. Kalıplama parametreleri (basınç, sıcaklık, süre) seçilen plastik malzeme türüne göre değişiklik gösterir Soğuk Kalıplama Bu kalıplama yöntemi tamamen oda sıcaklığında gerçekleştirilir ve dışarıdan uygulanan herhangi bir basınç yada sıcaklık söz konusu değildir. Soğuk kalıplama işleminde kalıplama malzemesi iki bileşenden oluşur. Bunlardan biri reçine, diğeri ise sertleştiricidir. Her ikisi birlikte belirli oranda karıştırılarak sıvı halde kalıba dökülür. Reçine ve sertleştirici belirli oranlarda karıştırılıp içerisine numune konulmuş kalıp içerisinde döküldükten sonra, karışım oda sıcaklığında egzotermik reaksiyona uğrayarak katılaşır. Katılaşma, kullanılan reçine ve sertleştirici miktarına bağlı olarak 30 dakika ile 24 saat gibi bir sürede gerçekleşir. B.E.Ü / 3

4 2.3 Numunelerin Kodlanması ve Muhafazası Numune sayısının çok fazla olduğu çalışmalarda numunelerin kodlanması kaçınılmazdır. Numunelerin arka veya yan yüzeyleri titreşimli kalemle kodlanabildiği gibi, dağlama esnasında kimyasallardan etkilenmeyecek kalemler de kullanılabilir veya etkilenebilir. Numunelerin saklanması sırasında yüzeyde oluşacak oksit filmine karşı numuneler genellikle desikatörler içerisinde muhafaza edilir. Kullanılan desikatörler neme karşı duyarlı ve vakumlanabilir tarzda olmalıdır. Bunun dışında birçok numuneyi uzun süreler muhafaza edecek saklama kabinleri mevcuttur. 2.4 Zımparalama ve Parlatma Mikroskop altında incelenecek olan numune yüzeylerinin kalıplama işleminden sonra belirli bir yüzey pürüzlülük değerine ulaşması gerekmektedir. Bu amaçtan hareketle numune yüzeyleri zımparalama ve parlatma işlemlerinden geçirilir. Zımparalama ve parlatma işlemleri çeşitli kademeler içerir. Her kademede bir evvelki kademede kullanılan aşındırıcılardan daha ince aşındırıcılar kullanılır ve böylece her kademenin numune yüzeyinde oluşturduğu deformasyon ve çizik miktarı minimum seviyeye indirilir. Zımparalama işleminin ilk aşamalarında ( kaba zımparalama) yüzeydeki pürüzlülük değeri yaklaşık µm seviyesine indirilir. Son zımparalama kademesinden sonra bu değer 1 µm altına inebilir. Zımparalama kademesini müteakip yüzeyler parlatma işlemine tabi tutulur ve numune yüzeyleri dağlama işleminden önce nihai düzgünlüğe ve parlaklığa ulaşır Zımpara ve Parlatmada Kullanılan Gereçler Zımparalar Kum ve karbondan elde edilmiş SiC tanelerinin belirli bir kumaş yada kağıt üzerine yapıştırılması ile elde edilen aşındırıcılardır. Zımparalar SiC den yapılabildiği gibi %55-75 Al 2 O 3 ve magnetit tozu ihtiva eden aşındırıcılardan da imal edilebilir. Zımpara kâğıtlarında zımpara numarası artıkça aşındırıcı tane boyutu da küçülmektedir. 800 numaranın üzerindeki zımpara kağıtları çok ince olduğundan çoğu zaman kullanılmazlar. Resim 3. Zımparalama Cihazı [1] B.E.Ü / 4

5 Parlatmada Kullanılan Aşındırıcı ve Çuhalar Parlatma kademesinde genellikle Al 2 O 3, Cr 2 O 3, MgO, Fe 2 O 3 ve elmas tozu gibi aşındırıcılar kullanılır. Elmas tozu macun veya sprey şeklinde, diğerleri ise damıtık su ile süspansiyon şeklinde kullanılır. Parlatılan numuneler eğer su karşısında oksidasyona uğruyorsa bu durumda etilen, glikol, alkol ve gliserin kullanılır. Parlatma esnasında parlatma kademesine ve numune karakteristiğine göre çadır bezi, sert çuha, flanel, naylon, poplin, ve kadife gibi çuhalar kullanılır. Çuhalarda aranan temel özellik dokuların sık ve homojen olmasıdır. 2.5 Yıkama Yıkama işlemi metalografik çalışmalarda başarılı sonuçlar için kaçınılmaz bir işlem kademesidir. Numuneler tüm hazırlık kademelerinden sonra yıkanmalıdır. Her zımparalama ve parlatma kademesinden bir üst aşamaya geçmeden önce numuneler yıkanmalı ve yüzeye yapışmış olan partiküller ve lekeler uzaklaştırılmalıdır. Yıkama işlemi ılık hava üfleyerek, kurutularak veya ultrasonik olarak yapılır. Yıkama işleminden sonra numuneler alkol, benzen veya düşük kaynama sıcaklığına sahip sıvılarla hızlı bir şekilde silinmeli ve kurutulmalıdır. 2.6 Dağlama Parlatma işlemi sonrasında numune yüzeyi oldukça düzdür ve düşen ışık demetleri eşit şekilde yansıdıklarından, numuneden bu haliyle görüntü alınamaz. Bu nedenle yapıda kontrast(zıtlık) oluşturulması gerekir. Bunun için yapılan işleme dağlama denir. Dağlama işlemi uygulama şekline göre kimyasal dağlama ve fiziksel dağlama olarak iki grupta değerlendirilir. Fiziksel dağlamada belirli bir enerji uygulanarak (ısı veya yüksek voltaj) yüzeyden atom tabakaları atılır. Kimyasal dağlamada ise numune kimyasal maddelerle reaksiyona sokulur ve yüzeyde kontrast (zıtlık) oluşması sağlanır. Numune yüzeylerinin dağlanarak görüntünün alınmasında, hazırlanan dağlama reaktifinin yüzeyden iç kısımlara doğru tesiri başarılı dağlama işlemi açısından önemlidir. Başarılı dağlama işleminin temel şartı, malzemeye uygun reaktifin seçilmesi ve hazırlanmasıdır. Ne kadar başarılı bir dağlama yapılırsa yapılsın yanlış reaktif kullanılması dağlamayı başarısız kılar. Uygun reaktifin seçilmesi kadar uygulama biçimi, uygulama süresi ve uygulama sıcaklığı da önemlidir. Dağlama reaktifinin uygulanması ya numunenin reaktife daldırılması ya da reaktifin bir pamukla yüzeye uygulanması biçiminde yapılır. Daldırma yönteminde numune, dağlama reaktifine yüzeyi tamamen temas edecek şekilde daldırılır ve yüzeyde kabarcıklar oluşması için hareket ettirilir. Numunenin hareket ettirilmesi ayrıca yüzeyin temasını daha iyi sağlayacaktır. Reaktifin pamukla uygulanması durumunda, reaktif ile ıslatılan pamuk numune yüzeyine fazla bastırılmadan silinir. Reaktifli pamuk maşa ile tutulmalı, operasyon esnasında eldiven kullanılmalıdır. Numune yüzeyinin yeteri derecede dağlanmasından sonra, yüzeyin reaktifle ilişiği kesilir ve akan su altında yıkanır. Numune yüzeyindeki oluşabilecek su lekelerini önlemek için yüzey alkolle yıkanır ve ılık hava cereyanında kurutulur. Perlitli dökme demirler için %4 pikral, ferritler için %5 nital uygulanır. B.E.Ü / 5

6 3.Mikroskobik Çalışmalar Mikroskoplar temele olarak iki ana kısımda ele alınırlar: Elektron Mikroskopları: Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) ve Geçirmeli Elektron Mikroskobu (TEM) olmak üzere iki çeşittir. Elektron mikroskoplarının ayırt etme gücü yaklaşık olarak 10 A 0 mertebesinde olup çok yüksek büyütmelere çıkabilirler. Elektron mikroskoplarının çalışma prensipleri optik mikroskoplardan tamamen farklıdır. Optik Mikroskoplar: Optik mikroskoplar metalürjik ve biyolojik amaçlı olmak üzere iki tiptedir. Her iki tip mikroskopta çalışma prensibi itibariyle birbirine benzemesine rağmen kullanım bakımından farklıdırlar. Metalürji mikroskoplarında numune yüzeylerinden yansıyan ışık demetlerinden görüntü alınırken, biyolojik amaçlı mikroskoplarda ışık demetleri numune içerisine geçerek görüntü verirler. 3.1 Metalürji Mikroskobu Metal ve alaşımlarının incelenmesinde kullanılan mikroskoplardır. Işık kaynağından alınan ışık demetleri yansıtıcı aynalar üzerinden önceden hazırlanmış numune yüzeyine düşürülür. Numune yüzeyinden farklı açılarla yansıyan ışık demetleri, objektif ve okülerden geçerek görüntü olarak belirlerler. Resim 4. Metalürji Mikroskobu [1] B.E.Ü / 6

7 Kaynakça; Metalografi Bilimi, Prof. Dr. Serdar Salman, Doç. Dr. Özkan Gülsoy-Nobel Yayınevi 2014 [1] Resimler adresinden alınmıştır. Öğrencilerin dikkat etmesi gereken hususlar; Öğrenciler derse deney föyü ile gelmelidir, deney föyü olmayan öğrenci derse alınmayacaktır. Öğrenciler derse tam vaktinde gelmelidir, geç gelen öğrenciler derse alınmayacaktır. Öğrenciler derse hazırlıklı gelmelidir, deney föyüne daha önceden çalışılmalıdır. Derslerin sonunda öğrenciler deneyle ilgili sınava tabi olacaktır. B.E.Ü / 7