GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MEM-317 MALZEME KARAKTERİZASYONU NİCEL METALOGRAFİ (STEREOLOJİ) Yrd. Doç. Dr. Volkan KILIÇLI ANKARA 2012
Nicel Metalografi (Stereoloji) Stereoloji, üç boyutlu örneklerin (mikroyapılar, hücreler vb.) iki boyutlu kesitlerinden elde edilen verilere dayanarak, onların gerçekteki üç boyutlu özellikleri ile ilgili yorumlar yapılmasını sağlayan bilim dalının adıdır. Metalurjistler, mikroyapısal parametrelerinin ölçümü için kantitatif (nicel) metalografi veya kantitatif (nicel) mikroskopi terimlerini kullanmaktadırlar. 2
Faz Hacim Oranı Ölçümü Standart Çizelgelerle Karşılaştırma Yöntemi Nelson tarafından geliştirilen hacim oranlarını değerlendirmede kullanılan çizelgeler 3
Faz Hacim Oranı Ölçümü Alan Analizi, Nokta Sayımı ve Çizgisel Analiz Yöntemleri Fazların hacim oranları, alan analizi, çizgisel analiz ve nokta sayımı yöntemleri ile değerlendirilebilir. Faz hacim oranının belirlenmesinde manuel ölçümlerde, nokta sayım yöntemi en hassas yöntemdir. Burada; Vf; Faz hacim oranını, A A ; alan analizi ile bulunan faz hacim oranını, L L ; çizgisel analiz ile bulunan faz hacim oranını, P P ; nokta sayımı ile bulunan faz hacim oranını göstermektedir. 4
Faz Hacim Oranı Ölçümü Alan Analiz Yöntemi Yöntem, belirli bir alanda çok hassas, ancak alan çok sayıda mikroyapı ölçmek için çok zaman alıcıdır. Sadece kaba ve basit geometrik şekillerden oluşan yapılar için manuel hesaplama yapılabilir. Burada; A A ; alan analizi ile bulunan α fazının hacim oranı, alanı, A T ise ölçüm yapılan mikroyapının toplam alanıdır. ; α fazının toplam 5
Faz Hacim Oranı Ölçümü Alan Analiz Yöntemi ile ilgili Örnek 100 μm 150 μm 6
Faz Hacim Oranı Ölçümü Alan Analiz Yöntemi ile ilgili Örnek Sayfa 7 de verilen şematik resimde kırmızı renkle belirtilen fazın hacim oranını alan çözümleme yöntemi ile hesaplayalım. Şematik resimde kırmızı renkle belirtilen 5 tane 5 μm çapında küre, 5 tane 7,5 μm çapında küre ve 6 tane 10 μm çapında küre bulunmaktadır. Resmin toplam alanı ise 100x150=15000 μm 2 dir. 7
Faz Hacim Oranı Ölçümü Çizgisel Analiz Yöntemi Yöntem, alan analiz yönteminden daha etkilidir ve manuel olarak daha kolay yapılabilir. Ancak ince yapıları ve boyutu çok küçük fazları ile hesaplamak zordur. Burada; L L ; çizgisel analiz ile bulunan α fazının hacim oranı, ; α fazını kesen çizgilerin toplam uzunluğu, L T ise mikroyapı üzerine çizilen toplam çizgi uzunluğudur. 8
Faz Hacim Oranı Ölçümü Çizgisel Analiz Yöntemi ile ilgili Örnek 5 μm + 8 μm + 2 μm 9 μm + 4 μm 6 μm + 4 μm 6 μm 3 μm + 2 μm + 7 μm 150 μm 9
Faz Hacim Oranı Ölçümü Çizgisel Analiz Yöntemi ile ilgili Örnek Sayfa 9 de verilen şematik resimde kırmızı renkle belirtilen fazın hacim oranını çizgisel çözümleme yöntemi ile hesaplayalım. Şematik resimde kırmızı renkle belirtilen fazı kesen toplam çizgi uzunluğu 56 μm dur. Resim üzerine çizilen toplam çizgi uzunluğu ise 5x 150 μm= 750 μm dur. 10
Faz Hacim Oranı Ölçümü Nokta Sayım Yöntemi Yöntem, alan analizinden ve çizgisel analizden çok daha etkilidir ve manuel olarak daha kolay uygulanabilir. Mikroyapı üzerine ızgara şeklinde bir ağ yerleştirilerek ızgaranın yatay ve dikey kesişen çizgileri nokta olarak belirlenir. Bu noktalara isabet eden fazlar 1 olarak kabul edilir. Eğer faz yatay ve dikey çizgilere paralel ise 0,5 kabul edilir. Burada; P P ; nokta sayımı ile bulunan α fazının hacim oranı, ; α fazına isabet eden toplam nokta sayısı, P T ise mikroyapı üzerine çizilen ızgaradaki toplam çizgi nokta sayısıdır. 11
Faz Hacim Oranı Ölçümü Nokta Sayım Yöntemi ile ilgili Örnek 1 1 1 1 ½ ½ 1 1 1 12
Faz Hacim Oranı Ölçümü Nokta Sayım Yöntemi ile ilgili Örnek Sayfa 12 de verilen şematik resimde kırmızı renkle belirtilen fazın hacim oranını nokta sayım yöntemi ile hesaplayalım. Şematik resimde kırmızı renkle belirtilen faza isabet eden nokta sayısı 8 dir. Resim üzerine yerleştirilen ızgaradaki (gritteki) toplam nokta sayısı 9x 12 = 108 dir. 13
Faz Hacim Oranı Ölçümü Alan Çözümleme, Nokta Sayımı ve Çizgisel Çözümleme Yöntemleri 1 ½ 1 1 ½ 1 1 14
Faz Hacim Oranı Ölçümü Nokta Sayım Yöntemi ile ilgili Örnek Aşağıda verilen mikroyapı resmi ferritik küresel grafitli dökme demire aittir. Mikroyapıdan grafit miktarını hesaplayınız? Resim üzerine yerleştirilen ızgaradaki (gritteki) toplam nokta sayısı P T = 9x6 = 54 tür. 15
Tane Boyutu Ölçümü Tane Boyutu Ölçüm Yöntemleri Karşılaştırma Çizelgeleri (ASTM tane boyutu numarası karşılaştırma çizelgesi) Shepherd Kırık yüzey tane boyutu karşılaştırma Jeffries Planimetric Tane Boyutu Ölçme Metodu Sydner-Graff Kesişme Tane Boyutu Ölçme Metodu Heyn/Hilliard/Abrams Kesişme Tane Boyutu Ölçme Metodu 16
Tane Boyutu Ölçümü ASTM Tane Boyutu Numarası 17
Tane Boyutu Ölçümü ASTM Tane Boyutu Numarası G (ASTM Tane Boyutu Numarası) N (X100 Büyütmede 1 inch 2 deki Tane Sayısı ) 1 1 2 2 3 4 4 8 5 16 6 32 7 64 8 128 9 256 10 512 18
Tane Boyutu Ölçümü ASTM Tane Boyutu Numarası ASTM tane boyutu numarası karşılaştırma çizelgesi 19
Tane Boyutu Ölçümü ASTM Tane Boyutu Numarası ASTM tane boyutu numarası karşılaştırma çizelgesi 20
Tane Boyutu Ölçümü ASTM Tane Boyutu Numarası hesaplama örneği Soru: Bir metalin mikroyapısında X100 büyütmede bir inch 2 de 256 tane sayıldığına göre bu metalin ASTM tane boyutu numarasını belirleyiniz? 21
Tane Boyutu Ölçümü Jeffries Planimetric Method 22
Tane Boyutu Ölçümü Jeffries Planimetric Method ile tane boyutu hesaplama örneği Büyütme = X100 A=20106,2 mm 2 23
Tane Boyutu Ölçümü Jeffries Planimetric Method ile tane boyutu hesaplama örneği 24
Tane Boyutu Ölçümü Çizgisel Kesişme Yöntemleri Heyn/Hilliard/Abrams Çizgisel Kesişme Metodları 25
Tane Boyutu Ölçümü Çizgisel Kesişme Yöntemleri Heyn/Hilliard/Abrams Çizgisel Kesişme Metodları Tane sayısının (N) sayılması Tane sınırı sayısının (N) sayılması 26
Tane Boyutu Ölçümü Çizgisel Kesişme Yöntemiyle tane boyutu hesaplama örneği 1. çember N= 20 2. çember N= 25 3. çember N= 41 Çemberlerin çevresinin toplamı = 11,4 mm 27
Tane Boyutu Ölçümü Çizgisel Kesişme Yöntemiyle tane boyutu hesaplama örneği 28
Tane Boyutu Ölçümü Çizgisel Kesişme Yöntemiyle tane boyutu hesaplama örneği Aşağıda verilen mikroyapı resminden bu malzemenin tane boyutunu belirleyiniz? N= 6 N= 10 N= 15 130 μm 29
Görüntü Analiz Programı (Image Analysis Software) Optik mikroskoptan elde edilen mikroyapı resimleri görüntü analiz programları aracılığıyla analiz edilerek aşağıda belirtilen özellikler tespit edilebilmektedir; Tane boyutu, Faz hacim oranı, Kaplama kalınlığı, Dekarbürizasyon derinliği, Küresel grafitli dökme demirlerde nodülarite % si ve nodül sayımı, Gri dökme demirde grafit tipleri, Dendrit kol mesafesi (DAS), Çeliklerde inklüzyon miktarı ve türleri. 30
Görüntü Analiz Programı ile Küresel Grafitli Dökme Demirde (KGDD) Ferrit, Perlit ve Grafit miktarının hesaplanması 31
Görüntü Analiz Programında hesaplanacak fazların tanımlanması 32
Görüntü Analiz Programında ferrit in tanımlanması 33
Görüntü Analiz Programında perlit in tanımlanması 34
Görüntü Analiz Programında grafit in tanımlanması 35
Volume Fraction (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 73.93 20 10 10.965 15.105 0 Ferrit Perlit Grafit Görüntü Analiz Programında Ölçüm Sonuçları 36
Volume Fraction (%) 100 90 80 70 60 50 40 73.93 30 20 10 0 10.965 Ferrit Perlit 15.105 Grafit Görüntü Analiz Programında Mikroyapı ve Ölçüm Sonuçlarının toplu gösterimi 37
Görüntü Analiz Programında Planimetric Method ile Ferrit tane boyutunun hesaplanması 38
Planimetric Method ile Ferrit tane boyutunun hesaplanmasında Algoritma Seçimi 39
Planimetric Method ile Ferrit tane boyutunun hesaplanmasında Tane sınırlarının Tanımlanması 40
Tane boyutu Ölçüm Sonuçları 41
Görüntü Analiz Programında Tane Boyutu hesaplanmasında kullanılan Yöntemler a) Tek çember b) Üç çember c) Dikey Çizgiler d) Yatay Çizgiler e) Heyn Yöntemi f) Karşılaştırma Yöntemi 42
Kaynaklar 1. Vander Voort G.F., Metallography Principles and Practice, ASM International, 1999. 2. ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Vol. 9, Metals Park, Ohio, 2004. 3. Leica Q550 MW Manual. 43