DÖKÜM MALZEMELERE UYGULANAN TEST VE MUAYENELER Prof.Dr. Ahmet TOPUZ YILDIZ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALÜRJİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 27 EYLÜL 1991 -QJZ-
DÖKÜMLERİN MUAYENESİ 1- Gözle Muayene: Göz ile tesbit edilebilecek hatalar; kırıklar, çatlaklar yarıklar, pislikler, karıncalanmalar, metal nüfuzu veya büzülmelerdir. Bu tip hatalar daha ziyade, kalıp ve maça kuralarından,konstrüksiyon malzemelerinden, derecelerden ve kalıplama tekniği hatalarından ileri gelmektedir. Bu tip parçalar gözle muayeneden sonra ıskartaya çıkarılır. 2- Boyutsal Muayene: Boyutsal muayene, şartnamede verilen toleranslara uyulup uyulmadığını kontrol maksadı ile yapılır.'ölçümler kumpas, şablon vb. ölçü aletleri ile gerçekleştirilir. Eğer anlaşmada herhangi bir tolerans belirtilmemiş ise standart tolerans sınırlarına bağlı kalınır. 3- Ultrasonik (Ses ötesi) Muayene: Ultrasonik muayene metodu ile hatanın deteksiyonu, kusur ile onu çevreleyen ana malzemenin ara yüzeyinde akustik empedansın ani değişmesine dayanır. Yüksek frekanslı ses dalgaları homojen malzeme içinde önemli bir kayba maruz kalmadan yayılırlar. Fakat malzeme yüzeyinden havaya pratik olarak geçemezler. İki katı ara yüzeyinden ise pek az geçebilirler. Dolayısıyla ultrasonik dalgalar dış yüzeylerden, döküm içindeki boşluklardan, prozitelerden, çatlaklardan ve gayri safiyetlerden kuvvetle yansır ve saçılırlar. Ultrasonik dalgalar mekanik titreşimle üretilirler. Piezoelektrik malzemeler (kuvarz ve baryum titanat kristalleri) üzerine düşen elektrik darbeleri (pulse) ile mekanik olarak titreşirler veya tersine üzerlerine düşen mekanik titreşimleri elektrik pulsları haline dönüştürürler. Yani bu malzemeler ultrasonik dalgaları hem üretebilir, hem de toplayabilir. Malzemenin içinden bir hatadan ve malzemenin öbür yüzünden yansıyarak toplayıcı proba ulaşan ultrasonik dalgaların meydana getirdi'kleri elektrik darbeleri arasındaki çok kısa zaman farkı bir katot ışını tüpü vasıtasıyla tesbit olunabilir. Bu zaman farkı hatanın muayene yüzeyine uzaklığı ile orantılıdır.darbenin 214
yüksekliği ise hatanın büyüklüğü, şekli, oriyantasyonu ve yapısı hakkında değerli bilgilere haizdir. Ultrasonik yöntemle döküm içindeki hataların niteliği, büyüklüğü, varlığı ve yerlerinin belirlenmesi için gerek pulse-echo (darbe, yankı, uyarıyansıma) veya thoughtransmission (bir baştan bir başa iletim) teknikleri başarı ile uygulanabilir. Döküm içindeki kesintiler ses demetinin yönünü ve hızını değiştirirler. Dökümlerdeki salt çatlaklar, boşluklar ve kalıntı maddeleri gibi büyük yalıtılmış hatalar değil aynı zamanda cüruf, sünger ve kaba damarlarında bu yolla kontrolü mümkündür. ultrasonik yöntemle dökümlerin kontrolünde ortaya çıkan belli başlı sınırlamalar şunlardır: Dökümlerin boyutları, biçimi, kalınlığı, yüzeysel girintili çıkıntılı ve hataların yönüdür. öte yandan ses dalgaları karmaşık enerji paketleri olduğundan ultrasonik kontrolün sonuçlarının tam anlamı ile yorumlanması için iyi eğitilmiş operatörler gerekmektedir. Yassı ve paralel kenarlı dökümlerin büyük izolasyonlu kesintilerinin ses ötesi denetiminin açık olmasına karşın yöntemin uygulanmasına özen gösterilmesi gereklidir. Ayrıca daha karmaşık biçimler ve daha küçük kesintilere ilişkin sonuçların yorumlanmasında ustalık gerekir. 0 halde ultrasonik denetleme çoğunlukla göreli bir küçüklükte ve tek biçimli kesitlerin ve bu denetleme tekniğinin ekonomik olduğu uzun üretim işlemlerinde kullanılır. Eğer herhangi bir dökümün biçimi ve girintili çıkmtılığı ses dalgasının döküm içine iletimini engelliyorsa çok az yararlı bilgiler elde edilebilir ve bu durumda alternatif denetim tekniklerinden olan radyografi yöntemi kullanılmalıdır. Tüm bunlara ek olarak eğer dökümün metalurjik yapısı ses enerjisinin saçılmasına neden olurda ses demeti gerekli derinliğe sızamazsa kesintiler açısından dökümün içinin ancak sınırlı bir kesiti denetlenebilir. Bununla birlikte deneyler odaklaştırılmış 2,25 MHz lik dalgaların 150-300 mm arası ve aşırıcı derecede damarlı paslanmaz çelik ve nikel alaşımlı dökümlere tatmin edici biçimde sızdığı göstermiştir. Ses demetinin döküme derin nüfuzu sonucu ciddi bir biçimde dağıl- 215
mış olmasına karşın ultrasonik teknikler X-ışınları veya gamma ışınlarının nüfuz edemediği kesit kalınlıklarının denetimi için gereklidir. Ultrasonik uyarı yansıma denetlemesi genellikle dökümün tüm derinliğine sesi nüfuz edebileceği yerlerdeki kesintilerin denetlenmesi için kullanılmalıdır ki sesin önemli bir bölümü arka yüzey tarafından yansıtılabilsin ve tekrar araştırma birimine dönebilsin. Bu koşullar sağlandığında, dökümün içinin tümü denetlenebilir. Dökümün denetlenmeyecek bölümü yüzeye yakın olan bölüsıüdür ve ölü bölge adını alır.denetlenemeyen yüzey katmanının kalınlığı test frekansının, uyarı biçirainin ve yüzey girintili çıkıntılısının bir fonksiyonudur. Dökümler için "yüzey bölümü" genellikle 5-12,5 mm arası değişir. Yüzey kesintilerinin araştırılması için sıvı penetrasyon manyetik parçacık ve girdap akım teknikleri daha uygundur. Ultrasonik incelemede deteksiyon hassasiyeti ses dalgalarına bağlı olarak süreksizliğin yönü ile ilgilidir. Eğer herhangi bir çatlak gibi süreksizliğin konumu ses dalgasına dik ise burada enerjinin max. yansıması böylelikle max- hassasiyeti söz konusudur. Eğer çatlak ses dalgasının gidiş yönüne paralel ise sadece çatlağın kenarı ses enerjisini yansıtacak ve büyük bir ihtimalle çatlak gözlenmeyecektir. Dolayısıyla şüphe edilen süreksizliğin yönü bilinmiyor ise birden fazla yönde inceleme gerekmektedir. Herhangi bir dökümde spesifik bir süreksizlik beklenirse, odaklanmış arama birimleri deteksiyon hassasiyetini artırmada kullanılabilir. Böylece birimler yüzey rezolasyonunu iyileştirmede de kullanılabilirler, böylelikle ölü bölge azalır. Şekil 1 a da şematik olarak paralel yüzlü bir dökümde süreksizlikten ve arka cidardan ses dalgasının yansıma durumu osiloskop ekranında gösterilmiştir. Aynı zamanda arka yansımadaki düşüş bir süreksizlik varlığının ikinci derecede belirtisidir. Eğer özel bir yerdeki dökümün arka yüzeyi gelen ses dalgasına muhtemelen 90 C lik bir açı yapmıyor ise, dalga dökümün iç kısımlarına yansıtılacak ve doğruca dedektöre dönmeyecektir ve Şekil 1 b de görüldüğü gibi ikinci bir belirti olacak yansıma yoktur.?ek çok dökümler delik ve değişik kısımları kapsarlar. Delik ve -2U-
farklı kısımlardan gelen yankılar arka cidardan gelenlere girişim yapabilirler. Şekil 1 c de gözükmektedir ki delikten gelen yankı osiloskop ekranında arka cidardan gelen yankıyla üst üste binmiştir. Şekil 1 d de ise döküm kavisleri ve arka cidardan gelen yankılar üst üste binmiş olarak osiloskopta gözükmektedir.
Şekil 8c : Kulplarda olabilecek döküm hava boşlukları için ultrasonik açıdan kontrol edilmiş bulunan dökme demirin çok yönlü mafsal boğumu Probun Seçimi: Probun seçimi değişik faktörlere bağlıdır: a- Döküm kalınlığı b- Döküm şekli, probun temas ettiği yüzey c- Yüzey pürüzlülüğü d- Tane yapısı ve ölçüsü İlk tetkikte 2-2.5 MHz lik normal prob kullanılır. Büyük dökümlerin muayenesinde düşük frekanslı prob kullanılabilinir. örnek olarak çelik döküm çubuktan ve ağır ingot için 1/2 MHz gerektirir. Hatanın ölçüsü, pozisyonu, tipi probun hareketi ile tesbit edilir 22o
4- Radyografik Muayene: X ve *f ışınları döküm içinden geçerken dökümün kalınlığına, yoğunluğuna ve bileşimine bağlı olarak absorblanırlar. dolayısıyla parçanın içinden geçen radyasyon demetinin şiddetindeki azalmalar parçanın arkasına yerleştirilen bir filme veya fluoresajı ekran üzerinde görülebilir. Fluoresan ekranlar daha hızlı kontrole uygun bir metod olmasına ragmen film radyasyonu dökümde en yaygın olarak kullanılan bir metottur ve filmin fotografik yoğunluğundaki değişmeler radyasyon demetinin yolu üzerindeki absorbsiyon değişmeleri cinsinden değerlendirilir. Böylece dökümün yapısı ve iç kusurlar hakkında bilgiler elde olunur. Dökme parçalar için en çok kullanılan radyografik film boyutları şunlardır. 350x245, 250, 300 ve 125x175 mm. Metodun hassasiyeti radyasyonun dalga boyuna (yani x ışınları halinde kullanılan cihazın voltajına, Y ışınları halinde radyoizoropun cinsine), muayene olunan malzemenin kalınlığına ve yoğunluğuna ve kullanılan filmin cinsine bağlıdır. Görüntünün tanımı radyasyon kaynağının büyüklüğüne ve muayene geometrisine tabidir. Radyografi dökümlere"'şu amaçlarla uygulanır. a) Gözenek, kendini çekme boşlukları, gaz boşlukları, kendini çekme ve gerilme çatlakları, metal olmayan kalmtılat, metalin yürümemesi gibi kusurlar ürünü ve dökümhane tekniğini geliştirmek amacıyla kontrol etmek, reddedilen parçaları, işletme kayıplarını azaltmak ve döküm metalini kontrol etmek. b) Kritik dökümlerde önemli kesintilerin hatasız olduğunu göstermek. c) Döküm kaynağı ile tamir edilen parçaların kalitesini kontrol etmek. Radyasyon filmlerinde kesiklik veya boşluk bir çok durumlarda karanlık bir gölge olarak görünür. Bunun nedeni boşluk, çatlak ve delikler radyasyonun geçmesini kolaylaştırdıkları için radyografta bu bölgeleri daha fazla karartırlar. Hafif alaşımlarda (özellikle Al 2 0 3 de) bulunan bazı özellikler radyasyonun iletimini azaltır. Yani görüntü daha açık gözükür. -224-
y t Bu nedenle kesiklik bulgulanmasmm duyarlısı radyasyonu ortaya çıkaran koşullara, görüntüdeki kontrasta (açık-koyu farkı) bağlıdır. Uygun bir fiyatta yüksek kaliteli radyasyonu elde etmek için duyarlık poz süresi birlikte ele alınmaktadır. Kesinlik bulgulamasını etkileyen faktörler: En uygun tanım veya kontrasta ulaşabilmek için radyografik kontroldeki duyarlılık işlem koşullarına ve uygun poz süresi ayarlamasına bağlıdır. Bununla birlikte tek bir radyografin kalitesi bir tarafa, bileşim ve sistematik bir incelemede bu tekniğin bütün etkinliği alman radyograf sayısını ve yönünü seçmeye dayalıdır. ^ ' Dikkatli kontrollerle metal kalınlığının %0,5 ile %2 büyüklüğündeki boşluklar radyograf üzerinde saptanabilir. Bu yüzden çok ince kesiklikleri (çatlaklar yahut metalin soğuk kaynaşmış kısımları) ve ekseni radyasyon demeti doğrultusuna paralel çatlaklar dedekte olunamaz. Bu gibi kesiklikler için ultrasonik kontrol en etkili kontrol vasıtasıdır. bu tip dar boyuna uzatılmış kesiklikler için ölçrae olasılığı şu hallerde oldukça artar. Bu türden kesikliklerin varlığı göz önüne alınırsa yani sıcak döküm sıransında bu türden kesintilerin nasıl ortaya çıkacağı biliniyor ise bu durumlarda kesiklik tam olarak gözükmese de iyi bir gözlemci radyasyonda meydana gelen yön değişikliklerine ait verileri farkedebilir. Gerisi daha iyi bir"radyografi ile bulunur. Süreksizliğin büyüklüğü ve kesin yerini saptama değişik açılardan iki ya da daha fazla radyograf gerektirir. Bunların seçimi ve yorumlanması ihtisaslaşmış bir tecrübe işidir. özel durumlarda sağlanan duyarlık penetrametre yardımı ile or- - " taya konulabilir. Bu alet radyografta görebildiğimiz en küçük kalınlık değişiklikleri hakkında bilgi verir. Radyografi tekniği ve yorumlaması birbiriyle sıkıca ilişkilidir. Her yadrograf şu şekilde incelenmelidir. Tek başına değil fakat,/ imalatı esnasındaki bütün faktörleri, kontrolün yönünü radyasyonun tipini (tabiatı), poz zamanı, filmin cinsini, filmin yıka- 222
niş prosedürünü hesaba katarak ciddi bir kontrol ihtisas sahibi bir radyografi için fonksiyon olarak kabul edilmelidir. Radyografik kontrol üretim metodlarını optimize etmekte bir araç olarak kullanılır. 5- Manyetik Toz Muayenesi: Dökümlerde yüzey ve yüzeye yakın hatların algılanmasında kullanılır. Bir manyetik alanda, mesela, bir mıknatısın iki kutbu arasında manyetik alcı çizgilerinin belirlenmesi için manyetik tozlar kullanıldığı malumdur. Manyetik tozlar (pratikte demir oksit tozudur) manyetikleştirilmiş bir katı parçanın dış yüzeyindeki kuvvet çizgilerini belirtmek için kullanılır. Ferromanyetik malzemeler içindeki süreksizlikler manyetik geçirgenlik ani değişmelere sebeb olurlar. Bu değişmeler parça üzerine serpilmiş manyetik tozun belirli noktalarda toplanması ile görünür hale getirilir. Doğaldır ki, bu toz manyetik değişimi daha iyi belirleyecektir. Bu kusur cidarında en büyük manyetik değişimi elde etmek için uygulanan alanın hatanın eksenine dik olması gerekir. Yani bu yöntem yönsel bir yöntemdir. 6- Pénètrent Muayenesi: Bu muayene usulü demir gibi manyetik olan malzemelerle beraber manyetik olmayanlarada uygulanabilir, yüzeyinde çatlaklar bulunan döküm fazla viskoz olmayan bir sıvı içine daldırılırsa yüzeyi ıslanır ve çatlaklarıda bu sıvı ile dolar. Bundan sonra yüzey kurulanır. îçi sıvı ile dolu çatlaklar ıslak çizgiler halinde belirir. Çatlaktan yüzeye taşan sıvının hafif yayılması çatlak çizgisinin büyütülmüş işaretini verir. Şayet yüzey,kurutulduktan sonra üzerine ince bir tabaka halinde Developer serpilir- :: bur;l-r arta kalan sıvıyı daha kuvvetle emecekleri için, görüntü daha iyi olur. -223-
ALÜMİNYUM DÖKÜM ALAŞIMLARININ İNCELENMESİ Döküm metodunun seçilmesinden, döküm tasarımı ve döküm alaşımına, ürünün kalıplanmasına, döküm tekniğine, ürüne makinada şekil verilmesine, işlemlerin bitirilmesine ve ürünün incelenmesine kadar Alüminyum döküm alaşımlarının üretiminde her aşamada etkin bir kalite kontrolü gereklidir. Görerek muayene, basınç ile test, penetran sıvı ile muayene ultrasonik muayene,radyografik muayene ve metalografik inceleme gibi çeşitli metodlar dökümlerin kalitesini incelemede kullanılabilir. Bu prosedür kalite seviyesini belirler. İNCELEME SAFHALARI Üç bölümde inceleme yapılabilir. İlk, orta ve son safha. İlk safha döküm test çubuklarının ergimiş alaşımla birlikte, aynı zamanda döküm ürünlerinin test edilmesini ve incelensesini kapsar. Bu deney çubukları alaşımın kalitesini kontrol etmede ve ısıl işlemin etkisini anlamada kullanılır. İlk inceleme aynı zamanda dökümün kimyasal ve spektrografik analizinide kapsar. Böylece ergitme ve döküm işlemlerinin sonuçta karışımın beklenen alaşımı verip vermediği denenmiş olur. Orta bölümde yapılan -inceleme veya sıcak inceleme, kalıptan alınan döküm üzerinde yapılır. Bu safha dökümün şeklini incelemek için çok gerekli bir operasyondur. Böylece şekli bozuk olan dökümler bu safhada çıkartılabilir, gerekirse düzeltilebilirler. Son safhada ise dökümü yapılan parçanın kalitesini oluşturmada kullanılır, bu safhada gözle muayene, basınç ile test, penetran sıvı ile muayene, ultrasonik muayene, radyografik muayene veya metalografik inceleme yöntemlerinden herhangi biri kullanılabilir. Gözle muayene aynı zamanda son Ölçüleri ve gerçek boyutları kıyaslamada yararlıdır. 1- Penetran Sıvı ile Muayene: Penetran sıvı deneyi alüminyum döküm alaşımlarında, yüzeye çok yakın ve yüzeye açık olan hataların belirlenmesinde yaygın olarak kullanılır. En önemli uygulamalarından biri sıcak çatlamaya ve kırılmaya hassas olan Bİ95 gibi alaşımlardan, daisi kalıplarda üretilmiş küçük boyutlu dökümlerin incelenmesinde kuilanınudır.. 224
örneğin, döküm bağlantı çubuklarında, kısa süreli sıcaklık orta bölüm içinde çatlama ve kırılma meydana getirir, ancak bu kırılmalar gözle görülüp incelenemezler. Fakat sıvı penetran deneyi ile kolaylıkla incelenebilirler. Tüm iyi bilinen sıvı nüfuz ettirme sistemleri alüminyum döküm alaşımlarının incelenmesinde uygulanabilir. Bazı durumlarda, özellikle büyük olur. Böylece gözle' kolay fark edilmeyecek küçük çatlaklar görülebilir hale gelir. Dökümler için birden fazla sistem kullanılabilir, sistemin seçimi, temelde dökümün şekline, ölçüsüne ve miktarına bağlıdır. Bunlar inceleme için kolaylıklardır. 2- Radyografik Muayene: Bu muayene, bir x ışını cihazının tüpünde yüksek gerilim altında oluşturulan x-ışını demetinin, döküm parçası içinden geçirilmesi ve parçadan çıkan ışınların bir fotoğraf filmine etki yaparak bir radyograf elde edilmesi yöntemidir. Alüminyum döküm alaşımlarmdaki inklizyonlarm, çatlakların, porozitelerin, soğuma boşluklarının ortaya çıkarılması amacıyla uygulanır. Bu tür alaşımlar radyografik inceleme için idealdir. Fluoroskopi tekniği genellikle, nispeten küçük dökümlerde porozite ve çatlak gibi hataları ortaya çıkarmak için kullanılır. Gama ışmlarıda bu iş için kullanılabilir. Alüminyumun düşük yoğunluğundan dolayı f beili bir kalınlıktaki alüminyum alaşımına, çeliğe nüfuz ettiklerinden 3 kat daha fazla veya diğer bir deyişle, alüminyuma göre çeliğe 1/3 oranında girerler. X-ışını alüminyum döküm alaşımlarına radyografik olarak etkir ve film kayıtlarında sonuçlar okunur."fluoroskopi tekniğide geniş çapta kullanılır. Bu çeşit araştırma, çok miktarda küçük dökümlerdeki çatlak-ve porozite gibi hataların ortaya çıkarılmasında kullanılır. Bu metod soğuma boşlukları ve çatlaklar için çok uygun bir yöntemdir. Gama ı_şm:> radyografisi alüminyum dökümlerin özgül koşullarını ortaya çıkarmak için idealdir. Her ne kadar Gama ışını x-ışınmdan az kullanılıyorsa da Özgül koşulların tesbiti ve çatlakların testi için etki gücü yaklaşık olarak eşittir. Radyografi daha çok -229-