METALOGRAFİ

Metalografi Nedir? Ne Amaçla Kullanılır?

• Metalografi, en bilinen şekliyle, metallerin iç yapısını inceleyen bilim dalıdır. Metalografi, metallerin iç yapısını inceleyerek onların özelliklerini belirlemeye, tarihçesini açığa çıkarmaya ve gelecekte ona ne gibi işlemler uygulanabileceğini anlatmaya (imalatı yönlendirmeye) çalışır.

Metalografik inceleme ile hakkında bilgi alınabilecek çok sayıda malzeme özelliği vardır. Bunların bir kısmı şu şekilde sıralanabilir: •Malzemenin tane boyutu, •Malzemenin tarihçesi (daha önce ne tür işlemelere maruz kaldığı) •Ne tür işlemleri uygulanabileceği, •Deformasyon miktarı, •Mikroyapısı, •Kalıntı (inklüzyon) türü, dağılımı, yoğunluğu, •Segregasyon durumu, •Tane boyutu, •Çatlak, •Katlama, •Dekarbürizasyon, •Karbürizasyon, •Sertleşme derinliği, •Nitrasyon, •Kaplama kalınlığı, •Gaz boşlukları, •Döküm boşlukları, •Grafit türü ve dağılımı, •Kırılma türü ve mekanizması

Numune Hazırlama

Metalografi :

• Malzemelerin mikroyapılarını incelemek için kullanılan sistematik bir metottur (çoğunlukla metal malzemeler için).

• Seramikleri, polimerleri ve yarı iletkenleri incelemek için de kullanılabilir.

(1) Kesme

Niçin kesme? 1. Numuneleri optik mikroskop altında incelemede boyut

sınırlaması olduğundan kesilmesi gerekebilmektedir.

2. Büyük bir numuneden lokal bir alan tespit etmek için gereklidir.

Numune Hazırlama Kesme

• Abraziv kesme en yaygın kullanılan kesme metodudur.

Numune Hazırlama Kesme

• Elektro erozyon ile işleme

(Electric discharge machining - EDM)

• Elektriksel olarak iletken

malzemeler EDM yoluyla kesilebilirler.

• Kesim bir elektrot ve bir

dielektrik sıvı içine daldırılmış

numune arasında gerçekleştirilir.

Numune Hazırlama Kesme

İnce Kesme: • Polimer numuneler

gibi yumuşak malzemeleri hazırlamak için kullanışlıdır.

• İnce kesme aletindeki çelik, cam ya da elmas bıçaklar numuneleri çok ince parçalara keser.

Numune Hazırlama

(2) Kalıplama • (1) Numune küçükse veya

geometrisi düzgün değilse kalıplamaya ihtiyaç vardır. (2) Numunenin kenar bölgesini incelemek için kalıplamaya ihtiyaç vardır.

Termal (Sıcak) Kalıplama (Bakalite Alma): Numune yüksek sıcaklık ve basınçta termoset veya termoplastik polimerler içerisine gömülür.

Numune Hazırlama Teknikleri Soğuk Kalıplama:

• Numune epoksi tipi malzemeler içine gömülür. Epoksinin türü incelenecek malzemeye bağlıdır.

Numune Hazırlama (3) Zımparalama 1. Yüzeyde kesme yoluyla oluşmuş zarar giderilir. 2. Zımparalama işlemi esnasında bir sonraki zımparalama

tabakasında giderilmek üzere yüzeyde ince aşınma izleri oluşur. 3. Zımparalama aşamasının sonunda, yüzeyde sadece zımpara

hasarı varsa, bu hasar son zımparalama kademesinden olmalıdır.

4. Bu tür hasarlar parlatma kademesi ile giderilir.

Zımparalama Malzemeleri: Aşındırıcı kağıt (zımpara kağıdı: SiC gritlerle kaplanmış). Aşındırıcı kağıt serileri çoğunlukla kabadan inceye doğru sıralanır. Tipik Grit Sırası: 120-,240-,320-,400-,600-,800-,1000-, 1200-,2400-,vs.

Numune Hazırlama Teknikleri

• Başlangıçtaki grit boyutu yüzey pürüzlülüğüne bağlıdır ve kesme işleminden meydana gelen hasarın derinliğine bağlıdır.

• Abraziv kesiciler yoluyla kesilen yüzeyler genel olarak 120- 240- gritlik zımpara ile zımparalanmaya başlanır.

• EDM ya da elmas kesicilerle kesilen yüzeyler genel olarak 320- 400- gritlik zımpara ile zımparalanmaya başlanır.

Numune Hazırlama Teknikleri

• Zımparalama ve parlatmadan sonra numune yüzeyleri

Numune Hazırlama Teknikleri

(4) Parlatma 600 grit ya da daha ince zımparalamadan sonra, ayna parlaklığında çizik içermeyen düz bir yüzey elde etmek için parlatma işlemi yapılır. Kaba Parlatma: 30µm ile 3µm aralığında elmas aşındırıcılar İnce Parlatma: 1µm ya da daha küçük elmas aşındırıcılar Final Parlatma: 0.25µm-0.05µm elmas, silika ya da alümina solüsyonlar.

Otomatik Parlatma Makinası

Kendi ekseninde dönen mekanik numune tutuculu parlatma makinası

Numune Hazırlama Elle yapılan hatalı zımparalama

Hatalı zımparalamadan ileri gelen yüzey deformasyonundan kaçınılmalıdır, aksi halde mikroyapıda karartılar oluşabilir.

Numune Hazırlama Elle yapılan hatalı zımparalama

Parlatma sonucunda çizgisiz bir yüzey elde edilmeli.

Numune üzerine çok fazla baskı uygulandığında aşağıda gösterildiği gibi kuyruklu yıldıza benzer görünümde izler oluşabilmektedir.

Numune Hazırlama

Optik Mikroskop (5) Dağlama • Mikroyapısal detayları

ortaya çıkarmak için bir malzemenin yüzeyinde kimyasallar kullanılır.

• Tane sınırları dağlamaya daha elverişlidir.

• Tane sınırları siyah bölgeler olarak ortaya çıkabilir.

• Tane sınırları boyunca kristal yönlenmelerde değişim olduğu için ayırt edicidir.

Numune Hazırlama elektrolitik parlatma/dağlama

Dağlama temelde kontrollü bir korozyon sürecidir. Farklı potansiyele sahip yüzey alanları arasında elektrolitik bir eylemden kaynaklanmaktadır. Bu metotta aşındırıcılar yerine elektrolitik hücreler kullanılmaktadır. Önemli bir metalografik gelişmedir. Elektrolitik parlatma, en önemli ve en iyi sonuç alınan parlatma yöntemlerindendir. Mekanik parlatmanın zorluklarını ortadan kaldırmak amacıyla geliştirilmiş bir parlatma metodudur.

Numune Hazırlama elektrolitik parlatma/dağlama

• Çok sayıdaki numuneler kısa zamanda parlatılabilir ve mekanik parlatmadan daha düzgün yüzeyler elde edilir. Dezavantajı, kullanılan kimyasal gereçlerin bir çoğunun sağlığa zararlı maddeler içermesidir.

• Elektrolitik parlatmada, parlatma mekanizması anodik çözünmedir. Numune yüzeyindeki pürüzlerin ortadan kaldırılması çıkıntıların tercihli çözünmesi ile olur ve çıkıntılar arasındaki çukurlar anodik çözünmeden korunurlar. Bu bölgelerin çözünme hızı çıkıntılı kısımlara nazaran daha azdır.

Mikroyapı Örnekleri

• Şekil. 1010 sac numunenin kesme esnasında oluşan deformasyonun etkilerini gösteren mikroyapı. (a) Eşeksenli ferrit tanelerinin mikroyapısı. (b) Kesilen kenarda uzamış taneleri ve kırılmış karbürleri gösteren mikroyapı.

• Düşük karbonlu bir çelikte eşeksenli (poligonal) ferrit ve perlit (koyu) tanelerini gösteren mikroyapı

• Soğuk haddelenmiş, düşük karbonlu çelik sacın ferrit tanelerini gösteren mikroyapı (a) %30, (b) %50, (c) %70 ve (d) %90 soğuk deformasyon.

• Östenit. Östenit faz genelde yaklaşık olarak 720°C’ nin üstündeki sıcaklıklarda oluşan bir yüksek sıcaklık kristal yapısıdır.

• Şekil. Ferrit matrisi içinde martenzit (koyu) ve artık östenit (oklar) adacıklarına sahip çift fazlı çelik sacın mikroyapısı

• Perlit (koyu) ve ferrit tanelerinin uzamış bantlarını gösteren haddelenmiş 1020 çeliğinin mikroyapısı.

• Dövülmüş demir mikroyapısı (a) boylamsal düzlem. (b) enine düzlem.

• (a) Yanlış zımparalamanın etkisini gösteren düşük karbonlu çelik mikroyapısı. (b) Doğru zımparalanmış çelik mikroyapısı.

• Ferrit+perliti gösteren ASTM A36 yapı çeliğinin mikroyaıpısı.

• Düşük karbonlu bir çelik üzerinde Galvalume (çinko-alüminyum) kaplamayı gösteren mikroyapı

• Dökme demir (Fe-%3.07C - %0.06Mn -%2.89Si - %0.006P -%0.015S - %0.029Mg) C, sementit;

• L, ledeburit;

• F, ferrit;

• P, perlit.