DEMİR VE ÇELİKLERDE MİKRO YAPI İNCELEMELERİ

Bir metalin ince yapısını ortaya çıkarmak ve incelemek için yapılan işlemlerin ve incelemelerin genel adı metalografidir. Biz malzeme laboratuvarında demir ve çeliklerin mikro yapısını inceledik ve bunu gözlemlerkende ışık metal mikroskobundan faydalandık.

Demir ve çeliklerin genel yapısından biraz bahsetmek gerekirse; demirlerin mukavemetini arttırmak için karbon ilavesi yapılır ve böylece demirin sertliği artar. Bu karışımlara ise çelik denir. Demirin içene ne kadar karbon konursa demirin mukavemeti o kadar artar.

Çelikler içerisindeki karbon oranlarına göre sınıflandırılır buna göre,

Az karbonlu çelikler %0.1 - %0.2Orta karbonlu çelikler %0.2 - %0.5Yüksek karbonlu çelikler %0.5 - %2Dökme demirler %2 - %6.7

Demir karbon denge diyagramından faydalanarak hangi sıcaklıkta demirin içeriğinde ne kadar karbon olduğuna bağlı olarak bu diyagramdan alaşımın içerik yapısına ulaşabiliriz. Biz laboratuvarımızda perlit ve ferrit yapılar ile ilgilendik. Aşağıda bir demir denge diyagramı bulunmaktadır.

Şekil.1.: Demir Karbon Denge Diyagramı

1

Demir ve çeliklerin mikro yapısını incelemek için bir dizi işlemden geçmesi gerekmektedir. İlk olarak demir ve çeliklerin mikro yapısını incelmek için paraçdan alınacak bir numuneye ihtiyaç vardır. Bu parça torna gibi makinelerden veya elle bazı işlemler uygulanarak pürüzsüz hale getirilir. Yapılacak işlemler aşağıdaki gibi sıralanabilir.

1. Eğer numune elle tutulabilecek ebattaysa bu numune incelenebilir. Fakat numune çok ince ve ebat olarak küçük ise monteleme işlemiyle elle tutulabilir ebatlara getirilmesi gerekir.

Monteleme işlemleri aşağıdaki gibi gruplara ayrılabilir; Mekanik monte Plastik monte

Sıcak monte Soğuk monte

Biz bu monteleme işlemlerinden plastik monte ve bunun altındaki soğuk monteleme işlemini öğrendik. Soğuk monteleme işlemi hem daha çabuk hem de daha pratik olduğu için tercih edilir.

2. Zımparalama işlemi yapılır. Bu işlemi zımparalayarak parçanın en alt katmanına inmeyi sağlasın diye yaparız. Yandaki şekilde görüldüğü gibi katman katman aşağıya doğru inerek ice yapıya ulaşırız. Bu işlem için silisyum karbür malzemeden yapılmış zımparalar tercih edilir. Silisyum karbür ne kadar az ise o kadar kaba, ne kadar fazla ise o kadar ince bir zımpara olur. Zımparalar inch başına kaç tane silisyum karbür parçacığı bulundurduğuna göre adlandırılır. Örneğin; 4oo kodlu zımparada inch kare başına 400 tane silisyum karbür parçacığı içerir. Bu kodlamaya göre zımparalama işleminde kullanılan zımparalar sırasıyla şöyledir;

60 – 120 – 180 – 240 – 320 – 400 – 600

Bunlardan 60 ile 180 arasındakiler malzemeye göre kullanılır. Fakat 240 ile 600 arası kesinlikle kullanılan zımparalardır. Yukarıdaki sıralama izlenerek bu işlem yapılır. İnce zımparadan sonra tekrar kalın zımpara kullanılamaz. Fakat şöyle bir durum vardır; eğer ki zımparalama işleminde yapılan bir hata sonucu yapı bozulduysa tekrar en baştan veya yeterli düzeyden başlayarak tekrar bu sıralama ile zımparalama yapılabilir.

Bu işlemde diskli zımpara makinesi kullanılır. Zımparalama esnasında oluşan küçük parçacıkları numuneyi çizmesin diye zımparalama bölgesine sürekli bir su akışı olur. Zımparalama işlemin safhasını görmek için ışık altında numune yüzeyindeki çizgilere bakılır. Hep dairesel ince çizgiler var ise bu zımparanın işi bitmiş demektir.

Bir önceki zımparanın oluşturduğu izi almak için zımpara arttırılır. En son 600 lük zımpara kullanılarak bu işlem bitirilir.

Ek olarak bu işlem el ile de yapılabilir. Burada zımpara dairesel değil dikdörtgen veya kare şeklindedir ve yatay yerine eğik konumdadır. Parça yüzeyinde hep düz çizgi elde edilinceye kadar aşağı ve yukarı doğru hareket ettirilir. Her zımpara değişiminde numune 90 derece döndürülür. Böylece yine aynı şekil elde edilmiş olunur.

3. Parlatma işlemi yapılır. Zımparalamadan sonra parça üzerinde kalan ince çizgileride yok etmek için yapılır. Bu işlem sonucunda buğulu ayna görünümüne sahip oluruz. Bu işlem için kullanılan parlatıcı makinelerde yeşil renkli ve kavlı parlatma çuhası kullanılır. Bu işlem esnasında su kullanılmamaktadır. Bunun dışında işlem mantığı zımparalama ile aynırdır. Dairesel bir çuha üzerinde parçasının parlatma işlemi yapılır.

Bu işlemde iki farklı parlatma makinesinde farklı özelliklerde parlatma işlemi yapılır. Kaba parlatma; Al2O3 ince toz suyla karıştırılır. Bu çözelti işlem öncesi çalkalanarak çuhanın

üzerine koyulur. Çuhanın sürekli ıslak kalması gerekir. İnce parlatma; Cr2O3 ince toz suyla karıştırılır. Bu çözelti işlem öncesi çalkalanarak çuhanın

üzerine koyulur. Çuhanın sürekli ıslak kalması gerekir.

Her parlatma işleminden sonra parçaya pisetle su tutulur. Damla izi kalmasın diye kuvvetli bir kurutma makinesi ile kurutulur.

Böylece parlatma işlemi bitmiş olur. Bu işlem sayesinde gözenek, çatlak ve kalıntı olup olmadığını görebiliriz. Mikro yapıyı gözlemleyebilmek için son bir işleme daha ihtiyaç vardır.

4. Dağlama işlemi yapılır. Parça asitle dağlanır. Dağlama asiti numuneye özeldir. Bizim incelediklerimizde Nital Dağlayıcı Asit (HNO3) kullanılır. %2-3 oranında nitrik asit karışımı bir pamuğa dökülerek nazik bir şekilde numunenin üzerine sürülür. Fazla sürülmesi durumunda parçanın yanma ihtimali vardır. Yanma derecesine göre daha önceki işlemlere dönülerek işlemler tekrarlanır. Pamukla sürmeye alternati olarak bir kabın içindeki asit karışımına numune tutulup çekilerekte bu işlem yapılabilir. Pisetle su tutularak korozyon önlenir ve bu işlemin bitmesiyle artık parçanın mikro yapısını inceleyebiliriz.

Yapılan bu işlemler sonucunda tane sınırları, mikro yapı incelenebilir hale geldi. Biz demir karbon diyagramından ötektik altı çelikleri inceleyeceğiz. Bu kısımda iki çeşit yapı görülmekte ferrit ve perlit olmak üzere. Ferrit açık renkli bir yapıyken perlit koyu renkli ve hareli bir yapıdadır. Bazen ferritin içinde koyu leke veya perlitin içinde açık renkli yapılar olabilir. Fakat bu yapıyı değiştirmez. Görmüş olduğumuz şekillerden bazıları şunlardır;

1. Yandaki şekilde görülen yapıda açık renkli yani ferrit mevcudiyeti koyu renkli yani perlit mevcudiyetinden daha fazla olduğundan bu çeliğe ferritikperlitik çelik denilir. Perlit yapısı az olduğundan bu çeliğin karbon oranıda çok düşüktür.

2. Yandaki şekilde görülen yapıda perlit yapısı daha fazla olduğu için buna perlitik ferritik çelilk denilir. Bunun karbon oranı şekildekine oranla daha fazladır. Karbon oranı ne kadr fazlysa çeliğin dertliğide artacağı için sertliğide daha fazla olur. 155 vickers sertlği.

3. Yandaki şekilde perlit oranı daha fazla olduğundan buna perlitik ferritik çelik denir. Burada karbon oranı <0.4 olduğundan perlitin hareli, parmak izi şeklindeki yapısını görmek mümkündür. İncinin yapısına çok benzediği için adıda pearlite dir.

4. Yandaki şekilde tane sınırı yoktur sadece saf perlittir bu yapı. Karbon oranı 0.8 dir.

5. Yandaki şekilde çizgiler ve yolların oluşumu vardır. Bu yapı sementit perlittir. Karbon oranı 1.35 ve sertliği 311 vickers tir.

6. Üzerinden silindir geçmiş haddelenmiş bir mikro yapı.

7. Yandaki şekilde taraksı bir yapı görülmekte. Yüksek ısıda oluşan bir yapıdır. Buna örnek olarak akynak malzemeler verilebilir. Bu yapıya taraksı yapı veya Widmanstätten yapısı denir.

Dökme demirlerdede aynı işlemler yapılır. Yalnız yapıda grafitlerde bulunmaktadır. Çelikten dökme demiri ayırırken bu grafitler gözlenir. Zımparalama esnasında grafit taneleri sıklıkla yerinden çıkarlar ve kopan grafitler pürüzsüz bir yüzey elde etmeyi önler. Bu nedenle bir zımparalama bir parlatma işlemi uygulanır dökme demirlere. Bu şekilde yapıldığında grafitler yerinden çıkmaz. Bir diğer yapı özelliği olarak ferritler grafitin etrafını saran bir yapı oluştururlar. Adlandırması ise “ferritik perlitik küresel (sifero) grafitli dökme demir” dir.

Dökme demiri lamel hale getirmek için Mg veya Cl %15 oranda ergimiş dökme demirin içerisine katılır. U sayede demire sönümleme özelliği verilmiş olur. Yani titreşime dayanıklı bir hale gelir. Bunun adlandırması ise “ferritik perlitik lamel grafitli dökme demir” dir. Mikroskopta direkt olarak numuneden

inceleme fırsatı bulduğumuz parçalar ve şekilleri ise şunlardır;

1. Perlitik ferritik çeliği ışık mikroskobunda inceledik.

2. Ferritik perlitik soğuk çekilmiş çelik.

3. Perlitik ferlitik lamel grafitli dökme demir.

4. Ferritik küresel grafitli dökme demir.

5. Isıya maruz kalmış taraklı Widmanstätten perlitik ferritik çalik.