Metalografi Nedir?

Metalografi, kısaca tanımlamak gerekirse, metallerin oluşturdukları bileşikleri, dizilimleri ve malzeme yapısını inceleyen bilim dalıdır. Metallerin özelliklerini belirlemek adına metalografi bilimine başvurulur. Metalografi bilimi sayesinde metallerin özellikleri belirlenir ve buna ek olarak tarihçesini ve imalat şeklini uygulanan prosesleri ve uygulanacak üretim proseslerini belirlememize yardımcı olur.

 Teorik Bilgi

Metal atomları düzgün geometrik yapılar oluşturarak dizilirler. Benzer doğrultudaki geometrik yapılar tane adı verilen grupları oluşturarak toplanır ve dizilme eğilimi gösterirler. Dünyamızda bulunan atmosferik şartlar altında metal yüzeyinden birden fazla sebep dolasıyla kir pas ve nem tabakaları oluşur. Bu tabakalar malzemenin görmek istediğimiz metalografik özellikleri görülmesini engeller. Bu sebepten dolayı malzemeyi metalografik olarak incelemek adına kesme işlemi ile iç yüzeyden örnek alınır daha sonra zımpara ve parlatma işlemi ile düzeltilir. Metalografik olarak zımpara işlemi sırasında SiC zımpara ile birlikte su zımparası yapılmaktadır. Bu işlem malzemeyi mikroskop altında inceleme yaparken ışığın bize geri yansımasını sağlamaktır. Belirli açılarda farklı zımparalama işlemi yapıldıktan sonra gidermediğimiz kadar düşük çiziklerde 15-9-6-3-1μm elmas süspansiyon ile daha düşük çizik boyutlarında (0,01-0,9μm) çiziklerde alümina kullanılarak metalografi numune parlatma işlemi yapılır. Parlatma işleminden sonra malzeme yüzeyine enerji verilerek yüksek enerjili atomlar koparılır ve buradaki renk değişimi sayesinde görünür hale gelir.

  Metalografi Sayesinde Öğrenebildiğimiz Malzeme Özellikleri

·         Döküm boşlukları

·         Daha önce uygulanan üretim prosesleri

·         Deformasyon miktarı

·         Grafit türü ve dağılımı

·         Mikroyapı

·         Sertleşme derinliği

·         Kalıntı (İnklüzyon)

·         Tane boyutu

·         Karbürizasyon, Dekarbürizasyon, Segregasyon

·         Nitrasyon

·         Kaplama kalınlığı

·         Gaz boşukları

·         Tane boyutu

·         Çatlak

·  Kırılma türü ve mekanizması Vb. malzeme özelliklerini inceleyebiliriz.

Metalografi Numune Hazırlama İşlemleri Nelerdir?

Metalografi, yüksek olasılıkla metal malzemeler için uygulanmaktadır. Malzemelerin mikroyapıları görüntüleyebilmek için oluşturulan birden fazla kademeden oluşmaktadır. Bunlar; Metalografik numune seçimi, metalografik numune kesme, metalografik numune bakalite alma (kalıplama), metalografik numune zımparalama ve parlatma, dağlama ile sırasıyla uygulanan işlemler bütünüdür.

Metalografik Numune Seçme İşlemi

Metalografi işlemlerinin ilk kademesi olan metalografik numune seçme işlemi, en iyi sonuç için uygun numunenin alınması ile doğru orantılıdır. Metalografik inceleme yapılacak numunenin her açıdan esas malzemeyi örneklemelidir. Numunenin izotropi veya anizotropi özelliklerine dikkat edilmesi gerekir. Bazı metalografik malzeme özellikleri yön ile değişebilmektedir. Bu hususa dikkat etmek gerekir. İncelemek istediğimiz görüntüyü elde edemeyebiliriz.

Metalografik Numune Kesme İşlemi

İstenilen özelliklere sahip ve esas parçanın özelliklerini taşıyan metalografik parçanın inceleme yapabilmek adına bir numunesine ihtiyaç duyulur. Bu metalografik numunenin belirli boyutlara indirilmesi için metalografik standartlarına uygun kesim işlemi yapılması gerekir. Bu işlem esnasından belirli parametrelerin metalografik numunenin özelliklerini değiştirebileceğini unutmamak gerekir. Bunlar;

· İlk olarak malzemenin uygun sertliğinde kesme işlemi için uygun kesme diskine ihtiyaç duyulur.

· Metalografik numune kesme işlemi sırasında sıcaklık değişimi min. düzeyde olması gerekir. Su, yağ veya uygun kimyasal sıvı ile kesim işlemi yapmak gerekir. Soğutma sıvısı debisi de yeterli olmalıdır.

· Metalografik numune kesme işlemi sırasında kesme hızı ile sıcaklık doğru orantılı olacağından uygun hız tercih edilmelidir.

· Metalografik numune kesme işlemi esnasında deformasyon min. Düzeyde tutulmalıdır. Herhangi bir deformasyon veya zorlama kesim işlemi sırasında olmamalıdır.

Yukarıda belirtilen kesme işlemlerinde dikkat edilmesi gereken hususların başlıca sebebi esas malzeme ile numunemiz arasındaki farkı min. düzey de tutmaktır. Metalografik kesme işlemi esnasında en az ısınma ile birlikte en az deformasyon ilkesini benimsemek gerekir, özellikle küçük boyutlardaki numunelerin kesme işlemi sırasında, sıcaklık ve deformasyon değişimleri malzememizin mikroyapısında farklılıklar meydana getirebilir. Kesme yüzenin kalitesi artıkça zımparalama ve parlatma kısmında süreyi, sarf maliyetini ve iş gücü kaybını ortadan kaldırdığını unutmamak gerekir.

Metalografik Numune Sıcak veya Soğuk Bakalite Alma (Kalıplama) İşlemi

Metalografik numune boyutlarının küçük olması, numunenin kenar bölgesi incelemesi veya bir sonraki işlem için düz bir zemin ihtiyacı var ise (örneğin sertlik ölçüm vs.) sıcak veya soğuk bakalite alma (kalıplama) ihtiyacı duyulur.

Sıcak Bakalite Alma (Kalıplama) İşlemi; Numune uygun sıcaklık ve basınç altında malzeme ile uyumlu olması gereken termoset veya termoplastik ile pişirilir. Uygun sıcaklık veya uygun basıncın seçilmemesi numunenin deformasyon ve sıcaklığı artırarak metalografik incelemelerde farklı görüntülere sebep olabilmektedir. Ayrıca büyük işletmelerde uygun sürelerde numune sıcak bakalite alınması gerekir diğer durumda işlemlerin yavaşlamasına sebep olur.

Soğuk Bakalite Alma (Kalıplama) İşlemi; Numune sıcaklık ve basınç altında Mikroyapı özelliklerinde değişime sebebiyet verebilen malzemelerde soğuk bakalit işlemi uygulanır. Ergime sıcaklığı uygulanacak sıcaklığın 0.3 katı sıcaklığında olması halinde soğuk bakalite alma işlemi uygulanır. Vakum altında soğuk bakalite alma işlemi uygulanırsa eğer bakalit sertliği daha yüksek olur. Çünkü soğuk bakalite alma işlemi sırasında oluşan hava kabarcıkları bakalitin sertliği düşürmeyecek ve homojen bir yapıda olmasına sebep olacak. Soğuk bakalite alma işlemi esnasında bir sıvı ile bir toz veya iki sıvı tarzında olmaktadır. Bunlar; reçine diğeri ise sertleştiricidir. Soğuk bakalite alma işlemi süre açısından dezavantaj oluştururken kısa sürede oluşan bakalitler yüksek sıcaklığa çıkabilir. Malzemeye uygun soğuk bakalit işlemi tercih edilmelidir.

Sıcak veya soğuk bakalite alma (kalıplama) işlemi sonrasında;

·         Malzeme deformasyon etkisi altında kalmaması,

·    Malzeme içerisinde veya mikroyapısında sıcaklığın etkisi ile yapısal değişiklikler olmamalı,

·         Bir sonraki işlem için problem olmamalı uygun kenar düzlüğü sağlanmalı,

·         Malzeme ile oluşan bakalit, malzemeden önce aşınmamalı, bakalit sertliği önemlidir.

·         Dağlama işlemi için uygulanacak dağlayıcı ile direnç göstermeli ve çözünmemelidir.

Metalografik Numune Zımparalama ve Parlatma İşlemi

Metalografik olarak incelenecek malzeme yüzeyinde ışığın kırılma gerçekleştirmeden 90 derece ile yansıması gerekmektedir. Kesme sırasında oluşan izler veya malzeme yüzeyinde bulunan kir, pas, nem tabakaları inceleme esnasında ışığın kırılmasını sağlayarak düzgün görüntü oluşmasına izin vermeyecektir. Kırılma ile birlikte ışığın farklı açılardan gelmesi analiz sırasında renk tonu farklılığı vereceğinden metalografik numune görüntüsünde oluşan çizikler analiz sırasında görülmekte ve hataya sebebiyet verebilmektedir. Daha öncede belirtmiş olduğum gibi metalografik numune hazırlama işlemleri sırasında bir proses diğer prosesin başlangıcı oluştururken her bir işlem sırasında dikkat edilmeli ve bir sonraki prosesin süresini ve işlem kalitesini etkilemektedir.

Metalografik numune hazırlama işlemleri sırasında kesme işlemi yüzeyde oluşan çizik ve deformasyonlar esas malzemeyi teslim etmemekte olup deformasyona uğramış tabakanın kaldırılması gerekmektedir. Zımparalama ve parlatma işlemleri sırasında numune yüzeyinde daha önceden oluşan yüzey pürüzlüğünü ortadan kaldırmak amaçlanır. Bu sayede ışığı iyi yansıtan metalografik numune yüzeyi hazırlanır.

Metalografik Numune Zımparalama İşlemi; Zımparalama işlemi uygulanmanın sebebi yüzeyde oluşan deformasyonların parlatma işlemi sırasında giderilememesi veya daha büyük çiziklerin bulunmasından (15μm büyük) dolayı uygulanır veya malzeme yüzeyinin belirli bir miktar daha önceden malzemede bulunan kir, pas, nem tabakasını kaldırarak yüzeyi aktif etmek amaçlanır.

Metalografik zımparalama işlemi sırasında kullanılan aşındırıcılar SiC en çok tercih edilen aşındırıcılar arasında yer alır. Aşındırıcılarda dikkat edilmesi gerekenlerden bir tanesi malzeme yüzeyinden işlem esnasında parça koparmak yerine malzemeyi metalografik malzemeyi kesebilmelidir. Özellikle aşındırıcıların sertlikleri yüksek ve kesme özelliğini uzun süre koruyabilmedir. Endüstride yüksek kullanım oranına sahip SiC tip aşındırıcılar tercih edilir. Metalografik numune zımparalama işlemi sırasında sıcaklığı önlemek adına sulu ile birlikte yapılmalıdır ayrıca su ile birlikte zımparalama esnasından malzemeden kesilen ince taneler giderilecek yeni çiziklere sebebiyet vermez. Yüksek hızlar tercih edilmemeli ve uygun aşındırıcı ile işlem sırasında numuneyi farklı yönlere çevirme unutulmamalıdır. Çiziklerin yönlerinin farklı olması sebebiyle ve aynı zamanda bir önceki zımpara kademesinden oluşan izlerin giderilmesinde farklı yönleri 90 derece değiştirmek faydalı olacaktır. İşlem sonrasında malzeme yüzeyinde ıslaklık veya nem bırakılmamalıdır. Korozyona sebep olabilir

 Tablo 1. Zımpara tane numaraları ve mikron olarak tane boyutları

Manuel Metalografik Numune Hazırlama İşlemi Esnasında Dikkat Edilmesi Gerekenler;

İşlemin akan su altında yapılması gerekmektedir.

·  Numune ile zımpara arasında uygulanan kuvvetin homojen dağılması gerekir, dikkat edilmezse malzemede tepeler oluşur.

·  Numunenin zımparaya tek bir yönde sürülmesi bir sonraki kademede 90 derece dik açılarda uygulanması gerekir.

 Her zımparalama işlemi sonrasında zımpara değişimi sırasında temizliğe önem verilmeli bir sonraki prosese malzeme taşınmamalıdır.

 Şekil 1. Metalografi zımparalama ve parlatma hatası  

Metalografik Numune Parlatma İşlemi; Metalografik numune hazırlama işlemlerinde birbirini takip etmesi sonucunda zımparalama işlemi sırasında oluşan çiziklerin yok edilmesi işlemidir. Metalografik inceleme yapılacak yüzeyin çiziksiz düz ve iyi yansıtıcı olması gerekmektedir. Parlatma işlemi sırasında yağlayıcı kullanmak lubricant önem arz etmektedir sürtünmeyi düşürecek olan yağlayıcı sıcaklığın yükselmesine yardımcı olacaktır. Parlatma işlemi sırasında kullanılacak sarf malzemelerin kademeli uygulanması önem arz etmekte olup parlatma keçesi ile sarf malzeme arasında uyum olması gerekmektedir. Parlatma keçesi gerekli boyutlardaki elmas parçacıkları tutarak malzeme yüzeyinde oluşan çizikleri gidermesi gerekmektedir. Örneğin 3 mikronluk keçe ile birlikte 3 mikronluk sıvı kullanılması gerekmektedir.

Parlatma işlemi sırasında metalografik numune dönüş yönünün tersine hareket ettirilmeli ve diskin merkezinden dışa doğru ileri-geri gezdirilmelidir. Bu şekilde; aşındırıcının disk yüzeyine homojen bir şekilde dağılımı sağlanır.

Metalografik numune incelemelerinde kalıntı, porozite ve çökelti fazı içeren numunelerin parlatma süreleri uzun tutularak yönlenmiş parlatma görünümleri gezdirme hareketi ile engellenir. Başarılı bir metalografik numune parlatma işlemi malzeme yüzeyinde ayna görünümü sağlanır.

Şekil 3. Hatalı Görüntü Kalıntı Batıkları Yüksek Kuvvet 

 Metalografik Numune Dağlama İşlemi

Metalografik numune dağlama işlemi numunenin yüzeyinin inceleme esnasında görünür olabilmesi için uygulanan proseslerdir. Kimyasal kullanılarak yapılan dağlamalar malzemenin yüzenin aktif hale gelmesini ve görünür hale gelmesini sağlar. Numune yüzenin her bir tane sınırlarının farklı enerjiye ve yüksek enerjili olması sebebiyle bu bölgelerin görünür olması numunenin incelenmesinde önemli kılar. Dağlama temel olarak kontrollü bir korozyon sürecidir. Malzemenin özelliklerine göre süresi ve çözeltisi değişmektedir.

Manuel dağlama, malzemeye uygun çözelti seçildikten sonra alkol veya su ile birlikte asit bileşikler ile çözelti oluşturulur. Oluşan çözelti malzeme yüzeyine daldırma, sürme veya damlatma işlemiyle birlikte uygulanır. Uygulanan çözelti malzeme yüzeyinde kontrast oluşturur. Bazı çözelti örnekleri aşağıdaki gibidir;

Tablo 2. Dağlayıcı Çözelti örnekleri

Elektrolitik parlatma ve dağlama işlemi; aşındırıcılar yerine elektrolitik hücreler kullanılır. Hızlı ve pratik bir yöntemdir. Metalografik bir gelişme olarak sunulur. En doğru ve en hızlı sonuç alınan güvenilir bir yöntemdir. En iyi sonuç alınan yöntemdir. Endüstride kullanılan yöntemin hızlı ve güvenilir olmasından dolayı tercih edilir. İş gücü kaybı ve mekanik zorluklar ortadan kalmıştır.

Anodik bir çözünme olayı olan elektrolitik zımparalama ve parlatma işleminde elektrolitin bileşimi, sıcaklığı uygulama voltajı, akım yoğunluğu ve sürenin önemi yüksektir.

Elektrolitik parlatma ve dağlama yönteminin üstünlükleri;

·         Mekanik parlatmaya göre daha düzgün yüzey elde edilir.

·         İşlem süresi daha kısadır.

·         Mekanik ikiz yapısı oluşturmaz.

·         Elektron mikroskopları için daha elverişli bir yöntemdir.

·         Sarf malzeme maliyetleri düşmesini sağlar.

·         İş gücü kaybını önler.

Metalografi Numune Hazırlama Sistemlerinde Son Teknoloji

Metalografi numune hazırlama sistemlerinde teknolojinin ve araştırmaların sonucunda yüksek oranlarda başarıya ulaşılmaktadır. Numune hazırlama süreçlerinde Mak Elektronik olarak sizlerin 14 yıldır sizlerin yanında olmaktan gurur duymaktayız.

Metalografik numune hazırlama işlemlerinde Kesme Cihazları, Bakalite Alma Cihazları, Zımparalama ve Parlatma Cihazları aynı zamanda Metalografi Sarf Malzemeleri sürecinde ürün ve uygulama proseslerinde sizlere destek vermekteyiz. Metalografik incelemelerde ekipmanların önemleri yüksektir. Proseslerin başarılarında metalografik cihazların ve metalografik sarf malzemeler ile doğru orantılıdır.