MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Üretim Laboratuarı I

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
DENEYİN ADI: Nicel (Kantitatif) Metalografi
DENEYİN AMACI:
Metal ve alaşımlarının ince yapılarının (=mikroyapı) incelenmesi ile hangi fazların var
olduğu, bu fazların konumları ve düzenleri hakkında bilgiler edinilir. Bu bilgilerden de
yapının geçirdiği kristalleşme, dönüşüm, yayınma ve bozunum süreçleri ile ilgili sonuçlara
varılabilir. Bu sonuçlar çoğunlukla nitel değerler de olabilir. Örneğin, hiçbir hesaplamaya
girişmeden, mikroskop altında karşılaştırmaya gidilerek, martenzit içindeki artık östenit %’si
bulunabilir. Metal bilimin ulaştığı son aşamanın, bileşiminin geliştirilmesinden çok
mikroyapının kontrolü ile yeni malzemelerin dizaynı olduğu göz önüne alınacak olursa, nicel
metalografinin yanıtını sayısal olarak verdiği şu soruların önemi ortaya çıkar:
 Taneler ya da çökelti parçacıkları eşdağılımlı mı?
 Dağılımları nasıl?
 Tanelerin ya da çökeltilerin ortalama çapı nedir?
 Çökeltilerin uzaklıkları nedir?
 Faz miktarları hangi oranlardadır?
Nicel metalografi, özdeklerin ayrıntılarını iki boyutlu düzlemde inceleyerek nicel değerlere
ulaşır ve bu değerlerle üç boyutlu düzlemdeki nicelikler arasında bağıntılar kurarak, üç
boyutlu düzlemdeki nicel değerleri belirler; çoğu zaman bu ilişki birebirdir. Yani iki boyutlu
düzlemde elde edilen sayısal değerler, hiçbir değişikliğe ya da doğrulaştırmaya uğratılmaya
gerek olmaksızın, üç boyutlu sayısal değerler olarak anılırlar.
Deneyde kullanılan cihaz ve malzemeler
1) Optik mikroskop
2) Ölçen oküler
3) Pellur kâğıt
4) Cetvel
Teorik Bilgi
Nicel metalografinin kullandığı bağıntılar, simgeleri iki harf ile belirlenen nicelikleri kapsar.
Büyük harf, yapının incelenen ayrıntısını, indis ise bu ayrıntının göreceli olarak ait olduğu
birim niceliği kapsar. Tablo 1’ de kullanılan simgeler ve tanımları verilmiştir.
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
Temel bağıntılar
Vv= AA = LL =PA
mmº
Sv= (4/π). LA=2 PL
mm–1
Lv= 2PA
mm–2
Pv= 1/2 Lv Sv= 2PA PL
mm–3
Çizelge 1. Nicel metalografide kullanılan simgeler ve tanımlar
Simge
P
PP
Boyutlar
Tanım
Deney noktaları sayısı
Nokta oranı, deney noktası başına düşen nokta sayısı
PL
PA
m–1
–2
Birim deney alanına düşen nokta sayısı
PV
L
LL
–3
m
m
m/m
Birim deney hacmine düşen nokta sayısı
Deney çizgileri uzunluğu
Çizgi oranı, birim çizgi uzunluğuna düşen kiriş sayısı
LA
LV
m/m2
m
Birim deney çizgisi uzunluğuna düşen, kesime noktaları sayısı
3
Birim deney alanına düşen çizgi uzunluğu
A
S
AA
m/m
m2
m2
m2/m2
Birim deney hacmine düşen çizgi uzunluğu
Deney alanı
Yüzey alanı (Eğri yüzey de olabilir)
Alan oranı, birim deney alanına düşen kesişmiş alan
SV
V
VV
m2/m3
m3
m3 / m3
N
NL
m–1
Birim deney alanına düşen yüzey
Deney hacmi
Hacim oranı, birim deney hacmine düşen hacim
Ayrıntı sayısı (sayılan taneler, parçacık)
Birim deney çizgisine düşen, parçacıklar içindeki kiriş sayısı
NA
NV
m–2
Birim deney alanına düşen kesişme noktası sayısı
L
m
Birim deney hacmine düşen ayrıntı sayısı
Ortalama doğrusal kesinti, LL/ NL
A
m2
Ortalama alan kesinti, AA/ NA
S
m2
Ortalama yüzey kesinti, SV/ NV
V
m3
Ortalama hacim, VV/ NV
m
–3
Şekil 1’de görülen, küresel parçacıklar içeren bir yapının rasgele bir kesit alanı olsun. Çapları
değişik bir dizi çökelti ( daire ) önceden seçilmiş bir kare ağ içine yerleşmiş durumdadır. Bu
dairelerin temsil ettiği kürelerin hacim oranını saptamak için şu hesaplamaları yapabiliriz:
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
Şekil 1. Nokta sayısı yönteminin doğrusal çözümleme ve alansal çözümleme yöntemlerine
eşdeğerliliği
a)
=
b)
=
c)
=
ç
=
ğ
ç
ş
ğ
ğ
ğ
=
ğ
ğ
= .
=
= .
= .
Bu oranların birbirine çok yakın çıkması büyük bir rastlantı değildir. Düzlem kesitler üzerinde
yapılan nicel gözlemlerin temel bir kuralı, bu üç oranın da birbirine eşit olduğu ve her üçünün
de ayrıca hacim oranına eşit olduğudur.
TANE BÜYÜKLÜĞÜNÜN VE TANE ÇAPININ ÖLÇÜLMESİ
1)Karşılaştırma Yöntemi
Bir mikroskoba takılan ASTM standartlarına uygun özel tane büyüklüğü oküleri ile yapılır.
Tane boyutu 100 büyütmede saptanır.
Tane boyut numarası (N) ile 100 büyütmedeki 1 inç2‘deki tane sayısı (n) arasında
n= 2N–1 bağıntısı vardır.
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
ASTM tane büyüklük
numarası
1
2
3
4
5
6
7
8
1 inç2‘deki tane sayısı (100X)
(Ortalama)
1
2
4
8
16
32
64
128
Tanelerin hesaplanan ortalama kesit
alanları mm2 büyütmesiz
0,0625
0,0312
0,0150
0,00781
0,00390
0,00195
0,00098
0,00049
2) Jeffries ya da Alan Ölçme Yöntemi
Ortalama tane büyüklüğünü ölçmek istediğimiz numunenin görüntüsü fotoğraf kâğıdına veya
ekran üzerine alınır.
Fotoğraf kartı veya ekran üzerindeki görüntünün toplam alanı veya incelemek istediğimiz alan
işaretlenir.
İncelemek istediğimiz alandaki taneler sayılır.
Aşağıdaki formül uygulanarak ortalama tane büyüklüğü saptanır.
=
.
.
= (µ
)
F → incelenecek alan
X → F alanındaki tam tanelerin sayısı
görülen taneler
büyütme
V= toplam büyütme
Z → F alanındaki tane sayısı
Y → F alanındaki kısmen
Z= X+0,67YV= Toplam
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
TANE ÇAPININ ÖLÇÜLMESİ
Ortalama tane çapını ölçmek istediğimizde numunenin görüntüsü, fotoğraf kâğıdına alınır.
Bu görüntü üzerine aynı boyda en az 5 en çok 10 çizgi çizilir. Bu çizgilerin kaç “taneden”
veya kaç “tane sınırından” geçtiği sayılır ve aşağıdaki formül uygulanarak tane çapı
hesaplanır.
=
. .
.
d= ortalama tane çapı
L= çizgi boyu (mm)
P= çizgi sayısı
n= çizgiler tarafından kesilen tane sayısı
(n=Z’-1→ Z’ → çizgiler tarafından kesilen tane sayısı)
Not: Ortalama tane büyüklüğüyle tane çapı arasında
~
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
NİCEL (KANTİTATİF) METALOGRAFİ
Deneyin Yapılışı:
1. Ortalama tane büyüklüğünün hesaplanması
2. İnç kare başına düşen tane sayısı
3. % Karbon miktarı
4. Okülerle tane büyüklüğünün hesaplanması
Boyutlarındaki 3 parça milimetrik kâğıdını kullanarak yukarıdaki 4 temel aşamayı
gerçekleştirilir. Milimetrik kâğıtlarını öncelikle ışık metal mikroskobunda incelenmiş fotoğraf
kâğıdında görüntüsü olan numunenin incelemek istediğimiz alanına yerleştirir. Daha sonra
incelemek istediğimiz alandaki taneler sayılarak aşağıdaki değerler edilmiş olup gerekli
hesaplamalar yapılır.
Daha sonra ikinci milimetrik kâğıdını ilgili görüntüye koyduktan sonra çizgilerin kaç taneden
ve kaç sınırdan geçtiği sayıldı ve elde edilen değerlerle hesaplamalar yapılır.
Milimetrik kâğıtla bünyeden ortalama bir bölge seçerek perlit kısımların alanı el edilip %C
oranı bulunmuştur. Mm²’ deki siyah noktaların sayısı belirlenir.
Son olarak numune normal bir okülerle inceleyip yapıyı gördükten sonra özel bir oküler
takarak yeniden bir inceleme yapılır. Bu okülerde sekiz ayrı yapı bulunmakta ve aynı
zamanda ortası boştur. Ortada malzeme yapısı gözükür ve yapıya bakarak referans yapılarla
karşılaştırır. Hangisiyle uyuştuğu bulunur.