2015-2016 BAHAR DÖNEMİ MALZEME LABORATUVARI DENEY

Transkript

Kimya-Metalurji Fakültesi
Metalurji ve Malzeme Müh.
Malzeme Anabilim Dalı
Malzeme Laboratuvarı
Deney Föyü
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
KİMYA-METALURJİ FAKÜLTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
2015-2016 BAHAR DÖNEMİ
MALZEME LABORATUVARI
DENEY FÖYÜ
İÇİNDEKİLER
ÇEKME – ÇENTİK – EĞME - SERTLİK..................................................................................................2
TAHRİBATSIZ MUAYENELER............................................................................................................ 34
METALOGRAFİ (MİKROSKOBİ, MAKROSKOBİ)…………............................................................ 96
KOMPOZİT DENEYLERİ .................................................................................................................... 112
KOROZYON DENEYLERİ .................................................................................................................. 120
ISIL İŞLEMLER (JOMİNY)...................................................................................................................124
ISIL İŞLEMLER (DÖNÜŞÜM SERTLEŞMESİ) .……………………………………...………….... 127
TOZ METALURJİSİ .............................................................................................................................. 134
DÖKÜM DENEYLERİ …...................................................................................................................... 143
KİMYASAL ANALİZ ........................................................................................................................... 158
1
Deney Föyü
ÇEKME DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Mühendislik malzemeleri rijit olmadığından kuvvet altında deforme olup, şekil ve boyut
değişiklikleri gösterirler. Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır.
Bunlardan en önemlisi “çekme deneyi”dir.
Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını
belirlemektir. Bunun için boyutları standartlara uygun daire veya dikdörtgen kesitli deney
parçası; çekme cihazına bağlanarak, eksenel ve değişken kuvvetler uygulanır.
Çekme cihazı esas olarak; birbirine göre aşağı ve yukarı hareket edebilen, deney parçasının
bağlandığı iki çene ve bunlara hareket veya kuvvet veren, bu iki büyüklüğü ölçen ünitelerden
oluşur. Çenelerden birisi sabit hızda hareket ettirilerek deney parçasına değişken miktarlarda
çekme kuvveti uygulanır ve bu kuvvete karşılık gelen uzama kaydedilir.
Küçük kuvvet seviyelerinde uzama miktarı kuvvet ile doğru orantılıdır. Malzeme elastik
davranış içindedir; yani kuvvet kaldırılınca uzama sıfırlanır. Bu karakter P noktasına kadar
devam eder. Orantı limiti P den sonra lineer fonksiyon eğimini değiştirir. Ancak elastik davranış
devam eder. Elastik davranış E “Elastik Limiti” noktasında sona erer. E den sonra kalıcı; yani
plastik deformasyonlar başlar. Kuvvet azaltıldığında lineer fonksiyona paralel bir yol izler.
Ancak kuvvetin sıfır olduğu yerde deformasyon artık sıfır olmaz, belirli bir plastik deformasyon
kalır.
Malzeme yüklenmeye devam edilirse Y noktasında akar. Akma noktasında kuvvet aynı iken
büyük miktarda plastik deformasyon oluşur. Akan malzeme “çalışma sertleşmesi”ne uğrar ve
daha mukavim hale gelerek daha fazla kuvvet alabilir hale gelir.
Bu malzeme üzerindeki kuvvet daha da arttırılarak U noktasına ulaşılır. U noktası “maksimum
gerilme” noktası olup, burada malzeme kesitinde lokal daralmalar başlar. Buna malzemenin “
boyun vermesi ” denir. Boyun verme de malzemenin çalışma sertleşmesine uğramasına sebep
olur ve malzeme daha fazla gerilimler alabilir; ancak boyun bölgesinde kesit alanı daraldığından
taşıdığı net kuvvet azalır. Numune genellikle kontrolsüz bir şekilde K noktasına ilerler ve orada
kopar.
2
Deney Föyü
Kuvvet-uzama eğrisinin altında kalan alan o numuneyi bozunuma uğratmak için gereken
enerjiyi eşit olup; tokluk adı verilir.
Kuvvet-uzama eğrisi daha sonra yeniden ölçeklendirilir. Uzamalar malzemenin ilk uzunluğuna
bölünerek “birim-uzama” ‘ya çevrilir. Aynı şekilde kuvvet numunenin ilk kesit alanına
bölünerek “gerilim” hesaplanır ve dikey eksen tekrar ölçeklendirilir.
Malzeme kopana kadar önemli miktarda deformasyona uğradıysa “sünek” , az deforme olmuşsa
“gevrek” yapıya sahiptir.
2. TANIMLAMALAR ve TEORİK BİLGİ
Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.
P
 
A0
Birim Şekil Değiştirme (ε): Malzemeye kuvvet uygulandığı zaman oluşan boy değişiminin
kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranı.
L
L0
Elastisite Modülü (E): Malzemenin dayanımının (mukavemetinin) ölçüsüdür. Birim uzama ile

normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişkinin bir sonucu olup
birim uzama başına gerilme olarak tanımlanır. Birim uzama ile normal gerilme (çekme ya da
basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişki şöyle tanımlanabilir:
E


Malzemeye kuvvet uygulandığında, malzemede meydana gelen uzamalar elastik sınırlar içinde
gerilmelerle orantılıdır. Buna “Hooke Kanunu” adı verilmektedir. Elastisite modülü malzemeye
ait karakteristik bir özelliktir.
Akma dayanımı (a): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın,
plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük
gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir, Şekil 1.
a 
Pa
A0
3
Deney Föyü
Çekme dayanımı (ç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar dayanabileceği en
yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek
gerilme değeri olup, aşağıdaki formül ile bulunur.
ç 
Pmax
A0
Kopma Gerilmesi (σK): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir.
P
K  K
A0
Şekil 1. Düşük karbonlu yumuşak bir çeliğin çekme diyagramı
Yüzde Kopma uzaması (KU): Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en yüksek yüzde
plastik uzama oranı olarak tanımlanır. Çekme deneyine tabi tutulan numunenin kopan
kısımlarının bir araya getirilmesi ile son boy ölçülür ve boyda meydana gelen uzama
L  Lk  L0
bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin kırılma
anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise;
L
KU (%) 
x100
L0
bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir.
Yüzde Kesit Daralması (KD): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en büyük
yüzde daralma veya büzülme oranı olup;
A  AK
KD (%)  0
x100
A0
4
Deney Föyü
bağıntısı ile hesaplanır. Burada A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, Ak ise kırılma anındaki
kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. Ak nın hesaplanması isçin hacmin sabit
kalacağı ifadesi kullanılır.
L0
LK
Kesit daralması, kopma uzaması gibi sünekliğin bir göstergesidir. Sünek malzemelerde belirgin
bir büzülme veya boyun verme meydana gelirken, gevrek malzemeler büzülme göstermezler.
Şekil 2’de gevrek ve sünek malzemelerin kırılma davranışları şematik olarak gösterilmiştir.
V0  VK  A0 L0  AK LK  AK  A0
Şekil 2. (a) Gevrek malzemenin kırılma şekli (b)sünek malzemenin kırılma şekli.
VİDEO EKSTENSOMETRE
Ekstensometre, bir cismin uzunluğundaki küçük/büyük değişimleri ölçmek için kullanılan
cihazdır. Bu cihaz gerilme-birim şekil değiştirme ve çekme testlerinde kullanılır. Bir çok
malzemem için birim şekil değiştirme, numune üzerine tutturulan mekanik ekstensometreler
veya numuneye bağlanan strain gaugesler kullanılarak ölçülebilir. Fakat fiber, köpük veya
yumuşak plastikler gibi hassas malzemelerin testinde bu cihazlar genellikle uygun değildir.
Bunun nedeni bu cihazların ağırlık ve bağlanma yöntemi gibi parametrelerinin her ikisinin de
malzeme için sonuçları ve kopma noktasını etkilemesidir. Bu problemlerin çözülmesi için
günümüzde numuneye temas etmeden ölçüm yapan lazer ve video ekstensometre gibi sistemler
kullanılmaktadır.
Şekil 3. Video ekstensometre
5
Deney Föyü
Video ekstensometre cihazı, test esnasında bilgisayara bağlı dijital video kameralar vasıtasıyla
numune üzerinden sürekli görüntü alarak malzemelerin gerilme/birim şekil değiştirme
ölçümlerini yapmayı sağlar. Teste tabi tutulan malzemeye ait numuneler genellikle belirli bir
şekilde kesilir ve özel işaretleyicilerle (kaydedilen görüntülerde işareti numune renginden ve
dokusundan ayıran genellikle özel etiketler veya kalemler) işaretlenir. Teste tabi tutulan numune
çekme/basma durumundayken kaydedilen görüntülerde bu işaretler arasındaki piksel mesafesi,
sabit bir şekilde video kamera tarafından takip edilir. Piksel mesafeleri ölçülerek doğru bir birim
şekil değiştirme ölçümü değeri alınır. Doğru bir kalibrasyon ve iyi bir görüntü algoritması ile bir
mikrometreden (μm) çok daha düşük seviyede çözünürlük elde edilebilir.
3. DENEYİN YAPILIŞI
Çekme deneyi için önce test edilecek malzemeden standartlara uygun bir çekme numunesi
hazırlanır (Şekil 4). Bu numune üzerine işaretler konur. Çekme deney makinesinin çeneleri
arasına düzgün ve ortalayacak bir şekilde sıkıştırılan bu numune gittikçe artan bir yükle
kopuncaya kadar çekilir. Bu esnada uygulanan F yükü ile buna karşı malzemenin gösterdiği
uzamalar (ΔL) cihaz ve video ekstensometre ile ölçülür. Deney sonucu elde edilen yük ( F ) ve
uzama (ΔL) değerlerinden yararlanarak (F – ΔL) diyagramı elde edilir. Bu diyagrama çekme
diyagramı da denir. Şekil 5’de de yumuşak bir çeliğin çekme deneyi sonucu elde edilecek
çekme diyagramı görülmektedir.
Şekil 4. Standart çekme/basma numuneleri
F – ΔL diyagramındaki değerlerden yararlanılarak her nokta için σ ve ε değerleri hesaplanır ve
mühendislik açısından büyük önem taşıyan gerilme uzama diyagramı çizilir.
6
Deney Föyü
Şekil 5. Yumuşak çeliğe ait F – ΔL diyagramı
4. İSTENENLER

Kuvvet ile cihaz ve video ekstensometreden alınan uzama verileri kullanılarak her ikisi
için ayrı ayrı gerilme – şekil değiştirme diyagramının elde edilmesi.

Gerilme – şekil değiştirme diyagramlarından elastisite modüllerinin hesaplanması.

Gerilme – şekil değiştirme diyagramlarından akma gerilmesi, çekme dayanımı ve kopma
gerilmelerinin hesaplanması

Yüzde kopma uzaması ve yüzde kesit daralmalarının hesaplanması.

Bulunan değerlerin karşılaştırılarak yorumlanması.
7
Deney Föyü
Darbe Deneyi
Malzemenin dinamik yüklere karşı kırılma enerjisini belirlemek için yapılan bir deneydir. Bu deneyin
temel prensibi Şekil 1’de şematik olarak gösterildiği gibi, bir l uzunluğundaki sarkacın ucundaki belli bir
G ağırlığına sahip çekiç belli bir h1 yüksekliğinden numuneyi kırması için serbest bırakılıyor. Serbest
bırakılmadan önce çekicin potansiyel enerjisi G.h1 iken numune kırıldıktan sonra belli bir h2
yüksekliğine çıkan çekicin potansiyel enerjisi G.h2 olur. Bu durumda Kırılma Enerjisi (K.E.) =G.h1G.h2 olarak ifade edilir. Buna göre
K.E.=G(h1-h2)=G.l.(Cos-Cos) olarak ifade edilir. Burada l sarkaç boyudur. Buradan,  salınım açısı
ve h2 yüksekli ne kadar az gerçekleşirse kırılan o malzemenin ne kadar çok darbe direnci yada yüksek
tokluk gösterdiğini anlarız.
l


Çekiç
h1
h2
Numune
Şekil 1: Bir darbe deneyinin şematik olarak gösterimi
Bir çekme deney numunesi standartlara göre hazırlanmalıdır. Genellikle Charpy ve Izod olarak iki tipte
darbe deney yöntemi vardır. Temel prensip aynıdır. Charpy deney numunesi yatık olarak Izod deney
numunesi dik olarak darbe deney cihazına yerleştirilir. Tipik bir Charpy darbe deney numunesinin ölçü
boyutu Şekil 2’de İzod deney numunesinin ölçü boyutu Şekil 3’de verilmiştir. Bu numune üzerinde
özellikle sünekliği fazla ve yüksek darbe direnci gösteren numunelerde belli ölçülerde çentik açılmalıdır.
Bu çentikler Şekil 2 de gösterildiği gibi V-çentik, anahtar deliği ve U-çentik gibi çeşitlenebilir. Ancak
Sert-kırılgan (gevrek) malzemelerin darbe deney numunelerine çentik açılmaz. Açılan bu çentikler
aslında sünek malzemelerde kırılmayı kolaylaştırmak amacıyla yapılmaktadır.
8
10 mm
Deney Föyü
Çentik
55 mm
10 mm
2mm
45 ° 2mm
5 mm
2mm
V-Çentik
Anahtar deliği
U-Çentik
Şekil 2 : Charpy Darbe deney numunesi şematik gösterimi
Genellikle bir malzemenin darbe direnci enerjisi (tokluğu) ile sünekliği arasında bir ilişki vardır. Fazla
süneklik göstermeyen malzemelerin (%1-2’in altında) darbe dirençleri de düşüktür. Daha önce tokluk
konusunda bahsedildiği gibi bir malzemenin çekme (gerilme)-uzama eğrisi altıda kalan alan ne kadar
10 mm
fazla ise o malzeme o kadar çok darbeye karşı direnç gösterecektir.
Çentik
10 mm
75 mm
Şekil 3. Izod darbe deney numunesinin şematik gösterimi
Malzemelerin kırılma enerjileri sıcaklık karşısında da değişim göstermektedir. Malzemelerin kırılma
enerjisi sıcaklık düştükçe düşer. Kırılma enerjisinin farklı sıcaklılarda yapılmasıyla malzemenin geçiş
sıcaklığı belirlenir. Geçiş sıcaklığı malzemenin sünek kırılmadan gevrek kırılmaya geçişin olduğu
sıcaklıktır. Bu genellikle malzemede % 50 gevrek % 50 sünek kırılmanın olduğu noktadaki sıcaklık
olarak bilinir. Şekil 4 de sıcaklığa bağlı olarak bir malzemenin geçiş sıcaklığı gösterilmiştir.
9
Deney Föyü
Kırılma Enerjisi
Sünek kırılma
Gevrek kırılma
Geçiş Sıcaklığı
Sıcaklık
Şekil 4. Geçiş sıcaklığının belirlenmesi için elde edilmiş Sıcaklık-Kırılma Enerjisi diyagramı
Bir malzemede geçiş sıcaklığının düşük olması istenir. Çünkü o malzemenin kullanıldığı ortam sıcaklığı
çok düşük olabilir. Bu durumda oda sıcaklığında normal bir darbe (kırılma) direnci gösterse bile geçiş
sıcaklığının altında kırılma riski önemli ölçüde artacaktır. Bu nedenle tasarım mühendisleri bu durumu
dikkate alarak geçiş sıcaklığı düşük olan malzeme seçimi yapmak zorundadırlar.
Metalik malzemelerin geçiş sıcaklıkları ve darbe dirençleri kristal yapılarına göre de değişir. Çoğunlukla
YMK yapılı malzemelerin kırılma dirençleri daha fazladır. HMK yapılı malzemelerde daha belirgin bir
geçiş sıcaklığı tespit edilebilir. Malzemenin sertlik ve dayanımı yüksek olması o malzemenin kırılma
direncinin daha az olabileceğine işaret eder. Kırılma enerjisi(veya direncini) artırılması için o
malzemenin yüksek süneklik göstermesi gerekir. Şekil 5’de farklı kristal yapılı malzemeler için genel
kırılma enerjisi ilişkisi verilmiştir.
YMK yapılı malzeme
Kırılma Enerjisi
HMK yapılı malzeme
Yüksek mukavemetli ve yüksek sertlikteki malzeme
Sıcaklık
Şekil 5. Farklı yapılı malzemelerin kırılma enerjisi ilişkisi
10
Deney Föyü
Malzemelerin geçiş sıcaklıkları kristal yapısına, mikroyapısına (ince, kaba taneli, martensitik,ferritik vs),
kimyasal bileşimine, uygulanan ısıl işleme ve yüzey kalitesine bağlı olarak değişir. Mikroyapıdaki ikinci
sert fazlar varsa bunların morfolojisi de darbe direçlerini etkiler. Bu sert kırılgan fazlar keskin köşeli ve
sivri uçlu ise darbe dirençlerini zayıflatır.
Örneğin Küresel grafitli dökme demir gri dökme demirden daha fazla darbe dayanımına sahiptir. Gri
dökme demirde sert kırılgan grafitler sivri, keskin köşeli ve birbirleri ile bağlantılı olduğundan bu yapılar
çentik etkisi yapmaktadır.
Gri Dökme Demir
Küresel grafitli Dökme demir
DARBE DENEYİ (EK)
1. AMAÇ:
Darbe Deneyi, metalik ve metalik olmayan malzemelerin dinamik zorlamalar altında kırılması için sarf
edilen enerji miktarını tayin ve tespit amacıyla yapılır. Metalik malzemelerin özellikle gevrek kırılmaya
müsait şartlardaki mekanik özellikleri hakkında bir fikir elde etme amacıyla yapılır.
2. TEORİK BİLGİ
Literatürde darbe deneyi, bazı kaynaklarda darbe deneyi bazı kaynaklarda da çentik darbe deneyi olarak
geçmektedir. Darbe deneyinden, metallerin kırılma davranışının belirlenmesinde yararlanılır. Metallerin
özellikle gevrek kırılmaya elverişli şartlardaki mekanik özellikleri hakkında sağlam bir fikir elde etme
amacıyla uygulanır.
Ani darbelere karşı dayanımı yüksek olan malzeme seçimi için, malzemenin kopmaya karşı olan direnci
darbe testi ile ölçülmelidir. Malzemenin ani darbelere karşı dayanımı tokluğu ile yakından ilişkilidir.
Tokluk bir malzemeyi kırmak için gerekli enerji miktarı olarak tanımlanabilir. Darbe deneyi süresince
malzeme tarafından soğurulan enerji, malzemenin dayanımının ve tokluğunun bir ölçüsü olarak
kullanılabilir. Uygulama yerine ve kullanım amacına göre malzemenin maruz kalabileceği darbeler çok
11
Deney Föyü
farklı şekillerde olabilir. Buna karşın darbeye karşı olan cevap da malzemenin kendisi tarafından
belirlenir. Şöyle ki, metal ve metal alaşımlarının darbeye karşı cevabı; elastik uzama ve plastik şekil
değiştirme şeklinde meydana gelir ve darbe hasarı, çoğunlukla, çarpma yüzeyinde başladığı anda kolay
bir şekilde tespit edilebilir.
Darbe hasarı, metal malzemelerde genellikle bir tehlike işareti olarak kabul edilmez, çünkü metaller
plastik şekil değiştirebilme kabiliyetlerinden dolayı, büyük miktarda enerjiyi soğurabilirler. Metaller
sabit bir gerilme durumunda yapı sertleşmeden önce çok büyük uzamalarda akabilirler, bu nedenle
oluşacak kopmalar ani ve beklenmedik olmaz. Kompozit malzemelerde bir darbe sonucunda oluşan
hasar, çarpmanın türüne göre darbeye maruz kalmayan yüzeyde meydana gelebilir, içyapıda oluşan
delaminasyonlar (tabakalar arasında ayrılma) şeklinde başlayabilir. Yukarıda da bahsedildiği gibi
metallerde darbe cevabı, plastik şekil değiştirme sonucunda bir kopma şeklinde olmasına rağmen,
kompozitler çok değişik modlarda hasara uğrayabilirler ve bu hasar modlarında parçanın yapısal
bütünlüğünde ciddi bir değişiklik meydana gelmeyebilir. Genellikle gözle görülmeyen veya çok zayıf
şekilde görülebilen hasarlar meydana gelir.
Plastik matrisli kompozit malzemelerin hemen tamamı kırılgandır, bu nedenle enerjiyi sadece elastik
deformasyon ve bazı hasar mekanizmaları (matris kırılması, delaminasyon, fiber kopması v.b) sayesinde
soğurabilirler, diğer bir değişle enerjiyi soğurmada plastik deformasyonun katkısı hemen hemen hiç
yoktur. Bu anlamda hasar direnç ifadesi, bir kompozit sistemde meydana gelen darbe hasarının miktarını
ifade eder. Tabakalı kompozit malzemede, eğer kalınlık boyunca bir takviye söz konusu değil ise, en
büyük darbe hasarı enine doğrultuda oluşacaktır. Bunun en önemli nedenlerinden birisi, enine
doğrultudaki malzeme elastik özelliğinin düşük olmasıdır. Bu nedenle bir kompozit malzemenin enine
hasar direnci nisbeten zayıftır. Tabakalar arası gerilmeler (kesme ve normal) tabakalar arası
mukavemetin düşük olmasından dolayı ilk kopmalara sebep olan gerilmelerdir. Darbe esnasında
kompozit malzemeye aktarılacak enerjinin miktarı, malzemenin bu enerjiyi sönümleyebilmesi için
oluşacak hasar modlarını belirleyecektir.
Darbe testleri sadece malzemenin ani yüklemeler altında soğurabildiği enerjiyi ölçmek için yapılmaz.
Bunun yanı sıra, malzemenin sünek halden gevrek hale geçiş sıcaklığının belirlenmesinde de darbe
testlerine başvurulur. Şekil 1’de YMK ve HMK yapılı metaller ile yüksek mukavemetli metallerin
değişik sıcaklıklarda yapılan darbe deneylerine ait kırılma enerjisi-sıcaklık değişimi eğrileri
verilmektedir.
12
Deney Föyü
Şekil 1. Çeşitli metallerin kırılma enerjisi-sıcaklık eğrileri.
Bu tip olaylar, çentik darbe deneyinin metalik malzemelerin mekanik özelliklerini tayin etmedeki
önemini açıklamaktadır. Çentik darbe deneyinden elde edilen sonuçlar, o numune için bir karşılaştırma
değeridir. Bu sonuçlar, çekme deneyi sonuçları gibi mühendislik hesaplamalarda kullanılmazlar.
2.1. Sarkaçlı Darbe Deneyinin Teorik Açıklaması
Deneyi açıklayan şekil aşağıdaki gibidir:
Şekil 2. Sarkaçlı darbe deney düzeneği 3
13
Deney Föyü
Standart bir sarkaçlı darbe cihazında ucunda bir kütleye (m) sahip çekiç belirli bir yükseklikte (h) tutulur.
Çekiç serbest bırakılmadan önce potansiyel enerjisi:
𝐸𝑝=𝑚𝑔ℎ (1)
Çekicin numuneye çarpma anındaki kinetik enerjisi:
𝐸𝑘=12𝑚𝑣2 (2)
Kaybedilen potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşecektir. Buradan (1) ve (2) denklemleri eşitlenerek
çarpışma hızı şöyle elde edilir:
𝐸𝑝=𝐸𝑘
𝑚𝑔ℎ=12𝑚𝑣2
𝑣=√2𝑔ℎ (3)
Darbe öncesi ve sonrası yükseklikleri sarkaç uzunluğu, düşme ve yükselme açıları cinsinden şöyle ifade
edilebilir:
ℎ=𝑅(1−𝑐𝑜𝑠𝛼)
ℎ′=𝑅(1−𝑐𝑜𝑠𝛽) (4)
𝐸𝑑ö=𝑚𝑔𝑅(1 − cos α )=𝑊𝑅(1 − cosα )
𝐸𝑑𝑠=𝑚𝑔𝑅(1 − cos β )=𝑊𝑅(1 − cosβ ) (5)
Numune tarafından soğurulan enerji, darbe öncesi ve sonrası enerjilerinin farkı olacaktır.
Enumune = Edö − Eds = W (a − b) = WR(cos β − cosα ) (6)
2.2. Charpy ve Izod Darbe Testleri
Charpy ve Izod darbe test yöntemlerinde çentik açılmış bir test numunesi, standart bir yükseklikten
bırakılan bir sarkaç ile darbeye maruz bırakılır. Darbeden sonra sarkacın çıktığı yükseklik tespit edilerek
sarkacın ilk ve son konumdaki enerji farkı numune tarafından soğurulan darbe enerjisi olarak ölçülür.
Darbeden sonraki sarkacın yüksekliği ne kadar az ise, soğurulan darbe enerjisi, dolayısıyla malzemenin
darbe direnci veya tokluğu da o derece yüksektir. Charpy ve Izod test yöntemleri ufak farklılıklar dışında
14
Deney Föyü
birbirine çok benzerler. Bu farklılıklardan en önemli olanı, numunenin desteklenme şekli ile çentiğin
destek ve darbe noktalarına göre konumudur.
Charpy test düzeneğinde numunenin tam ortasına bir çentik açılır. Numune; çentik yüzeyi, darbe
yüzeyine ters durmak üzere basit mesnetli kiriş şeklinde düzleme sabitlenir. Izod test düzeneğinde de
yine ortasına çentik açılmış numune bu sefer dikey ankastre kiriş şeklinde deney düzeneğine yerleştirilir.
(Bkz. Tablo 1 ve Şekil 3)
Tablo 1. Charpy ve Izod Darbe Testleri
Şekil 3. Charpy (solda) ve Izod (sağda) test düzenekleri
15
Deney Föyü
2.3. Çentik Darbe Deneyi Numuneleri
Çeşitli ülkelerin standartlarında saptanan en önemli numune çeşitlerinin boyutları ve şekilleri aşağıdaki
şekilde verilmiştir. Numunelerin çentik açılma çeşitleri; 1- U çentikli, 2-V çentikli, 3- Anahtar deliği
çentiklidir. Çentik şekil ve açıları Şekil 4’te verilmektedir. 5
Şekil 4 Standart Çentik şekil ve açıları
Malzemelerin darbe dayanımı sıcaklıkla değişir. Testler esnasında numune sıcaklığı belirtilen sıcaklık
değeri arasında ±2 °C’ den fazla fark olmamalıdır. Sıfırın altındaki sıcaklıklarda yapılacak testler için
buzdolabı gibi soğutucular ya da sıvı azotla soğutma kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda (200 °C ve üstünde)
yağ banyosu, tuz banyosu ya da fırında ısıtma kullanılır. Isıtılan ya da soğutulan numune 5 sn içinde
kırılmalıdır.
Belirli bir malzeme için farklı sıcaklıklarda yapılan darbe deneyleri malzemenin darbe direnci hakkında
önemli bilgiler verir. Sıcaklığın azalmasıyla malzemelerin darbe direnci düşer. Bu düşüş aniden
16
Deney Föyü
olabildiği gibi belirli bir sıcaklık aralığında da olabilir. Darbe direncinin aniden düştüğü sıcaklığa darbe
geçiş sıcaklığı denir. Düşüş aniden olmadığında bir geçiş sıcaklığı belirlemek zordur. Bu gibi
durumlarda geçiş sıcaklık aralığı belirlenir ve bu darbe geçiş aralığı olarak adlandırılır. Bu aralıkta düşük
sıcaklığın altında malzeme gevrek yüksek sıcaklığın üstünde sünek davranır. İki sıcaklık değeri arasında
ise iki davranışı birden gösterir.
Şekil 5 Darbe geçiş sıcaklığı değişimleri
Gevrek kırılmada, kırılma klivaj düzlemleri boyunca olup kırılma yüzeyi kristalin bir (granüler, ince
taneli) görünüştedir. Bu durumda darbe etkisiyle çatlak kolayca ilerleyip malzeme içinde hızla yayılır.
Sünek kırılmada ise önce bir plastik şekil değiştirme ve daha sonra kopma meydana gelir. Sünek
davranışta malzemenin içinde çatlak oluşumu ve ilerlemesi güçleşir. Bu durumda kopma yırtılma
şeklinde olup kırılma yüzeyi lifli bir görünüştedir.
Geçiş aralığında ise her iki davranış birden görülür. Deney sıcaklığı düşük sıcaklığa yaklaştıkça gevrek
davranış artar. Mühendislik uygulamalarında aralığın alt sıcaklığı daha önemlidir. Çünkü deneyi yapılan
malzeme bu sıcaklıklardan daha düşük sıcaklıkta kullanılmaz. Bu nedenle geçiş sıcaklığı olarak düşük
sıcaklık alınır.
T1 sıcaklığını belirlemek için genellikle şu üç kriterden faydalanılır:
1. Kırılma enerjisi.
2. Kırılma yüzeyinin görünüşü.
3. Kırılmadan sonra çentik tabanında oluşan enlemesine büzülme miktarı.
17
Deney Föyü
Kırılma enerjisi kriter alındığında genellikle 2-3 kg.m (15-20 ft.lb) kırılma enerjisine karşılık gelen
sıcaklık geçiş sıcaklığı olarak kabul edilir. Kırılma yüzeyi kriter olarak alındığında yüzeydeki kristalin
alanın kesite oranı yaklaşık olarak belirlenmeye çalışılır. Bu oranın % 50 olduğu sıcaklık geçiş sıcaklığı
olarak alınır.
Çentik tabanındaki enlemesine büzülme kriter olarak seçildiğinde ise gevrek malzemelerde hiç büzülme
olmaz. Bu nedenle % 1 büzülmenin olduğu sıcaklık geçiş sıcaklığı olarak kabul edilir. Darbe geçiş
sıcaklığı malzemelerin seçimi aşamasında oldukça önemli bir kriterdir. Geçiş sıcaklıkları düşük olan
malzemeler daha çok seçilir. Darbe geçiş sıcaklığı malzemeden malzemeye değiştiği gibi tane boyutu,
mikroyapı
ve
soğuk
işlem
gibi
parametrelere
de
bağlıdır.
Şekil 6 Darbe geçiş aralığında kırılma yüzeylerinin görünüşü
Haddelenmiş malzemelerde geçiş sıcaklığı numunenin alındığı yöne göre değişir. Aşağıdaki grafik bir
levhadan haddeleme yönünde ve haddelemeye dik yönde çıkarılan numunelerin darbe direnci-sıcaklık
eğrileri verilmiştir. A ve B haddeleme yönünde C ise haddeleme yönüne dik alınmıştır. A’ da çentik
levhaya dik B’ de ise levha yüzeyine paraleldir. C’ de çentik levhaya dik gelecek şekilde seçilmiştir.
Grafik incelendiğinde düşük sıcaklıklarda kırılma enerjileri arasında çok büyük farklar yok iken görece
yüksek sıcaklıklarda kırılma enerjileri arasındaki fark artmıştır. Dolayısıyla malzemenin yüksek
sıcaklıklardaki davranışı incelendiğinde numunenin alındığı yönün etkisi unutulmamalıdır.
18
Deney Föyü
Şekil 7 Haddelenmiş bir levhada, değişik yönlerde alınmış numunelerin kırılma enerjisi-sıcaklık eğrileri
Malzemelerin hepsinde farklı bir geçiş sıcaklığı söz konusu değildir. HMK (BCC) metaller belirgin geçiş
sıcaklığına sahipken, YMK (FCC) metaller belirgin geçiş sıcaklığına sahip değildir. YMK metaller
sıcaklık düştükçe kademeli ve yavaşça azalan enerjili yüksek emme enerjisine sahiptir. Darbe enerjisi
gerçek gerilme-gerinme diyagramına karşılık gelir.
Şekil 8 Kristal yapısının darbe geçiş sıcaklığı üzerindeki etkileri
19
Deney Föyü
Şekil 9 Çeliklerdeki karbon oranının darbe geçiş sıcaklığına etkileri
2.4. Darbe Özellikleri için Önlemler ve Kullanımı:
Emilen enerji ve geçiş sıcaklığı yükleme şartları için çok hassastır. Örneğin numune üzerine yüksek
hızda uygulanan enerji emilen enerjiyi azaltır ve geçiş sıcaklığını yükseltir. Numunenin boyutu da
sonuçları etkiler. Kalın kesitli malzemeleri kırmak için daha büyük enerji gerekebilir. Son olarak çentik
şekli davranışı etkileyebilir. Yüzeysel bir çatlak, V çentiğinden daha az enerji emilmesini sağlar.
Genellikle bütün bu şartlar kontrol ve tahmin edilemeyeceği için, darbe testi malzeme tasarım kriteri
olarak kullanılmaktan çok, malzeme seçiminde mukayese amaçlı kullanılmalıdır.
2.5. Referanslar
[1] KAYALI, E.S., ENSARİ, C., DİKEÇ, F., 1996, Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, İTÜ.
Kimya-Metalurji Fakültesi, Ofset Atölyesi, İstanbul.
[2] ASM Metals Handbook, 1978, Vol 8, Mechanical Testing, Ninth Edition.
[3] DIETER,G.E., 1977, Mechanical Metallurgy, Second Edition.
20
Deney Föyü
[4] DAVIS,H.E.,TROXELL,G.E., WISKOCIL,C.T., 1964, The Testing and Inspection of Engineering
Materials, Third Edition.
[6] LIDDICOAT, R.T., POTTS, P.O., 1952, Laboratory Manual of Materials Testing
[7] TS-269-1 EN 10045-1 Metalik Malzemeler–Charpy Vurma Deneyi Bölüm 1: Deney Metodu (V-ve
U- Çentikleri).
[8] TS-269/75 Vurma Deneyi (Charpy ve Izod) Metalik Malzemede.
[9] BS EN 10 045-1:1990, Charpy Impact Test on Metallic Materials.
[10] ASTM E23-96 Standart Test Methods For Notched Bar Impact Testing Of Metallic Materials.
[11] KK 05 Şubat 1995, Sıra No: 29, Döküm Malzemelerde Darbe Deneyi, Demir ve Çelik Döküm
Sanayicileri Derneği.
Deney numunesi olarak seçilen 10x10x55 mm boyutlarındaki deney numunesinin ortasında V şeklinde
çentik açılmaktadır. Çentik açılmasının amacı, malzeme bünyesinde bulunabilecek olası bir gerilim
konsantrasyonunu çentik tabanında yapay olarak oluşturup, malzemenin bünyesindeki böyle bir gerilim
konsantrasyonuna karşı göstereceği davranışı belirlemektedir.
Deneyde Şekil 2’de şematik olarak gösterilen sarkaç tipi cihazdan faydalanılır. Deney öncesinde sarkaç,
daha önce tespit edilen potansiyel enerjiye sahip olabileceği bir yüksekliğe çıkarılır. Daha sonra numune
çekicin salınım düzlemi ile çentiğin simetri düzlemi 0,5 mm içinde birbirleriyle çakışacak şekilde
yerleştirilir. Darbe numunesi olarak oda sıcaklığında ve -50 °C’deki çelik numune kullanılmaktadır.
Numune uygun şekilde yerleştirildikten sonra okumaların yapıldığı kadranın göstergesi başlangıç
konumuna getirilir ve sarkaç düzgün bir şekilde serbest bırakılır. Sonuç deneyden sonra kadrandan
doğrudan okunur. Bulunan değer malzemenin darbe direnci (darbe mukavemeti) olarak tanımlanır.
Buradan çentik darbe dayanımı; absorbe edilen enerjinin numune kesit alanına bölünmesiyle hesaplanır.
4. RAPORDA İSTENENLER
21
Deney Föyü
SERTLİK DENEYİ
1. AMACI
Malzemeler üzerinde yapılan en genel deney, sertliğinin ölçülmesidir. Bunun başlıca sebebi,
deneyin basit oluşu ve diğerlerine oranla numuneyi daha az tahrip etmesidir. Diğer avantajı ise,
bir malzemenin sertliği ile diğer mekanik özellikleri arasında paralel bir ilişkinin bulunmasıdır.
Örneğin çeliklerde, çekme mukavemeti sertlik ile doğru orantılıdır; dolayısıyla, yapılan basit
sertlik ölçmesi neticesinde malzemenin mukavemeti hakkında bir fikir edinmek mümkündür.
Sertlik izafi bir ölçü olup malzemelerin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı
gösterdiği dirence denir. Laboratuarlarda özel cihazlarla yapılan sertlik ölçmelerindeki değer,
malzemenin plastik deformasyona karşı göstermiş olduğu dirençtir.
2. TEORİK BİLGİ
Sertlik ölçme genellikle, konik veya küresel standart bir ucun malzemeye batırılmasına karşı
malzemenin gösterdiği direnci ölçmekten ibarettir. Uygun olarak seçilen sert uç, uygulanan yük
altında malzemeye batırıldığında malzeme üzerinde bir iz bırakacaktır. Malzemenin sertliği, bu
izin büyüklüğüyle ters orantılıdır.
Sertlik deneyleri;

Malzemenin kökeni hakkında bilgi verir.

Malzemenin diğer özellikleri hakkında fikir verir. Örneğin, sertlik malzemenin
işlenebilme özelliğini gösterebilir. Genellikle sertlik ile işlenebilme özelliği arasında
ters bağıntı vardır. Diğer bir deyişle, sert malzemeleri işlemek zordur.

Sertlik deneyleri basit ve tahribatsız deneyler olduğundan, malzemenin diğer özellikleri
hakkında, malzemeyi elden çıkarmadan bir fikir edinilebilir. Daha sonra örnek üzerinde
diğer deneyler yapılabilir.
Cisimlerin sertlik ölçme yöntemleri üç gruba ayrılabilir;
1. Malzeme yüzeyini sert bir cisim ile çizerek yapılan sertlik deneyleri.
2. Malzemeye sert bir cismi kuvvet altında batırmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri
22
Deney Föyü
3. Sert bir bilyeyi malzeme üzerine düşürmek ve sıçratmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri.
2.1. Çizerek Yapılan Sertlik Deneyleri
Sertlik ile kırılganlık doğru orantılıdır. Dolayısıyla, sert maddeler herhangi bir basınç kuvveti
etkisi ile kırılabilir. Konu ile ayrıntılı bilimsel açıklamayı şu şekilde yapabiliriz; Sertlik, bir
mineralin çizilme ve sürtünmeye karşı gösterdiği dirençtir. Minerallerin sertlikleri daha çok
çizme sertliği cinsinden belirtilir. Çizme sertliği bir mineralin keskin bir köşesinin başka bir
mineralin düzgün yüzünü çizme kapasitesidir ve Mohs sertlik skalasına göre belirlenir. Bu skala
Avusturyalı mineralog F. Mohs tarafından 1824’de düzenlenmiştir. Mohs sertlik skalası (Şekil
1), sertliklerin artış sırasına göre dizilmiş olan on mineralden oluşur (Şekil 1).
Şekil 1. Mohs sertlik skalası
2.2. Batırılarak Yapılan Sertlik Deneyleri
Batırılarak yapılan sertlik deneyleri kullanılan yük özelliğine göre iki gruba ayrılır;
a. Statik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri (Cihazlar portatif değildir, sertlik
laboratuvarlarında ölçüm yapılır.)
23
Deney Föyü

Rockwell

Brinell

Vickers

Knoop
b. Dinamik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri (Cihazlar portatiftir, istenilen yerde
sertlik ölçümü yapılabilir.)

Shore

Poldi Çekici
Sertlik değerleri alınırken dikkat edilecek hususlar
2.2.1. Rockwell Sertlik Deneyi
Rockwell sertlik deneyi (RSD), yapılmasının çok kolay olması ve özel bir ustalık
gerektirmemesinden dolayı metallerin sertlik ölçümünde en yaygın kullanılan metottur.
Rockwell sertliği, batma derinliğine karşı gelen birimsiz bir sayıdır. Batıcı uç, konik uçlu veya
bilye şeklindedir (Şekil 2). Yumuşak malzemeler bilye batıcı uç ile ölçülür Çok sert malzemeler
elmas konik uç ile ölçülür. Rockwell sertlik ölçüm cihazı Şekil 3’te görülmektedir.
Şekil 2. Konik ve bilye uçlu batıcı uç
Rockwell sertlik ölçümünde batıcı uç, malzeme üzerine 10 kg (100 N) ön bir yükleme ile
batırılır. Sonra batıcı uca ana yük uygulanarak elde edilen derinlik ölçülür. Ana yük Rockwell B
(RB) için 100 kg, Rockwell C (RC) için 150 kg’dır.
24
Deney Föyü
Şekil 3. Sertlik ölçüm cihazı
Bu yöntemde batma derinliği ölçüleceği için yüzey pürüzlülüğü sonuçları etkileyebilir. Bu
sakıncayı gidermek için önce batıcı uç küçük bir yükle (P0=ön yük) malzemeye daldırılarak alet
sıfır düzeyine ayarlanır. Daha sonra toplam yüke tamamlanacak şekilde ana yük (P1) uygulanır
(4 ± 2 sn). Son olarak ana yük (P1) kaldırılır (Şekil 4). Meydana gelen kalıcı izdeki derinlik
artışı bulunarak mevcut göstergeden Rockwell sertlik değeri okunur.
Şekil 4. Rockwell sertlik ölçümünün şematik gösterimi
Rockwell sertlik değeri boyutsuzdur. Uzun malzeme içine her 0,002 mm batışı bir sertlik
değerinin 1 sayı düşmesi olarak alınır (Şekil 4). Ön yük uygulandıktan sonra ucun konumu ile
ana yük kaldırıldıktan sonra ucun konumu arasındaki batma derinliği tb olmak üzere Rockwell
Sertlik Değeri-C (RSD-C) yukarıdaki formülle hesaplanabilir.
25
Deney Föyü
Sertlik ölçümünde kullanılan batıcı ucun tipi ile uygulanan yükün değeri bir sembolle gösterilir.
Bu nedenle, farklı skalalara göre yani değişik deney koşullarında ölçülen farklı düzeydeki
sertlik değerleri RSD-A, RSD-B, RSD-C, RSD-D gibi simgelerle birlikte verilir (Tablo 1). Çok
sert malzemelerin Rockwell sertliği koni biçimindeki elmas uç kullanarak 150 kg' lık yük
altında ölçülür ve sonuçlar RSD-C simgesi ile belirtilir. Yumuşak malzemelerin sertliğinin
ölçümünde ise batıcı uç olarak çelik bilye kullanılır ve 100 kg' lık yük altında elde edilen ölçüm
sonuçları RSD-B simgesi ile gösterilir. Bir malzemenin Rockwell cinsinden ölçülen sertlik
değeri 100 rakamını aşarsa batıcı uç olarak bilye kullanılması tavsiye edilmez. Çünkü çok sert
malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde batıcı uç olarak bilye kullanılması, hem bilyenin deforme
olmasına hem de ölçüm hassasiyetinin azalmasına neden olur. Diğer taraftan herhangi bir
skalaya göre Rockwell sertliği 20 sayısından daha düşük olan malzemelerin sertliğinin
ölçülmesinde koni biçimindeki elmas uç kullanılması tavsiye edilmez.
Tablo 1. Rockwell sertlik skalaları
26
Deney Föyü
2.2.2. Brinell Sertlik Deneyi
Brinell sertlik deneyi malzeme yüzeyine belirli bir yükün (F') belirli bir çaptaki (D) sert
malzemeden yapılmış bir bilya yardımıyla belirli bir süre uygulanması sonucu yüzeyde kalıcı
bir iz (d) meydana getirme esasına dayanır. Daha sonra bu kuvvetin oluşan izin küresel yüzey
alanına bölünmesiyle Brinell sertlik değeri elde edilir (Şekil 5).
Şekil 5. Brinell Sertlik deneyinin
şematiği
Brinell Sertlik Değeri;
bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntıda yer alan F uygulanan yükü (kg), D bilya çapını (mm) ve d
ise iz çapını (mm) gösterir. Standart deney koşullarında çapı 10 mm olan bilye kullanılır. Yük,
malzemenin cinsine göre seçilir ve uygulama süresi 10-15 saniye arasında değişir. Ancak bazı
durumlarda çapları 10 mm'den daha küçük olan (örneğin 1,25, 2,5 ve 5,0 mm) bilye biçimindeki
uçlarda kullanılır. Malzemenin üzerine uygulanacak yük değeri sertliği ölçülecek malzemenin
cinsine ve bilya çapına göre seçilmektedir. d/D = 0,20 - 0,70 oranı sağlandığı durumlarda
uygulanan yük değeri doğru kabul edilir. Deney yükünün saptanmasında F=CD2 bağıntısı
kullanılır. Burada F deney yükü, C malzeme cinsine göre değişen yükleme derecesidir.
27
Deney Föyü
Metalik malzemelerde sertlik arttıkça çekme dayanımı da artar. Çeliklerin Brinell sertlik değeri
ile çekme dayanımları arasındaki ilişki;
bağıntısı ile bulunabilir. Bu bağıntı yardımıyla çeliklerin çekme dayanımını yaklaşık olarak
belirlemek mümkündür.
2.2.3. Vickers Sertlik Deneyi
Bu deney yönteminde baskı elemanı olarak tepe açısı 136° olan elmas kare piramit kullanılır
(Şekil 6). F yükü ile malzemeye bastırılan piramit ucun bıraktığı dörtgen izin köşegenleri
ölçülerek hesaplanan ortalama köşegen uzunluğu formülde yerine konarak sertlik değerleri
bulunur. Vickers sertliği yüke bağlı değildir. Ölçme hatalarını azaltmak ve heterojen yapılarda
ortalama değer elde edebilmek için yükü ve dolayısıyla izi büyütmek faydalıdır. Ancak köşegen
uzunluğu sertliği ölçülen parça veya tabaka kalınlığının en çok üçte ikisi kadar olmalıdır. Yük
1-120 kgf arasında değişebilir. Normal yük olarak 30 kgf seçilebilir. Vickers yönteminde büyük
piramit açısından dolayı az derinliklere rağmen geniş diyagoneller elde edilir. Yüklü numune
üzerinde kalma süresi yaklaşık 20 saniyedir. Bu süre sonunda baskı ucu numune üzerinden
kaldırılır ve deney bitirilir.
Şekil 6. Vickers sertlik deneyinin şematik gösterimi
Burada F uygulanan yükü (kg), d iz köşegenlerinin ortalaması (mm) olup d=(d1+d2)/2 formülü
ile hesapların. d1 ve d2 sırasıyla ölçülen köşegen uzunluklarıdır (Şekil 6). Vickers sertlik deneyi
çok yumuşak ve çok sert tabakalar için de uygundur. Deneyde yük düşük olduğu için genellikle
ince parçalarda ve sadece yüzeyi sert olan özel işlem görmüş malzemelerde tercih edilir.
28
Deney Föyü
Vickers sertliğinin avantajı, oldukça doğru okumalar yapması ve tüm metal ve işlem görmüş
yüzeyler için sadece bir tip batıcı ucun kullanılmasıdır. Vickers sertliği metallerin yanında
seramik malzemelerin sertliğinin ölçümünde de güvenilir bir sertlik ölçüm metodudur.
Tablo 2 Malzeme cinsine göre bilye çapı ve uygulanan yük
2.2.4. Knoop Sertlik Deneyi
Bir malzemenin göreceli mikrosertliği Knoop batma deneyi ile belirlenebilmektedir. Bu
deneyde tepe açısı 130o ve 173o olan piramit şekilli elmas bir uç malzeme üzerine bastırılır. Bir
boyutu diğerinin yaklaşık olarak 7 katı olan bir iz oluşur (Şekil 7). Malzemenin sertliği izin
derinliği ölçülerek bulunur. Vickers sertlik ölçme deneyine göre daha düşük kuvvetler
uygulanır. Knoop deneyi, cam ve seramik gibi gevrek malzemelerin sertliğinin test edilmesini
sağlar. Malzeme üzerine uygulanan yük genellikle 1 kgf’den daha azdır. Batıcı uç yaklaşık
olarak 0,01 ile 0,1 mm arasında dört yanlı bir iz bırakır.
Şekil 8. Knoop Sertlik deneyinin şematik gösterimi
29
Deney Föyü
Şekil 9. Sertlik ölçme yöntemlerinin karşılaştırılması
2.1. Referanslar
[1] KAYALI, E.S., ENSARİ, C., DİKEÇ, F., 1996, Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri,
İTÜ. Kimya-Metalurji Fakültesi, Ofset Atölyesi, İstanbul.
[2] W.F. Smith, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Literatür Yayıncılık, 2005.
[3] D.R. Askeland, Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, Nobel Yayın Dağıtım
[4] David D. Rethwisch, William D. Callister, Mehmet Demirkol, Malzeme Bilimi ve
Mühendisliği, Nobel Yayın Dağıtım, 2013.
[5] http://www2.bayar.edu.tr/muhendislik/malzeme/dersler/malzeme_lab/sertlik.pdf
Dökme demir numune Rockwell C, çelik numune Vickers ve yumuşak metal
numuneler(alüminyum, bakır, pirinç) Brinell sertlik ölçüm cihazları ile Teorik bölümde
anlatılan şekilde değerleri belirlenerek sertlik değerleri hesaplanır.
4. RAPORDA İSTENENLER
karşılaştırınız ve yorumlayınız.
30
Deney Föyü
EĞME DENEYİ
EĞİLME DAYANIMI (EĞİLMEDE ÇEKME DAYANIMI)
Malzemenin eğilme dayanımının bulunabilmesi için beton kiriş numuneler hazırlanmakta ve
Şekil 3.1’de görüldüğü gibi beton kirişin oturtulduğu mesnetlerin arasındaki mesafenin orta
noktasından (L/2 mesafesinden) yüklenme yapılarak deney gerçekleştirilmektedir. Gerçekte,
bazı malzemelerin eğilme dayanımının araştırılmasında genellikle kullanılan yükleme yöntemi,
yükün mesnetlerden L/3 uzaklıktaki iki noktadan uygulandığı Şekil 3.2’de verilen yöntemdir.
Ancak numune boyutlarının kısa olmasından dolayı bu föyde sadece orta noktasından yüklenen
basit kiriş yöntemi anlatılacaktır.
31
Deney Föyü
Beton kiriş numunelerde kırılmaya neden olan yük deney presinin göstergesinde okunduktan
sonra, eğilme dayanımının hesaplanabilmesi için aşağıdaki formül kullanılmaktadır:
Orta noktadan yüklenen dikdörtgen kesitli beton kiriş numunelerde oluşan kesme kuvvetleri ve
momentler Şekil 3.3’de verilmiştir.
Bu moment değerleri 3 no.’lu formülde yerine konulacak olursa orta noktasından yüklenen basit
kirişte eğilme dayanımı için aşağıdaki formül elde edilir:
32
Deney Föyü
3.1. Deneyin Yapılması
Yükleme tablasındaki mesnet silindirleri, deney uygulanacak numunenin boyuna uygun gelen
yataklara oturtulur. Daha sonra beton deney numunesi yükleme tablası üzerindeki mesnetlere
mesnetlerden en az 2.5 cm taşacak Şekilde uygun olarak yerleştirilir. Numunenin kalıp içinde
iken üste gelen yüzünün, deney sırasında uygulanacak yüklemenin yönüne paralel olarak
konmuş olmasına dikkat edilmelidir. Numunenin yatay olması sağlanmalı, yükleme yönü
numunenin yükleme uygulanan yüzeyine dik olmalıdır. Yükleme, kırılma yaratacak yük
değerinin yarısına kadar hızlı olarak yapılabilir. Bundan sonra yüklemeye çekme gerilmelerinde
meydana gelecek artımlar dakikada 10 kgf/cm2 (100 N/cm2) den fazla olmayacak Şekilde ve
numune kırılıncaya kadar devam edilmelidir. Darbeli yüklemeye izin verilmemelidir.
3.2. Ölçme
Deney numunesi kırıldıktan sonra, kırılma kesitinin genişliği ve yüksekliği kenarlarda ve ortada
1 mm duyarlıkla yapılan üç ölçünün aritmetik ortalaması alınarak bulunur.
3.3. Hesaplama
Orta noktasından yüklenmiş basit kiriş metodu ile yapılan eğilmede çekme dayanımı tayini
deneyi sonucu eğilmede çekme dayanımı yukarıdaki 4 no.’lu formül ile hesaplanır.
3.4. Deney Raporu
Deney raporunda en az aşağıdaki bilgiler bulunmalıdır.
şı,
şekli,
şulları,
şü,
2
ye yuvarlatılmış eğilmede çekme dayanımı değerleri ve aritmetik ortalamaları,
şılaştırılması
33
Deney Föyü
TAHRİBATSIZ MUAYENELER
GİRİŞ
Tahribatsız Mauyene: Malzemelerin tahrip etmeden muayene işlemine denir.
Tahribatsız Muayenenin Gelişimini Sağlayan Nedenler:
1. Parça ve konstrüksiyonların hafifletilmesi nedeniyle, limit dizaynlara gidilmesi ve bu limit
dizaynlarda kusursuzluk olayının ön plana çıkması
2. İmalatın belirli bir kademesinde hatayı önceden tespit ederek müteakip işçilik masraflarının
minimuma indirilmesi
3. Kazaları önlemek ya da sistemin durmasını önlemek için kusurlu parçanın önceden teşhis
edilebilmesi ihtiyaçları
Tahribatsız muayenede özellikle hata bulunduktan sonra bu hatanın tiplerinin belirlenebilmesi
için referans standartlar geliştirilmiş ve tanım olayları daha gerçeğe yaklaştırılmıştır. Kırılma
mekaniği kavramlarına göre dizayn için tahribatsız usullerle bulunabilecek hata limitlerini en
düşük seviyeye çekebilecek yöntemler araştırılmıştır ve araştırılmaktadır. Bulunan hatalar için
kabul red kriterleri oluşturulmaya çalışılmıştır.
BÖLÜM 1:
ULTRASONİK MUAYENELER
20.000 Hz frekansının üzerinde ultrases dalgalar uygulanarak yapılır.
Ultrases dalgalar 3 şekilde yayınır.
1. Boyuna dalga şeklinde yayınır.
CB =√
𝐸
𝜌
(1−𝜇)
(1+𝜇)(1−2𝜇)
CB= boyuna dalga hızı
2. Enine dalga şeklinde yayınır
𝐸
𝐺
CE = √𝜌 2(1+𝜇) = √𝜌
CE = enine dalga hızı
3. Yüzey dalga şeklinde yayınır
34
Deney Föyü
CS =
0,87+1,12𝜇
1− 𝜇
𝐸
√𝜌 2(1+𝜇)
Birbiri ile olan ilişkileri
1−2𝜇
CE = CB √2 ( 1− 𝜇)
CS = CE
0,87+1,12𝜇
1+ 𝜇
Yayınma hızı malzemenin elastisite modülü (E) ile malzemenin poison oranına ( 𝜇 ) ve
malzemenin yoğunluğuna ( 𝜌) bağlıdır. G kayma modülü. Bu değerler değişen malzemelerde
yayınma hızı da değişir.
Çelik ve alüminyum malzemelerde µ = 0,28 ile 0,34 arasında değişir ve bu malzemeler için
= 0,55 -0,49 arasındadır.
𝐶𝑆
𝐶𝐸
𝐶𝐸
𝐶𝐵
= 0,92 – 0,92 arasındadır.
Birinci kademe de ultrases dalgası üretmek lazım. Ultrases dalgaları piezo elektrik olayı esasına
göre üretilir. Bu olay aynı zamanda tersinedir. Aşağıdaki tabloda bu amaçla kullanılan üç tip
malzeme verilmiştir.
Tablo 1.a.
Üç tip malzemenin özelikleri
Baryum titanat
(BaTiO3)
Kuvars (SiO2)
Lityum sülfat
(LiSO4)
Yoğunluk (gr/cm³)
5,4
2,65
2,06
Akustik hız (m/sn)
5100
5740
5460
27
15,2
11,2
125-190
2,3
15
Normal prob
İyi
iyi
zayıf
Açısal prob
iyi
orta
orta
orta
iyi
Çok iyi
Akustik empedans
(106 NS/m³)
Piezo elektrik modülü
( 10¯¹² m / volt)
Daldırma prob
35
Deney Föyü

Lityum sülfattan kullanılırsa kristal tipi daldırma yönünden iyi sonuç verir.

Piezoelektrik modülü, volt başına kalınlıktaki değişmeyi verir. Boyuttaki bu değişme değeri
üretilen ultrases dalgalarının genliğine eşittir.
𝐶
𝐶 = 𝑓. 𝜆
𝜆 =𝑓
f = frekans
𝜆 = dalga boyu
Tablo 1.b.
Frekans ve dalga boyu ilişkisi
f
𝜆mm
MHz
çelikte
C = akustik hız
𝜆mm
suda
CB = 5,9 km/sn
CE = 3,2 km/sn
CB = 1,5 km/sn
0,5
12
6,5
3
1
6
3
1,5
2
3
1,6
0,8
4
1,5
0,8
0,4
6
1
0,6
0,25
Dalga boyunun yarısı
𝜆
2
kristalin kalınlığına eşittir. Bu formülde frekans ve akustik hız bellidir
ve böylece dalga boyunu bulabiliriz.
NOT: Frekansı ne kadar yüksek seçilirse tespit edilebilecek hata o kadar küçülür. Yani küçük
hatalar ortaya çıkarılır.
Yalnız her zaman frekansı yüksek seçerek küçük hataların tespit edilebileceği söylenemez.
Örneğin; heterojen yapı olarak dökme demirler küçük pütürlü ve gözenekli olduğu için
gönderdiğimiz ultrases dalgaları kolayca saçılabilir ve cihaz sinyal vermeyebilir.
Z = akustik empedans = ρ.C (N.S/ m³)
ρ = kg / m³ (yoğunluk )
C = hız ( m/sn)
36
Deney Föyü

Ultrasonik Enerjinin Şiddeti:
İ = Z .W ² . A ² Watt / m²
W = 2 . π . f ( açısal hız )
A = genlik

Ultrasonik Basınç:
P=Z.W.A
Şekil 1.a.
Piezoelektrik kristalin çalışma prensibi
Tablo 1.c.
Çeşitli Metallerin ve Metal Olmayan Malzemelerin Akustik Özellikleri
Malzeme
Yoğunluk
Ses Hızı
Akustik Empedans
(gr / cm³)
g/cm².s 10
CB (a)
CE (b) CS (c)
DEMİRLİ METALLER
Karbon çeliği
7,85
5,94
3,24
3,0
4,66
Tavlanmış
7,86
5,95
3,26
3,0
4,68
Sertleştirilmiş
7,8
5,90
3,23
-
4,6
Dökme demir
6,95 – 7,35
3,5–5,6
2,2-3,2
-
2,5 – 4,0
( tavlanmış)
Alaşımlı çelik
37
Deney Föyü
52100 çeliği
Tavlanmış
7,83
5,99
3,27
-
4,69
Sertleştirilmiş
7,80
5,89
3,20
-
4,60
Tavlanmış
7,7
6,14
3,31
-
4,7
Serleştirilmiş
7,7
6,01
3,22
-
4,6
Tip 302
7,9
5,66
3,12
3,12
4,47
Tip 304 L
7,9
5,64
3,07
-
4,46
Tip 347
7,91
5,74
3,10
2,8
4,54
Tip 410
7,67
5,39
2,99
2,16
4,13
Tip 430
7,7
6,01
3,36
-
4,63
D6 takım çeliği
Paslanmaz çelik
DEMİR OLMAYAN METALLER
Alüminyum 1100-0
2,71
6,35
3,10
2,90
1,72
Alüminyum alaşımı
2,80
6,25
3,10
2,79
1,75
Berilyum
1,85
12,8
8,71
7,87
2,37
Bakır
8,9
4,70
2,26
1,93
4,18
260 (fişek pirinci %70)
8,53
3,83
2,05
1,86
3,27
464,467 (gemici
pirinci)
8,41
4,43
2,12
1,95
3,73
510 ( fosfor bronzu)
8,86
3,53
2,23
2,01
3,12
753 (nikel gümüş 65-
8,75
4,62
2,32
1,69
4,04
2117-T4
Bakır alaşımları
38
Deney Föyü
18)
Kurşun
Arı
11,34
2,16
0,70
0,64
2,45
Sert
10,88
2,16
0,81
0,73
2,35
Magnezyum alaşımı
MIA
1,76
5,74
3,10
2,87
1,01
Civa sıvı
13,55
1,45
-
-
1,95
Molibden
10,2
6,25
3,35
3,11
6,38
Arı
8,8
5,63
2,96
2,64
4,95
İnconel x-750
8,3
5,94
3,12
-
4,93
Titanyum(ticari
saflıkta)
4,5
6,10
3,12
2,79
2,75
Tungsten
19,25
5,18
2,87
2,65
9,98
Nikel
METAL OLMAYAN MALZEMELER
Hava (e)
0,00129
0,331
-
-
0,00004
Etilen glikol
1,11
1,66
-
-
0,18
2,5
5,77
3,43
3,14
1,44
Makine
0,87
1,74
-
-
0,150
Transformatör
0,92
1,38
-
-
0,127
1,18
2,67
1,12
1,13
0,32
Cam
Tabaka
Yağ
Plastik
Plexiglas
39
Deney Föyü
Naylon
1,0 – 1,2
1,8-2,2
-
-
0,18 – 0,27
Teflon
2,2
1,35
-
-
0,35
Kuartz (doğal)
2,65
5,73
-
-
1,52
Kauçuk
1,1 – 1,6
2,3
-
-
0,25 – 0,37
Tugsten karbid
10 – 15
6,66
3,98
Sıvı (f)
1,0
1,49
-
Buz (g)
0,9
3,98
1,99
-
6,7 – 9,9
Su
-
0,149
0,36
(a) Boyuna basınç dalgaları
(b) Enine (kayma) dalgaları
(c) Yüzeysel dalgalar
(d) Boyuna dalgalar için, Z = ρ . CL
(e) 4°C de
(f) Standart sıcaklık ve basınçta
(g) 0 °C de
1.2.
ULTRASES DALGALARININ ARAYÜZEYLERDE DAVRANIŞI
Arayüzeyleri çelik, hava ve su olarak inceleyelim.
Ses dalgalarını çelikten geçip; yansıyan ve geçenlerin ne kadar olduğunu % olarak hesaplayalım
R
Z 2  Z1
Z 2  Z1
D
2.Z 2
Z 2  Z1
𝑃𝑟
R = 𝑃𝑒
R = yansıyan
Pr = yansıyan dalganın basıncı
D = geçen
Pe = gönderilen dalganın basıncı
Pd = geçen dalganın basıncı
40
D=
𝑃𝑑
𝑃𝑒
Deney Föyü
Akustik emepdanslar tablodan alınır. Buna göre;
ÖRNEK 1:
Çelik için; Z1 = 45 x 106
Su için;
Z2 = 1,5 x106
Değerler yerine koyulursa;
Yansıyan miktar; R = %93,5
Geçen miktar;
D = %6,5
Yani % 6,5 i su ortamına geçecektir.
ÖRNEK 2
Çelik için;
Z1 = 45 x 106
Hava için;
Z2 = 0,00004 x106
Değerler yerine koyulursa;
R = %100
D = %0
Değerler yerine koyulursa d değeri sıfıra yakın bir değerde çıkar. Bu değere göre çelikten
havaya ultrases dalgaları geçmeyerek geri dönüyor. Su içerisinde yapılan muayene daldırma
muayenesi olup seri kontrol gerektiren hallerde uygulanır.
Şekil 1.2.a.
Ses basıncı değişimi
41
Deney Föyü
Şekil 1.2.b. Daldırma Muayenesi
Cihaza genelde 1000 volt gibi bir gerilim uygulanır ve gerilimin etkisiyle oluşan ses dalgaları
probdan geçerek parçanın içine doğru ilerler.
1. durumda yayılan ses dalgaları parça üzerinde hata bulunmadığından dolayı parçanın arka
kısmına doğru gider ve parçanın dışı hava olduğu için ışına çıkamaz ve parçanın arka kısmına
çarpıp geriye doğru yansır. Geri dönen ses dalgaları bu defa prob kristaline bir basınç yapar. Bu
kristal prob elektrik gerilimi üretir. Parça boyu 40 mm olduğunda ekranda 40 yazan yerde bir
sinyal verir ve bu sinyal 80 ‘de tekrarlanır. Burada cihazın göstergesinde 80’ gördüğümüzde bir
hatanın olmadığı ses dalgalarının tekrar geriye döndüğü anlaşılır.
2. durumda parça üzerinde bir hatanın olduğunu varsayalım (30 mm’de). Bu durumda cihazın
göstergesinde 30’da bir sinyal alıyoruz. Bu sinyaller 60 ve 90’da tekrarlanır. Böylece
malzemenin 30 mm uzaklıkta hata olduğu anlaşılır. Ses dalgaları ne kadar yakın mesafeden
çarparsa şiddetten dolayı oluşan piklerde uzun olur.
NOT: 30 mm’ de kabul ettiğimiz hata ile ana malzemenin akustik empedansı birbirlerinden
farklı olduğundan, hatadan yansıyan sinyaller hatanın yerini bulmamızı mümkün kılar.
Şekil 1.2.c.
Darbe yankı metodunda şematik ekolar
42
Deney Föyü
a) Ses hüzmesi içinde ufak hata
b) Ses hüzmesi içinde iki ufak hata
c) Bütük hata, ufak ve arka cidar ekosunu önlemiş
d) Açılı hata, arka cidar ekosu alınamaz
e) Ufak hata, açılı arka cidar olduğundan bu kısımda yankı yoktur.
f) Fazla saçılma nedeniyle eko yok.
Hataya dik olarak ses dalgalarını gönderirsek bunu normal prob, ses dalgasını açılı olarak
gönderirsek buna açılı prob adı verilir.
Örnekler göstermektedir ki ultrasonik ses dalgaları havadan geçemezler. Bu nedenle ultrasonik
ses dalgalarını üreten prob ile malzeme arasında ses dalgalarının malzemeye geçebilmesi için
arada hava tabakası olmayacak. Bu nedenle; arada bir ultrasonik bağ yağ ile ve su ile
oluşturulmalıdır. Temas muayenelerinde bu ultrasonik bağ genellikle gres ya da vazelin gibi bir
yağ ile temin edilir. Buna karşın seri halde parça kontrollerinde ise muayene su içerisinde
gerçekleştirilir. Buna daldırma muayenesi adı verilir.
1.3.
AÇISAL PROB
Şekil 1.3.a. Açısal prob
CB1 = birinci ortamdaki boyuna dalganın hızı
CB2 = ikinci ortamdaki boyuna dalganın hızı
αB = geliş açısı
43
Deney Föyü
CE2 = ikinci ortamdaki enine dalganın hızı
CE1 = birinci ortamdaki enine dalganın hızı
αB΄ , αE΄ = sırasıyla yansıyan boyuna ve enine dalgaların yansıma açısı
𝑆𝑖𝑛𝛼𝐵
𝑆𝑖𝑛𝛼𝐵΄ 𝑆𝑖𝑛𝛼𝐸΄
𝑆𝑖𝑛𝛽𝐵
𝑆𝑖𝑛𝛽𝐸
=
=
=
=
𝐶𝐵1
𝐶𝐵1
𝐶𝐸1
𝐶𝐵2
𝐶𝐸2
Şekil 1.3.b.
Açısal probda ses hüzmesi
Şekil 1.3.c.
Açısal prob uygulama örnekleri
Haberi getiren iki ses dalası aynı anda parça içerisinde bulunmaktadır. Herhangi bir hatanın bu
dalgalardan hangisi üzerine düşerek geldiğini bilemeyiz. Bu nedenle bu dalgalardan birini yok
etmek gerekir. Bunun için βB açısı 90 ° yapılır. Bunu temin eden αB açısına 1. Kritik açı adı
verilir. βE yi 90° yapacak αB açısına ise 2. Kritik açı adı verilir. Ancak 2. Kritik açı değeri
kullanılmaz. Açısal problardaki prob açıları çelik malzemeye göre hesaplanmış βE açılarıdır.
44
Deney Föyü
Şekil 1.3.d.
Kaynakta açısal probla uygulama örneği
1.3.1. AÇISAL PROB İLE HATA YERİ SAPTANMASI
Şekil 1.3.1.a. Hata yeri bulma
𝑆𝑖𝑛𝛽𝐸 =
CosβE=
𝑎
𝑠
𝑡
𝑠
a = Sin βE . S (1)
t = S . Cos βE (2)
S değeri ekran üzerindeki uzaklıktır. βE prob açısı olduğundan 1 ve 2 nolu formüllerden hatanın
yeri bulunabilir.
Hüzme çıkış yeri şekil 1.3.1.c. ye göre açısal prob blok üzerindeki işaretli yer boyunca sağa sola
hareket ettirilir ve bu konumda en yüksek yankının alındığı yerde prob tutulur. Kalibrasyon
bloğu üzerindeki çizgi prob üzerinde işaretlenir. Şekil 1.3.1.c. ye göre bu çizgi kalibrasyon
bloğu üzerindeki kendisine ait açı değerine getirildiğinde en yüksek yankı yine elde edilmelidir.
Kaynaklı bir parçanın açısal prob ile muayenesi:
Şekil 1.3.1.b. Açısal prob muayenesi
45
Deney Föyü
Şekil 1.3.1.c. IIW Beynelminel kaynak enstitüsünün ultrasonik kalibrasyon blokları ve
kaynakta açısal uygulaması
PROBLARIN SEÇİMİ
1.4.
5 çeşit prob vardır.
1. Normal prob
2. Açısal prob
3. Daldırma prob
4. Çift elemanlı temas halinde kullanılan prob (1.si sinyal verir, 2.si sinyal alır)
5. Geciktirme bloklu prob
Bunlardan birini kullanma yerine göre seçeriz
1.4.1. Normal Prob:
Dövme parçalar, kalıntılar, kofluk diye tanımlanan hatalar, segregasyonlar için ayrıca hadde
ürünlerinde, katmerlerin bulunmasında, yırtılmalarda kullanılır. Ayrıca yorulma çatlakları,
korozyon, erozyon ve gerilimli çatlaklar için kullanılır.
1.4.2. Açısal Prob:
Eğer bu hatalar parça ekseni ile belli bir açı yapabiliyorsa bu tip açısal probla bulunur. Bunlar
daha çok kaynak hatalarının bulunmasında kullanılır. Bu hatalarda eksik kaynama, nüfuziyet
azlığı, çatlaklar, cüruf kalıntıları, gözeneklilik gibi. Borularda ise çevresel ve boyuna çatlakların
bulunmasında kullanılır.
46
Deney Föyü
1.4.3. Daldırmalı Prob:
Seri kontrolde su ile yapılan muayeneler için kullanılan problardır.
1.4.4. Çift Elemanlı Prob:
Saç ve levhalarda kalınlık ölçmeleri ve katmer hatalarında, borularda cidar kalınlığı
ölçmelerinde kullanılabilir ve kullanma yerlerinde cidar incelemelerinin tespitinde kullanılır.
1.4.5. Geciktirme Bloklu Prob:
Bu da çift elemanlı prob gibi daha çok kalınlık ölçmelerinde kullanılabilir ve yüzeye paralel
olmayan hata yerlerinin tespitinde kullanılır.
Çift elemanlı prob
Şekil 1.4.
geciktirme bloklu prob
Ultrasonik Muayenede Kullanılan Prob Tipleri
1:
epoksi dolgu
2:
arkalık malzemesi
3:
bağlantı elamanı
4:
(+) elektrik
5:
(-) elektrik
47
daldırma tipi prob
Deney Föyü
BÖLÜM 2 : RADYOGRAFİK MUAYENE
2.1.
X VE γ IŞINLARI İLE MALZEME HATALARININ SAPTANMASI
X ışınları içerisinde birçok dalga boyu bulunduran poli kromatik karakter taşıyan ışınlardır. X
ışınları frenleme yoluyla tüplerden elde edilir. Buna karşın γ ışınları yapma radyoaktif
elemanlardan elde edilir. Şekil 2.1.a daki voltaj ve akıma bağlı olarak dalga boyu ve x ışınları
şiddeti arasındaki ilişki gösterilmiştir. Şekil 2.1.f.‘ de ise uygulanan voltaja göre nüfuziyet
derinlikleri verilmiş olup, şekil 2.1.g. de tüp gerilimine göre x ışınlarına dönüşen enerji miktarı
gösterilmiştir. Tabloda çelik malzeme için muhtelif tüp gerilimindeki nüfuziyet derinlikleri
görülebilir.
Tablo 2.1.a. Çelik İçin Muhtelif Tüp Gerilimindeki Nüfuziyet Derinlikleri
U (kv)
Çelik (mm)
150
15
250
37,5
400
62,5
γ ışınları yapma ya da radyoaktif elemanların bozunmaları suretiyle oluşan ışınlardır. Bunlar
yarılanma ömürleri ya da süreleri adı verilen zaman içerisinde kullanılabilirler. Yarılanma süresi
başlangıçta mevcut atomların yarısının bozunması için gerekli süreyi gösterir. Bu süreye göre
ışınların şiddeti bozunan atom miktarı arttıkça azalır. Bu nedenle yarılanma süresinin dışında
bunlar kullanılmamaktadır.
Şekil 2.1.a.
Bir x ışını ünitesinin esas kısımlarının şematik resmi
48
Deney Föyü
Şekil 2.1.b. X ışını demetinin merkez eksenine 20 ° meyillendirilmiş bir anodun (hakini ve
tesirli merkezlenmiş yerlerinin) şematik resmi
Şekil 2.1.c. X ışınlarının ve gama ışınlarının dalga uzunluğu ve foton enerjisi ile olan
ilgilerinin şematik gösterilişi
49
Deney Föyü
Şekil 2.1.d. Bir x ışını tüpünün bremsstrahlung tayfının tüp voltajına (a) tüp akımına (b) göre
işleyişinin dalga boyu ile şiddet açısından değişimi
Şekil 2.1.e.
γ ışınları açısından değişimi
50
Deney Föyü
Şekil 2.1.f.
Voltaja göre çelik için nüfuz etme kabiliyeti
Şekil 2.1.g.
Voltaja göre verim değişimi
Tablo 2.1.a. Çeşitli γ kaynağı yarılanma süreleri ve çelikteki nüfuziyet derinlikleri
γ Işınları
Yarılanma Süresi
Çelikte Nüfuziyet Derinliği
Ir 192
74 gün
75
Cs 60
33 yıl
75
Co 60
5,3 yıl
225
51
Deney Föyü
Şekil 2.1.h. Mekanik kumandalı tipten Ir 192 radyografi cihazının şeması. Üstte kaynak
kullanılmaz konumda, altta ise ışınlama konumundadır.
Şekil 2.1.ı.
Radyografinin prensip şeması
52
Deney Föyü
Tablo 2.1.c. X ve Gama ışınlarının karşılaştırılması
Karakteristik
X ışınları
γ ışınları
Besleme
Elektrik akımına ihtiyaç vardır.
Radyografi çekimi esnasında
cihazın kontrol altında tutulması
şarttır.
Işınım kendiliğinden meydana
gelir. Radyografi çekimi
esnasında kaynağın kontrolü
gerekli değildir.
Boyutlar ve manipulasyon
Cihazın boyutları büyüktür.
Bazı hallerde cihazın
yerleştirilmesi bir problem
olarak ortaya çıkar.
Işının kaynağının ebadı çok
küçüktür. Yerleştirme kolaydır.
En gayrimüsait yerlerde bile
kullanılabilir.
Nakliye
Cihazın nakli bir problem arz
etmez
Mahfazasının ağırlığına ve
büyüklüğüne rağmen bir
müşkülat arz etmez. Kırılacak
parça yoktur.
Işınıma karşı korunma
Sadece cihazın çalıştırıldığı
anlarda gereklidir.
Işınım devamlı olduğundan her
an gereklidir.
Işınların dalga boyu
Cihazın maksimum gerilimin
bir fonksiyonudur.
Kullanılan radyoaktif elementin
cinsine tabidir. Normal
cihazların neşrettiği x
ışınlarınınkinden daha küçüktür.
Odak noktası
Normal monoblok cihazlarda
2x2 ile 4x4 mm dir. Büyük
verili cihazlarda 6x6 mm ye
kadar çıkar.
Normal kaynaklar için 2x2 ile
4x4 mm dir. Yüksek şiddetli
kaynaklarda bu ölçüler 10x10
mm ye kadar çıkar.
Işınım
Normal tüplerde ışınım zayıf
açılı bir koni şeklindedir. Oyuk
anotlu tüplerde ışınım daha
geniş bir sahayı kaplar
Bütün doğrultularda ayı
şiddettedir.
Işınım şiddetli ve gerkli poz
süresi
Şiddetli bir ışınım ve kısa süreli
poz süresine ihtiyaç gösterir
Işınım şiddeti düşük ve uzun bir
poz süresi ( bazı hallerde
saatlerce)
Radyografinin kalitesi
Gerilimin uygun seçilmesi ile
iyi bir kontrast elde edilebilir.
Daha zayıf bir kontrast elde
edilir. Arzu edilen yoğunluğa
erişilmediği hallerde filmin
okunması zorlaşır.
53
Deney Föyü
2.2.
GÖRÜNTÜ OLUŞTURULMASI
Şekil 2.2.a.
𝐼1
𝐼2
=
𝐿2²
𝐿1²
Ters Kare Kanunu
(ters kare kanunu)
Şiddetteki azalma, yolun artışının karesiyle doğru orantılıdır. Burada gösterilen kaynak aslında
noktasal değildir.
Şekil 2.2.b. Hakiki radyasyon kaynağından ve nokta kaynaklardan oluşan radyografik
görüntüde geometrik ilginin şematik resmi
54
Deney Föyü
Ug 
F .t
L0
F: kaynak boyutu L0: Kaynak-obje uzaklığı
.Li: kaynak-görüntü uzaklığı , t: Obje-görüntü uzaklığı
I  I 0 .e  d
I0= Başlangıçtaki ışın şiddeti
I= (d) uzaklığından sonraki ışın şiddeti
µ: zayıflama katsayısı, cm-1
Şekil 2.2.c. Yüksek ve düşük çözünürlükte radyografi a) yüksek kontrastlı radyografinin
avantajı düşük çözünürlüklü görüntü b) düşük kontrasta rağmen, daha gelişmiş çözünürlükle
daha fazla detay görünüyor.
Tablo 2.2.a. Farklı malzemelerin µ değeri
µ değeri cm-1
Kv
Al
Fe
Pb
50
0,964
15,2
65
100
0,459
2,93
62
150
0,373
1,54
21,8
200
0,329
1,15
10,7
300
0,281
0,866
4,29
55
Deney Föyü
Parçada farklı yoğunluklu kısımlar varsa buralarda (µ) değişiktir. Örneğin cürufun yoğunluğu
daha düşüktür ve filmde bu koyu olarak bulunur.
ÖRNEK
a) Şekildeki çelik parça 200 KV luk tüp geriliminde çalışan bir cihaz
b) Co 60 izotopuyla filmi alınsa enerji şiddetleri oranı ne olur?
NOT: Co 60 için µ değeri 0,42 cm-1 dir.
Şekil 2.2.d.
a)
b)
𝐼2
𝐼1
𝐼2
𝐼1
Örnek problem şekli
= 1,78
200 kv (x ışını)
= 1,22
Co 60 (γ ışını)
Filme ulaşan ışın şiddetleri arasındaki fark ne kadar fazla olursa filmde 5 mm ile 10 mm
arasındaki ayrım bölgesi daha net bir şekilde görülebilir. Bu nedenle x ışını daha idealdir.
Co 60’ın enerjisi fazla olduğundan daha az enerji kaybeder ve oluşan
𝐼2
𝐼1
oranı daha düşük
çıkmaktadır. Bu yüzden x ışını bu durum için daha idealdir.
2.3.
RADYOGRAFİK EŞDEĞERLİK FAKTÖRÜ
Radyografik eşdeğerlik faktörü standart malzemeye göre ( bu malzeme çeliktir) aynı
absorbsiyon kalınlığını verecek faktör değerleridir. Böylece çelik malzemeye göre, diğer
malzemeler için çelikteki eşdeğer değer bulunabilir.
Malzeme Al (10 mm kalınlığında)
Eşdeğerlik faktörü = 0,08 (100 KV ta)
10 mm Al ile 0,8 mm çelik aynı absorblama miktarına sahiptir.
Tablo 2.3.
Muhtelif metallerin yaklaşık radyografik eşdeğerlik faktörleri
56
Deney Föyü
X ışınları KV
Malzeme
50
100
150
Magnezyum
0,6
0,6
Alüminyum
1,0
Alüminyum alaşımı 2,2
X ışınları MeV
220
400
Gama ışınları
1
2
4,25
Ir192
Co-60 Ra
0,05 0,08 -
-
-
-
-
-
-
1,0
0,12 0,18 -
-
-
-
0,35
0,35
-
1,6
0,16 0,22 -
-
-
-
0,35
0,35
-
0,45 0,35 -
-
-
-
-
-
-
(2024)
Titanyum
-
-
Çelik
-
12,0 1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
18-8 paslanmaz
çelik
-
12,0 1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Bakır
-
18,0 1,6
1,4
1,4
-
-
1,3
1,1
1,1
1,1
Çinko
-
-
1,4
1,3
1,3
-
-
1,2
1,1
1,1
1,1
Pirinç
-
-
1,4
1,3
1,3
1,2
1,2
1,2
1,1
1,1
1,1
Ham elmas
-
-
2,3
2,0
-
1,0
-
-
-
-
-
Kurşun
-
-
14,0 12,0 -
5,0
2,5
3,0
4,0
3,2
2,0
Uranyum
-
-
-
-
-
3,9
12,6
3,4
-
25,0 -
Kalınlık farkları bulunan parçaların filmlerinin çekilmesinde radyografik eşdeğerlik faktörlerine
göre hesaplanacak değerle kalınlık eşitlemesi yapılabilir. Bu amaçla genelde çinko kullanılır.
2.4.
FİLM ÇEKİMİ
2.4.1. Radyografik Filmlerin Çekilmesi:
Radyografik filmler: gümüş-bromür 40 gr/m²dir.
Bunların diğer bir özelliği defotografik yoğunluktur.
𝐷 = 𝑙𝑜𝑔
𝐼..0
𝐼
D = fotografik yoğunluk
57
Deney Föyü
Tablo 2.4.1.a. Film tipine göre hız kontrast ve tane büyüklüğü değişimi
Film Tipi
Hız
Kontrast (netlik)
Tane büyüklüğü
1
Düşük
Çok yüksek
Çok düşük
2
Orta
Netlik yüksek
Düşük
3
Yüksek
Orta
Yüksek
Tane büyüklükleri
kullanılan floresans
ekranın özelliklerine
bağlıdır.
4
Hız düşük ise görüntüyü oluşturmak daha uzun zaman alıyor demektir. 4’te bu süre daha
kısadır. Bir uzundur. Tane büyüklüğü kaba ise bunun tersidir.
Tüp gerilimleri yükseldikçe şiddet de fazladır. ASTM 94 standardına göre hazırlanmış film
seçme cetvellerinden kullanılan gerilime ve kalınlığa bağlı olmak üzere tavsiye edilen film
tüpleri belirlenir.
Şekil 2.4.1.a. Film yapısı
58
Deney Föyü
Tablo 2.4.1.b. Tabaka kalınlıkları
Tabaka
mm
Koruyucu tabaka
0,005
Duyarlı tabaka
0,014
Yapıştırıcı tabaka
0,002
Taşıyıcı tabaka
0,200
2.4.2. Ekranlar:
Şekil 2.4.2.a. Ekranların şiddetlendirme etkisi
Ekranlar Pb, Co, Au ve tuz ekran olmak üzere sınıflandırılabilir. Film bu iki ekran arasına
yerleştirilip bir kaset içine alınır ve böylece görüntüsü elde edilir. Ekranların görevi saçılarak
gelen ışınları tutmak, diğer bir görevi ise ışınlar bunlardan geçerken elektron söküp filmin daha
kısa sürede oluşumunu sağlamaktadır. Bu olay şiddetlendirme faktörü olarak belirlenip KV’ a
göre üstteki şekilde verilmiştir.
Filmde görüntünün oluşabilmesi için belli bir süre beklemek gerekir. Fazla beklenirse film fazla
kararır, az beklenirse görüntü oluşmaz. Dolayısıyla bu sürenin belirlenmesi gerekir.
Tüp voltajı ve radyoaktif izotop
Kalınlık 50
80
120
150
Mm
120
Kv
150
250
80
Ir
192
59
250
1
400
MeV
Co
60
2
MeV
Ra
Nev
Deney Föyü
Kv
KV
KV
KV
ÇELİK
A
3
3
2
1
-
-
-
-
-
-
-
B
4
3
2
2
-
1
-
-
-
-
-
C
-
4
3
2
2
2
1
-
1
2
-
D
-
-
-
3
2
2
1
2
1
2
1
E
-
-
-
4
3
4
2
2
2
3
1
F
-
-
-
-
-
4
3
3
2
3
2
G
-
-
-
-
-
-
-
-
3
-
2
ALÜMİNYUM
A
1
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
B
2
1
1
1
-
-
-
-
-
-
-
C
2
1
1
1
-
1
-
-
-
-
-
D
3
2
2
1
1
1
-
-
-
-
-
E
4
3
2
2
1
2
-
-
-
-
-
F
-
4
3
3
2
3
-
-
-
-
-
G
-
-
-
-
4
-
-
-
-
-
-
A
4
3
2
1
1
1
1
-
-
-
-
B
-
3
2
2
2
1
1
-
1
-
-
C
-
4
4
3
2
2
1
2
1
2
-
D
-
-
4
4
3
3
1
2
1
2
1
E
-
-
-
-
3
4
2
3
2
3
1
F
-
-
-
-
-
-
3
3
2
-
2
BRONZ
60
Deney Föyü
G
-
-
-
-
-
-
-
-
3
-
2
MAGNEZYUM
A
1
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
B
1
1
1
-
-
-
-
-
-
-
-
C
2
1
1
-
1
-
-
-
-
-
-
D
2
1
1
1
1
-
-
-
-
-
-
E
3
2
2
1
2
-
-
-
-
-
-
F
-
3
2
2
3
-
-
-
-
-
-
G
-
-
-
-
4
-
-
-
-
-
-
Şekil 2.4.2.a. ASTM E 94’e göre film çekim cetveli
A : 0 – 6 mm
B : 6 – 12 mm
C : 12- 25 mm
D : 25 – 50 mm
E : 50 – 100 mm
F : 100 – 200 mm
G : 200 üzeri
Bu süre poz diyagramları vasıtasıyla bulunur. Sürenin tespiti için bu diyagramda şu bilgilerin
verilmesi gerekir.
1. Voltu bulunmalı
2. Fotografik filmin yoğunlukları
3. Filmi alınacak parçaların kalınlığı
4. Ekran tipi ve kalınlığı
5. Ayrıca, film ile kaynak arasındaki uzaklık verilmelidir.
61
Deney Föyü
Şekil 2.4.2.b. X ışınları için poz diyagramları. Diyagramın altında ekran ile kaynak arası
uzaklık verilmektedir.
𝐼1. 𝑡1
𝐼2. 𝑡2
=
𝐿1²
𝐿2²
L: kaynak ile film uzaklığı
I : akım
t: poz süresi
Eğer uzaklık poz diyagramlarındaki uzaklıktan farklı ise poz diyagramından alınan değerler
göre eşitliğin sol tarafı hesaplanır ve diğer bir L2 mesafesi içinse buna uygun poz süresi
rahatlıkla bulunabilir.
Eşdeğerlik faktörleri dikkate alınmak suretiyle poz diyagramı verilmeyen malzemenin çelik
malzeme cinsinden eşdeğer kalınlığı bulunup, buradan üstteki diyagram kullanılabilir.
Şekil 2.4.2.c. γ ışınları için poz diyagramı
62
Deney Föyü
Şekil 2.4.2.d. Co60 için poz diyagramı
Bu diyagram tıpkı x ışını diyagramlarında olduğu gibi kalınlık – curi dak olmak üzere poz
müddeti, altında ise kaynakla film arasındaki uzaklık ve ekran tipini belirleyen poz diyagramları
mevcut olup, bu poz diyagramlarından curi-dak olarak poz müddeti belirlenebilir.
𝑎. 𝑡1
𝑎. 𝑡2
=
𝐿1²
𝐿2²
L1 : poz diyagramının altında verilen mesafe
a : kaynağın gücü ( γ kaynağının)
t : poz müddeti
Bu formül ile farklı bir uzaklık için hesaplama yapılarak değerler elde edilir. Saçılma olayı
görüntünün et bir şekilde elde edilmesine engel olur. Bu olayın önlenmesi gerekir.
Şekil 2.4.2.e. radyografik kaynakların bozunması
63
Deney Föyü
Şekil 2.4.2.f. x ve gama ışınları kullanılırken karşılaşılabilen üç tip radyasyon saçılmasının
şematik gösterilişi
Saçılma olayı x ışınlarında kendini daha çok hissettirirler. Çünkü bunlar çok dalga boylu
ışınlardır. Yani enerjiler de çeşitlidir (birinin kuvvetli, diğerinin zayıf olması). Zayi enerjiler en
çok saçılır. Bunun için enerjinin zayıf olanları bir filtre yardımıyla tutulur ve yalnızca kuvvetli
olanlar parçaya gönderilerek iç saçılma önlenebilir.
Film yüzeyinden yansıma ise kullanılan ekrandan kaynaklanır. Örneğin; Pb x ışınlarını çok
fazla yansıtır. Boşluklarda yansımaya neden olur. Bu boşluklar doldurularak yansıma
engellenebilir.
Kalınlık ayarlaması 3 şekilde yapılabilir:

Film

Çinko, Pb gibi malzemelerle eşdeğer kalınlık sağlamak

Işınlar bir filtreden geçirilir
Şekil 2.4.2.g. Kalınlık Eşitlemesi ve Diyafram
64
Deney Föyü
2.5.
GÖRÜNTÜ KALİTESİ GÖSTERGEÇLERİ
2.5.1. Telli Tip Panatrametre
Şekil 2.5.1.
Telli Tip Panatrametre
Tablo 2.5.1. Tel numaraları ve çapları
I .Ω . I
kademeleri
Tel numaraları ve çapları
1/7
1
2
3
4
5
6
7
3,2
2,5
2,0
1,6
1,25
1,0
0,80
6
7
8
9
10
11
12
1,0
0,80
0,63
0,50
0,40
0,32
0,25
10
11
12
13
14
15
16
0,40
0,32
0,25
0,20
0,16
0,125
0,100
6/12
10 / 16
2.5.2. Basamaklı tip panatrametre
Şekil 2.5.2.
Basamaklı tip panatrametre
65
Deney Föyü
Tablo 2.5.2.a. görülebilen en ince basamak kalınlığı / (parça kalınlığı)
I . Ω . I = 100 . görülebilen en ince basamak kalınlığı / (parça kalınlığı)
1)
0,125
0,16
0,20
0,25
0,32
0,40
2)
0,32
0,40
0,50
0,63
0,80
1,00
3)
0,80
1,00
1,25
1,60
2,00
2,5
4)
2,00
2,5
3,20
4,00
5,00
6,30
Değişik tip panatrametreden alınan I .Ω . I değerleri aynı değildir. Dolayısıyla panatrametre
tipinin bu değer verilirken belirtilmesi mutlak suretle zorunludur. Genel olarak; çatlak, ufak
kanalcık gibi daha çok çizgisel hatalarda telli panatrametre buna karşılık porozite cüruf kalıntısı
gibi büyük hacimli hatalarda basamaklı panatrametre kullanılması tavsiye edilir. Basamaklı
panatrametre tıpkı telli panatrametre gibi resmi çekilen parçayla aynı malzemeden olmalıdır.
Şekil 2.5.2
ASTM Tipi Panatrametre
66
Deney Föyü
Tablo 2.5.2.b. Kaliteye göre kalınlık ve delik çapı değerleri
Kalite
Parça kalınlığının %si olarak
panatrametrenin kalınlığı
Min. Tespit edilebilir delik
çapı
2 -1T
2
1T
2 -2T
2
2T
2 - 4T
2
4T
1 - 1T
1
1T
1 - 2T
1
2T
4 - 2T
4
2T
ÖRNEK:
2 -1T kalitesinde panatrametre kalınlığı %2 olacak ve biz 1T çapında deliği filmde görebiliriz.
2- 1T için 20 mm parçada panatrametre kalınlığı 0,4 mm olmalı
α=
100
𝑥
𝑇ℎ
.√2
α = eşdeğer panatrametre duyarlığı
X = radyografisi çekilen malzeme kalınlığı
T = panatrametre kalınlığı
h = deliğin çapı
Her malzeme için panatrametre hazırlamak zor olduğundan belli tiplerde panatrametreler
belirlenmiştir.
67
Deney Föyü
2.6.
FİLMİN DEĞERLENDİRİLMESİ
DIN 54109 ‘ a göre görüntü kaliteleri
Tablo 2.6.
Test parçası
kalınlığı (mm)
Yüksek duyarlık
Tel No
Normal duyarlık
Eşdeğer
duyarlık
Tel No
Eşdeğer Duyarlık
%
%
0–6
16
1,7
14
2,7
6–8
15
2,0 – 1,6
13
3,3 – 2,7
8 – 10
14
2,0 – 1,6
12
3,1 – 2,5
10 - 16
13
2,0 – 1,3
11
3,2 – 2,0
16 -25
12
1,6 – 1,0
10
2,5 – 1,6
25 -32
11
1,3 – 1,0
9
2,0 – 1,6
32 – 40
10
1,3 – 1,0
8
2,0 – 1,6
40 – 50
9
1,3 – 1,0
7
2,0 – 1,6
50 – 80
8
1,3 – 0,8
6
2,0 – 1,3
80 – 200
7
1,0 – 0,4
-
-
80 – 150
-
-
5
-
150 – 170
-
-
4
-
170 – 180
-
-
3
-
180 – 190
-
-
2
1,4 – 1,3
190 – 200
-
-
1
1,7 – 1,6
68
Deney Föyü
2.7.
KAYNAK RADYOGRAFİSİ
Tablo 2.7.
Kaynak radyografisi tanımlamaları
Simge
İsmi
Tanımı
Muhtemel sebepleri
Aa
Porozite
Gaz boşluğu
Rutubetli elektrod, yağlı veya boyalı kaynak ağzı, çok
yüksek akım, çok uzun ark ilerleyişi, hızlı yavaş ana
metalde laminasyon (katmer ) ayrışım
Ab
Gaz kabarcıkları
Gaz kanalları veya
uzun boşluklar
Islak elektrod örtüsünden ileri gelir. Kapiler,
kabarcıklar genellikle ana metaldeki hatalardan
Ba
Cüruf
Metal olmayan katı
faz
Bir önceki cüruf temizlenmemiş, Kaynaktan önce
civar pislikleri temizlenmemiş, akım çok düşük, ön
ısıtma gerekli
Bb
Cüruf hataları
Metal olmayan katı
kalıntılar ihtiva eden
uzun birikintiler
Ba ‘nın aynısı
C
Eksik kaynama
Kaynak metali ile ana
metalin
kaynamamasından
Elektrod kaynak ekseninden kaçmış, elektrod yanlış
açı ile tutulmuş, elektrod çapı çok büyüktür veya
akım yetersiz. Kaynak ağzı hazırlanışı hatalı
D
Yetersiz
nüfuziyet
Kökte kaynama
hatası, kökün kaynak
metali tarafından
dondurulması
C’nin aynısı
E
Çatlak
Yerel gerilme metal
mukavemetinin
üstüne çıkmıştır
Önleyici sebepler, çatlama eğilimini azaltmak için
bilhassa önleyici sebepler kalın kesitlerde ön ısıtma
ve gerilim giderilmesi işlemleri uygulanır. Çok rijit
parçaların kaynatıldığı veya kaynak dikişinin birleşen
parçaların boyutlarına nazaran çok küçük kaldığı
hallerde veya kaynak prosedürünün hatalı olduğu
hallerde çatlama eğilimi artar. Malzemeden ileri gelen
sebepler
F
Yanma oluğu
Levha yüzeyinde
kaynak kenarı
boyunca uzanan oyuk
Rutubetli elektrod, ark çok uzun, aşırı akım, elektrod
yanlış tutulmuş, elektrod kaynak kanununa nazaran
yanlış seçilmiş
69
Deney Föyü
Şekil 2.7.
2.8.
Önemli kaynak dikişi hataları
FLOROSKOPİ (RADYOSKOPİ)
Şekil 2.8.
Floroskobi cihazı
Cihazdan çıkan ışınlar diyaframdan geçirilerek floresan ekrana gönderilir. Böylece araya konan
parçaların görüntüsü ekrana yansıtılır.
Bu usülün diğerlerinden farklı yanları şunlardır:
İlk tesis masrafı çok pahalıdır. Oparatörün gözünün karanlığa tam olarak alıştırılması gerekir.
Oparatör emniyeti tam olarak sağlanmalıdır. Ufak süreksizlikler tam olarak bulunamaz veya
görülemez.
Faydaları:
Film işlemleri yoktur. Parçayı döndürmek suretiyle muhtelif yerlerinden görüntü alınabilir.
70
Deney Föyü
2.9.
YÖNTEM SEÇİMİ
3 radyografik metodun ağır ve hafif metallerdeki uygunluğu tabloda verilmiştir.
Muayene uygulamaları
Hafif metaller
Ağır metaller
X ışını
Floroskobi γ ışını
X ışını
Floroskobi γ ışını
Yüzey çatlakları (d)
F
F
F
F
U
F
İç çatlaklar
F
F
F
F
P
F
Boşluklar
G
G
G
G
F
G
Kalınlık farkları
F
F
F
F
U
F
Metalurjik değişkenler
F
P
F
F
U
F
Kalınlık farkları
G
U
G
G
U
G
Katmer
U
U
U
U
U
U
Boşluk
G
G
G
G
G
G
Dikişler
P
P
P
P
U
P
Kofluk
G
F
G
G
U
F
Çekme hataları
G
F
G
G
U
F
Kalıntı
F
F
F
F
F
F
Soğuk donma
G
F
G
G
F
G
Yüzey çatlakları
F
F
F
F
U
F
İçsel çekme
G
G
G
G
F
G
Boşluk gözenek
G
G
G
G
F
G
GENEL
LEVHA VE SAÇ
ÇUBUK VE BORU
DÖKÜM
71
Deney Föyü
Maça kayması
G
G
G
G
F
G
Katmer
P
P
P
P
U
U
Kalıntı
F
F
F
F
U
U
İçsel yarıklar
G
F
G
F
U
G
İçsel pullanmalar
P
U
U
P
U
U
Çatlak ve yırtılma
F
F
F
F
U
F
Çekm çatlakları
G
G
G
G
F
G
Curuf kalıntıları
G
F
G
G
F
G
Eksik kaynama
G
F
G
G
F
G
Gözenek
G
F
G
G
F
G
Nüfuziyet azlığı
G
F
G
G
F
G
Isıl işlem ve çatlakları
U
U
U
P
U
U
Taşlama çatlakları
U
U
U
U
U
U
Yorulma ve ısıl çatlakları
F
U
P
P
U
P
Gerilmeli korozyon
F
U
P
F
U
P
Kabarma
P
U
P
P
U
P
İncelme
F
P
F
F
P
F
Korozyon oyukları
F
P
P
G
P
P
DÖVME
KAYNAK
İŞLEM
KULLANIMDA
G: iyi, F: orta, P: zayıf, U: yetersiz
72
Deney Föyü
BÖLÜM 3: MAGNETİK PAÇACIKLA MUAYENE
3.1.
GİRİŞ
Bu yöntemde ferromanyetik malzemeler (Fe, Co, Ni ve alaşımları) elektrik akımından istifade
etmek suretiyle magnetlenir. Sonra manyetik tozlar tatbik edilmek suretiyle parçaların
içerisindeki hatalar nedeniyle manyetik geçirgenliğin değişken olduğu kısımda hatanın şekline
benzer şekilde toplanmak suretiyle yüzey ve yüzeyden en fazla 6 mm derinlikte olan hataları
belirgin hale getirir. Çok iyi bir düzenle 1:10.000 mm lik bir hata 1/10 mm kullanıldığında bir
şişkinlik yaratmak suretiyle bu hata saptanır.
𝐻=
𝐼
𝐴
( )
2𝜋𝑟 𝑐𝑚
H: Manyetik alan şiddeti
I: akımı
Sargı:
𝐻=
𝐼.𝑛
𝑙
I : akım
n: sarım sayısı
l: bobin boyu
Şekil 3.1.a.
Manyetik alan şiddetleri
73
Deney Föyü
Şekil 3.1.b.
Çevresel ve boyuna manyetik alan Şekil 3.1.c.
Hata ve manyetik alan yönü
Manyetik alanın yönü akım yönüne diktir. Eğer hatalar manyetik alan yönüne dik geliyor ise en
iyi bir şekilde algılanır. Buna karşın manyetik alan yönüne paralel hatalar iyi bir şekilde
algılanmaz.
Şekil 3.1.c. ye manyetik alana dik yönde olan E ve F hataları iyi bir şekilde buna karşın A ve B
hataları çok olumsuz şekilde belirlenebilir. E ve F hataları olumsuz, A ve B hataları ise iyi bir
şekilde algılanabilir.
Şekil 3.1.d. de de merkezi bir iletkenin merkezinde itibaren manyetik akı yoğunluğu ve
manyetik alan şiddetinin değişimi gösterilmiştir. a ve b ‘de doğu akım, c’ de ise alternatif akım,
d’ de ise doğru akım kullanılmıştır. a ve d’ de iletkenler ferromanyetik değildir. b’de ve c’de ise
iletkenler ferromanyetiktir. d şeklinde ferromanyetik malzemelerdir. Ferromanyetik olmayan
iletkenler için manyetik akı yoğunluğu iletkenin yüzeyinde B = H ‘dir.
Ancak ferromanyetik malzemelerde bu durum B = Hµ dır. İletkenin etrafında hava olduğundan
iletkenin yüzeye ulaştığında manyetik akı yoğunluğu B’ = H dir.
d şeklinde ferromanyetik malzemeye ulaşan manyetik alan şiddeti bu ferromanyetik
malzemenin geçirgenliğiyle çarpılırsa buradaki akı yoğunluğu elde edilir.
İletken merkezinde 2R uzaklığında manyetik alan şiddeti H/2 – 3R’ de H/3 tür.
Merkezi bir iletken durumunda H manyetik alan şiddeti 25 – 50 (A /cm) olması tavsiye edilir.
25’in altındaki değerlerde iyi netice alınmayıp 50 ‘nin üzerindeki değerlerde ise neticede etkisi
çok az olmaktadır.
Bu nedenlerle bu değere uygun manyetik alan şiddeti seçilmelidir. Manyetik alan şiddetini akım
değeri ve uzaklık etkileyeceğinden öncelikle uzaklık seçilip bu uzaklıkta sözü edilen manyetik
alan şiddetini oluşturmak için gerekli akım değeri hesaplanır.
74
Deney Föyü
Şekil 3.1.d.
Merkezi bir iletkenle magnetleme
75
Deney Föyü
3.2.
BOBİN İLE MUAYENE
Bobinler ile manyetik alan oluşturulması:
N: bobin sarım sayısı
I: bobin içinden geçen akım
L: parça boyu
D: parça çapı
NI: 45000 . L/D (1)
NI: 43000 r/µef (2)
µef: (3)
µ : efektif geçirgenlik
r : bobin yarıçapı (inç)
1,2 ve 3 bolu formüller bobin ile magnetlenmeyi yapmamızı mümkün kılacak temel
formüllerdir. Buna göre belirli bir bobin boyunda parçanın çap ve boyutu da dikkate alınarak 1
nolu formülden NI değeri hesap edilir. 3 nolu formülden ise efektif geçirgenlik değeri saptanır
ve 2 nolu formülden bobin yarıçapı bulunur.
Görülmektedir ki bobin akımı ya da sarım sayısı değiştirilerek muayene için gerekli manyetik
alan sağlanmış olur.
3.3.
MIKNATIS KUTUPLARI ARASINA ALARAK MAGNETLEME
Deney parçasının manyetik alan içerisine konarak magnetlenmesinde en kolay yöntem sürekli
mıknatısların kutupları arasına deney parçasının konarak incelenmesidir. Ancak bu tür
mıknatısların alan şiddetleri büyüklükleri ile orantılı olduğundan ve bu alan şiddetleri
endüstriyel gereksinimleri karşılayamadığından kullanımı çok sınırlıdır. Sürekli mıknatıs ile
elde edilemeyen yeterli alan şiddeti elektromıknatısla elde edilebilir. Elektromıknatısla
manyetik alan oluşturmada kullanılan düzeneklerden biri de çerçeve ile mıknatıslama olup
şekilde gösterilmiştir. çerçevenin üstün tarafı parça çeşitli konumlarda çerçeve arasına konarak,
var olan hataların manyetik alana dik gelmesi sağlanarak bulunabilecek tüm hataların
algılanmasıdır.
76
Deney Föyü
Şekil 3.3.
Çerçeve ile manyetik alan oluşturup kaynak dikişinin muayenesi
Buna göre şekil’deki konumda kaynak dikişinde veya ısı etki bölgesinde manyetik alana dik
yöndeki (eksenel) hatalar algılanacaktır. Enine hataların algılanması ise çerçeveyi dikiş boyunca
koymakla mümkün olacaktır.
3.4.
PRODLAR İLE BÖLGESEL MAGNETLEME
Denenecek parça çok kalın ve geometrisi karmaşıksa, ayrıca kütlesi de büyükse malzemenin
tümünü magnetlemek çok zordur. Bunun için temas elektrotları olan prodlarla kontrol edilecek
bölgeler magnetlenip deney yapılabilir.
Şekil 3.4.a.
magnetleme
Tek sabit açıklı prod (a) ve çift ayarlanabilir açıklıklı prodla (b) bölgesel
Bu yöntemde doğru akım, alternatif akım veya yarı doğrultulmuş akım kullanılabilir. Yöntemin
üstünlüğü prodlarla alanın yönü değiştirilerek enine ve boyuna hataların algılanabilmesidir.
77
Deney Föyü
ASTM E 109 prod açıklıkları ile kullanılacak akım şiddetlerinin parça kalınlığına bağlı olarak
belirtmiştir. Standarta göre 51 mm’den küçük prod açıklıkları için yöntem yetersiz kalacağından
diğer yöntemler seçilmelidir. Prod açıklıkları ve akım şiddetleri parça kesitine göre aşağıdaki
gibidir.
Tablo 3.4.
Prod açıklıkları ve kesit kalınlığı arasındaki ilişki
Prod açıklıkları (mm)
Kesit kalınlığı S (mm)
S < 19 mm için (A)
S > 19 mm için (A)
51 -102
200 – 300
300 – 400
102 – 152
300 – 400
400 – 600
152 – 203
400 – 600
600 – 800
Doğru ya da alternatif akım kullanımının birbirlerine göre karşılaştırılması yapıldığında, doğru
akım aynı akım şiddetinde daha derindeki hataların algılanmasında daha etkin olduğu
görülmektedir. Buna karşın alternatif akımla daha yüzeydeki hatalar algılanmaktadır. Ancak
yapılan deneyler alternatif akım kullanıldığında manyetik parçacıkların yüzey etkisi nedeniyle
daha hareketli olduğunu göstermiştir. Şekilde örnek olarak %0,4 C’lu çelik içi muayenede
kullanılabilecek doğru ya da alternatif akım seçilmesi durumunda yüzeyden hangi derinliğe
kadar hatların algılanabileceği görülmektedir.
Şekil 3.4.b. 0,4 C’lu çelikte yüzeyden içeride bulunan hataların akım tipine göre
algılanabilirlik sınırları
78
Deney Föyü
MAGNETİK PARÇACIKLARLA MUAYENE YÖNTEMLERİ
3.5.
Parçacık boyutunun mikrometre değerinde olduğu bu tahribatsız malzeme muayenesi
yönteminde kuru ve ıslak yöntem olmak üzere uygulanış açısından iki yöntem vardır.
a) Kuru yöntem: Manyetik tozların hava ile birlikte bulut şeklinde deney parçasına
püskürtüldüğü yöntemdir. Çalışma ortamında hava akımının çok iyi olması gerekir. Zira
hava akımı olmadan tozlar aniden çökelir, hatalı ve kalitesiz görüntü oluşur. Bu etkiyi
önlemek amacıyla düşey konumda çalışmak tercih edilir. Kuru yöntemle 300 °C
sıcaklığa kadar çalışmak mümkündür. Eğer iş parçasında nem vs. Varsa tozlar burada
topaklaşacağından hatalı algılamalara neden olabilir. Sonuç olarak, sıcak çalışma
koşullarının dışında kuru yöntem genelde tercih edilmeyen bir yöntem olarak bilinir.
b) Islak yöntem: Manyetik tozların taşıyıcı bir sıvıyla uygulandığı yöntemdir. 60 °C
sıcaklığa kadar çalışılabilir. Bu sıcaklığın üzerinde buharlaşma olduğundan çalışma
sıcaklığı sınırlaması vardır. Islak yöntemle daha küçük süreksizlikler örneğin yüzeyden
0,02 mm derinlikteki yorulma ve taşlama çatlakları algılanabilir. Tozlar ıslak olduğunda
çok daha fazla hareket yeteneği kazandıklarından pürüzlülüğü fazla olan yüzeylerde
başarı ile uygulanırlar. Taşıyıcı sıvılar su ve düşük viskoziteli parlama noktası yüksek
petrol türevi maddelerdir. Suyun sakıncalı yönü korozif etkili olması ve korozyon
geciktirici inhibitör, topaklaşmayı önleyici dispersiyon maddeleri, 0 °C nin altında
çalışıldığı durumda antifriz gereksinimlerindendir.
3.6.
MAGNETİK TOZLAR
Herşeyden önce manyetik parçacıkların kalıcı manyetik özellikte olması, birden fazla deneyde
kullanılabilmesi açısından gereklidir. Kuru yöntemde daha iri parçacıklar, yaş yöntemde ise
daha küçük parçacıklar kullanılır.
Küçük bir çatlağın ağzında yığılan tozların oluşturacağı görüntünün kolay seçilebilmesi için
renkli tozlar tercih edilir. Flouresan olmayan renkler kuru yöntemde kırmızı, siyah ve yeşil,
ıslak yöntemde ise kırmızı ve siyahtır. Çok düzgün yüzeylerde hassas ve küçük hataların
algılanmasında floresan boyalı tozlar kullanılır. Bu tozlar pahalı olup, muayene içinde karanlık
oda ve ultraviyole ışık gerekir. Genellikle floresan renkler sarı ve yeşildir.
Sıvı yöntemde manyetik tozlar taşıyıcı sıvı içinde belirli bir konsantrasyonda bulunması
gereklidir. Zira konsantrasyon az olursa fon artar, kontrast azalır. Konsantrasyon az olursa
küçük süreksizlikler çok zayıf görüntü verir. Ayrıca sıvı banyosunda topaklaşma deney
kayıpları nedeniyle konsantrasyon azalması olduğundan banyo belirli aralıklarda kontrol
edilmelidir.
Manyetik muayene işlemi bittikten sonra çoğu kez parçaların manyetiklerinin giderilmesi
gereklidir. Bu amaçla manyetikliği giderme (demagnetizasyon) tünellerinden yararlanılır.
Tünelde akım yavaş yavaş azaltılarak manyetiklik giderilir.
79
Deney Föyü
3.7.
REFERANS FOTOĞRAFLAR
Demir esaslı döküm malzemeler için ASTM E 125-63 manyetik parçacıklarla muayenede
referans fotoğraflar kullanımını öngörmüştür. Tabloda da görüleceği gibi döküm ve diğer imalat
yöntemleri için hatalar bulunmuş ve beş gruba (tür ve etkinliğine göre) ayrılmış, er grup için
referans fotoğraflar ilgili standartta numaraları ile birlikte verilmiştir. Deney sırasında
gözlemlenen hatalar referans fotoğraflar karşılaştırılarak hata türü belirlenip değerlendirme
yapılır.
Tablo 3.7.
Referans fotoğraflara göre hata türlerinin belirlenmesi
Hata türü
Derecesi
Resim no
Tanımı
Lineer süreksizlik ve
çatlaklık
1
1 1a, 1b, 1c
2
1 2a, 2b, 2c
3
1 3a, 3b,3c
4
1 4a, 4b, 4c
Sürekli ya da süreksiz tek ya da
birden fazla kesit boyunca
değişen düzensizlikler.
Genellikle dökümde yüzeyden
başlayıp içeri doğru giden
hatalardır.
5
1 5a, 5b, 5c
Kendini çekmeler
1–5
2-1, 2-2, 2-3,
2-4, 2,5
Pürüzlü veya düzensiz bölgeler
olarak görünürler. Bu hatalar
mekanik veya diğer işleme
yöntemleri ile yüzeyden
temizlenebilir.
III.
Kalıntılar
1
3-1, 3-2, 3-3,
3-4, 3-5
Doku içerlerinde düzensiz
boyuna ve ayrı bölgeler
şeklinde bulunurlar. Bu tür
hatalar kalıp kumu, cüruf, oksit
kalıntıları nedeni ile metal
yüzeyinde bulunur.
IV.
İç çiller ve tam
erimeme
1-5
4-1, 4-2, 4-3,
4-4, 4-5
Dökümde metal ile kalıp
arasındaki eksik füzyon nedeni
ile yüzeyde oluşan düzgün bant
ve çizgiler
Porozite
2 örnek
5-1, 5-2
Manyetik tozların çevresel ve
boyuna kümelenmeleri şeklinde
Tip
I.
II.
V.
80
Deney Föyü
görülür. Gelişigüzel
dağılmışlardır.
VI.
Kaynak
5 örnek
6-1, 6-2, 6-3,
6-4, 6-5
5 örnek
7-1, 7-2, 7-3,
Kaynakta porozite
Nüfuziyet azlığı
Yanma oluğu
Kaynakta kalıntı
Krater çalakları
VII.
Hatalı gösterimler
Prod paternleri
7-4, 7-5,
Yüzeyde toz
birikintileri
Kılcallık nedeni ile
parçacık birikintileri
İşleme izleri
Buruşukluk
VIII.
Manyetik
anormallikler
5 örnek
8-1, 8-2, 8-3,
8-4, 8-5
Yüksek manyetik
alan
Birleşme yerindeki
farklı geçirgenlik
Keskin köşelerde
tozların birikmesi
81
Eksik kaynama ve nüfuziyet
azlığı nedeniyle dikişte sürekli
hatalar. Diğer porozite, kalıntı
ve lineer süreksizlikler
yukarıda tanımlandığı gibidir.
Deney Föyü
YÖNTEMİN ÜSTÜNLÜK VE SINIRLAMALARI
3.8.
Üstünlükler:
a) Ucuz, kolay ve fazla tesis masrafı gerektirmeyen bir tahribatsız malzeme muayenesi
yöntemidir.
b) Kaba yüzey temizliği deney için yeterlidir.
c) Yabancı maddelerle dolmuş çatlaklar da algılanabilir.
Sınırlamaları:
a) Demir, nikel, kobalt ve alaşımları gibi ferromanyetik malzemelere uygulanabilir.
b) Demir esaslı olduğu halde östenitik paslanamaz çeliklere, endüstride yaygın olarak
kullanılan demir dışı metallerden alüminyum, bakır ve titanyum alaşımlarına
uygulanamaz.
c) Temas noktalarında ıslanma ve ark malzeme özelliklerinin bozulmasına neden olabilir.
d) Muayeneden sonra koşullar gereği demagnetizasyona gerek duyulabilir.
e) Boya ve diğer kaplamalar yöntemin duyarlılığını azaltır.
Şekil 3.8.
Örnek resimler
82
Deney Föyü
BÖLÜM 4:
4.1.
GİRDAP AKIMLARI İLE MUAYENE
GİRİŞ
Malzeme bilimindeki gelişmeler üretim teknolojisinde, özellikle kalite kontrol konusunda gözle
görünür bir değişikliğe neden olmuştur. Geniş bir uygulama alanı bulan tahribatsız muayeneler
artık üretimin bir parçası konumuna gelmiştir. Tahribatsız muayenelerin bir çeşidi olan “girdap
akımlarıyla muayene” yöntemi de kalite kontrolün vazgeçilmez bir türü olmuştur.
4.2.
YÖNTEMİN TARİHÇESİ
Girdap akımlarıyla muayene yöntemi, özellikle elektromanyetik alanın bulunması ve
elektromanyetik endüksiyonun 1831 yılında Faraday tarafından keşfedilmesi ile ortaya
çıkmıştır. 1879 yılında Hughes, yöntemin temel esaslarını ortaya koymuştur. Bir süre bu konu
hakkında çalışma yapılmamış, 1940 – 1950 yılları arasında Förster yöntemi endüstriyel bir
muayene durumuna dönüştürmüştür.
4.3.
YÖNTEMİN TEMEL PRENSİBİ
Üzerinden alternatif akım geçen bir bobin iletken, bir malzemeye yaklaştırılırsa bu malzeme
içinde girdap akımları oluşur. Oluşan ilave manyetik alanın ya onu uyaran bobin, ya da ayrı bir
bobin tarafından ölçülmesi bu yöntemin temel prensibi olarak düşünülebilir.
Malzeme içindeki var olan kusurlar, geometrik ve metalürjik değişmeler elektriksel iletkenlik ve
geçirgenlikte, dolayısıyla endüklenen girdap akımlarında yerel değişmelere neden olur. Girdap
akımlarındaki bu değişmeler detektör yardımıyla uygun bir okuma cihazına (osilograf veya
voltmetre) gönderilir. Böylece malzemenin elektriksel, manyetik ve geometrik süreksizlikleri
endirekt olarak ölçülmüş olmaktadır. Şekilde girdap akımlarının oluşturulması görülmektedir.
Şekil 4.3.a.
Girdap akımlarının boru ve düzlem yüzeylerde oluşturulması
83
Deney Föyü
Girdap akımlarıyla muayene ilk zamanlar borulara uygulanmıştır. Boru yüzeylerindeki, iç
kısımlardaki veya kaynak çatlaklarının belirlenmesi sağlanmıştır. Fakat gelişmeler sayesinde
parçalara uygulanabilmektedir.
Girdap akımlarının muayene parçasındaki herhangi bir hata karşısındaki durumu ise şöyle
belirtilebilir: örneğin parçada bir çatlak var olsun. Çatlağın etrafında dolaşan akım, süreksizlik
nedeniyle kat edeceği yol artacak ve dolayısıyla girdap akımlarının karşılaşacağı direnç de
artacaktır. Sağlam kesitteki akım değerini bildiğimize göre malzeme süreksiz olduğu kesitte (
çatlakta) iletkenliğin değiştiği görülür. ( Şekil 4.3.b.)
Şekil 4.3.b.
Bir borudaki çatlağın girdap akımlarına gösterdiği tepkiler
Girdap akımlarıyla muayene çok kapsamlı bir yöntemdir. Bu yöntemdeki ölçümlerle malzeme
hakkında bir karara varabilme durumu özellikle malzemenin özelliklerine bağlıdır. Yani
malzemenin elektrik iletkenliği ve manyetikleme özelliklerine etki eden faktörler deney veya
muayene sonuçlarını da etkiler. Bu nedenle bir malzemenin elektrik iletkenliği ve
manyetiklenme özelliklerine etki eden faktörlerin bilinmesi uygun olur. Bu faktörler:
a) Kimyasal yapı
b) Alaşım yapısı
c) Kalıntılar
d) Kristal yapısı
e) Sertlik
f) Metalürjik dislokasyon ve distorsiyon
g) Kafes hataları
84
Deney Föyü
4.4.
GİRDAP AKIMLARI İLE MUAYENE YÖNTEMİNDE İŞLEM DEĞİŞKENLERİ
Bu bölümde belirtilecek faktörler yöntemin kendisinden kaynaklanan özellikleridir. Muayene
yöntemindeki bu değişkenleri teker teker inceleyelim:
4.4.1. Malzemenin iletkenliği:
Yöntem için oldukça önemli bir faktördür. Çünkü bu yöntem iletken malzemelere
uygulanmaktadır. Malzemenin iletkenliği bilindiği gibi birçok faktörden etkilenir. Şekilde
sertliğe bağlı olarak bir malzemedeki (alüminyum) elektrik iletkenliğinin değişimi
görülmektedir.
Şekil 4.4.1
Alüminyum alaşımının sertlik değerine göre iletkenliğinin değişmesi
4.4.2. Malzemenin Manyetik Geçirgenliği:
Bu özellik manyetik akım çizgilerini üzerinde toplayabilme özelliğidir. Endükleyicilerde ve
bobinlerde, bobinin iç kısmı boş bırakılmaz. Bunun amacı; manyetik alan şiddetini arttırarak
endüksiyonu arttırmaktır. Ferromanyetik malzemelerde elektrik iletkenliğine dayanan ölçümler
yapılmak istenirse ilave bir doğru akım bobini ile deney parçası doyum derecesine kadar
manyetikleştirilir. Şekilde, tavlanmış, ticari arı demir ve nikel malzemelerin manyetiklenme
grafikleri verilmiştir.
Şekil 4.4.2.
Tavlanmış, ticari arı demir ve nikel malzemenin manyetiklenme değişimi
85
Deney Föyü
Tablo 4.4.2. IACS’ye göre çeşitli malzemelerin iletkenlik değerleri
Malzeme
İletkenlik değeri (%)
Alüminyum
65
Alüminyum döküm
10-45
Alüminyum bronzu
14
Berilyum bakır
20
Krom
9
Kolombiyum
3,4
Konstantan
3,5
Bakır
100
Altın
75
Kurşunlu kırmızı pirinç (dökme)
15-18
Kurşunlu kalay bronzu (dökme)
12
Kurşunlu sarı pirinç
29
Kurşunlu sarı pirinç (dökme)
18-25
Magnezyum
39
Magnezyum bronzu
24
Magnezyum bronzu (dökme)
12-18
Molibden
33
Nikel gümüşü
4-6
Fosfor bronzu
11-18
Platin
17
Tantal
3,5
Gümüş
105
86
Deney Föyü
Kalay
15
Kalay-kurşun lehimi
9-12
Titanyum
2,4
Tungsten
32
Uranyum
2,8
Beyaz metal
11
Çinko
29
4.4.3. Frekans Değeri:
Her malzeme türüne ve parça şekline göre farklılık gösteren frekans değeri genel olarak 100
Khz ile 6 Mhz arasında bir değerdir. Frekans değeri yükseldikçe nüfuziyet derinliği de
azalmaktadır. Bununla birlikte deneyin hassasiyeti artar. Kural olarak ince malzemelerde ve
yüzeylerde yüksek frekans, kalın malzemelerde ve büyük derinliklerde düşük frekans kullanılır.
Ayrıca manyetik malzemelerde düşük frekans, manyetik olmayan malzemelerde ise yüksek
frekans kullanılır.
Şekil 4.4.3.a. Çeşitli malzemelerde nüfuziyet derinliğinin frekansa göre değişimi
87
Deney Föyü
Şekil 4.4.3.b. Nüfuziyet derinliğine bağlı olarak girdap akım yüzde değişimi
Muayene edilecek malzemede frekansın seçimi derinliğe göre standart olarak tanımlanmıştır.
Bu derinlik, yüzeydeki akım şiddetinin %37 değerine düştüğündeki derinlik değeri olarak tespit
edilir.
𝑠 = 1980√
𝜌
µ. 𝑓
S: standart derinlik (inch)
ρ: elektriksel direnç Ω(cm)
µ: manyetik geçirgenlik
f: frekans (Hz)
4.4.4. Aralık Faktörü:
Girdap akımlarıyla muayenede prob ile deney parçası arasındaki aralık son derece önemlidir.
Girdap akımlarının uyarılması bu aralık değerine bağlıdır. Çok küçük aralık değişmesi, çok
farklı akımlara neden olur. Aralık etkisi önemli güçlüklere de neden olur. Karışık geometrik
şekle sahip büyük yüzeylerin muayenesi çok güçtür ve özel problara gereksinim gösterir.
88
Deney Föyü
Girdap akımlarının bu aralık faktörüne sahip olması, bize manyetik malzemelerin
yüzeylerindeki manyetik olmayan kaplamaların kalınlıklarının ölçülmesine olanak sağlar (
örneğin boya ve anodik kaplamaların ölçülmesi). Ayrıca aralık faktörü korozyona uğramış
yüzeylerdeki pürüzlülük nedeniyle korozyon ki özellikle korozyonun ölçülmesine olanak sağlar.
4.4.5. Doldurma Faktörü:
Girdap akımları ile muayenede deney parçası ya girdap akım bobininin içinde olur ya da
bobinin dışında olur. Eğer parça içte ise bobinin doldurulması söz konusudur. Burada önemli
olan doldurmanın derecesidir. Çünkü doldurma derecesi arttıkça üretilen girdap akımım değeri
de artar. Bu da bize silindirik parçaların çap kontrolünün hassas olarak yapılmasını sağlar.
GİRDAP AKIMLARININ KULLANIM ALANLARI
4.5.
Bunlar genel olarak şu şekilde sıralanabilir:
a) Fiziksel boyutlar, sertlik, ısıl işlem şartları, tane boyutu, manyetik geçirgenlik,
elektriksel iletkenlik gibi şartların ve özelliklerinin belirlenmesi ve ölçülmesi
b) Kaynak dikişlerindeki çatlakların, boşlukların belirlenmesi; döküm parçalarında cüruf ve
kalıntıların belirlenmesi
c) Farklı malzemelerin mikro yapı ve kimyasal bileşenleri yönünde incelenmesi
d) Manyetik malzemeler üzerindeki manyetik olmayan kaplamaların kalınlık ölçülmesi
YÖNTEMİN ÜSTÜNLÜK VE EKSİKLİKLERİ
4.6.
Yöntemin Avantajları:
1. Metod esas itibariyle metalürjik yapı farklılıkları ve malzeme hataları nedeniyle
iletkenlik ve geçirgenlik değerinin değişmesini ölçer. Özet olarak bunlar;
a) Yüzeysel veya yüzeye yakın iç hataların (çatlak, boşluk vs.) deteksiyonu. Çatlak
derinliğinin tayini
b) İnce levha malzemelerin veya ince cidarların kalınlıklarının ölçülmesi,
c) Kaplama, film ve boya kalınlıklarının ölçülmesi
d) Malzeme cinsinin tayini (alaşım tayini, homojenlik tayini vs.)
e) Sertlik derecesinin ve derinliğinin ölçülmesi. Isıl işlemlerinin, dekarbürizasyonun
ve plastik şekil verme işlemlerinin takibi.
f) İletkenlik, manyetik geçirgenlik, curie noktası gibi fiziksel özelliklerin tayini
g) Hafif alaşımlarda (uçak parçalarında) yangın veya ısıl hasarların tayini
89
Deney Föyü
h) Manyetik alan doğrultusu ve şiddetinin ölçülmesi. Malzemeler üzerindeki artık
manyetikliğin tayini.
2. Metod iletkenlik ve geçirgenlikteki değişmeler hassas olduğundan, yüzeydeki veya
çatlaklardaki metal olmayan pisliklere hassas değildir.
3. Muayene sistemi, elektromanyetik endüksiyonla çalışır. Bunun için deney parçası ile
temas ve bağlantıya gerek yoktur.
4. Fevkalade yüksek sıcaklıklarda (1000 °C ye kadar) muayene yapılabilir.
5. Sistemin uyarma frekansı yükseltilerek muayene süresi 0,001 sn’ye kadar kısaltılabilir.
6. Muayene edilen parça kuru kalmalıdır. Dolayısıyla parça üzerindeki çeşitli muayeneler
(hata, karışım ayırma, boyut, uzunluk, cidar kalınlığı gibi) birlikte yapılabilir.
7. Yöntem otomatikleştirmeye odlukça müsaittir.
8. Çok değişik çaplardaki malzemelere kolayca uygulanır. Örneğin; 25 mm ile 1 m çapa
kadar borularda bu yöntem kullanılabilir. Küçük problar sayesinde 3 mm çapında
borular içten muayene edilir. Zaten küçük çaplı borularda girdap akımları ile muayene
yöntemi rakipsizdir.
Yöntemin Dezavantajları:
1. İletken olmayan malzemelere uygulanmaz. Ancak bunun bir istisnası vardır; iletken bir
malzeme üzerindeki iletken olmayan bir kaplama kalınlığının ölçülebilmesidir.
2. Metalsel kaplama kalınlıkları, temel metal ile kaplamanın iletkenlikleri arasında yeterli
bir fark olduğu takdirde ölçülebilir.
3. İletkenlik ve geçirgenlik değerlerindeki lokal değişimler yöntemin hassasiyetini bozar.
4. Yüzey altı hataları derinleştikçe ölçüm zorlaşır. Bu değer 10 mm’yi geçtiğinde ancak
özel problar kullanmak suretiyle inceleme yapılabilir.
5. Silindirik çubuklarda eksene dikey ince düzlemsel süreksizliklerin incelenmesi güçtür.
6. Yöntem üzerinde parçaların geometrik durumları etkili bir rol oynar.
BÖLÜM 5: PENETRASYON MUAYENESİ
5.1.
YÖNTEMİN TEMEL İLKELERİ
Önceleri ısıtılmış yağ ve talk kullanılarak sadece fikir elde etmek amacıyla uygulanan sıvı
penetrasyon yöntemi, gelişen teknoloji ile birlikte bilimsel esaslara dayandırılarak tahribatsız
muayeneler içinde bugünkü yerinin almıştır.
90
Deney Föyü
Yöntemin fiziksel ilkesi, cisim üzerine serbest olarak bırakılan bir sıvı damlası ile cisim yüzeyi
arasındaki kohezyon kuvveti nedeniyle oluşan yüzey gerilimi ile açıklanır. Şekilden de
görüleceği gibi θ açısı 90 ° den küçük olduğunda sıvı yüzeyi iyi ıslatılacaktır.
Şekil 5.1.a.
Sıvı damlasının yüzeyi ıslatabilirliği
Bu özellikten yararlanarak şekilde görülen yüzey süreksizliği içeren cismin üzerine ıslatma
özelliği yi olan bir sıvı sürüldüğünde, hatalı yerde sıvı kılcallık özelliğinden dolayı birikecek, bu
sıvıyı belirgin hale getiren geliştiriciler ile de (developer) yüzey süreksizlikleri izlenebilecektir.
Temel ilkelere göre sıvı penetrasyon muayenesi rijit ve gözeneksiz cisimlerin yüzeylerinde
gözle görünmeyen çatlak ve hataların saptanmasında kullanılan tahribatsız malzeme muayenesi
yöntemi olarak tanımlanır.
Şekil 5.1.b.
5.2.
Yüzey hatalarına penetrasyon sıvısının girmesi ve developer ile gözlenmesi
YÖNTEMİN GELİŞMESİ
Sıvı penetrant muayenesinin esas kaynağının nasıl bulunduğu bilinmeyip, açık havada
depolanmış çelik levhaların üzerindeki çatlaklardan sızan suyun oluşturduğu oksitlenmeyi
gözleme bu metodun gelişmesine yardımcı olmuştur. Şimdiki metodun gelişimini sağlamada ilk
adım floresans penetrantın mucidi olan R.C. Switzer’dir. Başlangıçta kullanılan değişik
ameliyelerin her birinde test yapılan parçaların satıhlarında sonradan zararlı durumlar
oluşmuştur. Sonunda keşfedilen sıvı penetrant işlemi en zararsız olması sebebiyle de en çok
kullanılan muayene olmuştur.
91
Deney Föyü
5.3.
İŞLEMİN İZAHI
Tatbik edilen işlemin şekli ile kullanılan penetrantın tipi ne olursa olsun sıvı penetrant
muayenesi beş sırayı gerektirir.
1. Yüzeyin hazırlanması: Muayene yapılmadan önce muayenesi yapılacak parçanın bütün
yüzeyleri temizlenip tamamen kurulanacaktır. Muayenesi yapılacak sahanın en azından
2,54 cm ötesindeki sahada dahil olmak üzere çatlakların, aralıkların meydana çıkması
için yağdan, sudan ve diğer kirlerden temizlenmiş olmalıdır.
2. Penetrasyon: Parça temizlendikten sonra sıvı penerant satıha bir film tabakası teşkil
edecek şekilde tatbik edilir. Bu tabaka yüzeydeki her bir açığa, çatlağa nüfuz edecek
zaman kalmalıdır.
3. Fazla penetrantın alınması: Daha sonra yüzeydeki penetrantın fazla alınarak, yüzey
kullanılan penetrantın cinsine göre suyla veya bir eritici ile temizlenir.
4. Developman işlemi: Daha sonra yüzeye tatbik edilen developman işlemi ile aralara
sızmış olan penetrantın etrafa yayılarak yüzeydeki çatlak ve oyukların görünmesi
sağlanır.
5. Muayene: yeterli developman tatbikinden sonra yüzeydeki boşluklardan, başka
penetrantın gelip gelmediğine bakılır. Gözle yapılan muayenede iyi bir beyaz ışık
lüzumludur. Floresans ışık kullanıldığında yerin karanlık olması gerekir.
Şekil 5.3.
Su ile yıkanabilir sistemi kullanarak sıvı penetrant muayene için beş lüzumlu
operasyon. Operasyonlar diğer sıvı sistemler için benzerdir.
5.4.
PENETRANT SİSTEMLERİ
Sıvı penetrant muayene için uygulamalar arasında geniş farklar sebebiyle üç ana penetrant
sistemi geliştirmek için aşağıdaki ana faktörlerdeki geniş değişiklikleri birbirine uygun hale
getirmek gerekir.
92
Deney Föyü
1. Muayene edilecek malzemenin yüzey durumu
2. Muayene edilecek malzeme yaygın kusurların karakteristikleri
3. Muayene zamanı ve yeri
4. İş parçası ölçüsü
Değişik maksat ve yerlerde kullanılan üç ana sistem mevcut olup bunlar;
a) Su ile yıkanabilir sistem
b) Emülsiyonlayıcı sistem
c) Solvent ile çıkarılabilir sistem
a) Su ile yıkanabilir sistem: bu sistemde tatbik edilen penetrantın fazlası direkt olarak
suyla yıkanabilir. Emülsiyonlaştırıcı sistemde olduğu gibi ayrı bir emülsiyon kullanmaya
lüzum yoktur. Parçalara çubuk ve tesirli olarak tatbik edilir. Yalnız; yıkama anında
penetrantın çok fazlasının alınmasını önlemek için kontrollü ve dikkatli yapılmalıdır.
Fazla penetrantın alınması yani yıkanması tatbik edilen penetrantın tipine, yüzey
durumuna, suyun tazyikine, hararetine ve püskürtme memelerinin ebadına bağlı olarak
değişir. (Şekil 5.3.)
b) Emülsiyonlaşabilir sistem: bazı malzemelerin çok küçük kusurlarını bulmada
kullanılan çok hassas penetrantların yıkanmasında su kullanılmaz. Çünkü bu durumda
çatlaklardaki penetrantın fazlası akıp gidebilir. Bu sebepten tatbik edilen penetrantın
nüfuz etme (penetrasyon) zamanından sonra üzerine emülsiyonlaştırıcı tatbik edilerek
penetrant suda eriyebilir hale getirilir. Böylelikle fazla penetrant suyla yıkanarak alınmış
olur. Parçaların hem yüzeyindeki, hem de çatlaklardaki penetrantın erir hale gelmesi için
emülsiyonlaşma zamanı çok iyi kontrol edilmelidir. Bu sistemde zaman, maliyet ve
kullanılan tesisatın yer kaplaması bakımından suyla olana nazaran dezavantajlıdır. (Şekil
5.4.)
c) Solvent ile çıkarılabilir sistem: bu eritici sistem bir parçanın muayene istasyonunun
dışında küçük bir sahayı muayene etmek gerektiğinde kullanılır. Böyle durumlarda
uygundur. Bu solventler hem temizlik öncesinde hem de fazla penetrantın alınmasında
kullanılır. Solventler de emülsiyonlaştırıcılar gibi yağ esaslıdırlar. Ya da parçanın yüzeyi
suda olduğu gibi solventle yıkanır. Bu sistem ayrıca laboratuar gerektirmediği için daha
ziyade özel maksatlar için kullanılır.
93
Deney Föyü
Şekil 5.4.
5.5.
Emilsiyonlaşabilen sistem
SIVI PENETRANT MADDELER
Sıvı penetrant maddeler floresanslı ve görülebilir olmak üzere iki ana tiptir. Bunların her ikisi de
sayılan sistemlerde kullanılabilir. İlki karanlık bir sahada ultraviyole ışık altında kullanılır.
İkincisi, kırmızı rengi mavi olup beyaz ışık altında tatbik edilir.
Fiziksel ve Kimyasal karakteristikler:
1. Kimyevi katılığı ve düzgün fiziksel kesafeti
2. 60 °C den aşağı olmayan parlama noktası
3. Yüksek ıslatma kabiliyeti
4. Düşük viskozite
5. Aralıklara tam olarak nüfuz etme kabiliyeti
6. Renginin parlak ve saydam olması
7. Kullanılan malzemeye dahili kimyevi tesiri
8. Az zehirleyici olması
9. Çıkarma kolaylığı
10. Yavaş kuruma özelliğine sahip olması
11. Kokusuz olması
12. Düşük maliyet
5.6.
EMÜLSİYONLAYICILAR
Su ile yıkanabilir satıhlar üzerindeki fazla yağlı penetrantın fazlasını almak için kullanılır. Yağ
esaslı ve su esaslı olmak üzere iki tiptir.
94
Deney Föyü
5.7.
TEMİZLEYİCİLER
Yüzey üzerindeki fazla penetrantı eriterek almaya yararlar. Tutuşan ve tutuşmayan olmak üzere
iki ana çeşidi vardır.
5.8.
DEVELOPERLAR
Bunlar çatlaklardaki veya oyuklardaki penetrantın etrafa yayılarak, ışığı emerek veya yansıtarak
kusurların çıplak gözle de görülmesini kolaylaştırırlar. Banyo maddeleri kuru toz banyolar ve
ıslak banyolar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Islak banyolar da üç tiptir. Su çalkalamalı banyolar,
su eritmeli banyolar, eritici çalkalamalı banyolar.
Developman Seçimi: çok kusurlu satıhlarda kuru toz banyoları çok düzgün, cilalı yüzeylerde ise
ıslak banyolar kullanılmalıdır.
5.9.
TEÇHİZAT VE TESİSATLAR
Değişik şekil ve ebatlardaki işletme parçalarının muayenelerinin en iyi şekilde yapılabilmesi
için kullanılan muhtelif bölümlerden, istasyonlardan oluşmuş kapalı tip tesisatlar imal
edilmiştir. Bu tesisatların elle kontrolü sabit olanları ile daha büyük parçalar için yapılmış
vinçli, konveyörlü ve motor kontrollü daha gelişmiş kapalı tip tesisatlar da mevcuttur.
Şekil 5.9.
Penetrasyon tesisi
KAYNAKÇA
1.
Prof. Dr. Ahmet TOPUZ,
Sayı:281, İstanbul, 1993
Tahribatsız Muayeneler, Yıldız Teknik Üniversitesi Yayını
2.
ASM Handbook, Nondestructive Evaluation and Quality Control- Volume 17, ASM
Inernational, 1992
95
Deney Föyü
METALOGRAFİ DENEYİ
IŞIK MİKROSKOBU
1. Giriş
Işık Metal Mikroskobu biyolojik mikroskobun tersine, yansımış ışık kullanılır. Numune
yüzeyinin çeşitli ayrıntılarının konumuna göre, değişik açılarda yansıtılan gelen ışık, yansıma
açısına bağlı olarak mikroskobun merceklerinden geçerek görüntüyü göze iletir.
Şekil 1. Metal Işık Mikroskobu
Görme Gücü
Bir cisme baktığımız zaman cismin kuvvetli ışık yayan kısmı parlak, zayıf ışık yayan kısmı
karanlık görünür. Bu aydınlık farkına kontrast denir. Eğer ışık bir cismi aydınlatıyorsa, cismin
yüzeyinin geometrik yapısına veya doğal yapısına bağlı olarak farklı derecelerde absorblanabilir
veya yansıyabilir. Sonuç olarak cismin farklı kısımları farklı parlaklıkta olur. Bundan
faydalanılarak cismin mikroyapısını görebiliriz. Optik mikroskopta kontrast, esas olarak ışığın
farklı absorblanmasından ve yansıtma sayılarının katsayılarının farklı oluşundan dolayı
meydana gelir.
Ayırma Gücü
Ayırma gücü en yakın iki noktanın birbirinden net olarak ayırt edilebilmesini belirler.

0.61 0.61

A
nSin
ρ=ayırma gücü
n=kırılma indisi (numune ile objektif arasındaki ortamın kırılma indisi )
λ= kullanılan ışığın dalga boyu
N.A = Nümerik açıklık = n . Sin α
96
Deney Föyü
En ideal şartlarda ışık metal mikroskobunun ayırma gücü 1000 Ao
( 1 Ao = 10-7 mm ) ve faydalı büyütmesi 2000 x dir.
Alan Derinliği (Netlik Derinliği)
Odaklanma yitirilmeden, numunenin yüzeyi üzerindeki değişik yükseklikteki normların birlikte
net görülebilme özelliğidir. Alan derinliği en yüksek ve en alçak noktalar arasındaki dikey
uzaklıktır.
Işık Kaynakları
Işık metal mikroskopları yansıtıcı tür mikroskoplar olduğundan ışığın önemli bir bölümünü
yitirirler. Bu nedenle ışık kaynağının şiddetinin yüksek olması tercih edilir.
Wolfram Tel Lambalar
Modern mikroskopların hepsinin ışık kaynağı wolfram teldir. Kesiksiz tayf (beyaz ışık)
özelliğinde olduklarından eş dağılımlı bir ışık verirler.
Xenon Lambaları
Zr-arkı lambaları civa buharı ve mor ötesi lambalar vardır. Özellikle sonuncular, Cd kıvılcımı
kullandıklarından dalga boyları 0,2148 mikrondur. Bu nedenle ayırma gücü beyaz ışığa göre
beyaz ışığa göre 2,5 kat artar.
Optik Kısımlar
Objektifler
Objektifin temel görevi, numune yüzeyinin gerçek büyütülmüş görüntüsüne oküler görüntü
düzlemi üzerinde oluşturmaktır. Gözlenen cisme yakın olan mercek sistemidir.
Objektiflerin büyütmesi üzerlerinde yazar. Gözle görülebilen büyük bir görüntü eldesi objektifle
birlikte bir oküler kullanılması ile mümkündür. Objektifle okülerden oluşan sistemin toplam
büyütmesi, bunların ayrı ayrı büyütmelerinden başka aralarındaki uzaklığa da bağlıdır.
Objektifler çoğunlukla belli bir tüp uzunluğuna ( objektif, oküler uzaklığı ) göre
düzenlenmişlerdir. Katologlarda verilen büyütmeler gözden 250 mm uzakta oluşmuş bir görüntü
içindir. Buna uygun olan tüp boyu 160 mm dir.
Objektif ve okülerin büyütmeleri biliniyorsa uygun tüp boyu için toplam büyütme, büyütmelerin
çarpımıdır.
Fotomikrografide görüntü bir ekranda incelenir. Dolayısıyla büyütme ekranın uzaklığına da
bağlıdır. Görüntü izdüşürüldüğünde büyütme :
97
Deney Föyü
M = Toplam büyütme
M1 = Objektif ve oküler sisteminin hesaplanmış büyütmesi ( 250 mm uzaklık için )
D= izdüşüm uzaklığı
Objektiflerin büyütmesi, oluşturduğu ara görüntünün, görüntüsü oluşan cismin büyüklüğüne
oranı olarak verilir. Buda objektifin üzerinde ( . . . x ) simgesi ile işlenir.
Objektifler üç gruba ayrılır:
Akromatik Objektifler: Bunlarda düzeltme ancak spektrumun yeşil-sarı bölgesi için yapılmıştır.
Mavi veya kırmızı filtrelerle kullanmamak gereklidir.
Apokromatik Objektifler: Bunlar kromatik aberasyon için tamamen ve küresel aberasyon için
mor ve yeşil bölgesinde düzeltilmişlerdir. Fotomigrografi için en uygun objektiflerdir. Mavi ve
kırmızı ışıkla elde edilen görüntülerin büyüklüğü farklı olur. Bunun telafisi için uygun okülerler
kullanılır.
Semipakromatik Objektifler: Bunlar fluorit ( kırılma indisi küçük bir saydam mineral ) den
yapılan mercek içerirler. Optik bakımdan akromatik objektiflerden üstün fakat apakramatik
objektifler kadar iyi değildir.
Şekil 2. Objektif çeşitleri.
98
Deney Föyü
Okülerler
Negatif Okulerler: Mikroskoplarda en çok bunlardan kullanılır. Huygens tipi negatif okülerler
en basit olanlardır. İki düzlem konveks, akromatik olmayan mercekten oluşmuştur. Konveks
tarafları objektife bakar. Diyafram 2 mercek arasına yerleşmiştir. Görüntü iki mercek arasına
oluştuğundan negatif oküler denmiştir. Bunlar yalnız düşük veya orta apercurlarla akromatik
objektiflerde kullanılır.
Fotografik Oküler: Fotoğraf çekmede veya kısa mesafe projensiyonlarında esas olarak
kullanılır. Bir seri mercekten oluşmuştu. Ekran üzerinde gerçek görüntüyü olusturmak için
yalnız kullanılır. Kromatik olarak iyidir. Apokramatik semi apokramatik objektiflerle kullanılır.
Şekil 3. Oküler
99
Deney Föyü
Çelik Mikroyapıları
düşük karbon içeren ferritik yapı
% 0.45 karbon içeren ferritik-perlitik yapı
%1.1 karbon içeren perlit-2.sementit
% 0.15 karbon içeren ferritik-perlitik
% 0.8 karbon içeren kaba perlitik yap
%1.3 karbon içeren perlit-2.sementit
100
Deney Föyü
Östenit
Küreselleşme tavı uygulanmış çelik
Normalize çelik yapısı
101
Deney Föyü
Dökme Demir Mikroyapıları
102
Deney Föyü
Perlit + 1.Sementit + Ledeburit
Perlit + 2.Sementit + Ledeburit
(a) Lamel grafitli dökme demir, (b) Küresel grafitli dökme demir, (c) Temper dökme demir
A tipi lamel grafitlere sahip gri
dökme demir yapısı. Uniform
dağılıma ve rasgele yönlenmeye
sahip olarak nitelendirilir.
B tipi lamel grafitlere sahip gri
dökme demir yapısı. Rozet
şeklinde dağılıma ve rasgele
yönlemeye sahip olarak
nitelendirilir.
C tipi lamel garfitlere sahip
gri dökme demir yapısı.
Rasgele yönlenmeye sahip
lamel yapısı.
103
Deney Föyü
Ferritik lamel garfitli dökme demir
Ferritik küresel grafitli dökme demir
Ferritik temper dökme demir
Perlitik lamel garfitli dökme demir
Ferritik perlitik küresel grafitli dökme demir
Ferritik-perlitik temper dökme demir
104
Deney Föyü
MAKROSKOBİ
1. Giriş
Metalik malzemelerin yüzey ve iç yapılarını gözle veya küçük büyütmelerle incelenmesi
işlemine makroskobi denir. Deneyde amaçlananlar;
1- Kaynak dikişinin belirlenmesi.
2- Malzemenin imalat yönteminin belirlenmesi.
3- Kükürdün malzeme içindeki dağılımının belirlenmesi.
2. Deneyin Yapılışı
Deneyde Kullanılan Malzemeler ve Cihazlar
Zımpara kağıdı, Fotograf kartı, Nital 10, % 50 HCL % 2H2SO4
Kaynak Dikişinin Belirlenmesi
400 nolu zımpara ile zımparalanan parça yüzeyine ayraç (Nital 10) pamuk ile sürülür. Eğer
parça kaynak ile birleştirilmişse kaynak bölgesi (ısının etkisi altında kalan bölge) dağlama
sonucu açıkça görülecektir. Eğer parça kaynak ile birleştirilmemiş ise dağlama her yerde aynı
koyulukta olacaktır.
Şekil.1. Kaynak dikişi.
Malzemenin İmalat Yönteminin Belirlenmesi
Numune önce zımparalanır. Daha sonra %50 HCL, % 50 saf su karışımı içinde 10 – 15 dakika
kaynatılır.
Deneyin esası fazla deformasyona uğrayan bölgenin ayraç ile fazla reaksiyon göstermesidir.
Kaynatma sırasında liflerin etrafı aşınır ve girinti çıkıntılar meydana gelir.
105
Deney Föyü
Zımparalama sırasında yüksekte kalan lifler zımparanın etkisi ile parlar çukurda kalan lif araları
ise siyah görüntüsünü koruduğu için parçanın imalat yöntemi liflerin gidiş yönüne bakılarak
tespit edilir.
a- Talaşlı şekillendirilmiş malzemelerde lifler köşelerde kesikliğe uğrar ve boyuna çentik
etkisi yapar.
b- Plastik şekil verme yöntemi kullanılarak şekillendirilmiş parçada (talaşsız imalat) lifler
kopmaz devam eder, çentik etkisi yapmaz.
Şekil 2. Talaşsız şekillendirilmiş perçin.
Şekil 3. Talaşsız şekillendirilmiş
106
Deney Föyü
Kükürdün Malzeme İçindeki Dağılımının Belirlenmesi
Numune 400 nolu zımpara ile zımparalanır. Fotoğraf kartı % 2’ lik H2 SO4 içinde 5 dakika
bekletilir. Zımparalanan parça fotoğraf kartının parlak kısmına arada hava kalmayacak şekilde
bir dakika bastırılır. Fotoğraf kartı tespit banyosunda 15 dakika bekletildikten sonra yıkanır ve
kurutulur. Deney sırasında (1) nolu reaksiyona göre oluşan h2s siyah noktalar halinde fotoğraf
kartı üzerinde görülür.
FeS + H2 SO4 . . . . . FeSO4 + H2S . . . . (1)
Şekil 4. Kükürdün malzeme içinde dağılımı.
METALOGRAFİK NUMUNE HAZIRLAMA
Malzemelerin içyapısının mikroskopta incelenebilmesi için öncelikle numune hazırlama
aşamasının gerçekleştirilmesi gerekir. Malzemelerin içyapısal incelenmesi öncesinde takip
edilmesi gereken basamaklar şunlardır: Monteleme, Zımparalama, Parlatma ve Dağlama
MONTE
1. Giriş
a) Metalografi incelemeleri sırasında elle tutulamayan numunelerin daha kolay tutulmasına
sağlamak için
b) Numune kenarlarına bakmak için
c) Numunenin daha çabuk metalografik etüde hazırlanması amacıyla
d) Numuneleri korunabilecek ve saklanabilecek bir düzgünlük içine sokmak amacıyla
uygulanır.
107
Deney Föyü
Plastik Monte
a. Sıcak Monte
Isı ve basınç uygulaması gerektiren monte işlemidir. Sıcak montede, ısıtma işlemi sırasında
numune, 140-160ºC arasına ısındığından bu sıcaklıktan etkilenecek malzemelere kesinlikle
soğuk monte işlemi uygulanmalıdır. Bu işlemde, plastik ısı ve basınç altında numunenin
çavresinde katılaştırılır. Kullanılan plastik malzeme toz ya da granül biçimindedir. Basınç ile
çalışan gömme reçinelerde iki ayrı plastik türü kullanılır: Termoplastik reçineler, ısıtıldıklarında
ergirler ve soğutma sonucu sertleşirler; sıcaklık 70-80 ºC’ye düşmeden termopresden
çıkarılmamalıdır.
Termosettin reçineler ise yüksek basınç altında belirli bir süre tutulurlarsa katı bir kütleye
dönüşürler. Bu tür plastikler için soğutma şart değildir. Sürtünme ısısı ile yumuşamaları söz
konusu değildir; hem daha ucuz hem de daha kullanışlıdırlar.
Şekil 1. Sıcak Monte cihazı.
b. Soğuk Monte
Oda koşullarında uygulanan bir monte yöntemidir. Monte malzemesi olan sıvı haldeki plastiğe
bir miktar katılaştırıcı ve reaksiyonu hızlandırıcı ( katalizör) iki kimyasal madde ilave edilerek,
numunenin bulunduğu kalıp içine dökülür. Plastik katılaştıktan sonra kalıp içinden çıkarılır.
Şekil 2. Soğuk Monte
108
Deney Föyü
Monte Yapımında Dikkat Edilecek Noktalar
a. Numune temiz olmalıdır ve en az monte edilecek kapdan 10-15 mm daha küçük olmalıdır.
Keskin kenarlardan kaçınılmalıdır.
b. Birçok malzeme aynı anda monte edilecekse bu numuneler birbirleriyle temas etmemelidir ve
basınç uygulaması sırasında tahribat olabilir.
c. Plastiğe uygulanan basınç 1-1,5 tondan daha küçük olmamalıdır. Ancak bu büyüklük kriter
değildir.
d. Tüm monte malzemeleri için sıcaklık yaklaşık 150 ºC’dir.
ZIMPARALAMA-PARLATMA-DAĞLAMA
1. Giriş
Zımparalama ve takiben yapılan parlatma işlemlerinin amacı yüzey pürüzlülüğünü azaltmak
suretiyle, ışığı iyi yansıtan bir yüzey elde etmek yanısıra deforme olmuş tabakayı ortadan
kaldırmak ve orijinal içyapıyı ortaya çıkarmaktır.
Zımparalama
Monte işlemi uygulanmış ya da doğrudan alınan numunenin yüzey pürüzlülüğünün alınması,
düz homojen bir yüzeye sahip bir parça haline getirilmesi için numuneler SiC aşındırıcı tozların
kullanıldığı zımpara kağıtları ile zımparalanırlar.
Zımparalar zımpara tozunun 1 inç2 ( 2,54 cm2 ) deki tanecik sayısına göre sınıflandırılır. İnç2
başına düşen tanecik sayısı arttıkça zımpara numarası büyür.
Numune kabadan inceye doğru sırasıyla 180-320, 400, 600 no’lu zımparalarla zımparalanır.
Zımparalama işlemi bir aşındırma işlemidir. Her aşındırma ( düzleme ) işlemi bir bozucunun
katmanını gidermek amacıyla yapıldığından her aşamada bozunum katmanını giderecek bir
aşındırıcı büyüklüğü seçilmelidir. Böylece yüzey pürüzlülüğü giderek azaltılır. Yaş
zımparalama uygulanarak numune yüzeyinden aşınıp kopan parçacıklar ortamdan uzaklaştırılır.
Bu yapılmadığı takdirde aşınıp kopan parçacıklar düzlenen yüzeye gömülüp kalabilir ve yanlış
yorumlamalara yol açabilir.
109
Deney Föyü
Şekil 1. Yaş zımparalama için zımparalama seti.
Zımparalama sırasında her aşamada bir deformasyon olur. Zımparalamanın her aşaması bir
önceki aşamada oluşan bozulmuş metal katmanını aşındırma ile tümden giderir. Elle yapılan
zımparalamada her zımpara değiştiğinde numune 90º döndürülmelidir.
Şekil 2. Elle zımparalama
Döner disk sisteminin kullanıldığı zımparalama elle yapılan zımparalamadan daha üstündür.
Böyle bir zımparalamanın avantajları:
1. Zımparalama boyunca hemen hemen değişmeyen kusursuz bir zımparalamanın olması,
2. Çok az miktarda çapak ve toz meydana getirilmesi,
3. Numunenin çabuk hazırlanması,
4. Eğik yüzeylerin olmamasıdır.
Zımparalama işleminin sonunda numune bol akar su ile yıkanır ve sıcak hava ile kurutulur.
Parlatma
Parlatma, düzgün ve çiziksiz bir yüzey elde etmede en son aşamadır. 600 grit ya da daha ince
zımparalamadan sonra, ayna parlaklığında çizik içermeyen düz bir yüzey elde etmek için
parlatma işlemi yapılır.
110
Deney Föyü
Parlatma işlemi genellikle dönme hareketi yapan diskler üzerinde yapılır. Parlatma işleminde
pasta adı verilen ve sert parçacıkların süspansiyonundan oluşan solüsyonlar (slurry) kullanılır.
Kullanılan sert tanecikler elmas, aluminyum oksit veya metal oksit esaslı olabilir. Genellikle
malzemenin sertliğine göre aşındırıcı tozlar kullanılır. Farklı incelikteki aşındırıcı tozların
kullanıldığı bir diskten diğerine geçerken yabancı maddeleri taşımamak için numune ve eller
yıkanmalıdır. parlatma sonucu 100x büyütmede numunede hiçbir çizik görülmemelidir.
Şekil 3. Otomatik parlatma makinesi.
Dağlama
Metalografik gözlemin amacı metallerin yapısal karakteristiklerini ortaya koymak olduğundan
metalin mikroyapısı görünür hale getirilmelidir. Dağlamada kullanılan dağlayıcılarla metal
anodik olarak çözünür. Amaç ya fazların kendi aralarında ya da değişik fazlar arasında değişik
çözünme hızlarından faydalanarak ışık metal mikroskobu için gerekli optik kontrastı
yaratmaktır.
Dağlayıcılar alkol, saf su gliserin gibi sıvılarda veya bunların karışımında eritilmiş organik veya
inorganik asitler, alkaliler veya bunların karışık bileşikleridir.
Her metal yapısına veya bileşimine göre uygun bir dağlayıcı ile dağlanır. Örneğin çelik için
Nital 2 ( 2 ml Nitrik asit + 98 ml alkol karışımı) iyi sonuç verir.
Dağlama işlemini elle yapmak oldukça basittir. Numune dağlayıcı içine batırılır ve kimyasal
reaksiyon bitene kadar hareket ettirilir. ( veya dağlayıcı bir pamukla numune üzerine sürülür. )
Dağlama bitince numune derhal ılık akar suda yıkanır, alkolde çalkalanır ve hava akımında
kurutulur.
111
Deney Föyü
KOMPOZİT DENEYLERİ
1. AMAÇ
Plastik matrisli e-camı takviyeli düzlemsel kompozit plakaların çekme dayancı, eğme dayancı
ve darbe dayancının saptanması ve kırılma analizinden hareketle delaminasyon (tabaka
ayrılması), fibre pull-out (sıyrılma) problemlerinin görsel olarak izlenmesidir.
2. TEORİK BİLGİ
Birbirinden farklı en az iki malzemenin aralarında bir ara yüzey oluşturarak, kimyasal bağ
yapmaksızın oluşturdukları yeni malzeme grubuna kompozit denir.
Kompozitlerde yük taşıyıcı ana eleman takviye fiberlerdir. En yaygın kullanılan ve maliyeti en
ucuz olan takviye türü cam elyaflardır. Aramid ve karbon elyaflar ise hem mekanik özellikleri
hem de maliyeti yüksek olan takviye türleridir. Takviyeler farklı şekillerde de bulunmaktadır.
Şekil 1’ de kompozitlerin takviye şekil ve dağılımlarına göre sınıflandırılması görülmektedir.
Şekil 2 ‘de ise bu türlerin yapı içeresindeki durumları örneklendirilmiştir. Şekil 3’ te farklı
dokuma türleri gösterilmiştir.
Şekil 1. Kompozitlerin takviye şekil ve dağılımlarına göre sınıflandırılması
112
Deney Föyü
Şekil 2. Farklı takviye türleri
Şekil 3. Çeşitli dokuma kumaş türleri
2.1. Kompozit Malzemelerin Matrislerine Göre Gruplandırılması
• Plastik Matrisli Kompozitler (PMCs): Günümüzde en yaygın olarak kullanılan kompozit
türüdür. Tüm kompozitlerin içinde yaklaşık %80 kullanım oranına sahiptir. Sürekli veya
süreksiz tarzda fiberlerle desteklenebildiği gibi partikül ile de takviyelendirilebilirler.
• Metal Matrisli Kompozitler (MMCs): Plastik matrisli kompozitlerinden sonra en çok kullanım
alanına sahip gruptur. Genellikle partikül takviyeli olarak kullanılan metal matrisler aşınma
dayanımı gerektiren yerlerde kullanılmaktadır. Ayrıca alüminyumdan üretilen bal peteği yapısı
da bu grupta yer almaktadır.
• Seramik Matrisli Kompozitler (CMCs): Çok yaygın bir kullanılma sahip değillerdir. Diğer
grupların aksine gevrek bir matrise sahiptir. Bu gruptaki kompozitler sünek liflerle takviye
edilerek gevrek matrisin tokluğu arttırılmaktadır.
113
Deney Föyü
2.2. Plastik Matrisli Kompozitler
Plastik matris sağladığı pek çok avantajla en çok kullanılan kompozit türüdür. Bu yüzden
kompozitin özelliklerini öğrenmek için plastiğin tanımak önemlidir. Plastikler; karbon, hidrojen,
oksijen, azot ve diğer organik ya da inorganik elementler ile oluşturduğu monomer adı verilen,
basit yapıdaki molekülü gruplardaki bağın koparılarak, polimer adı verilen uzun ve zincirli bir
yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelerdir. Plastik matris genel olarak iki gruba
ayrılır:
a) Termosetler: Epoksi, polyester, vinilester, fenolik reçineler
b) Termoplastikler: PE (polietilen), PP (polipropilen), PS (polistiren), PET(polietilen tereftalat),
PBT(polibütilen tereftalat), PA (poliamid), PPS (polifenilen sülfid), PEEK (polieter eter
keton),…
İçerdikleri takviyeye göre ise aşağıdaki gibi bir sınıflandırma yapılabilir:
•
Plastik-Plastik Kompozitler
•
Plastik-Metal Kompozitler
•
Plastik-Seramik Kompozitler
•
Plastik-Köpük Kompozitler
2.3. Plastik Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri
El Yatırması Metodu: Geniş yüzeyli termoset matrisli kompozit üretimi için en çok kullanılan
metottur. Kalıp ayırıcı uygulandıktan sonra jelkot uygulanır. Jelkot tabakasının sertleşmesinden
sonra keçe veya dokuma elyaf kumaşlar ve termoset reçine, fırça veya rulo ile uygulanır. Düşük
sabit sermaye yatırımı gerektiren bir kalıplama yöntemi olan el yatırması ile %25-35 oranında
takviyeli plastik ürün elde edilebilir. Emek-yoğun bir üretim metodu olduğundan kapasite, emek
ve kalıp adedine bağlıdır. Bir kalıptan günde ortalama 2 ürün alınabilir.
Püskürtme Metodu: El yatırması metodunun daha seri olarak uygulanmasını sağlayan bir
kalıplama metodudur. Üretim sırasında kalıp üzerine reçine ve elyafı özel bir makine yardımı ile
püskürtülür. Püskürtme metodunda devamlı elyaf demeti, püskürtme işlemi sırasında 17-50 mm
uzunluğunda kırpılarak kullanılır. Geniş yüzeyli ürünlerde seri üretim olanağı ve işçilikten
tasarruf sağlar.
Vakum Torbalama ve Otoklav: El yatırması veya püskürtme işleminden sonra kompozitin
özelliklerini artırmak için uygulanan yöntemlerdir. Vakum torbalamada kürlenmesi
tamamlanmamış reçineli kompozit ürünlerin üzerine çeşitli ayırma kumaşlarının üzerine fazla
reçineyi emecek vakum battaniyesi yerleştirilir. En üstte vakum torbası denilen ısıya dayanıklı
bir film vakum ağzı takılarak konur ve sızdırmazlık sağlanması için özel macun ile kapatılır.
114
Deney Föyü
Sistem vakuma alınır ve kürlenme işlemi tamamlanana kadar vakum uygulanmaya devam eder.
Fazla reçine üründen geçilerek fiber hacim oranının yükselmesi, kesitin incelip ağırlığın
azalması, boşlukların giderilmesi ve bunların sonucunda mekanik özelliklerin artışı sağlanır.
Otoklavda da benzer şeklide kürlenmemiş ürünler vakum torbalama sistemine alınarak
vakumlanır. Ardından otoklav fırınlarında ısı ve basınç verilerek kürlenme sağlanır.
Vakum İnfüzyon: Keçe veya dokuma elyaf kumaşlarının üst üste yerleştirilip vakum torbalama
sistemine alınır. Ancak vakum torbasında vakum ağzının yanı sıra reçinenin giriş yapacağı
ağızlar açılır. Sistem vakuma alındığından reçine torbanın içene dolmaya başlar ve elyafları
ıslatarak kompoziti oluşturur.
Reçine Enjeksiyonu (RTM): Bu üretim metodunda dişi ve erkek olmak üzere iki kalıp
kullanılarak iki yüzü düzgün ürün elde edilir. Elyaf kumaşları kalıp üzerine yerleştirilir ve
kalıplar kapatılır. Önceden hazırlanmış olan bir reçine enjeksiyon noktasından, basınç altında
termoset reçine kalıp içine enjekte edilir. Reçine enjeksiyonu metodu ile daha seri ve ekonomik
olarak el yatırmasına oranla daha kaliteli ürün elde edilir.
Hazır Pestil/Hamur Kalıplama (SMC/BMC): Elyaf, reçine ve dolgu malzemesi karışımlarının
sıcak pres kalıplarında 150-170°C’de, 50-120 kgf/cm2 basınçta şekillendirilmesi metodudur.
Karmaşık şekilli ürünler elde edilebilir. 3-6 dakikalık hızlı ve seri bir metodudur. SMC’ de uzun
kırpılmış (25-50 mm) elyafların dolgu ve reçine ile önceden birleştirilmesiyle oluşan pestil
kullanılırken, BMC’ de kısa kırpılmış (3-12 mm) elyaf, dolgu ve reçine birleşiminin oluşturduğu
hamur kullanılmaktadır.
Elyaf Sarma: Özellikle boru ve tank üretimi için kullanılan kalıplama metodudur. Sürekli elyaf
demetlerinin termoset reçine banyosundan ıslatıldıktan sonra dönen bir kalıp üzerine belirli
açılarda sarılması şeklindedir.
Savurma Döküm: Boru, depo, direk gibi silindirik ürünlerin yapımında kullanılır. Döner bir
kalıp içine kırpılmış elyafı ve termoset reçine birlikte püskürtülür. Kalıbın dönmesinden
meydana gelen merkezkaç kuvvet laminatın kalıp yüzeyine yapışmasını ve her iki yüzü düzgün
ürün elde edilmesini sağlar.
Pultrüzyon: Sürekli elyaf demetlerinin termoset reçine banyosundan geçirildikten sonra
istenilen profilde bir sıcak kalıp içinden çekilirken sertleştirilmesi prensibine dayanır. Elyaf
takviyesi yönünde çok dayanıklı ve cam elyafı oranı çok yüksek profil ürünler elde edilir.
Termoplastik Enjeksiyon/Ekstrüzyon Metodu: Profil türü ürünlerin kalıplanmasında
ekstrüzyon makineleri kullanılırken, karmaşık şekilli ürünlerin kalıplanmasında enjeksiyon
makineleri kullanılmaktadır. Benzer prensiple çalışan enjeksiyon ve ekstrüzyon makinelerinde,
besleme haznesinden verilen granül halindeki termoplastik hammadde ısıtma bölgesinde
ısıtılarak akışkan hale getirilmekte ve bir taraftan da kısa kırpılmış elyaf beslenmektedir.
Ardından burgu yivleri ile bir taraftan homojen karışım sağlanırken, diğer taraftan çıkış ucuna
115
Deney Föyü
doğru taşınmaktadır. Ekstrüderlerde, çıkış ucuna yerleştirilen kalıp içinden basınç etkisi ve
çekme aparatları yardımı ile kalıp şekline uygun şekilde profiller çekilirken, enjeksiyon
makinelerinde çıkış memesinin hemen yanında bulunan kapalı kalıp içine akışkan hale
getirilmiş termoplastik ile karıştırılmış kısa kırpılmış elyaf enjekte edilir ve kapalı kalıp içinde
soğuması ve sertleşmesi sağlanır.
2.3. Cam Elyaf Üretimi
Cam elyafı, silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda,
magnezyum oksit gibi geleneksel cam üretim
hammaddelerinden üretilmektedir. Hammadde çok
ince öğütülerek, homojen bir karışım elde etmek üzere
karıştırılır ve yaklaşık 1600°C sıcaklıkta çalışan bir
ergitme fırınına beslenir. Burada karışım yavaşça sıvı
hale geçer. Prosese uygun olarak yerleştirilmiş bir
sarma sistemi ile 50-70 m/sn gibi yüksek bir hız ile
daha sonraki uygulama türüne bağlı olarak 5-20
mikron çapında çekilen cam lifleri mandrel üzerine
sarılarak bir bobin üzerinde toplanır.
Cam lifleri, demet haline getirilmeden önce, bağlayıcı
adı verilen bir kimyasal bileşim ile kaplanır. Bağlayıcı
cinsi, kompozit malzeme içinde cam elyafının
performansını etkileyen en önemli faktörlerden
birisidir. Kompozitin mukavemeti, reçine-cam bağının
kuvveti ile orantılıdır. Bu bağın kuvveti, kullanılan
bağlayıcı içindeki bağlama gruplarının cinsine
bağlıdır. Bağlayıcı, "film oluşturucu", "bağlama
grupları", "antistatik katkı", "plastifiyan" "lübrikant"
malzemelerin karışımından oluşmaktadır.
3. KULLANILAN STANDARTLAR
• TS EN ISO 527-4: Plâstikler – Çekme özelliklerinin tayini – Bölüm 4: İzotropik ve ortotropik
elyaf takviyeli plâstik kompozitler için deney şartları
• TS EN ISO 14125: Plastik kompozitler - elyaf takviyeli – eğilme özelliklerinin tayini
• TS EN ISO 179-1: Plastikler – Charpy darbe özelliklerinin tayini-Bölüm 1: Ölçü aletsiz darbe
deneyi
116
Deney Föyü
4. KULLANILAN CİHAZLAR VE MALZEMELER
Deney standartlarına uygun fiber takviyeli kompozit numuneler
Dijital kumpas
Çekme ve eğme cihazı
Darbe cihazı
5.1. Çekme Deneyi: Kompozitlerin çekme deneyi tek eksenli olarak çekme dayanımı, % uzama
ve elastisite modülünün saptanması amacıyla yapılır. Matris termoset plastik olduğunda gevrek
tutum gösterir. E-camı fiberler zaten doğal olarak gevrek malzeme olduğundan kırılma gevrek
kırılma biçiminde oluşur. Bu nedenle kopma uzamasından söz etmek anlamsız olur. Bu tür
kompozitlerde kopma elastik bölgede gerçekleştiğinden elastik tutum sergilediği söylenir.
Termoplastik matrisli kompozitlerde ise matris genellikle sünek özellik göstermektedir. Ancak
fiberler gevrek olduğundan kopmada her ikisini de özelliği görülebilir. Burada fiber hacim oranı
ve fiberlerin şekli önemlidir. Süreksiz elyaf takviyeli kompozitlerde fiber hacim oranı az ise
uzamalar fazla ve sünek, fazla ise az ve gevrektir. Dolayısıyla bu tür kompozitlerin elastikplastik tutum sergilediği söylenebilinir.
5.2. Eğme Deneyi:
Genelde gevrek
malzemelerin eğme
dayancının
belirlenmesinde
kullanılır. Cam,
seramik ve
kompozitlerin
önemli deney
grubudur.
Kompozitlerin eğme
deneyi 3 ve 4 noktalı
eğme olarak yapılır
117
Deney Föyü
5.3. Darbe Deneyi:
Darbe deneyi farklı sıcaklıklarda ya
da farklı kompozisyonlardaki
malzemenin kırılma davranışlarını
saptamaya yarayan tek darbeli
deneydir. Sünek malzemelerde
çatlak ilerlemesinin kontrolü için
çentikli numune kullanıldığından
çentik darbe deneyi olarak
adlandırılır.
Cam seramik dökme demir kompozit
gibi malzemeler gevrek tutum
gösterdiğinden doğrudan darbe
dayancı yapılır. Bu nedenle
kompozitlerin darbe dayancı terimi
kullanılacaktır
6. SONUÇLARIN ALINMASI
Deney numunelerinin boyutları ölçülecek, üç ölçümden minimum değer alınarak kesit alanı
hesaplanacak. Bu aşamayı her öğrenci dijital boyut ölçücü kullanarak yapacaktır. Numune
bağlama çeneleri arasına bağlanarak deney gerçekleştirilecektir. Çekme ve eğme deneylerinde
çıkan gerilme-gerinim eğrileri izlenecek, numuneler kıyaslanacak ve kopma şekilleri
incelenecektir.
7. HESAPLAMA
Çekme ve eğme deneylerinde gerilme-gerinim eğrileri üzerinden maksimum kuvvet ve
uzama/sehim hesaplanacaktır. Darbe deneyinde ölçülen enerji değerinden darbe dayanımı
hesaplanacaktır.
8. SONUÇ
Kompozit numunelere uygulanan mekanik deneyler sonucu numunelerin maksimum çekme
dayanımı, %uzaması, elastisite modülü, eğme dayanımı, % sehim, eğme modülü ve darbe
dayancı değerleri bulunur. Deneyler sonucu numunelerde kırık analizleri yapılır. Numune kırık
kesitlerinde yapılan incelemeler sonucu kompozitlerin temel hasar sebeplerinden fiber
sıyrılması (fiber pull-out) ve delaminasyon problemleri gözlenir.
118
Deney Föyü
9. DENEY RAPORUNDA İSTENİLEN BİLGİLER
1. Kompozit malzemelerin tanımı, sınıflandırılması, çeşitleri ve örnekleri.
2. Matris malzemesi olarak kullanılan plastik malzemeler hakkında genel bilgi, çeşitleri,
örnekleri.
3. Plastik matrisli kompozit malzeme üretim yöntemleri hakkında özet bilgi.
4. Fiber malzemesi olarak kullanılan cam fiberler hakkında genel bilgi.
5. Çekme deneyi, eğme deneyi, darbe deneyi hakkında genel bilgi.
6. Deneylerin yapılışı.
7. Çekme dayancının hesaplanması ve kırık kesit analizi.
8. Eğme dayancının hesaplanması ve kırık kesit analizi.
9. Darbe dayancının hesaplanması ve kırık kesit analizi.
10. Kullanılan kaynakların rapor sonunda belirtilmesi.
10. KAYNAKLAR
Autar K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, Taylor & Francis Group, 2006
Robert M. Jones, Mechanics of Composite Materials (2. Edition), Taylor & Francis, 1999
Sanjay K. Mazumdar, COMPOSITES MANUFACTURING Materials, Product, and Process
Engineering, CRC PRESS, 2001
Alan Baker, Stuart Dutton, and Donald Kelly, Composite Materials for Aircraft Structures
Second Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004
Peters, S.T., Handbook of Composites (2nd Edition), Kluwer Academic Publishers,1998
A.R. Horrocks & S.C.Anand, Handbook of Technical Textiles, Woodhead Publishing Limited,
2000
Hull, Derek, An Introduction to Composite Materials, The Press Syndicae of the University of
Cambridge, 1981 www.camelyaf.com
119
Deney Föyü
KOROZYON DENEYLERİ
DENEYİN ADI: Korozyon Olayında Katodik Reaksiyonlar
DENEYİN AMACI: Katodik reaksiyonların etkin olduğu mikrokorozyon hücresinde korozyon hızının
incelenmesi.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Beher, cam huni, büret, puar, kurutma
makinesi, terazi, zımpara, HCl çözeltisi, çinko, misina ip.
TEORİK BİLGİ
Elektrokimyasal korozyon, sulu ortamlarda, malzemelerde meydana gelen bozulmalardır. Bu bozulmalar
malzemede, özellikle metalik malzemelerde delinmeler, oyuklar, çatlaklar şeklinde görülür. Bu tip
hasarlar da metallerin mukavemet özelliklerini ve görüntüsünü değiştirir.
Elektrokimyasal korozyon, metal-ortam sisteminde elektrokimyasal hücre oluşumu ile kendiliğinden
meydana gelir. Dışarıdan enerji vermeye gerek yoktur.
Elektrokimyasal korozyonun meydana gelmesinde en önemli parametrelerden biri potansiyel
farklılığıdır. Bir metal veya alaşımın elektron verme kabiliyetini elektrot potansiyeli gösterir. Metallerin
potansiyel değerleri EMF serilerinde verilmiştir. Herhangi bir ortamda ölçümleri ise referans elektrotlara
göre yapılır. Metal ve alaşımların elektrot potansiyelleri ortama, ortamdaki elementlere, metalin
bileşimine, yüzey koşuluna ve sıcaklığa bağlı olarak farklılık gösterir.
Tablo 1. EMF serileri
Bir malzemede bölgeler arasında oluşan potansiyel farklılıkları, bazı metallerin veya metal yüzeyinde
bazı yerlerin daha aktif (anot), diğer yerlerin daha soy (katot) davranmasına neden olur. Bu şekilde
gerçekleşen korozyon reaksiyonlarına mikrokorozyon denir.
120
Deney Föyü
Şekil 1. Mikrokorozyon hücresi.
Elektrokimyasal korozyon olaylarında gelişen katodik reaksiyonlar içinde en çok hidrojen ve oksijen
redüksiyonu görülür. Hidrojen redüksiyonu asit çözeltilerdeki en önemli katodik reaksiyon iken, nötral
çözeltide en önemli katodik reaksiyon oksijen redüksiyonudur.
Elektrokimyasal korozyonda anodik reaksiyon:
Meo → Me+2 + 2eKatodik reaksiyon:
Hidrojen redüksiyonu; 2 H+ + 2e- → H2
Oksijen redüksiyonu; ½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O
Korozyon deneylerinin kantitatif olarak değerlendirilmesinde, değişik yöntemler mevcuttur. Kütle
kaybının hesaplanması yönteminde, deney öncesi ve sonrası tartılan deney numunesinin ağırlık kaybı
kullanılır. Ancak bu yöntemde numune yüzeyinde oluşan korozyon ürünleri çok iyi temizlenmelidir.
Aksi halde yüksek sıcaklık oksidasyonunda sıkça rastlandığı gibi, korozyon ürünleri metal yüzeyine
yapışıp kalırsa, korozyon miktarı deney numunesinin ağırlığındaki artış olarak saptandığından hatalı
sonuç verebilir. Numune yüzeyine yapışan korozyon ürünleri, genellikle kimyasal ve elektrokimyasal
yöntemlerle çözündürülür. Gerekirse mekanik temizleme veya mekanik+kimyasal temizleme de
kullanılabilir. Diğer yandan elektrokimyasal korozyon olaylarındaki başlıca katodik reaksiyonların
hidrojen ve oksijen redüksiyonu olması, bazı durumlarda, deney sırasında açığa çıkan gazın miktarının
belirlenerek korozyon hızının saptanmasında kullanılmasına olanak verir. Çok düşük korozyon
hızlarında, metal numunedeki kütle kaybından daha çok, korozif çözeltideki metal iyon
konsantrasyonunun artışının saptanması daha sağlıklı sonuçlar oluşturur. Korozyon hızının
saptanmasında sağlıklı ve doğru sonucu verecek yöntem seçilmelidir.
DENEYİN YAPILIŞI
Çinko levhadan belli boyutlarda kesilen ve bir tarafından delinen numunenin yüzeyi ve kenarları
zımparalandıktan sonra yıkanır ve ultrasonik banyo içinde yüzeyindeki yağ ve kirlerden arındırılır.
Boyutları ve ağırlığı ölçülen numune, misina ipi yardımı ile huninin altına sabitlenir. Huni bir bürete
geçirilerek, pH’ı 1 olan %10’luk HCl çözeltisi ile dolu behere ters olarak daldırılır (Şekil 1). Bürete belli
bir değer çizgisine kadar çözelti çekilir. Büretteki çözelti seviyesindeki düşme, her 3 dakikada bir
kaydedilir. Büretteki çözelti seviyesi sıfıra geldiğinde süre kaydedilir. Deneyin sonunda numune
çözeltiden çıkarılır, yıkanır, kurutulur ve tekrar tartılır.
121
Deney Föyü
Şekil 2. Mikrokorozyon deney düzeneği.
İSTENENLER:
1. Katodik ve anodik reaksiyonları yazınız.
2. Çinkonun deney sonucunda ağırlığında meydana gelen azalmadan yararlanarak toplam korozyon
hızının mpy cinsinden hesaplayınız.
3. Büretteki gaz hacmi okumalarınızdan yararlanarak, çözünen çinko miktarı (mg)–zaman (dk)
eksenlerini kullanarak zamana bağlı olarak korozyon hızı değişim grafiğini çizin, bu değişimi
irdeleyin ve korozyon hızını bulunuz.
4. Ağırlık kaybı yoluyla belirlenen korozyon hızı ile açığa çıkan hidrojen gazının hacminden giderek
belirlenen korozyon hızı birbirine uymakta mıdır? Uymuyorsa nedenlerini belirtiniz.
DENEYİN ADI: Galvanik Korozyon
DENEYİN AMACI: Galvanik korozyonda katot ve anot durumunda olan metallerin yüzey alanlarının
ve çözeltinin karıştırılmasının korozyon hızına etkisinin saptanması.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Beher, manyetik karıştırıcı, ultrasonik
temizleyici, 1Ω direnç, 2 adet elektrot tutucusu, voltmetre-ampermetre cihazı, çelik ve bakır levhalar,
farklı No’da zımpara, %3 NaCl çözeltisi, metil alkol.
TEORİK BİLGİ
Herhangi bir sistemde oluşan potansiyel farklılığı, birçok nedenlerden kaynaklanabilir:
-
Farklı metallerin temas etmesi,
Metale temas eden çözeltide farklı bölgelerde konsantrasyon farkı bulunması,
Metalde farklı gerilme bölgelerinin bulunması,
Metalde içyapı farklılığının olması,
Sıcaklık farklılıkları.
Galvanik korozyon birbirleriyle temas halinde olan farklı türden metal ve alaşımların aynı ortama terk
edilmesi halinde meydana gelen korozyon türüdür. Birbirleriyle temas eden metallerden elektrot
122
Deney Föyü
potansiyeli daha negatif olan metal, anot olarak davranarak çözünür, diğeri ise katot olarak davranarak
korozyondan korunur. Metaller arasındaki potansiyel farkı arttıkça galvanik korozyon olasılığı da artar.
Ayrıca ortamdaki hareketlilik ile metallerin yüzey büyüklüklerinin de önemi vardır. Aktif metalin soy
metallere göre daha küçük bir yüzey alanına sahip olması durumunda, küçük bir anot alanı büyük bir
katot alanına elektron yetiştireceğinden korozyon hızlı olur.
DENEYİN YAPILIŞI
Bu deneyde bakır ve çelik çifti kullanılır. Önce numunelerin yüzeyleri zımparalanarak temizlenir, yıkanır
ve yağı giderilir. Daha sonra yüzeylerde çözeltiye daldırılacak kısımlar işaretlenir. Önce eşit boyuttaki
bakır ve çelik levhalar tahta tutuculara yerleştirilir ve %3’lük NaCl çözeltisine daldırılır (Şekil 3).
Elektrotlar arasına bağlı bir direnç üzerinden sistemden geçen akım, 3 dakika beklendikten sonra
kaydedilir. Daha sonra çözelti karıştırılmaya başlanır ve 3 dakika sonra akım yeniden ölçülür. Aynı
işlemler önce “büyük bakır-küçük çelik”, sonra “küçük bakır-büyük çelik” plakalar kullanılarak
tekrarlanır.
Şekil 3. Galvanik korozyon deney düzeneği.
İSTENENLER:
1. Anodik ve katodik reaksiyonları ayrı ayrı belirterek yazınız.
2. Aanot/Akatot - akım arasındaki ilişkiyi grafik halinde hem karıştırmalı hem de karıştırmasız ölçümler
için çiziniz ve irdeleyiniz.
KAYNAKÇA
-K.R. Trethewey, J. Chamberlain, Corrosion for Science and Engineering, Longman Group Limited,
1995.
123
Deney Föyü
ISIL İŞLEMLER (JOMINY) DENEYİ
Jominy deneyi, çeliklerde sertleşebilirliğin belirlenmesi için yapılır. Sertleşebilen çeliklerde,
tam kesit sertleştirildiğinde (tam sertleştirme), malzeme kesitinde ulaşılan sertliğin dağılımı ve
yüzeyde ulaşılabilecek sertliğin bilinmesi istenir. Sertleştirme işlemi sonunda, martenzitik
dönüşme ile yüzeyde elde edilebilecek sertlik, yapıda bulunan karbon miktarına bağlıdır.
Yaklaşık % 0,8 C miktarına kadar, karbon miktarı arttıkça, sertleştirme işlemi sonunda
ulaşılabilecek sertlik artar ve yaklaşık 67 HRC değerine ulaşır. Daha yüksek karbon
miktarlarında, yüzeyde ulaşılabilecek sertlik değeri 67 HRC değerinde kalır ya da biraz azalma
gösterebilir.
Sertliğin yüzeyden itibaren, parçanın merkezine doğru dağılımı ise, çeliğin alaşım durumuna
bağlıdır. Alaşımsız çeliklerde, ancak ince kesitlerde çekirdeğe kadar sertleşme sağlanabilir.
Kalın kestilerde ise, yüzeyde ince bir bölge sertleşir, derine doğru büyük sertlik azalması
görülür. Alaşımlı çeliklerde ise, yüzeyden itibaren sertleşebilen bölge daha büyüktür. Yüzeydeki
sertliğe yakın değerlerin bulunabildiği sahanın derinliği, alaşım elementlerinin çeşidine ve
miktarına bağımlıdır.
Alaşım elementleri katılarak, yüzeyden itibaren sertleşebilen tabaka kalınlığının arttırılması,
alaşım elementlerinin kritik soğuma hızını düşürmesindendir. Alaşımsız çeliklerde martenzitik
dönüşümü sağlayan kritik soğuma hızı oldukça yüksek değerde iken, alaşım elementi katılmakla
daha düşük soğuma hızlarında martenzitik dönüşüm sağlanabilmektedir.
Jominy alın sertleştirme deneyi, çeliklerin analizine bağlı olarak, yüzeyde elde edilebilecek
sertlik değerini ve soğuma hızına bağlı olarak soğutma yüzeyinden itibaren sertlik dağılımını
belirlemek için yapılır.
Deneyde Kullanılan Malzemeler ve Cihazlar
- Sertleşebilir çeliklerden hazırlanmış, 100 mm boy ve 25 mm çapında numuneler
- Isıtma fırını (Hücre fırın veya tuz banyosu)
- Jominy düzeneği (Şekil 1)
- Satıh taşlama cihazı
- Sertlik ölçme cihazı (Rockwell C)
Deneyin Yapılışı
1. Aşama: Isıtma İşlemi
124
Deney Föyü
Sertleşebilirliği tesbit edilecek malzeme 100 mm boy ve 25 mm çapında hazırlandıktan sonra bu
malzemenin sertleştirilmesi için tavsiye edilen sertleştirme sıcaklığına (Eğer, bu malzemede
sertleştirme sıcaklığının sertleşebilirliğe etkisi araştırılacaksa, farklı sıcaklığa) ısıtılır. Isıtma
işlemi, hücre fırında veya tuz banyosunda yapılabilir (Fırının sıcaklık ayarı, tavsiye edilen
sıcaklık aralığının üst sınırında olmalı ve ısıtmada parça yüzeyinde bileşim
değişmemelidir.).Parçada homojen sıcaklık dağılımı sağlayabilmek için, parça yüzeyi işlem
sıcaklığına ulaştıktan sonra, en az yarım saat beklenmelidir.
2. Aşama: Ani Soğutma İşlemi
Isıtma işlemi tamamlanmış malzeme fırından alınarak, vakit geçirilmeden Şekil 1’de görülen
düzeneğe yerleştirilir. Numune, yalnızca alt yüzeyinden soğutulacak ve parçanın kenarlarına su
sıçramayacak şekilde, su ile soğutulur. Soğutma işlemi, numune parça el ile rahat tutulabilecek
şekilde soğuyana kadar devam eder.
3. Aşama: Sertlik Ölçme İşlemleri
Numunenin silindirik yüzeyi boyunca, yaklaşık 5 mm genişliğinde bir band oluşacak şekilde
yüzey taşlaması yapılır. Soğutulan alın yüzeyinden itibaren belirli aralıklarda ( 1, 3, 6, 10, 15,
20,........ 70 mm) sertlik değerleri, Rockwell C yöntemine göre ölçülür.
4. Aşama:
Jominy Eğrisinin Çizimi
Jominy alın yüzeyinden itibaren mesafeler ve belirli aralıklarla ölçülerek bulunan sertlik
değerleri arasında, Şekil 2’ye benzer olarak diyagram çizilir.
125
Deney Föyü
Şekil 1. Jominy alın sertleştirme teçhizatının şematik kesit görüntüsü.
Şekil 2. 34Cr4 (%0.36 C, % 1.09 Cr) çeliğinin Jominy karakteristik eğrisi.
Değerlendirme
Deney sonucu bulunan Jominy eğrisinden yararlanılarak, bu malzemeden yapılan parçaların
boyutlarına bağlı olarak, sertleştirme sonrası kesitinde sertlik dağılımının ne olacağı belirlenir.
Endüstride kullanılan parçalar, ani soğutma ile soğutulduktan sonra çok kırılgan olduğundan
(martenzitik yapı), mutlaka menevişleme uygulanır. İstenilen meneviş uygulaması, aynı
koşullarda Jominy numunelerine de uygulanarak, menevişleme sonrasında, kesitte sertlik
dağılımının nasıl olacağı da belirlenebi1ir.
Raporda Bulunması Gereken Bilgiler
Deney sonrası hazırlanacak raporda, genel açıklamaların dışında şu bilgiler bulunmalıdır:
a) Test edilen malzemenin türü
b) Test edilen malzemenin boyutları ve teknik resmi
c) Deneyde kullanılan düzenekler hakkında kısa tanıtıcı bilgi
d) Deneyde bulunan sonuçlar (Cetvel, diyagram ve açıklama)
e) Deney esnasında, genel deney kurallarından sapmalar var ise, nedenleri ve sonuca etkileri.
Kaynaklar
1. WASSERMANN, G. : Praktikum der Metalikunde und Werkstoffprüfung (1965) Springer
Verlag 175.
2. WEVER, F. u. P. ROSE : Atlas zur Waermebehandlung der Staehle. Düsseldorf.Verlag
Stahleisen 1954/1958 Metels Handbook 8th Edition Vol. 2 Heat Treating, Cleaning and
Finishing 1971.
126
Deney Föyü
DÖNÜŞÜM SERTLEŞMESİ
AMACI
Çeliklerde ısıl işlemle mikroyapı ve mekanik özelliklerdeki değişiminin gözlemlenmesi.
TEORİK BİLGİ
Metal ve alaşımlarının, faz diyagramlarına bağlı olarak ergime sıcaklığının altındaki
sıcaklıklarda uygulanan farklı işlemlerle istenilen mikroyapı ve mekanik özelliklerin elde
edilmesine ısıl işlem denir.
Isıl işlem, genel olarak üç ana safhadan oluşur. Bunlar ısıtma, ısıtılan sıcaklıkta bekletme ve
soğutma safhalarıdır. Isıl işlem yöntemlerinin tamamında bu üç ana safha geçerlidir. Fakat
uygulanan ısıl işlem türüne göre, istenen mikroyapı ve mekanik özellikler doğrultusunda ısıl
işlem sıcaklığı, ısıtma hızı, bekletme süresi gibi parametreler değiştirilir. Isıtma, bekletme ve
soğutma safhalarına ısıl çevrim adı verilir. Uygulanan ısıl işlem türüne göre işlem ya bir
çevrimle ya da birbirini izleyen birkaç ısıl çevrim yapılarak işlem tamamlanır.
Isıtma işlemin herhangi bir anında, ısıtılan parçanın merkezi ve yüzeyi arasındaki sıcaklık
değerleri farklıdır. Parça yüzeyi belirli bir sıcaklığa ulaştığında parçanın merkezi, parçanın
boyutuna ve ısı iletme kabiliyetine bağlı olarak daha geç ısınacağından sıcaklığı daha düşük
olur. Parçanın yüzeyi ile merkezi arasındaki sıcaklık farkı, malzemede ısıl gerilmeler oluşturur
ve bu ısıl gerilmeler sonucu parça çatlayabilir. Bu sıcaklık farkının, dolayısıyla ısıl gerilmelerin
önlenmesi için, parçaya ısıtma sıcaklığının altındaki bir ya da iki sıcaklıkta ara ısıtma
uygulanabilir. Ön ısıtma adı verilen bu işlemle, parçalarda daha düzenli ve homojen ısıtma
sağlanır. Aynı zamanda tutma süresi de kısalır. Ayrıca ısıtma hızı azaltılarak da yüzey ve
merkez arasındaki sıcaklık farkı azaltılabilir.
Çeliklerin Isıl İşlemi
Endüstride diğer metal ve alaşımlarına nazaran daha çok kullanıldıkları için çeliklerin ısıl işlemi
günümüzde de önemini korumaktadır. Çeliklerin ısıl işlemlerini anlayabilmek için DemirKarbon denge diyagramının bilinmesi gerekir (Şekil 1).
Demir-Karbon denge diyagramının % 2 C bileşimine kadar olan kısmı çelik kısmıdır. Belirli bir
karbon bileşimine sahip bir çelikte elde edilmesi istenen yapı, dolayısıyla çeliğin kazanacağı
özellik, farklı ısıl işlemler için çeliği Demir-Karbon diyagramının çelik kısmındaki farklı
sıcaklık bölgelerine çıkarmak, belirli bir süre bekletmek ve uygun soğutma ortamında soğutmak
suretiyle elde edilir.
127
Deney Föyü
Şekil 1. Fe-C diyagramının çelik bölgesi ve uygulanan ısıl işlemlerin sıcaklık bölgeleri.
128
Deney Föyü
Martenzitik Dönüşüm
Kullanım şartlarında çeliklerin belirli bir sertlik değerine sahip olmaları istenir. Çeliklerin
sertleştirilmesi için uygulanan ısıl işlem ise su verme ısıl işlemi olarak bilinir. Genel olarak bir
çeliğin su verme ısıl işlemi ile sertleştirilmesi üç safha içerir. Bunlar; ostenitleme, ostenitleme
sıcaklığında bekletme, su verme.
Ostenitleme, çeliğin γ-Fe (ostenit) faz bölgesine ısıtılması işlemidir. Bu işlemle çeliğin
bünyesindeki sementitin parçalanarak, karbonun YMK ostenit yapı içerisinde tamamen
çözünmesi işlemidir. Çeliklerde ostenitleme sıcaklığı çeliğin ötektoid altı, ötektoid veya
ötektoid üstü olmasına göre değişmektedir.
Ostenitleme sıcaklığında bekletme, çelik yapısının tamamen ostenit olması yani sementitin
parçalanarak karbonun yapı içerisinde tamamen çözünmesi için gereken süredir. Bu süre genel
olarak 1 inç (25,4 mm) kalınlık için 1 saat olarak kabul edilir. Ayrıca uygulamalarda çelik
üreticisinin vereceği süreye uyulmalıdır.
Su verme, ostenitleme bölgesinde belirli bir süre bekletilerek yapısı tamamen ostenitleştirilmiş
bir çeliğin soğutulması olayıdır. Su verme sözü her ne kadar çeliğin su içerisine daldırılarak
soğutulması gibi bir anlam içeriyorsa da, çeliğin soğutulmasını ifade eden genel bir terimdir.
Buna göre çelik ostenitleştirme sıcaklığında tutulduktan sonra, su içerisine daldırılarak, yağ
banyosu içerisine daldırılarak veya havada bırakılarak sertleştirilebilir (Şekil 2).
Çelikler ister suda, ister yağda veya havada sertleştirilsin, sertleşmeyi sağlayan mekanizma,
ostenitleme sıcaklığında beklemeyle oluşan ostenitin soğuma sonrası hacim merkezli tetragonal
(HMT) kristal kafes yapısına sahip martenzite dönüşmesidir. Bununla birlikte Düşük karbonlu
çeliklerde (% 0,2 C miktarından daha düşük), yüksek gerilme alanlarının oluşumu için yeterli
değildir. Bu nedenle martenzit yapısı elde edilemez.
Martenzit Fe-C denge diyagramında olmayan bir fazdır. Çeliğin hızlı soğuması sonucunda
oluşan martenzitik dönüşüm TTT (Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm) diyagramı ile gösterilebilir
(Şekil 3).
129
Deney Föyü
Şekil 2. Çeliklerin sertleştirilmesi sonunda C içeriği ve soğutma banyosu türüne göre
erişilebilecek maksimum sertlik.
Şekil 3. TTT diyagramı.
130
Kimya-Metalurji Fakültesi Metalurji ve
Malzeme Müh. Malzeme Anabilim Dalı
Malzeme Proses Laboratuvarı Deney Föyü
YILDIZ TEKNİKÜNİVERSİTESİ
Bu diyagramda burun noktası denilen bir nokta vardır. Herhangi bir çeliğin su verilerek
sertleştirilmesi için gerekli soğuma hızı, o çeliğe ait TTT diyagramında burun noktasını
kesmeyecek şekilde seçilecek bir soğuma hızıdır. Bu soğuma hızı o çeliğin sertleştirilebilmesi
için gerekli minimum soğuma hızıdır ve kritik soğuma hızı olarak bilinir.
Şekil 4, farklı karbon bileşimlerine bağlı olarak oluşan masif ve iğnesel martenzit
mikroyapılarını göstermektedir.
Şekil 4. Düşük alaşımlı (% 0,35 C ve % 2 Mn) karbon çeliğinde masif martenzit yapısı (a),
yüksek karbonlu (% 1,2 C) çelikte iğnesel martenzit yapısı (b).
Temperleme (Menevişleme)
Çeliklerde su verme sonrası oluşan martenzit yapısı oldukça sert ve gevrektir. Dolayısıyla
çalışma koşullarında kolayca çatlayabilir ve hasara yol açar. Bu yüzden çeliklere su verme
sonrası temperleme adı verilen bir ısıl işlemle çeliğin tokluğu ve sünekliği arttırılabilir. Bu
sırada sertlikte de bir miktar düşme meydana gelir.
Temperleme sıcaklığı çeliğin türü ve parçanın kullanılacağı yere bağlı olarak 150-600 °C
arasında değişir. Tutma süresi parça kalınlığına bağlı olarak 1–2,5 saat arasında değişir.
Genellikle 1 inç kalınlığında bir parça için 1 saatlik bir temperleme süresi uygulanır. Bu
sürenin sonunda parça fırından çıkarılarak havada soğumaya bırakılır. Temperleme bir
difüzyon olayıdır, dolayısıyla temperleme sıcaklığı ve tutma süresi temperleme sonucunu
etkiler.
131
DENEY MALZEMESİ ve EKİPMANLAR
1. Çelik numuneler
2. Isıl işlem için 1000-1200oC’ye ısıtabilen fırın
3. Ani soğutma ortamı
4. Sertlik ölçme cihazı
5. Optik mikroskop
DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Deneysel çalışmalarda düşük ve orta karbonlu iki ayrı çeliğin dönüşüm sertleşmesi
incelenecektir. Öncelikle, çeliğin bileşimine uygun olarak A3 hattının üzerinde seçilen bir
sıcaklıkta östenitleştirme işlemi uygulanacaktır. Östenitleştirme işlemi ile kübik yüzey
merkezli östenit yapısı elde edilecektir. Sonraki aşamada çeliklere su verilecek ve atermal
(difüzyonsuz) dönüşüm ile kübik yüzey merkezli (KYM) östenitin, kübik hacim merkezli
(KHM) ferrite dönüşümü engellenecek ve tetragonal hacim merkezli martenzit
oluşturulacaktır.
Isıl işlem sonrasında elde edilen numunelere, mikroyapı incelemeleri için numune hazırlama
işlemi uygulanacaktır. Zımparalama ve parlatma işlemlerinin ardından numuneler Nital ile
dağlanacaktır. Difüzyonsuz dönüşüm sonucunda oluşan martenzit mikroyapısı incelenecek ve
karbon oranının mikroyapıya etkisi incelenecektir.
RAPORDA BULUNMASI GEREKLİ BİLGİLER
Deney sonrasında hazırlanacak raporda, genel açıklamaların dışında şu bilgiler bulunmalıdır;
1. Test edilen malzemenin türü
2. Deneyde kullanılan donanımlar hakkında kısa tanıtıcı bilgi
3. Deneyin uygulandığı koşullar ve deneyin seyri
4. Deneyde bulunan sonuçlar (açıklama, diyagram, cetvel vb.)
5. Deney esnasında genel kurallardan sapmalar var ise nedenleri ve sonuca etkileri.
132
KAYNAKLAR
Steels Microstructure and Properties, R.W.K. Honeycombe
Metals Handbook, ASM
Karaaslan, A., (2010), Mühendislik Alaşımları İçin Faz Diyagramları, Literatür Yayıncılık,
İstanbul.
Totten, G. E., (2007), Steel Heat Treatment, Taylor & Francis, New York.
Smith, W., (2005), Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (Çev. N. Kınıkoğlu), Literatür
Yayıncılık, İstanbul.
133
TOZ METALURJİSİ
Toz Karakterizasyon Deneyleri
DENEYİN ADI: Görünen Yoğunluk (Yaş Yoğunluk)
DENEYİN AMACI: Tozun gevşek, sıkıştırılmamış haldeki yoğunluğunun belirlenerek
standartlara uygunluğunun tespiti.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Terazi, metal tozu, standart deney
tertibatı
TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI:
Yığma yoğunluğu tozun gevşek (sıkıştırılmamış) haldeki yoğunluğudur (g/cm3).Bu
yoğunluğu belirlemek için tozun boyutları ve şekli standartlarla belirlenmiş bir huniden
akıtılarak altındaki silindirik kabı serbest bir düşümle doldurması sağlanır. Huni çıkış ağzı ile
silindirik kabın üst yüzeyi arasındaki yükseklik de sabit bir değerdir.
Taşar şekilde doldurulmuş olan silindirik kaptaki tozun fazlası dikkatlice sıyrılarak içindeki
toz tartılır. Deney kabı hacmi de bilindiğinden (25 cm3) yığma yoğunluğu kolaylıkla (g/cm3)
olarak hesaplanır. Bu deneyin ISO standart numarası 3923’tür. Burada deneyle ilgili bütün
koşullar ve deneyin yapılışı belirlenmiştir. Şekil 1’de bu deney için kullanılan donatım
ölçüleri şematik olarak verilmiştir.
Su atomizasyonu ile üretilen paslanmaz çelik tozların görünen yoğunluğu 2,80-3,20 g/cm3
arasında değişir. Bu değer gaz atomizasyonu ile üretilen tozlar için 5 g/cm3’e kadar çıkabilir.
Bu değer bakır tozları için 2,80-3,00 g/cm3, bronz tozları için 3,00-3,25 g/cm3 arasında
değişir. Yığma yoğunluğu presleme (yoğunlaştırma) aşamasında tozun kalıbı doldurmasında
çok önemli bir faktördür. Yığma yoğunluğu toz tane şekline, büyüklüğüne ve dağılımına
yakından bağlıdır. Toz tane şekli küreselden uzaklaştıkça taneler arası boşluk oranı azalır.
Şekil 1. Yığma Yoğunluğunun Ölçülmesi.
134
DENEYİN ADI: Akıcılık Testi
DENEYİN AMACI: Tozlardan istenen akış süresinin belirlenerek standartlara
uygunluğunun tespiti.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Terazi, metal tozu, standart deney
tertibatı, kronometre.
Bu testin amacı X firmasına gelen hammaddelerden istenen akıcılık değerlerinin tespit
edilmesidir.
Bu oran 50 gram tozun 2,54 mm’lik huniden geçmesi gereken süre olarak tanımlanır. Küresel
şekilli paslanmaz çelik için 15 saniyelik bir akış süresine sahiptir. Bu oran düzensiz şekilli
tozlar için 25-30 saniye arasında değişmektedir.
Akıcılık; bir toz türü ya da karışımının belirli bir miktarının boyut ve şekli önceden
belirlenmiş bir huniden akma kabiliyetidir. Bu ölçümlerde genellikle 50 gr’lık toz örneğinin
huniden akış süresi saptanır ve bu değer tozun akıcılığı olarak kabul edilir. Huni boyutları ve
şekli ile akış deliği boyutları (delik çapı ve uzunluğu) standartlarda belirtilmiştir (ISO
4490).Deney genellikle üç defa tekrarlanıp ortalama değer hesaplanır.
Akıcılık özelliği de tozun bilhassa tane iriliğine, özgül yüzey büyüklüğüne, toz tane şekline
bağlıdır. Toz tane iriliği düştükçe akıcılık da azalır. Toz tane şekli küresel geometriden
uzaklaştıkça akıcılık da o oran da azalır. Yığma yoğunluğunu küçülten etkiler, akıcılığı da
aynı yönde olumsuz etkiler.
Şekil 2. Akıcılığı Saptamaya Yarayan Bir Deney Hunisi Şematik Olarak Verilmiştir.
135
DENEYİN ADI: Preslenebilirlik (Green Density)
DENEYİN AMACI: Tozun presleme sonrası ve teorik yoğunluğunun tespiti.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Terazi, metal tozu, pres, kumpas,
kalıp.
TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Bu özellik, toz basınç altında iken elde edilen
yoğunluğa karşılık gelir. Presleme sonrası ulaşılan yoğunluktur. Östenitik paslanmaz çelik
tozları, martenzit olanlara nazaran daha iyi preslenebilirliğe sahiptir. Preslenebilirlik; akma
sınırı, numunenin sertliği, taneciklerin yumuşaklığı, numunenin boşluk oranı, tanelerin şekli
ve boyutunun bir fonksiyonudur.
Metal tozları kalıpta şekillendirildiği takdirde tozun serbest olarak kalıp boşluğunu çok iyi ve
tam olarak doldurması (yüksek akıcılık kabiliyeti) istenildiği gibi, kalıp içinde soğuk olarak
preslendiğinde de (zımbalandığında) teorik yoğunluğa olduğunca yakınlaşması sağlanır.
Malzeme ne kadar yumuşaksa, preslenebilirliği de o derece yüksektir. Preslenebilirlik toz
tanelerinin preslemede kendi aralarındaki ve tanelerle kalıp arasındaki sürtünmeye de
yakından bağlıdır.
Parçanın teorik yoğunluğu: örneğin Fe için ulaşılan green yoğunluk 6,65 gr/cm3 ise , Fe:7,87
gr/cm3 :
(6,65 : 7,87) * 100 =% 84,5 
% Teorik yoğunluğu verir.
% 84,5 Dolu
%15,5
Gözenek
136
DENEYİN ADI: T/M ile Üretilen Parçaların Gözeneklilik Testi
DENEYİN AMACI: Farklı presleme basınçlarındaki gözenek ve yoğunluk ilişkisinin tespiti.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Metal tozu, kalıp, pres,
zımparalama ve parlatma tertibatı, ışık metal mikroskobu,
Şekil 3. İzostatik Olarak Preslenmiş Numunelerin Mikroyapıları
Bu mikro yapılardan aşağıdaki bilgiler göze çarpmıştır:

5,56 g/cm3 (29,2 % porozite) yoğunlukta; çok sayıda gözenek halen en büyük toz
partikülleriyle yaklaşık olarak aynı boyuttadır.
137

6,175 g/cm3 (21,5 % porozite) üzerindeki yoğunluklarda; birbirlerini o derece bloke
etmektedirler ki; partiküllerin yeniden düzene girmesi ve toparlanması, parçacığın
şiddetli plastik deformasyonu gerçekleşmeden, tamamen imkânsız gibidir (çok düşük
yoğunluklarda da görüldüğü gibi).

6,61 g/cm3 (15,9 % porozite) üzerindeki yoğunluklarda arta kalan en büyük
gözenekler; en büyük boyutlu toz partiküllerinden çok daha küçüktür ve 7,44 g/cm3
(5,3 % porozite) yoğunlukta, geri kalan tüm gözenekler ilk toz partiküllerinden en
küçük tane boyutuna sahip olandan dahi çok daha küçüktürler.
* Basınç 
,
Yoğunluk  ,
Gözenek 
* Gözenek  ,
Yoğunluk 
* Gözenek  ,
Dayanım
* Gözenek  ,
Yağlama yeteneği


Gözeneklilik: Sinter burç, yağ pompası rotoru, dişliler, yatak malzemesi v.b. yerlerde
kullanılıyor. (Parça imalatı tamamlandıktan sonra gözenek içindeki tozlar vakumlanır, vakum
altında yağ verilir, gözeneklerin içindeki havayı alınarak boşluklara yağ pompalanır)
138
DENEYİN ADI: Elek Analizi, Boyut Dağılımı ve Ortalama Tane Boyutunun Hesaplanması
DENEYİN AMACI: Farklı boyutlardaki toz partiküllerinin boyutlarına göre sınıflandırılması
ve ortalama toz tane boyutunun hesaplanması.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Metal tozu, farklı göz açıklığında
elekler, terazi.
TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Belirli orandaki tozun tane parçacıklarının
şekillerine ve ağırlıklarına göre dağılımının hesaplanmasıdır. Bu yöntemde en üstte kalından
(büyük gözlerden) inceye doğru alt alta dizilmiş olan eleklerin en üst gözüne kuru (nemsiz)
belirli ağırlıkta (100 veya 50 gr’lık tartım) metal tozu konur ve eleklerden belirli süre
titreştirilerek her bir elek üzerinde bu süre sonunda kalan taneler hassas olarak tartılır.
Aşağıdaki gibi bir çizelge düzenlenir. Elek gözleri ve elek sayısı ile deneyin nasıl yapılacağı
standartlarda belirtilmiştir. Eleklerin anti manyetik olması gerekir.
Çizelge 1. Elek Analizi Çizelgesi (örnek)
Elek göz
açıklığı
d
Elek üstü
ΔR
(% hacim)
(mm)
Toplam elek
üstü
Toplam elek
altı
Her göz için ortalama tane
boyutu
miktarı
miktarı
da (mm)
R (%)
D(%)
0.400
0
0
100
0.45
0.315
5.5
5.5
94.5
0.36
0.200
20.5
26.0
74.0
0.26
0.100
42.0
68.0
32.0
0.15
0.063
23.0
91.0
9.0
0.08
0.040
6.6
97.6
2.4
0.05
0.040
2.4
100.0
0.0
0.02
Bu çizelgedeki değerlerden :
do= Σ ΔR * da / 100
do : Aritmetik ortalama tane çapı
ΔR : Her bir elek üstündeki miktar, %
R : Elek üstü miktar toplamı, %
139
da : Her elek için ortalama tane büyüklüğü, mm
D : Elekten geçen miktar, %
Örneğin :
do=(0 * 0.045) +(5.5 * 0.36) + (20.5 * 0.26) + (42 * 0.15) + (23 * 0.08) + (6.6 * 0.05) +
(2.2 * 0.02) / 100= 0.136 mm bulunur.
DENEYİN ADI: Presleme
DENEYİN AMACI: Tozların kalıplarda şekillendirilerek farklı basınçlar için basınçyoğunluk ilişkisinin belirlenmesi.
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: Metal tozu, kalıp, pres.
TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Toz Metalurjisinde yoğunlaştırma ikinci önemli
prosestir. Presleme; hazırlanmış metal tozu karışımının önceden belirlenen yoğunluğa
ulaşabilmesi için uygun preslerde kalıp ve zımbalar yardımı ile sıkıştırılmasıdır. Pres kalıbı
içine doldurulan metal tozunu katı cisim haline getirir. Yüksek bir presleme derecesine
ulaşabilmek için iyi şekil alabilir bir toz ve yüksek presleme basınçlarına ihtiyaç vardır.
Preslemede ulaşılan yoğunluk toz metalurjisi ile imal edilen parçaların mekanik özelliklerini
birinci derecede etkiler.
Presleme çoğunlukla soğuk (oda sıcaklığı) yapılmakla birlikte özel hallerde sıcak olarak da
yapılır. Presleme ile metal tozuna, imal edilecek parçanın boyut ve şekline göre istenen
düzeyde bir yoğunluk ve mekanik dayanım kazandırılır.
Kalıpta yoğunlaştırma işleminin üç temel aşaması vardır.
1. Kalıp boşluğuna belirlenen miktarda metal tozunun doldurulması,
2. Zımbalar yardımı ile basınçla tozun sıkıştırılması,
3. Şekillendirilmiş parçanın kalıptan çıkarılması.
Şekil 4. İki ticari demir tozu için yoğunluk-basınç ilişkisi
140
DENEYİN ADI: Metal Tozlarına Uygulanan Sinterleme Prosesleri
DENEYİN AMACI: Sinterleme proses koşullarının yapı ve özelliklere etkisi
KULLANILAN ALET, CİHAZ VE MALZEMELER: T/M ile üretilmiş numune, atmosfer
kontrollü fırın.
TEORİK BİLGİ ve DENEYİN YAPILIŞI: Sinterleme; preslenmiş toz malzemenin şeklini
bozmadan yapılan ısıl işlemdir. Preste şekil verilmiş toz bu haliyle kullanılmaya elverişli
değildir. Ancak sinterlemeyle gerekli dayanım artışı sağlanır. Bu işlemde belirli sıcaklık ve
sürede toz taneleri arasında difüzyon meydana gelir ve zayıf mekanik bağlar, kuvvetli
mekanik bağlara dönüşürler.
Sinterleme sıcaklığı ve süresi; sinterlemede parçalardan istenen özelliklere uygun bir
sinterleme sıcaklığı ve süresi saptanmalıdır. Parçalardaki düşük yoğunluk ve dayanımın esas
nedeni çok düşük sinterleme sıcaklığı ve süresidir. Sinterleme sıcaklığı tozun ergime
sıcaklığına mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır.
Çizele.2 : Bazı metal ve alaşımların sinterleme sıcaklık ve süreleri
Toz Malzemesi
Sinterleme Sıcaklığı (ºC)
Sinterleme Sıcaklığında Bekleme
Süresi(dk)
Bronzlar
760-871¬820
10-20
Pirinçler
843-898
10-45
Bakır
843-898
12-45
Çelik, C’lu çelikler
1010-1148
8-45
Paslanmaz çelikler
1033-1287
30-60
Fe (ferrit)
1204-1482
10-600
Nikel
1010-1148
30-45
Alnico magnetler
1204-1301
120-150
Tungsten karbürler
1426-1482
20-30
Molibden
2054
120
Tungsten
2343
480
141
KAYNAKLAR:

Höganas Handbook For Sintered Components, 1997.

Powder Metallurgy Science, Randall M. GERMAN, 1994.

ASM Handbook Volume 7, Powder Metallurgy, 1993.

Toz Metalürjisi Ders Notları, Adem BAKKALOĞLU, 2007.
Toz Metalürjisi ve Parçacıklı Malzeme İşlemleri, Randall M.
142
KUM KALIPLAMA, ERGİTME, ISIL ANALİZ VE DÖKÜM DENEYİ
I. AMAÇ
Kum kalıba döküm ile parça üretimin incelenmesi.
II. TEORİK BİLGİ
2.1 Giriş
Metal esaslı parçaların imalatında beş temel imalat yöntemi kullanılmaktadır; bunlar döküm,
plastik şekillendirme, talaşlı işlem, kaynak ve toz metalürjisi. Parça üretiminde bazen
bunlardan biri ve çoğunlukla birden fazlası ardışık olarak kullanılmaktadır.
Döküm yolu ile biçimlendirmede sıvı metal ve alaşımların akışkanlığından ve bir boşluğu
doldurarak şekil alabilme kabiliyetinden faydalanılır. Metal ve alaşımlar ergitilir, bazen
bileşim ayarlaması yapılır ve takiben daha önceden hazırlanmış bir kalıba veya boşluğa
dökülür ve katılaşır. Yapımı düşünülen parçanın döküm yoluyla imali için parçanın iç ve dış
şeklini verecek bir kalıbın hazırlanması, malzemenin ergitilmesi ve hazırlanan kalıba
dökülerek şekillendirilmesi gerekir.
Döküm yöntemleri iki ana gruba ayrılmaktadır; bunlar
A- harcanan kalıp kullanan yöntemler
B-kalıcı kalıp kullanan yöntemler
Harcanan kalıp kullanan yöntemlerin başlıcaları: kum kalıba döküm, kabuk kalıba döküm,
seramik kalıba döküm, alçı kalıba döküm ve hassas dökümdür.
Kalıcı kalıp kullanan döküm yöntemlerinden başlıcaları; metal kalıba döküm, basınçlı
döküm, merkezkaç döküm ve sürekli dökümdür.
Harcanan kalıp kullanan döküm yöntemleri ile parça üretimi ardışık olarak gerçekleştirilen
beş temel adımdan oluşmaktadır. Bunlar i) model tasarımı ve imali, ii) kalıp ve maça
hazırlama, iii) ergitme ve sıvı metal işlemleri, iv) kalıp doldurma, v) kalıp bozumu ve
temizleme işlemleridir.
2. 2 Model Tasarımı ve İmalatı
Model dökülecek parçanın bir kopyası olup boyutları dökümü yapılacak parçanın boyutlarına,
büzülme ve işleme payları ilave edilerek belirlenmektedir. Modeller ahşap, metal, mum /
plastik ve alçıdan yapılmaktadır. Modeller a) Tek veya serbest modeller, b) Yolluklu serbest
modeller, c) levhaya bağlı modeller (plak model) ve özel modeller olarak dörde ayrılmaktadır.
143
İlk aşamada parçanın göreceği fonksiyon / işlev ve dökümde dizayn kriterleri dikkate alınarak
parça şekli tasarlanır. Daha sonra yolluk ve besleyici tasarımı yapılır. Kalıp dolum ve
katılaşma simülasyonları ile model tasarımı olabildiğince mükemmelleştirildikten sonra
model imalatı gerçekleştirilir.
Yukarıda anlatıldığı üzere kalıbın hazırlanması için gerekli olan, parçanın şeklini gösteren
benzer parçaya “model” denir. Bu model parçalarının birleştiği yerlere “bölme yüzeyi” adı
verilir. Karışık şekilli parçalarda modelin kolay işlenmesi, dökülecek parça sayısının fazla
olduğu durumlarda modelin dayanıklı olması istenir ve bu doğrultuda model malzemesi
seçimi yapılır. Yaygın olarak kullanılan model malzemesi ahşaptır, bunun yanında metal ve
plastik modellerde kullanılmaktadır.
Modellerin yapımında aşağıdaki noktalar dikkate alınır.
a) Boyut Durumu: Katılaşmada metalin kendini çekmesi dikkate alınarak modellerin
boyutları belirlenir. Bunun dışında dökme parçanın dökümden sonra işleme durumları
imalat resminde gösterilen şartlara uygun paylar verilmek suretiyle büyütülür.
Kalıptan kolay sıyrılabilmeyi sağlamak için modellere belli bir sıyırma açısı verilir.
b) Bölme Yüzeyi: Modellerin kalıplama işleminden sonra kolayca çıkarılması ve bu
suretle sıvı metalin katılaşacağı boşluğun oluşturulması için parçaların bölünmesi
gerekir Bu bölümleri oluşturan düzlemler bölme yüzeyi (ayırma yüzeyi) olarak
adlandırılır.
c) Maça Başları: Maçanın kalıp içine yerleştirilmesi için fazladan oturma başlıkları
yapılır. Modeldeki bu başlıklar kalıpta maçanın yerleşeceği boşlukları oluşturur. Bu
boşluklara oturtulan maça kalıp içerisinde sabitlenmiş olur.
d) Yolluk Sistemi: Ergimiş malzemeyi kalıp boşluğuna gönderen özel kanala yolluk
denir. Sıvı malzemenin akma süresinde katılaşmaması, akış esnasında kalıbın
bozulmaması için yolluğun en uygun yere, dolayısıyla kalıp boşluğunun en alt
noktasına yerleştirilmesi gerekir. Kalıp içindeki havanın ve gazların dışarı atılmasına
yarayan ve kalıbın dolduğunu gösteren özel kanala “çıkıcı” denir. Bunlar yolluğun
tersine parçanın en yüksek bölgelerine yerleştirilir. Parça yüzeylerinde kendini çekme
hasarının oluşumunu önlemek için parça üzerine ilave edilen hazneye “besleyici
denir”. Döküm öncesinde yolluk ağzı genişletilerek bir döküm havuzu oluşturulur, bu
havuz besleyici görevi görür ve havşa olarak adlandırılır. Sıvı metal düşey yolluktan
önce topuğa ulaşır. Topuk yatay yolluk ve gidicilerin seviyesinden daha aşağıdadır,
sıvı metalin saçılarak ilerlemesini ve turbulans oluşumunu engeller. Yolluklama
sisteminin temel elemanları aşağıdaki şekil 1’de görülmektedir.
144
Şekil 1. Yolluklama sisteminin temel elemanları
2. 3. Kalıp ve Maça Hazırlama (Kalıplama)
Döküm tekniğinde parçanın biçimini veren ve sıvı malzemenin içinde katılaştığı kaba “kalıp”
adı verilir. Kalıbın hazırlanması dökülecek parçanın şekline ve döküm tekniğinin gerekli
şartlarına bağlıdır. Parçaların şekillendirilmesi dış görüş yanında iç görüşte dikkate alınarak
yapılmalıdır. Parçanın dış biçimini veren kaba “kalıp” parça içindeki boşlukların
sağlanmasına yarayan dolgu parçasına “maça” adı verilir.
El ile kalıplama işlemi model ile derecede veya yerde model plakası yardımı ile derece
içerisinde yapılabilir. Kalıplama kolaylığı sağladığı için plaka modeller yaygın olarak tercih
edilir. Kalıpların sıkıştırma basıncından, çevrilmesinde ve taşınmasında dağılmaması için
derece adı verilen çerçeveler kullanılır. Dereceler ahşaptan veya metalden yapılmaktadır.
Kum kalıplama şematik olarak şekil 2’ de kalıbın yandan görünüşü de şekil 3’de
görülmektedir.
145
Şekil 2. Kum kalıp yapım şeması
146
Şekil 3. Bir kum kalıbın kesit resmi
Maça kalıp boşluğuna yerleştirilen ve kapladıkları kısımların döküm yapıldıktan sonra boş
olarak çıkmasını sağlayan iç kalıplardır. Maçalar çoğunlukla kumdan yapılır. Kalıcı kalıp
kullanan döküm yöntemlerinde metal maçalarda kullanılabilir. Kum maçalar maça kutusu
veya maça sandığı adı verilen tahta veya metal kutularda hazırlanır. Maça hazırlamada
çoğunlukla organik bağlayıcılı ve kendi kendine sertleşen özel maça kumu karışımları
kullanılır.
2.3. 1 Kalıp Malzemeleri
Kalıp ve maça yapımında yaygın olarak silika kumu kullanılır. Silika kumu kolay elde edilen
ucuz bir kalıp malzemesidir. Diğer tip kumlar yüksek refrakterlik, yüksek ısıl iletkenlik ve
düşük ısıl genleşme gerektiren özel uygulamalarda kullanılır. Silika kumları minimum %9596 oranında SiO2 içermelidir. Kumun SiO2 içeriği düştükçe refrakterlik özelliği azalır.
Kumun tane boyutu dağılımı döküm parçaların kalitesini etkilemektedir. İri boyutlu kumlar
yüksek geçirgenlik sağlayarak gaz çıkışını kolaylaştırırken parçaların yüzey kalitesini
düşürmektedir. İnce taneli kum kullanımı ise yüzey kalitesini arttırırken geçirgenliği düşürür.
Ayrıca ince taneli kumlar daha fazla bağlayıcıya gereksinim duymaktadır.
Kumun tane boyut dağılımı kadar tane şeklide çok önemlidir. Köşeli, kum tanelerinin
paketlenme yoğunluğu düşük, kalıplanabilirliği zayıf ve bağlayıcı gereksinimi yüksektir. Bu
nedenle kalıp yapımında yuvarlak şekilli kumlar tercih edilmektedir.
147
Günümüzde dökümcülükte doğal kumlar nadiren kullanılmaktadır. Tane şekli ve dağılımı
belirlenmiş, yıkanarak içerisindeki artıklar giderilmiş, sentetik kum karışımları tercih
edilmektedir.
Kum tanelerini birbirine bağlamada en ilk metot kil ve su kullanımı olmuştur. Kil su ile
birleşerek şişer ve kum tanelerini bir arada tutar. Yaş kum kalıplama olarak da adlandırılan bu
metot günümüzde yerini giderek kimyasal bağlayıcılı metotlara bırakmaktadır.
Kil bağlı kalıp kumları kaybolan suyun ve eksilen kilin yeniden katılmasıyla tekrar tekrar
kullanılabilir. Dökümdeki yüksek sıcaklık nedeniyle kilin bir kısmı değişime uğrayarak
bağlayıcılık özelliğini yitirir.
En iyi bağlayıcı killer bentonitlerdir. Sodyum ve kalsiyum esaslılar olmak üzere iki çeşit
bentonit kullanılmaktadır.
Özellikle demir esaslı alaşımların dökümünde kullanılan bir diğer kalıp ilavesi pulvarize
kömür tozudur. Yüzey düzgünlüğünü arttıran ve sıyrılmayı kolaylaştıran etkisi vardır.
Kalıp ve maça yapımı içi çok çeşitli kimyasal bağlayıcılar mevcuttur. Bunların çoğunluğu
organik reçine veya sodyum silikat esaslıdır, ayrıca kimyasal bağlıyıcıların ilk
uygulamalarında çimento gibi inorganik bağlayıcılarla da kullanılmıştır.
Kimyasal bağlayıcılar iki şekilde kullanılır:
Kendiliğinden sertleşen karışımlarda (soğuk serleşen olarak da bilinir) kum, bağlayıcı ve
sertleştirici kimyasal birlikte karıştırılır. Sertleşme hemen başlar ancak kumun kalıp veya
maça olarak şekillendirilmesine izin verecek kadar yavaştır, şekillendirmenin ardından
sertleşme devam eder, kalıp veya maça döküme hazır hale gelir. Bu yöntem çoğunlukla büyük
kalıpların yapımında kullanılır ve seri üretime uygun bir yöntemdir.
İşlemle sertleştirmede ise kum ve bağlayıcı karıştırılır ve şekillendirilir, bu esnada herhangi
bir sertleşme reaksiyonu meydana gelmez, sertleşme ısı veya katalizör gaz uygulamasıyla kısa
sürede gerçekleşir. Bu yöntem genellikle maça yapımında veya küçük parçaların
kalıplanmasında kullanılır.
Kendiliğinden sertleşen reçinelerden yaygın olarak kullanılanı furan tipi reçinelerdir.
Sertleştirici olarak asit katalizör kullanılır. Furan reçineleri üre formaldehit, fenol formaldehit
veya her ikisini karışımına furfuril alkol katılmasıyla elde edilir. Setleşme hızı asit katalizörün
miktarı ve etkinliğine göre ayarlanabilir.
Diğer bazı kendiliğinden sertleşen reçineler fenolik izosiyanatlar (fenolik üretanlar) ve alkalin
fenolik reçinelerdir.
148
Sodyum silikat, cam suyu olarak da bilinir ve su çözündürebilir camdır, silika (SiO2) ve soda
(Na2O) içeriğine göre çok çeşitli türleri vardır. Sodyum silikat çok çeşitli yöntemlerle
serleştirilebilir, CO2 gazı veya sıvı ester ilavesi yaygın olarak kullanılan yöntemlerdir. Silikat
tipi bağlayıcılar kokusuzdur ve sağlığa pek zararlı değildir, bunun yanında oluşturduğu bağ
reçine bağlayıcılar kadar kuvvetli değildir. Ayıca inorganik bir bağlayıcı olduğu için ısıdan
etkilenmez ve dökümden sonra bozulma problemlerine neden olabilir. Bu nedenle çeşitli
organik ilaveler doğrudan sıvı silikata veya kum karıştırma esnasında yapılabilir.
Kum Kalıba Döküm Yönteminin Avantajları
1) Demir esaslı ve demir dışı metal alaşımlarının dökümüne elverişlidir.
2) Kum kalıp hem küçük, hem çok büyük parçalar için uygun bir yöntemdir.
3) Kalıp malzemesi ucuz ve bol miktarda bulunur.
4) Az sayıdaki parça dökümüne uygundur.
5) Kalıp maliyeti en düşük olan döküm yöntemidir.
Kum Kalıba Döküm Yönteminin Dezavantajları
1) Seri üretime uygun değildir.
2) Yüzey ve boyut hassasiyeti iyi değildir.
3) Çok ince detayların elde edilmesi zordur.
4) Dökümden elde edilen parçalar mutlaka başka işlemlere tabi tutulur.
5) Kalıplama büyük zaman kaybına neden olur.
6) Malzeme sarfiyatı fazlıdır.
2.4 Ergitme, Sıvı Metal İşlemleri Kalıp Dolumu, Kalıp Bozma ve Temizleme
Parçanın dökümünde kullanılacak olan külçe, hurda ve ar aiş formundaki metal veya alaşım
uygun bir ergitme fırınında şarj edilerek ergitme işlemi gerçekleştirilir. Ergitme işleminden
sonra metal veya alaşımın cinsine göre flakslama, gaz giderme, modifikasyon, tane küçültme,
aşılama işlemleri yapılır. Alaşımın kimyasal bileşimi kontrol edilir ve ayarlanır. Sıvı metal
işlemlerini takiben sıcaklık istenilen değerlere getirildikten sonra sıvı metal kalıp boşluğuna
uygun bir sekilde doldurulur. Katılaşma sona erdikten ve parça bir süre soğuduktan sonra
kalıp bozulur, parça çıkartılır, temizlenir yolluk ve besleyici kırılarak bitirme işlemlerine hazır
hale getirilir.
149
2. 5 Isıl (Termal) Analiz
Isıl analiz bileşim ve modifikasyon, tane küçültme, aşılama (inokülasyon) küreselleştirici
ilavesi gibi katkıların uygunluğunu anlamak amacıyla soğuma eğrilerinin elde edilmesi ve
değerlendirilmesini kapsamaktadır.
2.5.1 Teorik Bilgi
Isıl Analizin İlkeleri; Isıl analizin ilkesi, faz diyagramlarını hesaplamak için ergimiş
numunenin bir kap içerisine dökülmesi, katılaşma esnasında sıcaklığın ölçülmesi ve sıcaklığın
zamana göre değişimini gösteren bir eğrinin elde edilmesi olayına dayanmaktadır. Bu eğriye
“Soğuma Eğrisi” adı verilir. Elde edilen veriler matematiksel bir işlemle soğuma eğrisine
dönüştürülür. Katılaşma esnasında, sıvı metal belli bir soğuma hızıyla sıcaklığı azalır.
Katılaşmanın başlaması ile birlikte metalin soğuma hızında bir azalma meydana gelir. Çünkü
katılaşma sonucu açığa çıkan gizli ısı soğuma hızında değişime neden olur. Böylece ısıl bir
duraklama meydana gelir ve soğuma eğrisinin eğiminde değişime neden olur. Böylesi bir
değişim katılaşma tamamlana kadar devam eder ve alaşımın liküdüs sıcaklığını ve diğer
meydana gelen reaksiyonların ortaya çıkmasını sağlar. [3]
Soğuma eğrisi, numuneden çıkan ısı ile numunenin gizli ısısının değişimi arasındaki farkı
sonucunda açığa çıkar. Saf metal ve ötektik alaşımları için katılaşma prosesi belli bir
sıcaklıkta meydana gelmektedir ve sadece bir ısıl duraklama gözlemlenir. Hiç sıcaklık
değişimi göstermeyen bu ilerleme soğuma eğrisinde gözlemlenebilir. Katılaşmanın gizli
ısısıyla numuneden açığa çıkan ısı eşit olduğu zaman sabit bir sıcaklık elde edilir. Katı
çözünen alaşımlar için dönüşüm belli bir sıcaklık aralığında gerçekleşir. Dönüşüm soğuma
T
eğrisinde katılaşmanın başlangıcı ve sonu olarak bir eğimle gözükmektedir. S sıcaklığında
gizli ısı açığa çıkar ve eğrinin eğimi azalma gösterir, yani soğuma hızı azalır. TK sıcaklığında
ise bütün gizli ısı tükenmiş ve eğrinin eğimi artmaya başlamıştır. Bu noktadan sonra ısı
transferi artık sadece numune ile çevresi arasında meydana gelir (Şekil 4). [3]
Şekil 4 Soğuma eğrileri (a) Saf metal için (b) katı çözünen alaşım için
150
İkili ötektikaltı Al-Si döküm alaşımları için karakteristik soğuma eğrisi Şekil 5 a’ da
T
verilmiştir. Bu alaşımlar ilk önce  (Birincil Al) fazı olarak, belli bir sıcaklık aralığında, S
sıcaklığından ötektik sıcaklık kompozisyonu olan 557 C ’ ye kadar dönüşüm gerçekleşir. Bu
noktada Al-Si ötektik gizli ısısının kalmayacağı noktaya kadar katılaşır.[1] Daha karmaşık
olan 319 Al-Si-Cu ve 356 Al-Si-Mg gibi Al-Si alaşımlarında katılaşmanın bitişi Al-Si ötektik
sıcaklığında gerçekleşmez. Ancak daha düşük sıcaklıklarda ikincil ötektik reaksiyonları ile
belirlenir. Bu reaksiyonlar içinde Al2Cu ve Mg2Si fazları dönüşümü gerçekleşir.
(a)
(b)
Şekil 5 a)Al-Si alaşımı soğuma eğrisi ve b) Soğuma eğrisi ve birinci türev (soğuma hızı)
eğrisi.
Soğuma eğrisi daha karmaşık hale gelir ve farklı reaksiyonlar sonucu ısıl duraklamalar
yaşanır. Bu duraklamaların bazıları çok küçük ısıl etkiler olduklarından algılanması çok
zordur. Soğuma eğrilerinin birinci türevi bu açığa çıkan küçük dönüşümlerin ısısını bulmada
kullanılmaktadır. Şekil 2 b’ de gösterilen pikler katılaşma sırasında oluşan ısıların birinci
türevi sonucu etkilerini göstermektedir. Böylece daha hassas ve anlamlı sonuçlar elde
edilebilmektedir.[3] Soğuma eğrilerindeki sıcaklık ve zaman parametreleri bir alaşımın tane
inceltme ve modifikasyonunu açıklamak için kullanılabilir.
Tane İnceltmenin Isıl Analizi; Erimiş alüminyum alaşımının katılaşması sonucunda yapılan
ısıl analizde elde edilen soğuma eğrisiyle tane inceltme hakkında bazı verilere ulaşılır. Tane
inceltme için yapılan uygulamalarda tane inceltmenin derecesi erimiş Al alaşımı içerisine
katılan çekirdekleyicilerin oluşturduğu altsoğumanın derecesiyle ilişkilidir. Bir erimiş metal
içerisinde bulundurduğu ya da bulundurmadığı heterojen çekirdekliyiciler sayesinde belli bir
altsoğuma yapar. Bu altsoğuma diğer empüritelerin erimiş metal içerisinde çekirdeklenmesi
için aktivasyonu sağlar. Bunun yanı sıra alaşım elementleri de etkili çekirdeklenme bölgeleri
oluşturarak, altsoğumanın çok az ya da oluşmamasına neden olurlar ve alaşımın küçük tane
boyutuna sahip olması sağlanır. [4]
151
(a)
(b)
Şekil 6 a)Al-Si alaşımlarında katılaşmanın soğuma eğrisi ve b) Altsoğuma sıcaklığı ve
altsoğuma zamanına göre tane boyutundaki değişim
Şekil 6 a’da görülen ısıl duraklamanın yaşandığı altsoğuma genellikle tane inceltmenin
derecesini belirlenmesinde Al döküm alaşımlarında kullanılan referans bölgesidir.
Dönüşümün bittiği ve ulaşılan en yüksek sıcaklık ile maksimum altsoğuma sıcaklığı
arasındaki fark bize tane inceltmenin başarısını gösteren en önemli değerdir.[3] Tane
inceltmenin derecesini ölçmede kullanılan diğer bir parametre ise zamandır. Ötektikaltı Al-Si
alaşımlarında altsoğuma süresi ile tane boyutu hakkında bilgi edinmede iyi bir ilişki
kurulabilmektedir. [3] Altsoğuma(ΔTR-U)ve altsoğuma zamanı(t1) parametrelerinin tane
boyutu arasındaki ilişkiyi açıklayan grafik Şekil 3 b’de verilmiştir.[3,8]
Modifikasyonun Isıl Analizi; Isıl analiz ile yapılmış çalışmalar sonucunda elde edilen
sonuçlar modifiye edilmiş alaşımdaki ötektik sıcaklık ile modifiye edilmemiş alaşımdaki
ötektik sıcaklık arasında belirgin bir fark olduğunu ortaya koymuştur(Şekil 7a). Daha ileriki
safhalardaki çalışmalar, modifikasyon derecesinin sadece ötektik sıcaklığındaki düşüş değil,
ayrıca ötektik altsoğuma derecesi ve süresinin dikkate alınması gerektiğini ortaya koymuştur.
Modifikasyon derecesi ile değişkenler arasındaki ilişki Şekil 7 b’de gösterilmiştir.[5,6]
152
(a)
süresi
(b)
Şekil 7 a)Al-Si alaşımlarının soğuma eğrisi ve modifikasyonu ve b) Modifikasyon derecesini
etkileyen faktörler
III. DENEYDE KULLANILAN CİHAZ VE EKİPMANLAR

Büyük kum karıştırıcı

Küçük kum karıştırıcı

Havalı tokmak

Dereceler ve plaka modeller

Maça sandıkları

Dökümcü el aletleri

CO2 tüpü

Çeşitli beher ve kaplar

Tartı

İndüksiyon alüminyum ergitme fırını
IV. DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER

Silika kalıp kumu

Bentonit ve su

Furan ve serter
153

Sodyum silikat

Grafit (yağlayıcı)

Alüminyum döküm alaşımı
V. DENEYİN YAPILIŞI
Bu deneyde yaş kum kalıp, furan reçineli maça ve sodyum silikat bağlı yolluk ağzı döküm
havuzu yapılacaktır, hazırlanan kalıba elektrik dirençli fırında ergitilmiş alüminyum
dökülecektir.
1) Kalıp Yapımı:

Belirlenmiş miktarda kum, bentonit ve su büyük kum karıştırıcıya yüklenir.

Kalıplamaya uygun hale gelene kadar karıştırılır.

Alt ve üst derece kalıplama plakasının üstüne yerleştirilir.

Plaka model iki derece arasına yerleştirilir.

Alt derece üste gelecek şekilde çevrilir.

Model üzerine grafit serpilir.

Dereceye kum doldurulur.

Kademeli olarak el aletleri ve havalı tokmak ile kum sıkıştırılır.

Fazla kum sıyırma cetveli ile derece üzerinden sıyrılır.

Kalıp ters çevrilerek aynı işlem üst derece için tekrar edilir.

Yolluğun ağzı genişletilerek havşa açılır.

30-40 mm aralıklarla şiş çekilir.

Dereceler birbirinden ayrılarak model çıkartılır.

Gerekiyorsa kalıp içinde tamirat yapılır.

Dereceler tekrar birleştirilerek kalıp döküme hazır hale getirilir.
154
2) Maça Yapımı:

Yeterli miktarda kum küçük kum karıştırıcıya yüklenir.

Belli oranda furan ilave edilerek bir süre karıştırılır.

Serter ilave edilerek karıştırmaya bir süre daha devam edilir.

Karışım karıştırıcıdan bir kaba boaşltılır.

Maça sandığının iç grafitlenir.

Kum karışımı maça sandığına doldurulur.

Karışımın sertleşmesi için bir süre beklenir.

Maça sandığı açılarak maça çıkartılır.
3) Döküm Havuzu (Havşa) Yapımı:

Bir kaba yeteri kadar kum alınır.

Üzerine sodyum silikat ilave edilerek elle karıştırılır.

Hazırlanan karışım plaka model üzerinde sıkıştırılır.

Kalıp yanındaki deliklerden ve yukarıdan CO2 gazı verilerek sertleştirilir.

Sertleşen parça yavaşça modelden sıyrılır.
4) Ergitme ve Döküm:

Hazırlanan kalıp ergitme yapılan fırının önüne getirilir.

Kalıbın etrafına kum dökülür ve üzerine ağırlıklar yerleştirilir.

Pota fırından çıkartılır, curuf alınır.

Sıvı metal kalıba doldurulur.

Artan kısım hazır bulundurulan kokile dökülür.

Katılaşma ve kalıbın soğuması beklenir.

Kalıp bozularak döküm parçası çıkartılır.
155
İstenenler
1. Kalıp kumu ve karışımında kontrol edilen özellikler nelerdir.
2. Maça hazırlama yöntemleri nelerdir.
3. Alüminyum alaşımlarında kullanılan tane küçültücüleri açıklayınız ve hangi oranlarda
kullanıldığını belirtiniz.
4. Alüminyum alaşımlarında kullanılan modifikasyon ajanları hakkında bilgi veriniz.
5. Dökme demir dökümünde kullanılan aşılayıcı ve küreselleştiriciler hakkında kısa bilgi
veriniz.
VI. ISIL ANALİZ DENEYİNDE KULLANILACAK DONANIM, GEREÇLER VE
MALZEMELER
Deneyde kullanılacak donanım ve gereçler şunlardır; bir adet masaüstü bilgisayar, veri kayıt
programı, A/D dönüştürücü, K tipi (kromel-alumel) termokupl (ısıl çift) ve bağlantı kabloları,
kap yerleştirme düzeneği, Quick-Cup(QC-4010 telleryumsuz) test kapları, malzemelerin
ergitildiği pota ve ergitmeyi sağlayan ergitme ocağı kullanılacaktır.[5] Kullanılacak
malzemeler Al-Si Alaşımı, tane inceltici ve modifikatördür.
VII. ISIL ANALİZ DENEYİNİN YAPILIŞI
Belirli miktardaki şarj malzemesi pota içine yerleştirilerek ergitme ocağında ergitme işlemine
tabi tutulur. Ergitme gerçekleştikten sonra daldırma termokupl ile sıcaklık kontrol edilir. Daha
sonra ergiyik metalde gerekli sıvı işlemleri yapılır. Termal analiz sistemi bu arada hazır hale
getirilir. Uygun sıcaklıkta potayla birlikte termal analiz kabına döküm yapılır. Katılaşma
tamamlanana kadar termal analiz sistemi verileri (sıcaklığı ve zamanı) kaydeder. Daha sonra
sistem durdurulur ve kap yerinden çıkarılır. Kaydedilen veriler soğuma eğrisi ve türevleri
olarak uygun bir program yardımıyla çizdirilerek analiz edilir. Kapta katılaşan kütle istenirse
kesilerek metalografik olarak incelenerek elde edilen yapılar ile soğuma eğrisi arasındaki
ilişki ortaya çıkarılır. Soğuma eğrisi katılaşan metalin metalürjik parmak izi olarak kabul
edildiğinden dökümden önce ergiyik metal ve alaşımların kalitesini ve özelliklerini
belirlemek, termal analiz sistemi ile mümkün olmaktadır.
VIII. RAPORDA BULUNMASI GEREKLİ BİLGİLER
a) Kalıp kumları
b) Maça kumları
c) Kum kalıba dökümle üretilen parçalar
156
d) Kum kalıp kaynaklı döküm hataları
e) Dökümü yapılan metal ve alaşımlarının soğuma eğrisini çiziniz. Teorik verilerle
kıyaslayınız.
f) Soğuma eğrisinde değişim noktalarını tespit ederek, değişim noktalarının neyi yansıttığını
açıklayınız.
g) Soğuma eğrisinin türevini çizdirerek yorumlayınız.
IX. KAYNAKLAR
1. Ergin Çavuşoğlu, “Döküm Teknolojisi”, İTÜ Yayınları 1981.
2. Mustafa Çiğdem, “İmal Usulleri”, Çağlayan Kitabevi 1996.
3. D.Gloria İberra, “Control of Grain Refinement of Al-Si Alloys By Thermal Analysis”,
(1995).
4.R. Cook, “Grain Refinement of Al-Si Foundry Alloys”, London & Scandinavian
Metalurgical Co Limited, (1998).
5. Ş.Yılmaz, “Al-Si Döküm Alaşımlarının Termal Analizi”, Metal Dünyası, (2003).
6. R. Cook, “Modification of Al-Si Foundry Alloys”, London & Scandinavian Metalurgical
Co Limited, (1998).
7. Ö. Şen, “Alüminyum-Silisyum Alaşımlarının Isıl Analizi”,Yüksek Lisans Tezi (1998).
8. S.Adışen, “Alüminyum-Silisyum Alaşımlarının Isıl Analizi”, Bitirme Tezi (2006).
157
1. OPTİK EMİSYON SPEKTROMETRESİ
AMAÇ
Metalik numunelerin optik emisyon spektrometre cihazı kullanılarak kimyasal içeriklerinin nicel
olarak belirlenmesi.
TEORİK BİLGİ
Şekil 1
Şekil 1’de görüldüğü gibi katot boşluğundaki gazlar tahliye edilir ve bu boşluğa argon gazı 1-10 torr
basınç ile gönderilir. 600-1500 voltluk yüksek potansiyel uygulanır. Böylelikle Argon iyonları
numuneye doğru ivmelendirilirler. Numunenin uyarılmasıyla oluşan yüksek sıcaklıkta numunenin en
dış yörüngesindeki elektronlar bir yüksek seviyeye çıkarlar ve geri dönerken, aradaki enerji farkından
dolayı bir ışıma meydana gelir, buna spektrum denir. Her elementin kendine has spektr çizgileri
vardır. Meydana gelen ışıma spektrometrede değerlendirilir.
158
Spektrometre cihazı şu üniteleri ihtiva eder;

Optik ünitesi,

Güç ünitesi ve ateşleme bölgesi,

Bilgisayar sistemi,

Yazılım sistemi

Argon gazı ve vakum sistemi
Sekil 2. Tek CCD sistemli optik
CCD optik sensörlü spektrometre teknolojisinde ise seçilen aralıkta tüm element spektrumunu ölçen
bir detektör kullanılarak bütün bu problemler aşılmıştır (Şekil 2). Optik odasına argon gazı verilmek
suretiyle inert ortam oluşturulup, düşük dalga boylu elementlerin izlenmesi sağlanabilmektedir. Bu
sistemde multi bazlı analizler vakum, klima gibi özel donanım ve herhangi ilave parça
gerektirmeksizin, doğal ortamda, kolay ve hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Ayrı bir sistemde de,
Rowland dairesi, üzerine CCD çipleri yerleştirilip, dedektör sayısı artırılarak tüm spektrum kayıpsız
olarak izlenebilmektedir (Şekil 3).
159
Şekil 3. Çok CCD sistemli optik
Foto tüplü sistemlerin çalışma prensipleri:
Numune iki farklı elektrot arasında elektrik akımı yardımıyla ısıtılırsa atomlar kendilerine özgü dalga
boylarında ışıklar yayarlar. Bu ışık dar bir alandan spektrograf içine gelir. Buradaki prizma ve
mercekler yardımıyla ışık, farklı dalga boylarına ayrılarak fotoğraf filmi üzerine düşer ve fotoğraf filmi
üzerindeki çizgiler belirli elementler tarafından yayınan ışıklara aittir.
Optik sensörler olarak foto tüplerin kullanıldığı (foto tüp optik sensörlü) spektrometrelerde, her
element için ayrı bir ölçme devresi ve elemanlara ihtiyaç olup, analiz istenen her element için cihaza
bir foto tüp yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu ise hem cihazın boyutlarını önemli oranda artırmakta,
hem de analiz edilecek elementlerin sayısını sınırlamaktadır. Bir başka zorluk ise spektrometre için
vakum sistemine ve klima ile donatılmış bir yerleşim yerine ihtiyaç duyulmasıdır.
Dedektörlü sistemlerin çalışma prensibi:
Ateşleme bölgesinde tungsten ile elektrot ile numunenin alt yüzeyi arasında bir elektron boşalması
meydana gelir ve elde edilen ışıma optik kısımda kullanılır bilgiye dönüştürülür. Ateşleme bölgesinde
160
oluşan ışık mercek vasıtası ile optik odasına iletilerek optik odasında toplanır. Griş slidinden grating
spektral aynaya odaklanan ışık, burada spektral olarak saçılmaya uğrar ve dalga boyların ayrışır.
Optik ünite, ateşleme bölgesinden gelen ışığın toplanıp odaklanarak spektral saçılmaya uğradığı ve
dalga boylarına ayrıştığı bir optik odasından meydana gelir. Sürekli argon gaz atmosferinde tutulan
odadaki dedektör sayesinde belirli dalga boyu aralıklarına karşılık gelen elemetlerin miktarları
belirlenmektedir.
Cihazın en önemli birimleri :
Giriş sliti (yarık): 10-50 µm genişlikte olabilir ve ateşleme bölgesinden gelen çok renkli ışığı geçirir.
Grating (Spektral ayna): Prizma gibi ışığı dalga boylarına ayırır.
Dedektör: Dalga boylarına ayrılmış olan ışığı algılayan CCD veya fototüp sensörlerdir.
Uygulama Alanları
Spektrometre cihazı, üretim ve malzeme karekterizasyonuna yönelik olarak iki uygulama alanına
sahiptir. Üretime yönelik olarak spektrometre dökümhane işletmelerinde istenilen kimyasal
bileşimde malzeme dökümünü sağlamada kullanılmaktadır. Karekterizasyon amaçlı kimyasal analiz ile
de hem maddelerin, yarı ürün ve nihai ürünün içeriği belirlenebilir. Sabit ve portatif olarak iki ayrı
tipte üretilen bu cihazların seçiminde ne amaçla kullanılacakları dikkate alınmalıdır. Ayrıca seyyar
spektrometreler de sabit spektrometrelerin çalışma mekanizması ile çalışırlar ve sabit spektrometre
hassasiyeti kadar olmasa da analiz yapabilirler.
Optik Emisyon Spektrometresi Kullanımının;
Avantajları

Bir çok elementi aynı anda analiz etme imkanı,

Kullanıcının oldukça basit ve çabuk olmasa,

Bir yıl içinde yüz binlerce örnek analiz edilebilmesi,

Analizlerin oldukça ucuz olması,

Sonuçları uzun süre kolayca saklanması.
161
Dezavantajları

Sadece metalik malzemelerin analizinin yapılabilmesi,

Toz ve benzeri malzemelerin analizlerinin yapılamıyor olması
KULLANILAN CİHAZLAR VE MATERYALLER

Zımparalama cihazı

Optik emisyon spektrometresi

İncelenecek numune

Referans numune

Zımparalama kağıtları
DENEYİN YAPILIŞI
Numunenin Hazırlanması: İncelenecek numunenin yüzeyinin düzgün olması gerekir. 60’lık
zımpara ile yüzey zımparalanır. Referans numunesinin de yüzeyi zımparalanır.
Analiz: Hangi tür numune incelenecekse o türün referansı alınır. Referans numune yakma
haznesine yerleştirilir. Yakmanın iyi olduğunu anlamak için birkaç kere yakma yapılır.
Yakmanın görüntüsü iyi ise cihaz kalibre edilir. Kalibre işlemi bitince referans numunenin
analizi yapılır. Analiz sonuçları referans numunesinin standart değerlerine uyuyorsa,
numunenin analizine geçilir. Numune yakma haznesinden küçük ise etrafı macun ile kapatılır.
Tel şeklinde ise adaptör yerleştirilerek yakma işlemi gerçekleştirilir. Numunenin türüne göre
referans adı girilir. Numuneye üç kere yakma işlemi uygulanır. Üç değerin ortalaması alınır.
SONUÇLARIN ALINMASI
Referans numunesinin analiz sonucu standartla karşılaştırılır. İncelenecek numunenin
analizinin ortalama değerleri standartlarla karşılaştırılır. Standartlardaki değerlere en yakın
değer alınır. Böylece malzemenin nicel analizi belirlenir.
162
2. DEMİR VE ÇELİKLERDE KARBON MİKTARI TAYİNİ
AMAÇ
Yanma metodu ile demir alaşımlarında karbon tayini yapmak
TEORİK BİLGİ
1000 °C üzerindeki sıcaklıklarda ve fazla oksijende demir ve çelik numunesindeki karbon tamamen
karbondioksite dönüşür. Yanma için bir tüp fırın kullanılır. Yanma bölgesi için tartılmış numunenin
içine sürüldüğü bir seramik tüp kullanılır. Tüpten saflaştırılmış ve dikkatlice kurutulmuş bir oksijen
akımı geçirilir: Yanma sırasında meydana gelen karbondioksit ile birlikte önce NaCl çözeltisi ile
doldurulmuş bir emme kabına sevk edilir. Daha sonra bir büret içinde toplanır. Büret bir skalanın 0
değerine kadar doldurulur ve sonra kostik potasyum (KOH) çözeltisi ile doldurulmuş bir emme
kabından iki kere geçirilerek karbondioksit emmesi temin edilir. Artan gaz bürete geri gelir. Hacimde
azalma % göstergeli skalada okunur, numunenin karbon içeriği bulunur.
2KOH + CO2  K2CO3 + H2O

Oksijen doldurulmuş çelik tüp

Tüp fırın

Karbon emme aparatı

Otomatik ısı kontrol ünitesi

Büret

Seramik yanma kayıkçıkları

Metal çubuk (kayıkçığı itmek için)

KOH, NaCl çözeltileri

H2SO4, CaCO3 emme ve yıkama şişeleri
DENEYİN YAPILIŞI
1234-
Fırın numune tipine uygun alarak gerekli ısı ayarlanır (ortalama 1000 °C)
Talaş alınmış numuneden 1 gr. kayıkçık içine tartılır.
Oksijen akımı ayarlanır.
Emme kabı doldurulur.
163
5- Titrasyon çözeltisinden bir kaç damla ilave edilerek uç noktası temin edilir.
6- Dereceli büret taşıyıcı sıvı (NaCl) ile doldurulur. Seviye şişesi en yüksek durumdadır ve üçlü musluk
doldurma pozisyonunda olmalıdır.
7- Numuneyi içeren kayıkçık fırının ortasına sürülür, burada ısınması için 30 saniye bırakılır.
8- Isınma süresinin sona ermesinden biraz önce karbon cihazının bağlantıyı temin eden lastik tıkaç
sıkıca emme kabının üzerine takılır. Bu, emme çözeltisinin geriye giriş borusuna yükselmesine sebep
olmamalıdır.
9- Bundan sonra tıkaç yanma tüpü üzerindeki yerine takılır ve yanma tüpüne giren oksijen yanmayı
başlatır.
10- Yanma süresi bitmek üzere iken seviye şişesi aşağı durumuna getirilir ve oksijen akımına yavaşça
devam edilir.
11- Taşıyıcı sıvının büret ve seviye şişesinde aynı hizaya gelmesinden hemen önce üçlü musluk eğik
duruma getirilerek likit seviyesinin son duruma gelmesi temin edilir. Cam üzerindeki taşıyıcı sıvının
aşağıya akması için 30 saniye beklenmelidir.
12- Bu arada emme cihazı üzerindeki tıkaç çıkarılır, fırın açılır ve numune artığını içeren kayıkçık
çekilerek dışarı alınır.
13- 0 ayarı için gerekli zaman bittiğinde seviye skala üzerindeki 0 ile kontrol edilir ve gaz karışımı
potasyum hidroksit ile doldurulmuş emme kabından iki kere geçilir.
Taşıyıcı sıvının aşağıya akması için yeterli zaman bırakıldıktan ve eşit sıvı seviyeleri temin edildikden
sonra bürete dönen artık gaz miktarı skalada okunur ve karbon yüzdesi belli olur.
Bulunan C yüzdesinden demir ve çeliklerin uygulama alanları belirlenir.
3.ATOMİK ABSORBSİYON SPEKTROMETRESİ
AMAÇ
Bu metot kimyasal yollarla ayrılmaları gerektiği için çok zaman alıcı olan toprak alkali ve alkali
metallerin kimyasal analizinde kullanılır. Metalik numunelerin analizinde de kullanılır fakat optik
emisyon spektrometresiyle metal numuneler için daha kesin ve seri sonuçlar alınır.
TEORİK BİLGİ
Her elementin, buhar fazındaki bir örneği uyarıldığında kendine özgü bir çizgi tayfı verir. Bu
sebepler spektroskopi (tayf ölçme) bilinmeyen bir maddenin bileşimini çözümlemek için yararlı
bir araçtır. Alev spektroskopisi, serbest atomlar üzerine kurulmuş olan bir spektroskopi dalıdır.
Serbest atomlar elde etmek için madde alevde ısıtılır. Bunun için çözelti haline getirilmiş olan
164
inorganik madde özel bir düzenekte çok küçük kürecikler haline getirilerek alev içine püskürtülür.
İnorganik madde bu sıcaklıkta atomlarına ayrışır. Alev içinde bulunan bir atom türünün başka
kaynaktan alev içerisine gönderilen kendine has dalga boyundaki ışın demetini kısmen
absorblaması ve geride kalan karakteristik ışın demetinin azalma derecesini ölçme üzerine
kurulmuş olan spektroskopi dalına da atomik absorbsiyon spektroskopisi ve bu ölçümün yapıldığı
cihaza da Alevli Atomik Absorbsiyon Spektrofotometresi denir.
Atomik absorbsiyon spektrometresinde kullanılan ışın kaynakları şunlardır:
1) Oyuk katot lambaları (HCL)
2) Çok elementli lambalar
3) Elektrotsuz boşalım lambaları (EDL)
4) Yüksek ışımalı lambalar
Oyuk katot lambaları
Atomik absorpsiyon spektroskopisinde en yaygın kullanılan ışık kaynağıdır. 1-5 basınçta Ar ya da
Ne doldurulmuş, bir katot ve anot içeren silindirik bir cam lambadan oluşur. Katot incelenen
elementin çok saf metalinden veya o elementi içeren bir alaşımdan yapılmıştır. Anot ise genellikle
tungsten ya da nikel bir teldir. Oyuk katot lambalarında her bir element için ayrı lamba
kullanılması gerekmektedir. Elektrotlar arasına yeterli gerilim uygulanılarak 1-50 mÅ’lik bir akım
oluşturulur. Bu gerilimle inert gaz, anotta iyonlaşarak yüksek bir hızla katoda doğru çekilir ve
katoda çarparak bir metal atom bulutu oluşturur. Daha sonra serbest atomlarla olan
çarpışmalarla uyarılmış metal atomları elde edilir. Bunlar temel hale geçerken katot elementinin
karakteristik spektrumunu yayarlar.
165
Atomik Absorbsiyon Spektrometresinin kullanım alanları
Alevli atomik absorbsiyon spektrofotometresi, elementel analizlerde kullanılan önemli bir araçtır.
Örnekteki aranan elementler, o elemente has dalga boyundaki ışığı soğurması yardımıyla
bulunmaktadır. Katot lambada, aranan elementin dalga boyu genelde elementin kendisinin
uyarılması ile elde edildiği için, örnekteki miktarlar için keskin sonuçlar verebilmektedir.
Genellikle metaller için kullanılır.
Basit bir şema ile Atomik Absorbsiyon Spektrometresi
166
Atomik absorbsiyon spektrometresi düzeneğinde ışık kaynağından çıkan ışın, absorblamanın
gerçekleştiği alevli bölümden geçer. Absorblanmayan ışın monokromotör denilen kısımda
değerlendirilerek (absorbans ölçülerek), gerekli veriler elektronik sisteme ya da kollu göstergeye
veri olarak aktarılır. Sistem, görüldüğü gibi basit bir düzenekten oluşmaktadır.
1-) Analizi yapılacak çözelti sisteme ince hortum vasıtası ile verilir.
2-) Örnek çözelti motor vasıtası ile çekilerek sis halinde alevli bölüme püskürtülür.
3-) Bu kısım örneğin atomlaşarak, ışının örnek atomları tarafından soğurulmaya uğradığı
kısımdır. Alevi oluşturacak gaz, örneğin atomlaşabilmesi için gerekli ısıya göre seçilir.
Alevli Bölüm
Atomik absorbsiyon spektrometresinde kullanacağımız yakıtı, atomlaştıracağımız elemente göre
seçmeliyiz. Başlıca kullanılan yakıtlar Asetilen, Hidrojen, Propan, Bütan ve doğal gazlardır. Atomik
absorbsiyon spektrometresinde yakıcı gaz olarak oksijen, diazotmonoksit, hava, hava+oksijen
kullanılır. Asetilenle diazotmonoksit karışımı çok yüksek sıcaklıkta alev verirler. Alkali metaller
dayanıklı oksitler verdiklerinden tayinleri asetilen-hava karışımında yapılır. Ama asetilen-hava
karışımında bir miktar iyonlarına ayrışırlar. Buna karşılık kurşun, bakır, çinko gibi elementlerin
oksitleri dayanıklı olmadıklarından tayinleri için doğalgaz-hava karışımı bile yeterli olabilir.
Alev Sıcaklığında Meydana Gelen Olaylar
• Yüksek sıcaklıkta numune kurur.
• Kurumuş numune içindeki tuzlar gaz molekülleri haline dönüşürler.
• Gaz halindeki tuz molekülleri ayrışarak serbest element atomları verirler.
• Alev içindeki serbest element atomlarından bir kısmı uyarılma sıcaklığına kadar ısınır.
167
•
Alevli atomik absorpsiyon cihazı
•
Önceden hazırlanmış analizi yapılacak metalin çözeltisi
•
Önceden hazırlanmış incelenecek numune çözeltisi
DENEYİN YAPILIŞI
•
Vakum pompası çalıştırılır ve asetilen gazı açılır.
•
Cihaz ve bilgisayar çalıştırılır.
•
Cihazın kendini ayarlaması beklenir.
• İlk önce kendimize çalışma sayfası açılır, standart çözeltiler hazırlanır ve ilgili değerler çalışma
sayfasına kaydedilir.
•
Hangi element analiz edilecekse lambası seçilir ve lamba açılır
•
Ateşleme yaparak alev elde edilir
•
Kalibrasyon sekmesinden hazırladığımız kalibrasyon çözeltileri ile kalibrasyon yapılır
•
Daha sonra kendi analizimizi yaparız
Deney bitiminde yapılacaklar
•
Çalışma sayfası kapatılır
•
Lamba kapatılır
•
Alev söndürülür
•
Asetilen gazı kapatılır
•
Vakum pompası kapatılır
•
Gaz boşaltma butonu ile sistemde kalan gazlar boşaltılır
•
Son olarak program ve takiben cihaz kapatılır.
Analizi yapılan numunenin ppm değerleri okunur hesaplamalar yapılır.
168

2015-2016 BAHAR DÖNEMİ MALZEME LABORATUVARI DENEY

Transkript

Benzer belgeler

Bölüm Tanıtımı - Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Slayt 1 - Mühendislik Fakültesi

608-ZNR GAZ BETON-D.tur

JD Torq-Gard Supreme 15W

Ameliyathanelerde Steril Malzemelerin Otomasyonlu Transfer Çözümü

Örnek Proje - Prof.Dr Akgün Alsaran

Deney 11 - omerkaksi