Çelik İçindeki Metal Olmayan Kalıntıların Saptanması ve Tanımlanması

Çelik İçindeki Metal Olmayan Kalıntıların Saptanması ve Tanımlanması

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN
SAPTANMASI VE TANIMLANMASI
DENEYİN ADI: Çelik içindeki metal olmayan kalıntıların saptanması ve tanımlanması
DENEYİN AMACI: Çeliklerdeki sülfür ve oksit kalıntılarının saptanması
TEORİK BİLGİ:
Çeliklerin, süneklik, yorulma direnci, kırılma tokluğu, kaynaklanabilirlik özelliklerini
olumsuz yönde etkileyen elementlerin başında, yabancı ve istenmeyen kalıntılar meydana
gelir. (Sırasıyla en başta gelenleri O2, S, P, H2, Pb, Sn, Bi, Sb ve bazen Cu ve Zn’dur.)
O2 ve S oluşturdukları oksit silikat, sülfür ve türlü kalıntılarla çeliğin yapısını bozar.
Kalıntıların tür, büyüklük, biçim ve dağılımları çeliğin temizlik durumuna ya da genel olarak
çeliğin niteliğini doğrudan etkiler. Kalıntılar küçük ve az olmalıdır. Kaba ve iri kalıntılar
çeliğin yapısında yer almamalıdır.
1.Kalıntı Türleri
1.1. Sülfür Kalıntıları
Günümüz çeliklerin çoğunda %0,010-0,05 arasında kükürt bulunmaktadır. Çelik içinde
kükürdün tümü sülfür bileşikleri olarak bulunur.
Çeliğin yapısında kalıntı oluşturan en kötü etkili sülfür, FeS bileşiğidir.
Düşük ergime sıcaklığı ve tane sınırlarında çökelmesi çelikler için bir tehlike kaynağıdır. Bu
tür etki modern çeliklerde Mn kalıntılarıyla yok edilir. Mn/S oranı arttıkça kükürdün FeS
olarak bulunan oranı düşer. Bu düşme Mn/S=30 değerine dek (çok sonra) yavaş olur.
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN
SAPTANMASI VE TANIMLANMASI
1.1.1. Sülfür Kalıntı Türleri
I.Tür: Çeliğin oksijen içeriği % 0,01 üzerinde olursa MnS rastgele dağılmış yuvarlak
kalıntılar biçiminde olur.
Bu tür kalıntılar, çeliğin katılaşması sırasında geniş bir sıcaklık aralığında oluştuğundan
büyüklükleri de çok değişir. (MnS, I.MnS simgesiyle gösterilir.)
II. Tür: Çeliğin oksijen içeriği düştükçe I. Tür sülfür kalıntıları yerini II. Türün ötektik
benzeri bir dendrtitler arası dağılım biçiminde bırakır.
Bu tür çeliğin tokluğu üzerinde en zararlı etkiyi yaratır. (MnS, II.MnS simgesiyle gösterilir.)
III. Tür: Çelikte karbon, Alüminyum, silis ve fosfor oranlarının yüksek olduğu durumlarda
bir üçüncü tür köşeli biçimli sülfürler oluşur. (MnS, III.MnS simgesiyle gösterilir.)
IV. Tür: Tabaka biçimli ve dağınık kibrit çöpleri görünümündedir. Normal ötektik yapıdan
oluşur. (MnS, IV.MnS simgesiyle gösterilir.)
Sülfür türlerinin oluşumu çeliğin O2 içeriğine bağlıdır ve alüminyum önemli bir rolü vardır.
Oksijen alıcı olarak Al oranı arttıkça, I. Tür kalıntılardan II. Tür ve III. Tür kalıntılara doğru
bir değişme olur.
1.1.2. Sülfür Kalıntılarının Çelik Özellikleri Üzerinde Etkisi
Sülfür kalıntılarının biçimi en çok işlenebilirlik özelliğini etkiler, sülfür türü ise çeliğin
haddeleme yönüne dik yönde çatlama, kırılma ve çeliğin sıcak biçimlenmesi sırasında
kalıntıların bozunuma uğramalarını etkiler.
Kalıntıların boy uzamaları çeliğin boyuna dik yöndeki tokluğunu düşürür. Sülfür kalıntıları
içeren çelikler 1400 oC civarında ısıtıldıklarında yanma olayı ortaya çıkar.
Bu sıcaklıkta sülfür kalıntılarının kısmi erimesi başlar ve böylece oluşan kükürt içeriği yüksek
olan östenit tane sınırları boyunca ince bir zar oluşturur. Bunun soğuyup, katılaşması
süresinde tane sınırlarında II.MnS çökelir. Bu oluşum çeliğin tokluğunu en düşük seviyeye
indirir.
Kalıntılar gerek çevrelerinde oluşturdukları boşluklar ile sünek kırılma gerekse ayrılma
oluşumu ile gevrek kırılmaya yol açarlar. Kalıntıların en tehlikelileri iri ve köşeli olanlarıdır.
Özellikle tel çekiminde kılcak çatlaklıklara yol açarlar.
1.2. Oksit Kalıntıları
Sıvı çeliğin 1 tonunda yaklaşık 1012- 1013 kadar veya başka bir deyişle 1 gramında 1
milyondan çok oksit kalıntıları bulunur. Bunların yalnızca ~0,2 µm boyundan büyük olanları
optik mikroskopta görülebilir. Dolayısıyla gözlemlenen oksit kalıntılar gerçekte sayısal olarak
var olanların %1-2 kadarıdır. Ancak bu kadarı bile çelikteki toplam oksijenin büyük
çoğunlunu temsil eder.
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN
SAPTANMASI VE TANIMLANMASI
Oksit kalıntılarının çoğu MnO-SiO2, Al2O3 sistemine bağıntılıdır. Oksijen giderici elementler,
sıvı çelik içinde çözünürlüğü demir oksitten daha az olan oksitler oluştururlar. Ayrıca bunların
bir çoğu yüksek erime sıcaklığına sahip kararlı oksitlerdir. Oksijen giderici elementlerden Mn,
Ti, Zr, Mg, Ca dengeli sülfürler de oluşturur ve kükürdün sıvı çelikteki çözünürlüğünü
düşürürler. Bu nedenle oksijen giderici, elementler oksijen ve kükürdün çözünürlüğünü
azaltarak kalıntıların oluşmasına neden olurlar. Oksijen giderme işlemi bu nedenle
katılaşmayı ve çökelen fazları etkileyerek kalıntıların tür, biçim, büyüklük ve dağılımlarını
değiştirebilmektedir.
Silisin oksijen giderici olarak kullanıldığı uygulamalarda sıvı mangan silikat kalıntılar oluşur
ve bunlar birbirleriyle birleşip sıvı çelikten yüzerek uzaklaşırlar.
Sülfür ve silikatlar sıcak haddeleme işlemlerinde haddeleme yönünde biçim değiştirebilirler.
Al2O3 Ca – alüminatlar ve oksitler çeliğin sıcak haddeleme sıcaklıklarından esnemez
kaldıklarından bozulmaz ve biçim değiştirmezler.
DENEYİN YAPILIŞI:
1. Oksit Kalıntılarının Tanınması
10 gr KMnO4, 10 gr NaOH, 10gr Na2CO3, 4 gr K2Cr2O7, 100 ml saf su içinde çözündürülür.
Numune zımparalama, parlatma işlemlerinden geçirilerek yukarıda bileşimi verilen ayracın
içine konularak 40 dakika süre ile kaynatılır.
(numune ayraç içine yüzeyi üste gelecek şekilde konur ve yüzeyi mavi renk aldığında işlem
sona erdirilir.)
Numune daha sonra optik mikroskopta incelenir. Oksit kalıntıları karanlık ve çevreleri beyaz
renkte görülür.
2. Sülfür Kalıntılarının Tanınması
Numune zımparalanır, parlatılır ve su içinde veya sıcak hava ile ısıtılır. Isıtılan numune
yüzeyine 1 damla Kunkel ayracı damlatılır. Dağlama işleminden sonra numune yüzeyi ılık
veya soğuk su yan yüzeylerden yavaş yavaş akıtılarak yıkanır. Doğrudan su altına tutmak
numune yüzeyine zarar verir. Yüzeyi yıkanan numune daha sonra alkolle yıkanır ve kurutulur.
Optik mikroskopta incelenen numunede sülfür sınırları beyaz, diğer bölgeler karanlık görülür.
2.1. Kunkel ayracının bileşimi ve hazırlanması:
2.1.1. Bileşimi: 50 gr Jelatin, 20 ml H2O, 20 ml Gliserin 5 ml H2SO4, 0,8 gr AgNO3
2.1.2. Hazırlanması: 20 ml’lik beher içine su konur ve üzerine Jelâtin eklenir. Çözelti 30 dk.
bekletilir. İçi su dolu başka bir beherin içine konularak yavaşça ısıtılır. Jelatin tamamen su
içinde çözündükten sonra üzerine 200 ml gliserin, 5 ml H2SO4 ve 0,8 gr AgNO3 eklenir.
Çözelti hazırlama sıcaklığı 27-28 oC olmalıdır.
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü
ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN
SAPTANMASI VE TANIMLANMASI