celal bayar isıl işlem

MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MALZEME LABORATUVARI DERSİ

DENEYLER

SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ ...................................................................... 2-7

JOMINY DENEYİ ........................................................................................................................................... 8-14

YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ ...................................................................................................... 15-20

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANDIRMA) DENEYİ ..................................................................... 21-28

ÇEKME TESTİ .............................................................................................................................................. 29-41

BASMA TESTİ .............................................................................................................................................. 42-48

EĞME TESTİ ................................................................................................................................................. 49-52

ÇENTİK-DARBE TESTİ .............................................................................................................................. 53-62

SERTLİK TESTİ ........................................................................................................................................... 63-72

NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA .................................................................................................... 73-79

PARLATMA VE DAĞLAMA ...................................................................................................................... 80-85

MİKROSKOBİK İNCELEME ..................................................................................................................... 86-94

YÜZEY SERTLEŞTİRME ......................................................................................................................... 95-101

DERSİN ÖĞRETİM ÜYELERİ

PROF. DR. AHMET TÜRK

DOÇ.DR. SALİM ŞAHİN

YRD. DOÇ. DR. HÜLYA DURMUŞ

MANİSA 2013


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2

SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ

1. DENEYİN AMACI: Farklı soğuma hızlarında (havada, suda ve yağda su verme ile)

meydana gelebilecek mikroyapıların mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi ve su

ortamında soğutulan numunenin temperleme işlemi sonucunda mekanik

özelliklerindeki değişimin gözlenmesi.

2. TEORİK BİLGİ

Tavlama işleminden sonra çelikler yavaş ya da orta seviyedeki bir hızla

soğutulduklarında, ostenit içerisinde çözünmüş durumda bulunan karbon atomları

difüzyon ile ostenit yapıdan ayrılırlar. Bundan hemen sonra, demir atomları

konumlarını biraz değiştirerek yeni bir hacim merkezli kübik (HMK) kafes yapısı

oluştururlar. Söz konusu ostenit dönüşümü, zamana bağlı bir çekirdekleşme ve

büyüme olayı şeklinde meydana gelir. Soğuma hızı artırılıp belirli bir değerin üzerine

çıkarıldığında, karbon atomları difüzyon ile katı çözeltiden ayrılmak için yeterli zaman

bulamazlar. Demir atomları bir miktar hareket etseler bile, karbon atomlarının çözelti

içerisinde hapsedilmeleri nedeniyle kafes yapısı HMK yapıya dönüşemez ve farklı bir

yapı oluşur. Hızlı soğuma sonucunda oluşan bu yapıya "martenzit" adı verilir.

Martenzit, karbon ile aşırı doymuş hacim merkezli tetragonal (HMT) yapıya sahip bir

katı çözeltidir.

Ötektoit altı çelikler A3, ötektoit üstü çelikler A1 sıcaklığının 30-50 oC üzerine

ısıtıldıktan sonra hızla soğutularak, yapıda bulunan ostenitin, perlit yerine martenzite

dönüştürülmesiyle su verme gerçekleştirilir.

Pratik olarak % 0.2’den az C içeren çeliklere su verilemez.

Östenitleştirme Sıcaklığı:

Otektoid altı çelikler, A3 çizgisinin en az 10 °C üzerindeki bir sıcaklıkta

ostenitleştirilir. Eğer otektoid altı bir çelik, AC3 sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda

tavlanırsa bu çelikte bulunan otektoid dışı ferrit, su verme işleminden sonra da yapıda

aynen kalır. Söz konusu ferrit, iç yapıda yumuşak bölgelerin oluşmasına neden olur ve

sonuçta çelik sertleşemez. Otektoid üstü karbon çelikleri Acm ile A1 çizgileri

arasındaki bir sıcaklıkta


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3


ostenitleştirilir. Acm çizgisi oldukça dik olduğundan, bütün yapıyı ostenite

dönüştürmek için çok yüksek sıcaklıklara çıkmak gerekir.

Ancak, Acm çizgisinin üzerindeki sıcaklıklarda yapılan uzun süreli tavlama işlemi

ostenit tanelerinin irileşmesine neden olur. Ostenit tanelerinin irileşmesi de çatlama

olasılığını artırır.

Ostenitin homojenliği, karbonun ostenit içerisinde düzgün dağılımı veya her bir ostenit

tanesinin aynı karbon oranına sahip olması demektir. Otektoid altı çelikler

ısıtıldığında, A1 çizgisinin üzerindeki sıcaklıklarda oluşan ilk ostenit taneleri %0,8

oranında karbon içerirler. Isıtma devam ettikçe, oluşan ostenit tanelerinin karbon oranı

azalır ve AC3 çizgisinin üzerindeki sıcaklıklara çıkıldığı zamanda karbon oranı

homojen olmayan ostenit taneleri oluşur. Çeliğe, A3 çizgisi üzerindeki bir sıcaklıktan

su verilirse karbon oranı düşük olan ostenit taneleri kritik soğuma hızlarının daha

yüksek olması nedeniyle martenzit olmayan yapılara dönüşebilirler. Karbon oranı

yüksek olan taneler ise daha düşük kritik soğuma hızlarına sahip olduklarından,

martenzite dönüşürler. Bu işlem sonucunda, homojen olmayan ve sertliği değişen bir

iç yapı elde edilir. Bu durumu önlemek için difüzyona imkan verecek şekilde çeliği

çok yavaş ısıtarak karbonun daha homojen dağılmasını sağlamak gerekir. Ancak,

yavaş ısıtma işlemi çok uzun süre aldığından pratik olmadığı gibi, ekonomik de

değildir. Bu nedenle çeliğin ostenitleştirme sıcaklığında belirli bir süre tutulması daha

uygun yol olarak görülmektedir. Bu sıcaklıkta karbonun difüzyonu daha hızlı

olduğundan, kısa süre içerisinde homojen bir yapı elde edilir. Güvenli olması

bakımından her 25 mm'lik kalınlık veya çap için çeliğin ostenitleştirme sıcaklığında 1

saat'lik bir süre tutulması tavsiye edilir.

2.1. Su verme

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


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4


içerisine daldırılarak, yağ banyosu içerisine daldırılarak, havada bırakılarak

sertleştirilebilir.

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 martensite

dönüşmesidir.

Martenzit Fe-C denge diyagramında olmayan bir fazdır. Çeliğin hızlı soğuması

sonucunda oluşan martenzitik dönüşüm TTT (Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm) diyagramı

ile gösterilebilir (Şekil 1).

Şekil 1. TTT diyagramı.

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.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5


2.2.Temperleme (Menevişleme)

Çeliklerde su verme sonrası oluşan martensit 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

(Şekil 2). 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.

Şekil 2. Martenzit dönüşümü ve temperleme işlemlerinin şematik gösterimi


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6


3. DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR

Fırın

C45 çeliği

Soğutma ortamları (Yağ, su, hava)

Vickers Sertlik Ölçüm Cihazı

4. DENEYİN YAPILIŞI

Numuneler ısıl işleme tabi tutulmadan önce sertliği ölçülür. Östenitleme işleminden

sonra havada, suda ve yağda su verilir. Ardından her bir numuneden tekrar sertlik

ölçümü alınır, değerler farklı soğuma hızına bağlı mikroyapı değişimleri göz önüne

alınarak kıyaslanır ve yorumlanır. Suda su verilmiş olan numune temperleme işlemine

tabi tutularak nihai sertlik değerleri ölçülür. Deneyde C45 alaşımsız çelik

kullanılacaktır.

5. SONUÇLAR VE YORUMLAMA

Metalik malzemelerin ostenitleme bölgesinden farklı soğuma ortamlarında

soğutulmaları sonucu mekanik özelliklerinde içyapılarına bağlı olarak farklılıklar

meydana gelmektedir. Deney sonucunda soğuma hızında meydana gelebilecek

değişimler sürekli soğuma eğrileriyle birlikte değerlendirilerek meydana gelen

mikroyapıların mekanik özelliklere etkisi tespit edilmiştir. Ayrıca suda su verilmiş

numunelere uygulanan menevişleme işleminin içyapıda meydana getirdiği değişikliğin

sertliğe etkisi gözlenmiştir.

6. DENEY RAPORU

Deney raporu aşağıdaki soruların cevaplarını içermelidir.

a) Deney aşamalarını 5 madde ile özetleyiniz.

b) Çeliğin başlangıçtaki ve ısıl işlem sonucundaki sertliklerini göz önüne alarak,

yaptığınız ısıl işlemde meydana gelebilecek iç yapı değişimlerini çizerek

yorumlayınız.

c) Havada, suda ve yağda gerçekleştirilen farklı soğuma hızlarının sonucunda elde

edilen verileri grafik çizerek kıyaslayınız.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7


7. KAYNAKLAR

a- http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cii.pdf

b- Malzeme Bilgisine Giriş, Mehmet Yüksel, Cemal Meran

http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cii.pdf


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8

JOMINY DENEYİ

1. DENEYİN AMACI: Bu deney ile incelenen çelik alaşımın su verme davranışı

belirlenmektedir. Bunlardan ilki su verme sonrası elde edilebilecek maksimum sertlik

değeri olup, ikincisi ise sertleşme derinliğidir (sertleşme kabiliyeti). Detayları Türk

Standartları 1381’de verilmiştir.

2. TEORİK BİLGİ:

2.1.Sertleşebilirlik

Aşırı yüksek ve dinamik yükler altında ve/veya soğukta çalışan çelik makine

elemanlarının bu koşullarda başarıyla çalışabilmesi için kübik martenzit (ıslah)

yapısında olması gerekir. Çeliğin bu yapıya ulaşabilmesi önce martenzitik bir yapıya

kavuşturulması ardından da ıslah edilmesi ile mümkündür.

Çelik malzemenin martenzite dönüştürülebilmesi için malzemenin östenit sahasından

belirli bir kritik hızın üzerinde soğutulması gerekir ki bu işlem su verme olarak

adlandırılır. İnce kesitli parçalarda alaşımsız çelikler suda soğutularak bu hız değerleri

yakalanabilmektedir. Ancak kalın kesitli parçalarda parça suya dahi atılsa iç

kesimlerin soğuması yavaş olmakta ve kritik soğutma hızını yakalamak

zorlaşmaktadır. Bu durum özellikle büyük boyutlu makine parçalarının tüm kesitine su

verme işleminin zorlaşmasına hatta imkansızlaşmasına yol açmaktadır.

Kritik soğuma hızı, TTT diyagramlarında burun noktasını kesmeden sağlanan en

düşük soğuma hızıdır. Su verme işleminde uygulanan soğuma hızı, kritik soğuma

hızından daha yüksek ise, perlit ve beynit dönüşümü tamamen engellenerek martenzit

yapısı oluşur. Eğer soğuma hızı kritik soğuma hızından daha düşük ise en son yapıdaki

martenzitin miktarı ve buna bağlı olarak da sertlik azalır. Bu yolla sağlanan sertlik

değeri çeliğin karbon miktarına bağlıdır. Ostenitleme işleminden sonra karbür olarak

kalan karbon, martenzit reaksiyonunda yer almadığı için sertliğe etki etmez. Şekil 1,

martenzit miktarı, sertlik ve karbon miktarı arasındaki ilişkiyi göstermektedir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9

JOMINY DENEYİ

Şekil 1. Martenzit miktarı, sertlik ve karbon miktarı ilişkisi.

Çeliklerin yüzeyden derinlere kadar martenzite dönüştürülebilmeye yatkınlığı

malzemenin sertleşebilirliği olarak adlandırılır. Sertleşebilirlik deneyleri su verme ile

elde edilen sertlik derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Bu derinlik, martenzit

miktarının yüzeyden itibaren yarıya indiği ya da % 50 martenzit ve beynitin var

olduğu mesafe olarak ifade edilmektedir. Yüksek sertleşebilirliğe sahip bir çeliğin

karakteristik özelliği, yüksek sertleşme derinliği göstermesi veya büyük parçalar

halindeyken bile tam olarak sertleşebilmesidir. Sertleşebilirlik ile sertlik farklı

kavramlardır. Maksimum sertlik çeliğin karbon miktarına bağlıdır. Sertleşebilirlik ise

çeliğin kimyasal bileşimine ( karbon ve alaşım elementleri ) ve su verme sırasında

ostenit tane boyutuna bağlıdır. Çelik parçanın boyutları arttığı zaman soğuma hızı

düşer ve çekirdek sertliği, ferrit ve perlit gibi fazların oluşumuna bağlı olarak azalır

(Şekil 2).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10

JOMINY DENEYİ

Şekil 2. AISI 8630 çeliği için Jominy deneyinden elde edilen verilerle sürekli soğuma

eğrileri ve sürekli zaman dönüşüm diyagramı arasındaki ilişkilerinin gösterimi

2.2.Sertleşebilirliğe etki eden faktörler

Alaşım elementlerinden sertleşebilirliği en fazla C, B, Cr, Mn, Mo, Si ve Ni etkiler.

Karbon, martenzitin sertliğini kontrol eder. Çelikte % 0,6’ya kadar C içeriği

arttığında çeliğin sertliği artar. Daha yüksek seviyelerdeki karbon içeriği olduğu

durumda, ostenitten martenzite dönüşüm tamamlanamaz. Bu da yapıda kalıntı ostenit

bulunmasına sebep olur. Bu durumda yapıda martenzitin yanında ostenit

bulunacağından sertlik daha düşük seviyelerde kalır. Karbon miktarının yüksek olması

malzemenin daha gevrek bir davranış göstermesine neden olur ve daha sonra yapılacak

olan işlemlerde sorunlar yaratabilir. Bu yüzden % 0,4 C’a kadar olan çeliklerde

sertleşebilirlik kontrolü daha kolaydır. Çeliğin martenzitinin sertliğine karbonun etkisi


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11

JOMINY DENEYİ

su verme sonrası karbon atomunun yapı içerisine zoraki olarak sıkışması ile izah

edilebilir. Diğer alaşım elementleri ise kafes yapısında zoraki kalmadıklarından

karbonun etkisini yapmazlar. Bor, % 0,002 - 0,003 oranında çeliğe ilave edildiğinde %

0,5 Mo ilavesindeki etkiyi gösterir. Bor düşük karbonlu çeliklere ilave edildiğinde

sertleşebilirlikte en büyük etkiyi gösterir. Cr, Mo, Mn, Si, Ni ilaveleri çelikte

ostenitten ferrit ve perlite dönüşümü geciktirir. Bu elementler ara yüzeyde tane

büyümesini engelleyerek sertleşebilirliği arttırırlar. Ostenit tane boyutunun artması ile

sertleşebilirlik artar. Ferrit ve perlitin çekirdekleşmesi ostenit tane sınırında heterojen

çekirdekleşme ile gerçekleşir. Ostenit tane boyutunun artması çekirdekleşme için

gereken bölgenin daha az olmasını sağlar ve faz dönüşümü gecikir. Bu yüzden

ostenitleme sıcaklığı yüksek seçilerek tane boyutunun büyük olması sağlanabilir.

3. DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR:

Deney numunesi ve boyutları: Jominy deneyi için 25,4 mm çapında ve 101,6 mm

uzunluğunda silindirik bir çelik çubuk kullanılır (Şekil 3).

Şekil 3 : Jominy uçtan su verme deney numunesi şekil ve boyutları

Makro Vickers (30 kgf) ya da Rockwell C sertlik testi

Fırın

Jominy deney düzeneği


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12

JOMINY DENEYİ

Şekil 4. Jominy deney düzeneği

4. DENEYİN YAPILIŞI:

Sertleşebilirliğin belirlenmesi amacıyla en yaygın kullanılan deney Jominy deneyidir.

Bu deneyde 25 mm çapındaki 100 mm boyundaki silindirik bir numune Şekil 4’te

gösterilen düzenekle alın kısmından su ile soğutulur. Parça boyunca farklı soğuma

hızları elde edilir.

Numune su hortumundan 12,5 mm mesafede olacak şekilde yatay bir yüzey üzerine

oturtulur. Su sıcaklığı 24-28 °C dir. Deney numunesi önce normalize edilir, verilen

boyutlarda işlendikten sonra bileşimine göre uygun su verme sıcaklığına (ostenitleme

sıcaklığı) kadar ısıtılır ve bu sıcaklıkta en az 30 dakika tutulur. Bu sürenin sonunda

fırından çıkarılan numune süratli bir şekilde deney düzeneğine yerleştirilir ve bir

ucundan su püskürtmek suretiyle soğutulur.

Soğuma hızı, çelik çubuk boyunca su verilmiş uçtan itibaren kademeli olarak azalır.

Çubuk soğutulduktan sonra eksenine paralel ve yüzeyden itibaren 0,4-0,5 mm

derinliğinde talaş kaldırma işlemi yapılarak düzgün bir yüzey elde edilir. Daha sonra

bu yüzey kullanılarak, su verilmiş uçtan itibaren belli aralıklarla çubuğun sertliği

ölçülür. Sertlik ölçümleri su vermenin yapıldığı alından başlanarak 1,5-1,5-2-2-2-2-2-

2 mm olan mesafelerde yapılır. Toplam 15 mm’yi bulan bu noktalardan sonra 5’er mm

aralıklarla ölçümler yapılır. Elde edilen sertlik değerleri mesafeye bağlı olarak bir

grafik üzerinde belirtilerek, Jominy eğrileri elde edilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

13

JOMINY DENEYİ

5. SONUÇLAR VE YORUMLAMA:

Çeliğin sertleşebilirlik özelliklerinin tarifi için, aşağıdaki metotlardan birisi kullanılır:

a) Sertlik-su verme ucundan uzaklık değişim eğrisinin çizilmesi veya eğriye ait

verilerin tablo halinde sunulması.

b) Çeliğin alaşım miktarına bağlı olarak, su verme ucundan ve belirtilen bir

mesafedeki sertlik değerleri üzerinden sertleşmenin sayısal olarak tanımı yapılabilir.

Su verme ucundan artan uzaklıkla sertliğin azalması yapıda dönüşüme uğrayan

martenzitin miktarıyla ilişkili olarak değişmektedir (Şekil 5).

Şekil 5. Jominy deneyi sonucu elde edilen, sertliğin su verilen uçtan uzaklığa göre

değişimini veren sertleşebilirlik eğrisi

6. DENEY RAPORU



b) 1020, 1040 ve 4140 çeliğinin elde edilen mesafe-sertlik verilerine göre sertleşebilirlik

eğrisini çiziniz ve eğriler arasındaki farkı açıklayınız.

c) Her bir mesafede oluşabilecek mikro yapıları çiziniz.

d) Yüksek alaşımlı çeliklere neden Jominy deneyi uygulanmamaktadır? Açıklayınız.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

14

JOMINY DENEYİ

7. KAYNAKLAR

Dokuz Eylül Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Jominy

Sertleşebilirlik Testi Deney Föyü

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Malzeme

Üretim Laboratuarı I Deney Föyü

Sakarya Üniversitesi Deney Föyü

Yıldız Teknik Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Deney Föyü

Malzeme Bilgisine Giriş, Mehmet Yüksel, Cemal Meran


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

15

YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ

1. DENEYİN AMACI: Bu deneyin amacı; yeniden kristalleşme prosesinin ve

deformasyon oranı ile yeniden kristalleşme tav sıcaklığının proses üzerindeki etkisinin

incelenmesidir.

2. TEORİK BİLGİ

Plastik deformasyon, metalik malzemelerin üretiminde ve biçimlendirilmelerinde

kullanılan en yaygın imal usulüdür. Plastik şekil verme yöntemleri, işlem sıcaklığına

göre soğuk (T < 0.3 Te), ılık (0.3 Te < T < 0.5 Te) ve sıcak (T > 0.5 Te) olarak üç

gruba ayrılmaktadır.

Metale soğuk şekil verme işlemi uygulandığında dislokasyon yoğunluğu ve buna bağlı

olarak sertliği ve dayanımı artar, sünekliliği ve tokluğu ise düşer. Hareket eden

dislokasyonlar ya kaymayı oluşturur ya da başka dislokasyon, tane sınırı gibi engeller

ile durdurulur.

Engellerin önünde dislokasyonların yığılması (mesela tane sınırlarında) bitişik

tanedeki gerilmeyi artırır. Artan gerilme, bitişik tane içindeki dislokasyon kaynaklarını

harekete geçirir. Bu şekilde plastik şekil değiştirme taneden taneye geçerek, tüm

malzeme plastik şekil değiştirmeye uğrar.

Plastik şekil değişimine uğramış metalin kristal tane yapısı bozulur; taneler şekil

verme yönü doğrultusunda uzar (Şekil 1).

Şekil 1. Plastik deformasyon esnasında tane yapısında meydana gelen bozulma

Plastik şekil değiştirme miktarı arttıkça dislokasyon yoğunluğu da artar.

Dislokasyonlar birbirlerinin hareketini engelledikleri için dislokasyon hareketi

zorlaşır. Bu olaya pekleşme veya şekil değiştirme sertleşmesi denilir. Şekil değiştirme

sertleşmesi (pekleşme) nedeniyle, malzemeye verilebilecek deformasyon oranının bir

üst limiti vardır. Bu limitin aşılması halinde malzeme çatlamaya uğrar. Çünkü soğuk

şekil verme sırasında


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

16


atomlar arası boşlukların oluşması ve bu boşlukların konsantrasyonunun giderek

artması sebebiyle malzemede yırtılma ve çatlamalar oluşur. Deformasyon oranı belirli

bir değere ulaştıktan sonra, şekillendirme işlemine devam etmek için malzemenin

tavlama işlemine tabi tutulması gerekir. Bu tavlama sürecinde malzeme yeniden

kristalleşme sergiler.

Dislokasyon bölgesindeki atomlar denge durumundan uzaklaştıkları için dislokasyon

yoğunluğunun artması (gerilmiş yay gibi) malzemenin iç enerjisini artırır. Plastik

deformasyon sırasında dislokasyon hareketlerinden kaynaklanan atom boşluklarının

oluşması da soğuk deformasyona uğramış metallerde enerji kaynağı olarak kabul

edilir. Soğuk işlemde harcanan enerjinin çoğu ısıya dönüşür, fakat bir kısmı

deformasyonla oluşmuş çeşitli kafes hatalarına bağlı deformasyon enerjisi olarak

metalde depolanır.

Denge durumu bozulan atomlar denge durumuna gelme eğilimindedir. Dışarıdan bir

enerji (ısı) verilecek olursa, malzeme eski düzenli haline gelir. Bu olaya yeniden

kristalleşme denilir.

Yeniden kristalleşme, plastik deformasyon esnasında şekil değiştirme yönünde

uzayarak lifsi hale gelmiş, birbirine girerek sınırların kaybolduğu orijinal tanelerin,

çekirdeklenme ve büyüme prosesleri ile eş eksenli bir formda tekrar teşekkül ettikleri

bir prosestir.

Yeniden kristalleşme olayına etki eden unsurları iki grupta toplamak mümkündür;

birincisi, proses değişkenleri; ikincisi ise, malzeme değişkenleridir.

Proses değişkenleri şunlardır:

1. Deformasyon oranı, sıcaklığı ve hızı.

2. Tavlama sıcaklığı ve süresi.

Deformasyon miktarının artması ile malzemede hatalı bölgeler çoğalır, buna bağlı

olarak depolanan enerji artar, çekirdekleşme kolaylaşır ve bu nedenle yeniden

kristalleşme için gerekli olan kuluçka süresi azalır. Aynı sıcaklıkta tavlandığında daha

fazla soğuk deformasyon gören metal daha hızlı yeniden kristalleşmektedir.

Metalik malzemelerin belirli bir sıcaklıkta yapılan tavlama işleminde yeniden

kristalleşme gösterebilmesi için belirli bir oranda deformasyona uğratılmış olması

gerekir. Bu değere,


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

17


kritik deformasyon oranı adı verilir. Kritik oranda şekil değiştiren malzemede tavlama

ile birlikte çok iri taneli bir yapı oluşur. Kritik oranın altında şekil değiştiren

malzemede yeniden kristalleşme oluşmaz. Kritik deformasyon oranı aşıldıktan sonra,

deformasyon oranındaki artışla birlikte tane boyutu küçülür.

Yeniden kristalleşme sıcaklığı, soğuk deformasyona uğratılmış malzemede 1 saat

içinde primer yeniden kristalleşmenin tamamlandığı sıcaklıktır. Tavlama işlemine

devam edilirse, tane kabalaşması, ikincil ve üçüncül yeniden kristalleşme oluşabilir.

Yeniden kristalleşme için iki tip enerjiye ihtiyaç vardır: deformasyon ve ısıl enerji.

Yeniden kristalleşmeyi etkileyen malzeme değişkenleri şunlardır:

1. Alaşım elementi oranı ve cinsi.

2. Alaşım elementlerinin dağılımı (katı çözelti veya ikincil faz/partikül)

3. Orijinal (başlangıç) tane boyutu.

Deformasyon öncesi tane boyutunun da yeniden kristalleşme üzerinde etkisi vardır.

Tane boyutunun küçülmesi ile birlikte yeniden kristalleşme hızı artar. Daha ince taneli

yapılar oluşur.

Yeniden kristalleşmede olaylar üç safhada incelenebilir (Şekil 2 ve Şekil 3):

Şekil 2. Yeniden kristallenme tavı sırasında zaman bağlı olarak gelişen tavlama

aşamaları ve buna bağlı yapı değişimi


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

18


Şekil 3. Soğuk deformasyon ve tavlama ile malzemede meydana gelen değişikliklerin

şematik gösterilişi

1. Toparlanma (0.1 - 0.3 Tergime)

Plastik şekil değiştirmeye uğramış metale dış enerji verilince ilk önce kristal

hatalarında bir azalma görülür. Toparlanma evresinde dislokasyonlar düzene girer ve

malzemenin soğuk işlem mukavemetinde veya sertliğinde bir miktar düşüş kaydedilir.

Bu olay ters işaretli dislokasyonların bir araya gelmesiyle meydana gelir.

Ara yer atomları boş yerlere yayınır,

Ters işaretli dislokasyonlar biri birini yok eder,

Boş yerler bir araya toplanır,

Dislokasyonlar aynı hizaya gelerek küçük açılı tane sınırları oluşur.

2. Yeniden Kristal Oluşumu (0.3 - 0.5 Tergime)

Metale verilen dış enerji artırılırsa, dislokasyon yoğunluğunun çok olduğu yüksek

enerjili bölgelerde yeni kristal çekirdekleri oluşur. Bu çekirdekler büyüyerek

malzemenin yeniden kristalleşmesi tamamlanır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

19


Yeniden kristalleşme sonucunda, soğuk işlem sonucunda deforme olmuş tanelerin

yerini tamamen yeni taneler alır. Bunun sonucu olarak malzeme soğuk işlem ile

kazandığı mekanik özelliklerini tamamen kaybeder.

Yeniden kristalleşen malzemenin kristal tane büyüklüğü, oluşacak çekirdek sayısına,

çekirdek sayısı da dislokasyon yoğunluğu fazla olan bölgelerin çokluğuna bağlı

olduğu için kristal tane büyüklüğü şekil değiştirme miktarına bağlıdır.

Yeniden kristalleşme için gerekli dış enerji malzemeyi ısıtarak sağlanır. Bu olaya

tavlama denilir.

3. Tane Büyümesi ( > 0.5 Tergime)

Malzemenin tavlama süresi ve tavlama sıcaklığı artırılır ise taneler büyüyerek irileşir.

Böyle bir yapı çoğu zaman arzu edilmez.


Alüminyum alaşımı

Fırın

Optik Mikroskop

Hidrolik Pres

Vickers Sertlik Ölçüm Cihazı


İşlem görmemiş numunelerin mikroyapı incelemesi ve sertlik ölçümü yapılır.

Başlangıç çapı 30 mm ve kalınlığı 10 mm olan Al 1050 numuneler, %10 ve %15

olmak üzere iki farklı soğuk deformasyon oranına göre plastik şekil verilir.

Deformasyon sonrası sertlik ölçümü yapılır. Soğuk deformasyon sonucu elde edilen

numunelere, 400 °C sıcaklıkta 1, 1,5 ve 2’şer saat olmak üzere yeniden kristalleşme

tavlaması uygulanır ve tekrar sertlik ölçülür. Numuneler metalografik olarak

hazırlanır.

Soğuk deformasyon ve yeniden kristalleşme tavlaması prosesleri sonucunda elde

edilen numunelerin tane boyutu, optik mikroskop yardımıyla belirlenir ve her bir

numuneden 5 tane boyutu ölçümü alınır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

20



Yapılan incelemeler sonucunda deformasyon yüzdesi ve tavlama süresinin yeniden

kristalleşme üzerindeki etkisi belirlenmiş olur.

6. DENEY RAPORU



b) Yeniden kristalleşme işlem süresine ve deformasyon oranına bağlı olarak sertlik

değişim grafiğini çiziniz ve yorumlayınız.

c) Yeniden kristalleşme sıcaklığının etkisini araştırıp referans belirterek yazınız.

7. KAYNAKLAR

Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Malzeme Üretim

Laboratuarı I Deney Föyü

Pamukkale Üniversitesi, Malzeme Bilgisi Dersi, Yard. Doç. Dr. Hayri ÜN

Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Bölümü, Metalurji ve Malzeme Laboratuarı ve Uygulamaları Ders Notu


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ

1. DENEYİN AMACI: Alüminyum alaşımlarında çökelme sertleşmesinin (yaşlanma)

mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi ve sertleşme mekanizmasının öğrenilmesi.

2. TEORİK BİLGİ

Çökelme sertleşmesi terimi, genel bir ifadeyle birbirleri içerisinde sınırlı çözünürlüğe

sahip (tek faz bölgesi içeren) alaşımlara uygulanan bir sertleştirme yöntemidir. Bu

işlem, ikinci fazın bir matris içinde katı çözeltiden çökelmesi sonucu alaşımın

mukavemetinin artmasını sağlar. Çökelme sertleşmesi, demir dışı malzemelerde

özellikle alüminyum esaslı alaşımlarda diğerlerine göre daha geniş çaplı bir kullanım

alanına sahiptir.

Çökelme sertleşmesinin uygulanabilmesi için, alaşım sistemi iki önemli ön şartı

sağlamalıdır. Bunlar:

1- Bir elementin diğer element içinde kayda değer miktarda, yani yüzde birkaç

oranında çözünebilmesi

2- Ana element içindeki çözünen elementin çözünme sınırının, sıcaklığın düşmesiyle

birlikte hızla azalması (solvüs eğrisine sahip olmalıdır)

Çökelme sertleşmesi ısıl işlemi üç aşamada gerçekleştirilir:

1. Çözeltiye alma işlemi,

2. Ani soğutma ile aşırı doymuş yapı elde etme,

3. Yaşlandırma işlemi.

Yaşlanma ancak denge diyagramında solvüs eğrisi bulunan alaşımlarda ve sadece

solvüs eğrisinin sınırladığı katı eriyik bileşimlerinde meydana gelebilir. Bu nedenle

alüminyum alaşımlarının bazıları yaşlandırılabilir. Yaşlanabilir alüminyum

alaşımlarından 2XXX, 6XXX ve 7XXX serisi alaşımların ısıl işlemi teknolojik açıdan

önem taşır.

Bir alaşımın çökelmeyle sertleşebilirliği için temel koşul alaşım elementinin

çözünebilirliğinin düşen sıcaklıkla birlikte azalmasıdır. Şekil 1’de verilen Al-Cu denge

diyagramından da görüldüğü gibi, Cu’nun çözünürlüğü sıcaklığın düşmesi ile birlikte


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

22


azalmaktadır. Çözeltiye alma işleminin ardından katı eriyik ani soğutularak aşırı

doymuş yapı elde edilir.

Şekil 1. Alüminyumun içerisinde bakırın sıcaklığa bağlı olarak çözünebilirliği

Üçüncü aşamada olan yaşlandırma işleminde aşırı doymuş yapı içerinde ikincil fazın

küçük partiküller halinde çökelmesi sağlanır (Şekil 2). Çökelmenin başlangıcında,

çökelti boyutu çok küçük olduğundan çökeltiler deformasyon sırasında

dislokasyonların hareketini çok az etkileyebilirler, bundan dolayı malzemenin

sertliğinde önemli bir değişiklik görülmez. Fakat çökeltilerin boyu arttıkça

dislokasyon hareketleri zorlaşır. Dolayısıyla malzemenin dayanımı yükselir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

23


Şekil 2. Çökelme sertleşmesi sırasında meydana gelen mikroyapısal değişimler.

Alüminyum alaşımları için oda sıcaklığında uzun sürede (birkaç saat ile birkaç hafta

arasında) yapılır ise “doğal yaşlandırma” işlemi olarak isimlendirilir. Eğer oda

sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta yapılırsa (100 oC ila 200

oC arasında) yaşlanma

işlemi hızlandırılır. Bu tür yaşlanma “yapay yaşlandırma” olarak isimlendirilir.

Sertleşme Mekanizması

Çökelme sertleşmesi genel olarak yüksek dayanımlı alüminyum alaşımlarına

uygulanır. Şekil 1’deki Al-Cu faz diyagramından görüldüğü üzere; α, bakırın

alüminyum içinde yaptığı yer alan katı çözeltisi; θ ise CuAl2 metallerarası bileşiğini

temsil eder. Denge halindeki θ fazının çökelme sertleştirmesi işlemindeki gelişimi

sırasında sırayla bir takım ara veya geçiş fazları oluşmaktadır (Şekil 3 ve Şekil 4).

Alaşımın mekanik davranışı bu geçiş fazlarının parçacıklarına ait özelliklerden

etkilenir. Sertleşmenin ilk kademelerinde bakır atomları α katı çözeltisi içindeki birçok

noktada olmak üzere, bir veya iki atom kalınlığında ve yaklaşık 25 atom çapındaki çok

ince diskler şeklinde bir araya gelerek kümelenir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

24


Bu atom toplulukları genellikle Guinier-Preston (GP) bölgeleri olarak adlandırılır ve

çok küçük boyutta oldukları için, bunlar henüz bir çökelti parçacığı olarak addedilmez.

Ancak bakır atomlarının zamanla yayınmasıyla, bu atom topluluklarının boyutu da

büyür, kristal yapı oluşturarak birer faz parçacığı haline gelir. Çökelen parçacıklar θ

kararlı faz yapısına kavuşmadan önce, sırasıyla θ’’ ve θ’ olarak gösterilen iki geçiş

fazını oluşturur.

Şekil 3. θ fazının çökelmesi esnasında meydana gelen ara fazlar ve sertliğe etkileri


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

25


Şekil 4. Al-Cu alaşımının yaşlanma sırasında farklı evrelerdeki mikroyapıları a) GP

zonları (720000x) b) θ” (63000x) c) θ’ (18000x) d) θ (8000x)

Çökelme sertleşmesi, hareket edebilen dislokasyonların yolu üzerinde küçük ve sert

partiküllerin oluşmasının sağlanmasıyla gerçekleştirilir. Şekil 5 ve Şekil 6’dan da

görüldüğü gibi, çökelti partikülleri dislokasyon hareketlerini engelleyerek malzeme

mukavemetinin artmasını sağlar. Çökelen II. fazın türü, dağılımı, miktarı, ortalama

çapı ve sayısı mukavemet değerini etkiler. Çökelen II. faz tanecikleri yapı içinde ne

kadar küçük, sık ve homojen olarak dağılmışlar ise, mukavemette o kadar yüksek

olmaktadır.

Mukavemet artış mekanizmasının tabiatını anlamanın en iyi yolu, dislokasyonların

çökelen ikinci faz ile etkileşimlerini incelemektir. Kayan dislokasyonların çökelti

partiküllerle etkileşimi Δt olarak ifade edilebilen miktarda kritik kayma gerilmesini

arttıracaktır. Teorik çalışmalar, Δt ‘ yi dislokasyon-partikül etkileşim parametrelerinin

bir fonksiyonu olarak tespit etmeye dayanmaktadır. Dislokasyon-partikül etkileşimini

üç gruba ayırmak mümkündür. Bu ayrım, dislokasyonların çökelen partiküllere ne

şekilde nüfuz ettikleri esasına göre yapılmaktadır. Dislokasyonlar, 1) partikülleri

halkaya alırlar, 2) partikülleri keserler ve 3) partiküller etrafında çapraz kayarlar.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

26


1. Partiküllerin Halkalanması

Şekil 5. Dislokasyonların çökelen partikülleri halkaya alması

2. Partiküllerin Kesilmesi

Şekil 6. Çökelen partiküllerin dislokasyonlar tarafından kesilmesi


Çökelme sertleşmesi uygulanan alüminyum alaşımından yapılmış numuneler (AA

7075)

Solüsyona alma işlemi için fırın,

Ani soğutma ortamı,

Yaşlanma işlemi için etüv,

Brinell veya Vickers sertlik ölçüm cihazı.


Deney malzemesi olarak 7075 alüminyum alaşımından üretilmiş numuneler

kullanılacaktır. Deney malzemesinin kalınlığı en az 5 mm olmalıdır. Deneyin yapılışı

örnek olarak % 4 Cu, % 0,8 Mg, % 0,5 Mn içeren AlCuMg alaşımı için açıklanabilir.

Solüsyona alma işlemi 480oC’ lik bir fırında yaklaşık 1 saat süre ile gerçekleştirilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

27


Solüsyona alma işleminden sonra numuneler fırından mümkün olduğunca çabuk

alınarak derhal soğuk suya daldırılarak ani soğutma yapılırlar.

Çökelme sertleşmesi alüminyum alaşımlarında ani soğutmadan hemen sonra başladığı

için ilk 15 dakika içerisinde yapılmalıdır. Yaşlanma işlemi için üç sıcaklık seçilir: oda

sıcaklığı, 170 oC ve 250

oC. Oda sıcaklığındaki yaşlanma (doğal yaşlanma) çok yavaş

seyreder. Çoğu zaman sertlik artışı birkaç saat sonra başlar ve belirli aralıklarla birkaç

hafta sürdürülür.

Her iki sıcaklıkta yapılan suni yaşlanmada sertlik ölçmeleri kısa aralıklarla yapılır.

Örneğin, 170 oC için ½, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 saat sonra ve 250

oC için ¼, ¾, 1, 5, 2.5,

3.5, 5 saat sonra sertlik ölçümü yapılır.

Suni yaşlanma için sıcaklığı ayarlanabilir etüv kullanılır. Sertliklerin ölçülmesi için

parçalar soğutulur. Etüv dışında geçen süre sonucu etkileyeceğinden sertlik ölçme

işlemleri numune soğuyunca hemen yapılmalıdır.

Alüminyum alaşımlarında 170 oC’deki yaşlanma işleminde birkaç saat boyunca sabit

kalabilen sertlik değerleri görülebilir. Ancak işlem devam ettiğinde tekrar sertlik artışı

görülür. Suni yaşlanmada (doğal yaşlanmada da olabilir) önce Guinier-Preston

bölgelerinin oluştuğu ve devam eden yaşlanmada stabil olmayan intermetalik fazının

oluşmasıdır.

Deney esnasında sertlik yükselişinde düzensizlikler ve geniş dağılımlar görülebilir.

Bunun sebebi, deneylerin dikkatli yapılmayışı ve deney malzemesindeki

homojensizlikler olabilir. Bu nedenle, deney numunesi sayısı mümkün olduğunca

fazla olmalıdır.


Değerlendirme yaşlanma süresine bağlı olarak sertlik değişiminin grafik üzerinde

belirtilmesiyle yapılır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

28


6. DENEY RAPORU



b) Yaşlanma işlemi sırasında ölçülen sertlikler göz önüne alınarak iç yapı değişimlerinin

değerlendirilmesi.

c) Yaşlandırma süresine bağlı olarak sertlik değişim grafiği çizilmesi ve grafiğin

sertleşmesi mekanizmaları da göz önüne alınarak yorumlanması.

7. KAYNAKLAR

Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Malzeme Üretim

Laboratuarı I Deney Föyü

http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cos.pdf

AA 2024 Alüminyum Alaşımında Çökelme Sertleşmesinin Mekanik Özelliklere

Etkisi, Ş. Y. Güven, Y. E. Delikanlı, SDÜ Teknik Bilimler Dergisi 2012 2 (4) 13-20

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, William D. Callister, David G. Rethwisch

http://eyupyaylaci.com/malzemelerde-cokelme-sertlesmesi/

http://web.itu.edu.tr/ozgulkeles/dersler/Malzeme_Bilimi_11_2008.pdf

http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cos.pdf

http://eyupyaylaci.com/malzemelerde-cokelme-sertlesmesi/

http://web.itu.edu.tr/ozgulkeles/dersler/Malzeme_Bilimi_11_2008.pdf


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

29

ÇEKME DENEYİ

1. DENEYİN AMACI:

Malzemede belirli bir şekil değiştirme meydana getirmek için uygulanması gereken

kuvvetin hesaplanması ya da cisme belirli bir kuvvet uygulandığında meydana gelecek

şekil değişiminin belirlenmesi mühendislikte büyük önem taşır. Şekil değiştirme ve bu

şekil değiştirmeyi veren kuvvet arasındaki bağıntı, malzemenin hangi koşullarda

çalışabileceğini ya da hangi koşullarda şekillendirilebileceğini belirlemektedir.

Kuvvet ve şekil değiştirme arasındaki bağıntıların incelenmesi bakımından en basit

deney çekme deneyidir. Çekme deneyi; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve

plastik davranışlarının (mekanik özeliklerinin) belirlenmesi, mekanik davranışlarına

göre sınıflandırılması ve malzeme seçimi amacıyla yapılır. Bu deneyde standart çekme

numunelerinin mukavemet değerleri ölçülür. Elde edilen değerler karşılaştırılarak,

malzemelerin mekanik özellikleri değerlendirilir. Metal malzemelerin çoğunda bazı

mekanik özellikleri ölçebilmek için standartlarda belirlenmiş kurallar içinde çekme

deneyleri yapılır. Şekil 1’de örnek bir gerilme-şekil değişimi grafiği verilmiştir.

2. TEORİK BİLGİ

2.1.Tanımlar

Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.

Deney numunesinin çekme kuvvetine dik doğrultudaki kesit yüzeyi başlangıçta

A0, deney sırasında P kuvvetinin uygulandığı anda ise A ile gösterilirse, nominal

gerilme (mühendislik gerilmesi/hesaplanan);

(1)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

30

ÇEKME DENEYİ

Gerçek gerilme (oluşan gerilme);

Olarak tanımlanır.

Birim Şekil Değiştirme (e): Malzemeye kuvvet uygulandığında oluşan boy

değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranıdır. Başlangıç ölçü boyu l0,

deneyin herhangi anında P yükünün etkisi ile l değerini aldığında, çekme

doğrultusundaki birim şekil değiştirme (birim uzama);

bulunur.

Gerçek Şekil Değiştirme (ε): Deney sırasında ölçü boyu sürekli değişmektedir.

Ölçü boyu deneyin herhangi bir anında l iken, dl gibi sonsuz küçük bir uzama sonunda

birim şekil değiştirmedeki artış dl/l olacaktır. Bu bakımdan, l0 başlangıç boyu l değerini

alıncaya kadar meydana gelen toplam gerçek şekil değiştirme;

ε, logaritmik veya tabii şekil değiştirme olarak da anılır ve l>l0 olduğu için pozitiftir.

Denklem 3,

şeklinde yazılıp denklem 4’e taşınırsa,

(2)

(3)

(4)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

31

ÇEKME DENEYİ

bulunur.

Küçük e değerleri yani elastik şekil değişimi için,

alınabileceğinden

kabul edilir. e’nin büyük değerleri için ε ve e arasındaki fark hızla artar.

Elastisite Modülü (E): İki atom arasındaki bağ kuvveti olarak tanımlanmaktadır

ve malzemenin dayanımının (mukavemetinin) ölçüsüdür. Elastisite modülü malzemeye

ait karakteristik bir özelliktir. Elastisite modülü yükseldikçe, atomlar arası bağ kuvvetinin

arttığı, bununla birlikte mukavemetin ve akma gerilmesi arttığı söylenebilir. 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:

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. Bu değer akma

kuvvetinin (Fa) numunenin ilk kesit alanına bölünmesiyle (sa = Fa/A0) bulunur. Düşük

karbonlu yumuşak çelik gibi bazı malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin

akma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermemesi durumunda, genelde

%0,2'lik

(5)

(6)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

32

ÇEKME DENEYİ

plastik uzamaya (eplastik = 0,002) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma

dayanımı olarak alınır (Off-set Kuralı). Şekil 5 (B)’de belirgin akma göstermeyen bir

malzemenin çekme diyagramı ile bu malzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği

görülmektedir.

Çekme dayanımı (ç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar

dayanabileceği en yüksek gerilme değeri çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu

gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, aşağıdaki

formül ile bulunur.

Kopma Gerilmesi (σK): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

33

ÇEKME DENEYİ

Şekil 1. Çekme deneyinde üniform uzama, büzülme ve kopma.

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

bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin

kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise;

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;

(7)

(8)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

34

ÇEKME DENEYİ

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.

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. Şekil 3’de gevrek ve sünek malzemelere ait

çekme deneyi grafiği görülmektedir.

Şekil 2. Gevrek (A) ve sünek (B) malzemenin kırılma şekli.

Şekil 3. Gevrek ve sünek malzemelere ait çekme deneyi grafiği.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

35

ÇEKME DENEYİ

Tablo 1. Çekme Deneyi ile Ölçülebilen Malzeme Değerleri

Malzeme Değeri Sembol Birim

Çekme Dayanımı Rm (Ç) N/mm2 (MPa)

Akma Sınırları

Üst Akma Dayanımı (Üst Akma Sınırı) ReH (üst) N/mm2 (MPa)

Alt Akma Dayanımı (Alt Akma Sınırı) ReL (alt) N/mm2 (MPa)

% 0,2 Uzama Dayanımı (% 0.2 Uzama Sınırı) Rp0,2 (0.2) N/mm2 (MPa)

Kopma Dayanımı (k) N/mm2 (MPa)

Kopma Uzaması ek %

Kopma Büzülmesi rk %

Üniform Uzama eh %

Elastisite Modülü E N/mm2 (MPa)

Akma Sınırı Uzaması eak %

Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya

elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği enerjiyi‚ şekil değişimini yapan

kuvvetin kaldırılması ile geri vermesi özelliğine rezilyans denir. Bu enerji, gerilme-

birim uzama (-) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan

ile belirlenir ve numune kırılınca geri verilir. Elastik alanda akma sınırına kadar

yapılan birim hacim şekil değişimi işine rezilyans modülü denir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

36

ÇEKME DENEYİ

Tokluk: Malzemenin birim hacmi başına düşen plastik şekil değiştirme enerjisi olarak

tanımlanır ve malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama veya soğurma yeteneğini

gösterir. Tokluk, genellikle - eğrisinin altında kalan alanın

hesaplanması ile bulunur. Bu formüldeki malzemede kırılıncaya kadar meydana gelen

en yüksek veya toplam birim şekil değiştirme miktarıdır. Tokluğun gerilme–birim

uzama eğrisi yardımıyla belirlenişi Şekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 4. Gerilme-birim uzama eğrisi yardımıyla şekil değiştirme enerjilerinin (rezilyans ve

tokluk) belirlenmesi.

2.2.Çekme Diyagramı

Şekil 3’ten görüleceği gibi e başlangıçta σE ile doğrusal olarak artar. Bu bölgede şekil

değişimi elastiktir diğer bir deyişle yükün boşaltılması ile parça başlangıçtaki boyunu

alır. Doğrunun (Hooke doğrusu) eğimi elastik modülü (E) verir. Doğru boyunca

σE=E.e bağıntısı (Hooke kanunu) geçerlidir. Çekme deneyinde parça uzarken kesit

yüzeyi de azalır. Deney çubuğunun eksenine dik doğrultudaki birim şekil değiştirme


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

37

ÇEKME DENEYİ

(en veya kalınlık doğrultusu) ile eksenel (boyuna) doğrultudaki birim şekil değiştirme

arasındaki oranın mutlak değerine poisson oranı denir.

Şekil 5 (D)’de A noktasına kadar elastik şekil değişimi vardır ve B noktasına kadar

şekil değişimi yine elastiktir. Fakat A ve B noktaları arasında e ve σn doğrusal olarak

artmaz. Yani bu noktalar arasında Hooke kanunu geçersizdir. B noktası elastik sınırdır.

Elastik sınır; çekme yükü kaldırıldığı zaman malzemede kalıcı (plastic) şekil

değişiminin görülmediği en büyük gerilmedir. Genellikle orantı sınırı ile elastiklik

sınırı birbirine çok yakın oldukları için, B noktasının A noktası ile çakıştığı kabul

edilebilir. Elastik sınır aşıldığında plastik şekil değişimi başlar. Şekil 5 (D)’den

görülebileceği gibi plastik alanda çekme eğrisinin E maksimum noktasından önce

bir D noktasında yük boşaltıldığı takdirde, geriye dönüş OA doğrusuna paralel DD’

doğrusu boyunca olur. Yük boşaldığında toplam şekil değiştirme elastik bölgede

yapılan elastik şekil değişimi ee kadar azalmaktadır. Plastik şekil değişimi ep kadar

kalıcı birim şekil değiştirmeye uğradığı görülür.

Düşük karbonlu çeliklerde görülen belirgin akma (üst akma ve alt akma sınırı )

görülmektedir. Arayer atomları (C, N) dislokasyonların altındaki çekme gerilmesi

bölgesine difüze olurlar ve Cotrell Atmosferi diye anılan atom yığılmalarını

oluştururlar. Cotrell atmosferi dislokasyonun hareketini engeller. Dolayısıyla

dislokasyonun hareket edebilmesi için Cotrell atosferinden kurtulması, bunun için de

uygulanan gerilmenin yükseltilmesi gerekir. Gerilme, dislokasyonları atmosferlerinden

kurtardığı anda gerilme değerinde ani bir düşme olur. Akmanın bu şekilde meydana

geldiği en yüksek nominal gerilme değerine üst akma sınırı, akmanın devam ettiği

ortalama nominal gerilmeye alt akma sınırı denir (Şekil 5 (A) ve 6).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

38

ÇEKME DENEYİ

Şekil 5. Çekme diyagramları.

Üst akma sınırından sonra çekme çubuğunda şekil değişimi homojen olmaktan çıkar

ve akma boyunca çubukta çekme doğrultusu ile yaklaşık 45° açı yapan bantlar oluşur.

Lüders-Hartmann bantları olarak adlandırılan bantlar akma süresince tüm çekme

çubuğuna yayılır.

Şekil 6. Lüders-Hartmann bantları.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

39

ÇEKME DENEYİ

Sıcaklık artışı ile dislokasyon hareketi kolaylaşmakta ve malzeme daha küçük

gerilmelerde plastik şekil değişimine uğramaktadır.(Şekil 7)

Şekil 7. Sıcaklığın malzemenin plastik şekil değişimine etkisi.

Malzemede katı çözelti miktarı artması ile dislokasyon hareketini sınırlayan arayer ya

da yeralan katı ergiyikleri oluşmaktadır. Miktar arttıkça aynı şekil değişimini

gerçekleştirmek için gereken gerilme artmaktadır (Şekil 8) . Dislokasyon hareketini

engelleyen faktörler çekme gerilmesini ve malzeme mukavemetini arttırmaktadır.

Şekil 8. Malzemedeki katı çözelti miktarı değişiminin mukavemete etkisi.

Çekme deneyi sırasında, deney parçasının kesiti sürekli olarak azalır. Mühendislik

gerilmenin hesabında, P çekme kuvveti deney başlangıcındaki Ao kesitine bölündüğü

için, deney parçasına etki eden gerçek gerilmenin mühendislik gerilmeden farklı

olduğu açıktır. Gerçek gerilme, hesaplandığı andaki çekme kuvvetinin, e andaki parça

kesitine bölünmesi ile bulunur. Çekme deneyi sırasında, deney parçasındaki şekil

değişimi de homojen değildir mühendislik % uzama (%ε) deney parçasının


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

40

ÇEKME DENEYİ

boyundaki değişimin (Δl) orijinal boya bölünmesiyle elde edilir. Gerçek şekil

değiştirme (% uzama) ise her an için uzayan boya göre hesap edilir. Gerçek gerilme ve

gerçek uzama diyagramı Şekil 5 (C) ‘de görülmektedir.

3. Çekme Deneyi Cihazı ve Deneyin Yapılışı

Çekme cihazı (Şekil 9) 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. Çekme testinde boyutları standartlara uygun daire veya

dikdörtgen kesitli numune; çekme cihazının çenelerine bağlanır ve numuneye ekseni

boyunca yük uygulanır.

Şekil 9. Çekme deneyi cihazı.

Çekme deneyinin yapılışı çeşitli standart ve kaynaklarda ayrıntılı biçimde verilmiştir.

Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Çekme deney

numuneleri, içi dolu çubuk, boru, profil, köşebent, levha veya inşaat demirinden ilgili

standardlara göre talaşlı işleme ile hazırlanır. Çekme deneyinin yapılışı ve deney

numuneleri farklı standartlarda detaylı olarak verilmektedir. Türk standartlarında TS

138 A, B, C, D, E, F olmak üzere altı tip numune bulunur. Şekil 10’da TS 138 A

normuna göre hazırlanmış numune görülmektedir. Bu şekilde d0 numunenin çapını, dı

baş kısmının çapını (1,2d0), lv inceltilmiş kısmın uzunluğunu (l0 + d0), l0 ölçü

uzunluğunu (5d0), h baş kısmının uzunluğunu ve lt numunenin toplam uzunluğunu

göstermektedir. Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

41

ÇEKME DENEYİ

TS 138A şeklinde gösterilebilir. Son yıllarda Avrupa birliği uyum sürecinde çekme

deneyi ile ilgili olarak kullanılan standart EN 10002’dir.

Şekil 10. Çekme numunesi boyutları.

4. Kaynaklar

Doç. Dr. Ramazan KAYIKÇI, Araş. Gör. Gülşah AKTAŞ, Sakarya Üniversitesi,

Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü, Çekme Deneyi Föyü.

Mehmet Yüksel, Cemal Meran, “Malzeme Bilgisine Giriş Cilt 2”, MMO, 2010.

Yrd. Doç.Dr. Kemal YILDIZLI, On Dokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik

Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Çekme/Eğme Deney Föyü.

Kayalı ES., Ensari C., Dikeç F. Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, İTÜ

Kimya-Metalurji Fakültesi Yayını, 1996.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

42

BASMA DENEYİ

1. Basma Deneyinin Amacı

Mühendislik malzemelerinin çoğu, uygulanan gerilmeler altında biçimlerini kalıcı

olarak değiştirirler, yani plastik şekil değişimine uğrarlar. Bu malzemelerin hangi

koşullar altında ve ne zaman kalıcı şekil değişimine uğrayacaklarını bilmek çok

önemlidir. Çeşitli yapı elemanlarının veya makine parçalarının etkisinde bulundukları

yükler altında biçimlerini değiştirmesi istenilmeyen bir olaydır.

Basma deneyi, çekme deneyinin tersi olarak kabul edilebilir ve çekme basma

makinelerinde basma kuvveti uygulamak sureti ile yapılır. Basma kuvvetinin etkin

olduğu uygulamalarda kullanılan gevrek malzemelerin, mukavemet değerleri basma

deneyi ile belirlenir. Bu nedenle basma deneyinden elde edilen sonuçlar gevrek

malzemelerle yapılan tasarımda doğrudan kullanılabilirler. Basma deneyinde homojen

bir gerilim dağılımı sağlamak amacıyla yuvarlak kesitli numuneler tercih edilir. Fakat

kare veya dikdörtgen kesitli numuneler de kullanılmaktadır. Basma deneyi

numunelerinde, numune yüksekliği (h0) ile çapı (d0) arasındaki h0/d0 oranı oldukça

önemlidir. Numunenin h0/d0 oranının çok büyük olması, deney sırasında numunenin

bükülmesine ve homojen olmayan gerilim dağılımına sebep olur. Bu oran küçüldükçe

numune ile basma plakaları arasında meydana gelen sürtünme deney sonuçlarını çok

fazla etkilemektedir. Bu sebeple numunenin h0/d0 oranının 1.5 h0/d0 10 aralığında

olması önerilir. Metalik malzemelerin basma numunelerinde ise genellikle h0/d0=2

oranı kullanılır.

Basma kuvvetlerinin etkin olduğu yerlerde kullanılan malzemeler genellikle gevrek

malzemelerdir ve özellikleri basma deneyi ile belirlenir. Gri dökme demir, yatak

alaşımları gibi metalik malzemeler ile tuğla, beton gibi metal dışı malzemelerin basma

mukavemetleri, çekme mukavemetlerinden çok daha yüksek olduğu için bu gibi

malzemeler basma kuvvetlerinin etkin olduğu yerlerde kullanılır ve basma deneyi ile

bu malzemelerin mekanik özellikleri tespit edilebilir. Basma deneyi sırasında

numunenin kesiti devamlı olarak arttığından, çekme deneyinde görülen “Boyun”

teşekkülü problemi yoktur. Basma deneyi bilhassa gevrek ve yarı gevrek malzemelerin

sünekliğini ölçmede çok faydalıdır, zira bu malzemelerin sünekliği çekme deneyi ile


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

43

BASMA DENEYİ

hassas olarak ölçülemez. Bu malzemelerin çekmede % uzama ve % kesit daralması

değerleri hemen hemen sıfırdır. Basma deneyinin diğer bir avantajı da çok küçük

numunelerin bile kullanılabilmesidir. Bu avantaj, bilhassa çok pahalı malzemelerle

çalışıldığında veya çok az miktarda malzeme bulunduğu durumlarda çok faydalıdır.

2. Deneyin Yapılışı

Basma deneyi, standartlara göre hazırlanan deney numunesinin (örnek), sabit

sıcaklıkta ve tek eksende, belirli bir hızla, malzeme dağılıncaya kadar (yük taşıyamaz

duruma gelene kadar) basılması işlemidir. Basma makinalarında basma plakaları

aracılığı ile örneğe yük uygulanır. Yük uygulanan plakaların alt ve üst yüzeyleri,

numunenin düşey eksenine dik ve birbirine paralel olmalıdır. Basma deneyinde,

numunenin kesiti sürekli arttığından, çekme deneyinde görülen boyun verme olayı

meydana gelmez. Sünek malzemelerin basma deneyleri sırasında örnek uçları ile

basma plakaları arasındaki sürtünme kuvvetinden dolayı, fıçı olayı olarak adlandırılan

şişme meydana gelir. Basma deneyine tabi tutulan sünek bir malzemedeki fıçı

oluşumu Şekil 2’de gösterilmektedir.

Kopma uzaması ve kopma büzülmesi değerleri hemen hemen sıfır olan gevrek

malzemelerin sünekliği çekme deneyi ile ölçülemez. Bu tür malzemelerin sünekliği

basma deneyi ile ölçülür. Basma deneyinde çok küçük boyuttaki örnekler bile deneye

tabi tutulabilir. Bu durum, deneye tabi tutulacak malzemelerin pahalı ve çok az olması

durumunda yararlar sağlar. Şekil 1.’de yuvarlak kesitli ve silindirik başlı, bir malzeme

için basma numunesi örneği verilmiştir.

Şekil 1. Yuvarlak kesitli silindirik başlı basma örneği


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

44

BASMA DENEYİ

Şekil 2. Basma Kuvveti uygulanan sünek malzemelerdeki fıçı oluşumu; a) basma kuvveti

yok, b) Basma kuvveti etkisiyle fıçı oluşumunun ilk aşaması, c) Fıçı oluşumunun

tamamlanması

Basma deneyi sonucunda, malzemelerin basma diyagramı elde edilir. Basma

diyagramı, genelde çekme diyagramına benzer. Basma diyagramının elastik

deformasyonu gösteren kısmı çekme diyagramının elastik kısmı gibidir ve akma

sınırından sonra, basma diyagramında da plastik deformasyon azalması meydana gelir.

Basma diyagramında plastik deformasyonu gösteren kısmın ilk aşaması, çekme

diyagramının plastik deformasyon bölgesinin ilk devresini andırır, ancak çekme

diyagramında maksimum noktadan sonra gerilme değerinde bir azalma meydana

gelirken, basma diyagramında gerilme artar. Yani basma eğrisinin eğiminde artış

meydana gelir. Bu durum, basma sırasında numune kesitinin devamlı artmasından

kaynaklanır. Özellikle plastik deformasyonun sonuna doğru numune kesiti büyük

oranda arttığından, basma gerilmesinde de ani yükselme görülür. Şekil 4'te metalik bir

malzemenin çekme ve basma diyagramları görülmektedir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

45

BASMA DENEYİ

Şekil 3. Gevrek malzemede basma etkisiyle meydana gelen kırılma türleri

Basma deneylerindeki kırılma şekli de önem taşımaktadır, Gevrek malzemeler, genelde

malzeme içerisindeki kayma düzlemlerine etkiyen kayma gerilmesinin büyüklüğüne göre üç

şekilde kırılır. Basma kuvveti etkisiyle gevrek malzemelerde meydana gelen kırılma şekilleri

şekil 3‘te görülmektedir,

Şekil 4. Metalik bir malzemenin çekme ve basma diyagramları

Basma deneyi sonucunda numunelerin temsil ettiği malzemeye ait aşağıda verilen mekanik

özellikler belirlenebilir.

a) Akma Dayanımı (a): Gerilmenin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşılık, plastik

şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve basma diyagramının düzgünsüzlük

gösterdiği gerilme değeridir. Bu belirgin akma sınırı ancak bazı malzemelerde,


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

46

BASMA DENEYİ

örneğin düşük karbonlu yumuşak çelikte, deney şartlarına bağlı olarak görülebilir.

Akma sınırının belirgin olmaması halinde bunun yerine, genellikle %0,2' lik elastik

uzamaya (%elastik = 0,2 veya elastik = 0.002) karşılık gelen gerilme 0,2 sınırı alınır.

b) Basma Dayanımı (b): Bir malzemenin dağılmadan dayanabileceği en yüksek

basma gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, basma diyagramındaki en yüksek

gerilme olup, b = Fmax/A0 formülü ile bulunur. Bu gerilmeye kadar numunenin kesiti

her tarafta aynı oranda büyüdüğü halde özellikle plastik deformasyonun sonuna doğru

numune kesiti büyük oranda artar ve daha büyük bir gerilmede numune kırılır.

c) Orantı Sınırı (0): Gerilme ile birim uzama arasında = E. e bağıntısının (Hooke

kanunu) geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlar. Bu bağıntıdaki orantı katsayısı E,

elastiklik (katılık) modülü adını alır ve doğrunun eğimini gösterir. Ahşap, kauçuk ve

deri gibi bazı malzemelerin - diyagramında böyle bir doğrusal bölge bulunmadığı

için, sabit bir E değeri yerine ancak, belirli bir noktadaki teğetin eğimi söz konusu

olur. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar büyükse, rijitliği yani elastik şekil

değiştirmeye karşı direnci de o oranda büyüktür. Bir malzemeye ait elastiklik modülü

herhangi bir ısıl veya mekanik işlem yardımıyla değiştirilemez.

d) Kopma Uzaması (K.U.): Basma örneğinin kopuncaya veya kırılıncaya kadar

gösterdiği yüzde uzama miktarı olarak tanımlanır. Deney parçasının kopan

kısımlarının bir araya getirilmesi ile ölçülen lk ve lk = lk-l0 yardımıyla K.U. = % lk

/l0 x100 bağıntısı yardımıyla bulunur. Bu değer ne kadar büyükse malzeme o derece

sünektir anlamına gelir. Bir malzemede k ve b değerlerini yükselten etkenler

çoğunlukla sünekliği azaltırlar.

e) Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirme sırasında enerji absorbe etme

yeteneğine denir. Bu enerji, gerilme () birim uzama () eğrisinin elastik kısmının

altında kalan alan ile belirlenir (Şekil 5).

f) Tokluk: Malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama yeteneğine denir. Genellikle

eğrisinin altında kalan alanın hesaplanması


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

47

BASMA DENEYİ

ile bulunur. Birim hacim başına düşen kırılma enerjisi olarak tanımlanan tokluk,

kırılmaya karşı direnç için bir ölçü kabul edilir (Şekil 5). Bu değerle, örneğin darbeli

zorlama halinde bulunan dinamik tokluk arasında bir bağıntı yoktur. Sünekliğin

olduğu gibi, tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır.

Şekil 5. Gerilme-birim uzama eğrisinin altındaki alan şekil değişimi için gerekli enerjiyi (tokluğu)

vermektedir.

3. Basma Deneyinin Değerlendirilmesi

Basma deneyi sonucunda, basma diyagramı, (eğrisi) elde edilerek, malzemenin

akma ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması ve kopma

büzülmesi gibi süneklik değerleri belirlenmektedir. Söz konusu değerler, malzemenin

cinsine, kimyasal bileşimine ve metalografik yapısına bağlıdır.

Basma deneyinde gerçek birim şekil değiştirme hesaplanır ve

bağıntısı kullanılır.

Gerçek gerilme (g), uygulanan kuvvetin deney parçasının o andaki kesit alanına

bölünmesi ile elde edilir ve g = Fi / Ai bağıntısı ile hesaplanır. Burada Fi

deformasyonun herhangi bir i anında numuneye etki eden kuvvet olup, Ai ise kuvvetin

uygulandığı andaki deney numunesinin kesit alanıdır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

48

BASMA DENEYİ

4. Kaynaklar

Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü 2012–

2013 Bahar Yarıyılı Makina Laboratuvarı - II Deney Föyleri

İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Bölümü Metalurji Mühendisliği Laboratuvarı -2- Deney Föyleri.

Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Bölümü 2012–2013 Öğretim Yılı Malzeme Bilimi Laboratuarı II Mekanik-2 Deney

Föyü.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

49

EĞME DENEYİ

1. Giriş

Eğme: İki desteğe serbest olarak oturtulan, genellikle daire veya dikdörtgen kesitli düz

bir deney parçasının, yön değiştirmeksizin ortasına bir eğme kuvveti uygulandığında

oluşan biçim değişmesidir.

Eğme deneyi malzemenin mukavemeti hakkında tasarım bilgilerini belirlemek ve

malzemenin eğilmeye karşı mekanik özelliklerini tespit etmek amacı ile yapılır. Enine

yük taşıyan kiriş gibi elemanlar eğilmeye maruz kalırlar. Kirişin her bir bölgesinde

eğilme momentleri meydana gelir. Bu da eğilme gerilmesi ile alakalıdır. Klasik eğilme

denklemlerinin geçerli olabilmesi için malzemenin homojen ve Hook Kanunlarına

uyması gerekir. Eğme deneyi için TSE’nin TS 205 tanımlarına bakılacak olursa; iki

desteğe serbest olarak oturtulan, genellikle daire veya dikdörtgen kesitli düz bir- deney

parçasının yön değiştirmeksizin ortasına bir eğme kuvveti uygulandığında oluşan

biçim değiştirmesi olarak tanımlanır. Eğme deneyi kalitatif sonucun yanında, eğme

momenti (Me), eğilme dayanımı (σe), elastisite modülü (Ee) ve eğilme miktarı (δ) gibi

kalitatif değerlerde hesaplanır. Bu deney genellikle kırılgan ve gevrek malzemeler için

yapılır.

2. Eğme Deneyi Prensibi

Deney numunesine bir kuvvet etkilediğinde, numune kesitinin bir kısmında basma

gerilmesi, kesitin geri kalan kısmında çekme gerilmesi meydana geliyorsa numune

eğilme halindedir. Eğilme halindeki numunelerin kesitinde, iç yüzeye yakın bölgede

basma gerilmeleri, dış yüzeye yakın bölgede ise çekme gerilmeleri meydana

gelmektedir. Aşağıdaki şekillerde şematik olarak gösterildiği gibi, çeşitli eğme deneyi

yöntemleri vardır. Bunların içinde en çok uygulananı Şekil 1’de gösterilen silindirik

mesnetler üzerinde numuneyi bir mandrel yardımıyla eğme yöntemidir. Bu

yöntemlerde ana gaye, malzemeyi çatlatıncaya kadar tek yönde eğmektir. Kalitatif

eğme deneylerinde (katlama deneyi), sünekliği iyi olan malzemeler 180o

katlanmalarına rağmen çatlama göstermezler. Böyle malzemelerin deney sonucunda

180o

katlamaya rağmen çatlamanın görülmediği belirtilir. Bu açıklamalardan da

anlaşılabileceği gibi, kalitatif eğme deneyinde kriter olarak eğme açısı (α)

kullanılmaktadır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

50

EĞME DENEYİ

Şekil 1. Üç nokta eğme deneyinin şematik gösterimi

Eğilme açısı; eğme tamamlandıktan sonra numunenin iki kolu arasındaki dış açı olarak

tarif edilir. Bazen malzemenin eğme sonunda bükülmüş kısmının eğrilik yarıçapı (r)

da kriter olarak kullanılabilmektedir. Eğme deneyi sonucunda, numunenin öngörülen

açıya katlanması halinde çatlamanın olup olmadığı belirtilir. Eğer malzeme çatlama

göstermişse, bazen ilk hasarın meydana geldiği açı belirtilmek istenir. Kantitatif eğme

deneylerinde, eğme momenti veya eğilme dayanımının hesabı için, numunenin

kırıldığı andaki maksimum yükü (Fmax) ölçmek gerekmektedir. Bundan sonra gerekli

formüller kullanılarak istenen değerler hesap edilir. Eğilme miktarı (δ) ise deney

sırasında yükün uygulandığı noktada numunenin başlangıçtaki duruma göre düşey

eksendeki yer değiştirme miktarıdır.

3. Hesaplamalar

Eğme deneyi sonucunda, malzemenin eğme momenti (Me ), eğilme dayanımı (e),

esneklik modülü (Ee) ve eğilme miktarı (δ) gibi değerlerin hesaplanabilmesi için Şekil

2’deki formüllerden de anlaşılabileceği gibi deney esnasındaki F yükü ve δ eğilme

miktarının duyarlılıkla ölçülmesi ve mesnet merkezleri arasındaki uzaklığın bilinmesi

gerekmektedir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

51

EĞME DENEYİ

Şekil 2. Eğilme deneyi sonucunda malzemenin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için

gerekli formüller.

4. Deneyin Uygulanması

Eğme deneyi çekme cihazında aşağıdaki işlem sırasına göre gerçekleştirilmektedir:

1-Eğme düzeneği olarak kullanılan iki mesnet tabla üzerine, yükleme bloğu denilen

mandrel ise cihazın üst kısmına yerleştirilir.

2-Bu düzenekte mandrel çapı ve mesnetlerin çapı, kullanılacak malzemeye göre ve bu

malzemeye ait olan standarda uygun olarak seçilir.

3-Mesnetler arası açıklık standartlara uygun ayarlanır ve numunenin kesit ölçüleri ile

birlikte mesnetler arası mesafe de kumpasla ölçülerek kaydedilir.

4-Düzenek ayarlandıktan sonra mesnetler üzerine numune yerleştirilir ve numune,

yükün uygulandığı mandrel yardımı ile eğilir.

5-Deney sonucunda, numunenin kırıldığı andaki maksimum yükünü (Fmax) ve eğilme

miktarı (δ) değerleri kaydedilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

52

EĞME DENEYİ

5. Kaynaklar

https://dosya.sakarya.edu.tr/Dokumanlar/2013/426/757805425_kaynakli.baglantilarin.e

gme.testleri.pdf

http://www.makina.selcuk.edu.tr/img/cekme_egilme.pdf

http://www.mech.utah.edu/~rusmeeha/labNotes/composites.html

https://dosya.sakarya.edu.tr/Dokumanlar/2013/426/757805425_kaynakli.baglantilarin.egme.testleri.pdf

https://dosya.sakarya.edu.tr/Dokumanlar/2013/426/757805425_kaynakli.baglantilarin.egme.testleri.pdf

http://www.makina.selcuk.edu.tr/img/cekme_egilme.pdf

http://www.mech.utah.edu/~rusmeeha/labNotes/composites.html


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

53

DARBE DENEYİ

1. Metalik Malzemelerin Darbe Deneyi

Darbe deneyi gevrek kırılmaya neden olabilecek şartlar altında çalışan malzemelerin

mekanik özelliklerinin saptanmasında kullanılır. Darbe deneyinin genel olarak amacı,

metalik malzemelerin dinamik zorlamalar altında kırılması için gerekli enerji miktarını

ve sünek-gevrek geçiş sıcaklığını tespit etmektir.

Genelde malzemelerin mekanik özellikleri hakkında fikir edinebilmek için çekme

deneyi sonuçları kullanılır. Elde edilen sonuçlar YMK ve HSP sistemlerde sorun

olmazken bazı HMK kafes yapısına sahip metallerde çentik darbe testinde farklı

sonuçlar elde edilir (Şekil 1). Çekme testinde uzama miktarı yüksek olan malzemelerin

sünek davranacağı düşünülür. Bu kabul YMK ve HSP kristallerde büyük oranda doğru

iken HMK kristalli malzemelerde (örn. ferritik çelik) her zaman doğru sonuç vermez.

Çekme deneyinde sünek davranış gösteren malzeme darbe deneyinde gevrek davranış

gösterebilir. Özellikle oda sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda bu olaya daha çok

rastlanır. Darbe deneyinden elde edilen sonuçlar, çekme deneyi sonuçları gibi

mühendislik hesaplarında kullanılmazlar.

Şekil 1. Farklı kafes yapılarındaki metaller için gevrek-sünek geçiş sıcaklığı grafiği

2. Deneyin Prensibi

Deneyde numunenin dinamik zorlama altında kırılması için gereken enerji belirlenir.

Bulunan değer malzemenin darbe direnci (darbe mukavemeti) olarak tanımlanır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

54

DARBE DENEYİ

Şekil 2. Çentik darbe deneyinin şematik gösterimi

Deney cihazı Şekil 2’deki gibidir. G ağırlına sahip sarkaç h yüksekliğine çıkarılır bu

konumda G.h enerjisine sahiptir. Serbest bırakılan sarkaç numuneye çarparak kırar ve

h1 yüksekliğine çıkar. Bu konumda enerjisi G.h1 haline gelir. Başlangıçtaki ve sondaki

iki potansiyel enerji değeri arasındaki fark numunenin kırılması için gerekli olan

enerjidir. Darbe direnci olarak da adlandırılan bu değer şöyle hesaplanır:

G: Sarkacın ağırlığı (kg)

L: Sarkacın ağırlık merkezinin sarkacın salınım merkezine uzaklığı (m)

h: Sarkacın ağırlık merkezinin düşme yüksekliği (m)

h1:Sarkacın ağırlık merkezinin çıkış yüksekliği (m)

α: Düşme açısı (derece)

β: Yükseliş açısı (derece)

Darbe direnci genellikle Joule (J) olarak verilir. Ancak, bazı durumlarda J/m2 , Nm

yada Nm/m2 cinsinden de verilebilir. Kırılma enerjileri yüksek olan malzemelerin

kırılma toklukları da yüksek olur.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

55

DARBE DENEYİ

Darbe deneylerinde numune içerisindeki gerilimlerin çentik tabanında toplanması ve

malzemenin dinamik yük altında davranışının belirlenmesi amaçlanır. Lamel grafitli

dökme demirlerde lameller çentik etkisi yapacağından ayrıca çentik açmadan da test

yapılabilir. Numune yükleme sonucu zorlandığı zaman çentik tabanına dik bir gerilim

oluşur bu gerilim kırılmaya neden olur. Numunenin kırılması için oluşan bu dik

gerilimin kristalleri bir arada tutan (kohezif kuvvet) ya da kaymasını engelleyen

kuvvetten fazla olması gerekir. Eğer numune plastik olarak şekil değiştirmeye fırsat

bulmadan kırılırsa buna gevrek kırılma denir. Kırılan yüzey düz bir ayrılma yüzeyidir.

Çoğu durumda numune kırılmadan plastik deformasyona uğrar. Oluşan dik gerilimin

yanında bu gerilimle 45° açı yapan kayma gerilmesi oluşur. Bu gerilme kritik kayma

gerilimini aştığı anda malzemede plastik deformasyon oluşur. Bu durumda önce

plastik deformasyon ardından kırılma oluşur. Sünek kırılma adı verilen bu kırılmada

yüzey girintili çıkıntılı bir görünüme sahiptir.

Çentikli darbe deneyleri genellikle 2 türde yapılmaktadır (Şekil 3) :

Charpy Darbe Deneyi:

Yatay ve basit kiriş halinde 2 mesnede yaslanan numunenin çentik tabanına bir

sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılması ve çentik tabanında meydana gelen çok

eksenli gerilimler etkisi ile numunenin kırılması için harcanan enerjiyi tayin işlemidir.

İzod Darbe Deneyi:

Dikey ve konsol halinde bir kavrama çenesine tutturulan numunenin yüzeyine,

kavrama çenesinden belirli yükseklikte, bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılması

ve çentik tabanında meydana gelen çok eksenli gerilimler ile numunenin kırılması için

sarf edilen enerjiyi tayin işlemidir.

Şekil 3. Charpy ve İzod darbe deneyinin uygulanışı


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

56

DARBE DENEYİ

3. Çentikli Darbe Deneyi Numuneleri

Çeşitli ülkelerin standartlarında saptanan en önemli numune çeşitlerinin boyutları ve

şekilleri Şekil 4’te verilmiştir. Numunelerin çentik açılma çeşitleri; 1- U çentikli, 2-V

çentikli, 3- Anahtar deliği çentikli’dir.

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.

Şekil 4. Çentik darbe deneyi numuneleri


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

57

DARBE DENEYİ

4. Gevrek-Sünek Geçiş Sıcaklığı

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 olabildiği gibi belirli bir sıcaklık aralığında da olabilir.

Darbe direncinin aniden düştüğü sıcaklığa gevrek-sünek geçiş sıcaklığı denir. Düşüş

aniden olmadığında bir geçiş sıcaklığı belirlemek zordur. Bu gibi durumlarda geçiş

sıcaklık aralığı belirlenir ve bu gevrek-sünek 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).

Şekil 5. Gevrek-sünek geçiş sıcaklığı grafiği

Gevrek kırılmada, kırılma klivaj düzlemleri boyunca olup kırılma yüzeyi kristalin bir

(graniler, 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.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

58

DARBE DENEYİ

5. Darbe Dayanımına Etki Eden Faktörler

a-Çentik Etkisi

Çentikli bir parça zorlandığı zaman çentiğin tabanına dik bir gerilme meydana gelir.

Kırılmanın başlaması bu gerilmelerin etkisiyle olur. Deney parçasının kırılabilmesi

için bu normal gerilmenin, kristalleri bir arada tutan veya kristallerin kaymasına karşı

koyan kohezif dayanımdan yüksek olması gerekir. Çentik daha keskin yapılırsa

çentiğin tabanındaki normal gerilme kayma gerilmesine oranla artırılacak ve deney

parçası daha çok gevrek kırılma yeteneği gösterecek demektir. Çentik ve deformasyon

hızı aynı kalmak şartıyla, sıcaklığın yükselmesiyle kayma dayanımı düşecek ve sünek

bir kırılma gözlenir.

b-Sıcaklık Etkisi

Genel olarak sıcaklık düştükçe malzemenin darbe direnci de düşmektedir.

Malzemelerin sıcaklığa bağlı olarak, darbe direncindeki düşme aniden olabileceği gibi

belirli bir sıcaklık aralığında da olabilir (Şekil 6).

Şekil 6. Farklı sıcaklıklarda malzemede meydana gelen kırılma çeşitleri

Mühendislik uygulamalarında T5 sıcaklığı diğer sıcaklıklara oranla daha büyük önem

taşır. Çünkü deneyi yapılan malzeme bu sıcaklığın altında tamamen gevrek bir


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

59

DARBE DENEYİ

davranış gösterdiğinden bu sıcaklıktan daha düşük sıcaklıklarda kullanılamaz. Bu

yüzden geçiş sıcaklığı olarak da T5 sıcaklığı alınır ve bu sıcaklık, sıfır süneklik

sıcaklığıdır. Bazen geçiş sıcaklığının yaklaşık olarak belirlenmesinde şu üç kriterden

de faydalanılır.

- Kırılma Enerjisi (∼20-30 J’ lük kırılma enerjisine karşılık gelen sıcaklık)

- Kırılma yüzeyinin görünüşü (kesitte % 50 ince taneli kristalin görünüşü veren

sıcaklık)

- Kırılmadan sonra çentik tabanında meydana gelen enlemesine büzülme miktarı (%1

enine büzülme)

c-Bileşimin Etkisi

Sadece HMK yapıya sahip malzemeler gevrek-sünek geçiş sıcaklığına sahiptir. Bunun

nedeni de HMK yapının düşük sıcaklıklarda sınırlı sayıda aktif kayma sistemine sahip

olmasıdır ki buda plastik deformasyonu sınırlar. Sıcaklığın artması aktif kayma

sistemi sayısını arttırır bu akma dayanımının düşmesine neden olarak plastik

deformasyonu kolaylaştırır. YMK ve HSP yapıya sahip metallerde gevrek-sünek geçiş

sıcaklığına rastlanmaz, herhangi bir sıcaklık değişikliğinde yaklaşık olarak aynı enerji

absorbsiyonuna sahiptirler. Çelikte karbon ve manganez miktarı gevrek-sünek geçiş

sıcaklığı üzerinde önemli etkiye sahiptir (Şekil 7). Karbon miktarının artması daha düz

bir değişim eğrisi ve daha yüksek gevrek-sünek geçiş sıcaklığına neden olur, bu da

yüksek sıcaklıkta sünekliği getirir. Çeliklerde C/Mn oranı 3/1 den büyük olduğu

müddetçe tokluk artar. Ni çentikli darbe tokluğu arttırıyorken, P, Si, Mo, O geçiş

sıcaklığını yükseltir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

60

DARBE DENEYİ

Şekil 7. Çelikteki C içeriğinin darbe enerjisine etkisi.

(C içeriğinin düşmesi alt ve üst sınır arasındaki bölgeyi arttırıyor. Karbon içeriğinin

artması hem mukavemeti yükseltir hem de geçiş sıcaklığını yükseltir.)

d-Haddeleme Yönünün Etkisi

Haddelenmiş veya dövülmüş malzemelerde, çentikli darbe direnci çubuğun veya

levhanın değişik yönlerinde farklı değerlerde olur (Şekil 8). Haddeleme yönüne dik

yönde olan levhanın sıcaklık arttıkça darbe direnci daha azdır. Haddeleme yönünde

alınan levha parçalarının ise darbe direnci daha fazladır.

Şekil 8. Haddeleme yönünün çentik darbe direncine etkisi

e-Üretim Yöntemi

Örneğin; söndürülmemiş çeliğin (deoksidasyon yapılmamış) geçiş sıcaklığı Al ile

söndürülmüş çeliğin geçiş sıcaklığından daha yüksektir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

61

DARBE DENEYİ

f-Isıl İşlem

Isıl işlem görmüş bir çelik normalize edildiğinde çentikli darbe tokluğu artmaktadır.

Temperleme sıcaklığı arttıkça çeliğin enerji absorbe etme kabiliyeti de artar.

Temperlenmiş martensitik yapı çelikleri hem mukavemet açısından hem de darbe

mukavemeti açısından iyidir (Şekil 9).

Şekil 9. Isıl işlem uygulamalarının malzemenin çentik darbe tokluğuna etkisi

g-Yüzey Durumu

Yüzeyleri karbürleme ve nitrürleme ile sertleştirilmiş çeliklerin darbe dirençleri

azalmaktadır.

h-Tane Büyüklüğü

Genel olarak ince taneli malzemeler kaba taneli malzemelerden daha düşük geçiş

sıcaklığına sahiptirler. Tane boyutunun küçültülmesi geçiş eğrisini sola doğru kaydırır.

Sıcak şekil verme esnasındaki rekristalizasyon ve havada soğutma gibi tane küçültücü

işlemler geçiş sıcaklığını düşürür (Şekil 10).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

62

DARBE DENEYİ

Şekil 10. Tane büyüklüğünün gevrek-sünek geçiş sıcaklığına etkisi

i-Mikroyapı

Mikroyapı çeliğin çentikli darbe tokluğunu bileşim ve mekanik özelliklerinden

bağımsız olarak etkileyebilir. Temperlenmiş martensit diğer mikroyapılara oranla en

yüksek enerji ve en düşük geçiş sıcaklığı sağlar. Mikroyapıdaki ikinci sert fazlar varsa

bunların morfolojisi de darbe dirençlerini etkiler. Bu sert kırılgan fazlar keskin köşeli

ve sivri uçlu ise darbe dirençlerini azaltır. 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.

6. Kaynaklar

- Arş. Gör. Emre ALP, Bartın Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme

Mühendisliği Bölümü, Metalik Malzemelerin Darbe Deney Föyü.

- Trakya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Darbe

Deneyi Lab. Föyü.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

63

SERTLİK DENEYİ

1. Sertlik Deneylerinin Amacı

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. Sertlik Ölçme Yöntemleri

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 sertliği 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.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

64

SERTLİK DENEYİ

3- Sert bir bilyeyi malzeme üzerine düşürmek ve sıçratmak suretiyle yapılan sertlik

deneyleri.

3. 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

4. Batırılarak Yapılan Sertlik Deneyleri

a- Statik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri

(Cihazlar portatif değildir, sertlik laboratuarlarında ölçüm yapılır.)

- Rockwell

- Brinell

- Vickers

- Knoop


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

65

SERTLİK DENEYİ

b- Dinamik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri

(Cihazlar portatiftir, istenilen yerde sertlik ölçümü yapılabilir.)

- Shore

- Poldi Çekici

4.1. 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.

Şekil 3. Sertlik ölçüm cihazı


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

66

SERTLİK DENEYİ

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. Son olarak ana yük (P1) kaldırılır (Şekil 4). Meydana

gelen kalıcı izdeki derinlik artışı bulunarak mevcut göstergeden Rockwell sertlik

değeri okunur.

Şekil 4. Rockvell 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 5). 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) aşağıdaki formülle hesaplanabilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

67

SERTLİK DENEYİ

Şekil 5. Her 0,002 mm batışta sertlik değeri değişiminin şematik gösterimi

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 deforrne 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.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

68

SERTLİK DENEYİ

Tablo 1. Rockwell sertlik skalaları

4.2. 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

6).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

69

SERTLİK DENEYİ

Şekil 6. Brinell Sertlik deneyinin şematik gösterimi

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 ınm) 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.

- Demir esaslı malzeme (Çelik, DD) (C=30)

- Cu ve Al alaşımlı malzeme (C=10)

- Yumuşak malzeme (C=5)

Metalik malzemelerde sertlik arttıkça çekme dayanımı da artar. Çeliklerin Brinell

sertlik değeri ile çekme dayanımları arasındaki ilişki;


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

70

SERTLİK DENEYİ

bağıntısı ile bulunabilir. Bu bağıntı yardımıyla çeliklerin çekme dayanımını yaklaşık

olarak belirlemek mümkündür.

4.3. Vickers Sertlik Deneyi

Bu deney yönteminde baskı elemanı olarak tepe açısı 136° olan elmas kare piramit

kullanılır (Şekil 7). 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 7. 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 7).

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. Vickers sertliğinin avantajı, oldukça doğru

okumalar yapması ve tüm metal ve işlem görmüş yüzeyler için sadece bir tip batıcı


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

71

SERTLİK DENEYİ

ucun kullanılmasıdır. Vickers sertliği metallerin yanında seramik malzemelerin

sertliğinin ölçümünde de güvenilir bir sertlik ölçüm metodur.

4.4. Knoop Sertlik Deneyi

Bir malzemenin göreceli mikrosertliği Knoop batma deneyi ile belirlenebilmektedir.

Bu deneyde tepe açısı 130o ve 173

o olan piramit şekilli elmas bir uç malzeme üzerine

bastırılır. Bir boyutu diğerinin yaklaşık olarak 7 katı olan bir iz oluşur (Şekil 8).

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


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

72

SERTLİK DENEYİ

Şekil 9. Sertlik ölçme yöntemlerinin karşılaştırılması

5. Kaynaklar

- http://lussostyle.blogspot.com/2012/08/prlanta-krlr-m.html

- Prof. Dr. Hüseyin UZUN, Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve

Malzeme Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi ve Muayenesi Ders Notları

- http://www.muhfak.ktu.edu.tr/metalurji/foyler/Sertlik%20Deneyi.pdf

http://lussostyle.blogspot.com/2012/08/prlanta-krlr-m.html

http://www.muhfak.ktu.edu.tr/metalurji/foyler/Sertlik%20Deneyi.pdf


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

73

NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA

1.DENEYİN AMACI

Bu deneyde incelenmek istenen malzemeden alınacak olan numunenin özellikleri, elde edilme

şekli, numune alınırken ve zımparalama aşamasında dikkat edilmesi gereken konular ele

alınacaktır.

2.TEORİK BİLGİ

Metallerin/genel olarak tüm malzemelerin içyapısını inceleyen bilim dalı ya da;

malzemenin içyapısını inceleme yollarını gösterme, iç yapıyı inceleme, değerlendirme ve

daha ileri neler yapılabileceğini söyleme bilimi (bilim dalı) metalografi olarak adlandırılır.

Malzemelerin performans ve özellikleri metalografi ile incelenen yapıları ile kontrol

edilir.Metreden, mikron altı büyüklüğe kadar bir alanda disiplinler arası geniş aralıkta çalışılır

ve metalografi ile;

malzemenin tarihçesi/hikayesi

özellikleri

gelecekte uygulanabilecek işlemler ortaya çıkarılabilir

Metalografik karakterizasyon; (yapı ve özellikler arasındaki ilişkiden dolayı),

malzemelerin gruplandırılması,

kalite kontrolü,

proses kontrolü ve

hasar analizlerinde kullanılır

Metalografinin iki yönü vardır:

Eylem yönü: Numune hazırlama yönü,

Düşünce yönü: Mikroyapı (yapı) inceleme ve değerlendirme

İki tür inceleme yapılır:

a) Makroyapı (makroskobik inceleme)

b) Mikroyapı (mikroskobik inceleme)

Makroskobik İnceleme: Büyük boyutlu numunelerde, göz ya da büyüteçle yapılır (50 X’den

daha düşük büyütmelerde yapılan inceleme)

Mikroskobik İnceleme: Optik veya Stereo Mikroskop kullanılarak yapılır.(50X ve daha

yüksek büyütmelerde yapılan inceleme)

Numune Seçimi

Metalografik incelemenin esası ve başarısı uygun numunenin alınmasına bağlıdır.

Alınan numunenin bir değer taşıyabilmesi için, numunenin her yönden (fiziksel, kimyasal

bileşim yönlerinden) esas malzemeyi tam olarak temsil etmesi gerekir. Ana kriter, numunenin

inceleme amacına uygun olmasıdır; yani numune, genel mikroyapı incelenmesine veya


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

74


sadece bir veya birkaç belirlenmiş parametrenin (tane boyutu, kırılma veya çatlama türü vb.)

incelenmesine imkan verecek şekilde alınmalıdır.

Ayrıca incelemenin mahiyetine göre esas malzemenin kenar ve ortasından, ince ve

kalın yerlerinden bozuk ve sağlam kısımlarından ayrı ayrı numune alınmalıdır.

Özelliklerin yönle değişmediği (izotropi) kesin olarak biliniyorsa veya incelenecek

parametre için tek bir yön yeterli ise, bir kesitten numune alınması uygun olabilir.

Çoğu durumda, malzemelerin özellikleri (yapıları) yöne bağlı olarak değiştiği için

(anizotropi) iki veya üç doğrultuda (genişlik, kalınlık ve uzunluk yönlerinde) kesit

hazırlanması gerekir.

Numune Alma (Kesme)

İncelenecek mikroyapı elemanlarına göre, malzemenin neresinden ne tür bir

numunenin alınacağı tespit edildikten sonra uygun bir kesici aletle numune kesilir ya da

kırılır. Kesik yüzeyde genellikle bir miktar hasar oluşur, ancak bu hasarın boyutu minimize

edilebilir. Hasar derinliği kullanılan teknik ve kesilen malzemeye bağlı olarak değişir. Bu

maksatla testere, torna, oksiasetilen torku, kesici taş, çekiç gibi alet ve cihazlar

kullanılabilmekle beraber çoğu kesme işlemleri sırf bu iş için geliştirilmiş kesme

makinelerinde (düşük veya yüksek hızlı) yapılmaktadır.

Her durumda, kesme veya koparma esnasında malzemede en az yapı değişikliğinin

meydana gelmesi sağlanmalıdır. Prensip olarak kesme işlemi numunede en az ısınma ve en az

deformasyon meydana getirmeli malzeme kaybını minimumda tutmalıdır.

Büyük boyutlu hasarlı parçalardan incelenmek istenen alanı içeren bir kesit yakma

işlemi ile alınır. Yakarak kesme kesilen bölgeden itibaren önemli bir mesafede yapı

değişimine neden olur, bunun için yakma ile kesilen bölge incelenmek istenen bölgeden çok

uzak olmalıdır. Elle tutulabilen küçük boyutlu numuneler metalografi laboratuarlarında

bulunan makas, şerit testere, aşındırıcı disk ile kesilebilir.

Aşındırıcı disk yardımı ile kesme Aşındırıcı (abrasiv) ile kesme mikroskobik ve diğer malzeme incelemelerinde en

yaygın kullanılan kesme metodudur. Kolay, doğru ve ekonomiktir.Kesme yüzeyinin kalitesi

diğer kesme yöntemleri ile karşılaştırıldığında süperdir ve müteakip işlem adımları daha azdır.

Çok geniş bir aralıkta sertliğe sahip malzeme kesimine uygundur. Bu makineler harcanır

(sarf) ve harcanmayan (sarf olmayan) kesici diskler kullanır.

Sarf aşındırıcı diskler

1. Yumuşak diskler

2. Sert diskler, olmak üzere iki gruba ayrılır


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

75


Bu terimler aşındırıcı tanelerin sertliği ile ilgili değil diskin nasıl hasara uğradığı ile

ilgilidir. SiC ve Alumina sertliği birbirine çok yakındır (SiCMohs skalasında 9.4, aluminanın

ise 9.0 dur). Sert ya da yumuşak terimi bağlayıcıdaki mevcut porozite miktarını gösterir. Sert

kesme diskleri aşındırıcı tanelerini yumuşak disklerden daha iyi tutarlar. Yumuşak kesme

diskleri sert, kırılgan malzemeleri kesmek için kullanılır, çünkü yumuşak bağlayıcı koptukça

yeni keskin aşındırıcı taneleri sağlanmış olur. Sert bağlayıcılı kesme diskleri, yumuşak ve

sünek malzemelerin kesme işlemi için kullanılmaktadır.

Uzun ömürlü aşındırıcı kesme diskleri Elmas ya da CBN (kübik bor nitrür) malzemeden yapılan disklerdir. Elmas/CBN

kesme disklerinin ömürleri, aşındırıcı parçacıkların çok yüksek olan sertliği ve bu parçacıkları

tutan bağlayıcının dayanıklılığı dolayısı ile oldukça uzundur. Metal diskin sadece dış

çevresinde ince bir aşındırıcı tabakası yerleştirilmiştir. Elmas ya da CBN bir metal diske

metal ya da reçine bağlayıcı ile tutturulmuştur.

Kalıplama İki şekilde numune kalıplanabilir;

1. Sıcak ve basınç altında kalıplama (bakalite alma)

2. Soğuk kalıplama

Sıcak ve basınç altında kalıplama

Toz halinde polimerik esaslı malzeme kullanılır, termoset ve termoplastik olmak

üzere iki türdür. Numune yüzeyi alttaki şekilde görüldüğü gibi kalıp yüzeyi ile temas edecek

şekilde yerleştirilir ve üzerine polimerik toz dökülür.Kalıbın ağzı kapatılır ve yük uygulanarak

(17-28 MPa) 150-160C’de pişirilir. Kalıplama parametreleri (sıcaklık, basınç, süre) seçilen

polimerik malzemeye göre değişir. Soğuk kalıplamaya göre elde edilen kalıbın sertliği ve

kalitesi daha iyidir (özellikle otomatik hazırlamada önemli), kalıp çapı kesin toleranslar içinde

kalır


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

76


Soğuk kalıplama Basınç altında ve sıcak kalıplama sıcaklıklarında özellikleri değişebilen malzemelere

uygulanan ve seri numune hazırlanmasına imkan veren bir yöntemdir. Vakum altında

kalıplama yapımına uygundur. Her şekilde kalıp hazırlanabilir ve bir defada çok sayıda

numune hazırlamak mümkündür ancak kullanılan reçineler sıcak kalıplamadakilerden daha

pahalıdır.

Soğuk kalıplamada iki sıvı ya da bir sıvı ve bir tozdan oluşan karışım kullanılır.

Bunlardan bir tanesi reçine (polimerik esaslı) diğeri ise sertleştiricidir. Reçine ve katılaştırıcı

uygun oranlarda karıştırılmalıdır. Aksi takdirde kalıp sertleşmez.

Kullanılan reçineler: epoxy, polyester ve acrylic’dir. Katılaşma süresi dakikalardan

saatlere kadar ulaşabilir. Acrylicte katılaşma süresi 10 dakika iken epokside 4-6 saattir.

Kalıplama işlemi sonrası;

Numune deformasyonsuz ve hasarsız olmalı

Numunede hiçbir yapısal değişiklik olmamalı

Uygun bir kenar düzgünlüğü sağlanmalı

Yaygın dağlayıcılara dirençli olmalı

Birçok uygulamada, polimer tozuna başka ilaveler de yapılmaktadır (uygulamada, bu ilaveler

üretici firmalarca yapılmış haldedir). Bu tür katkıların yapılması şu faydaları sağlar:

o İletkenlik sağlanır (iletken metal tozları ile),

o Bakalitin sertliği artırılır (numune ile aynı hızda aşınması istenir,

o Kenar etkisi (kenarlardaki netlik bozukluğu) azaltılır.

Numunelerin kodlanması (markalama) Numune sayısının çok olduğu çalışmalarda ya da arşivlemek için numune üzerine gerekli

notlar titreşimli kalem ile yazılmalıdır.

Mekanik Zımparalama

Numunenin yüzeyinde, kesmekte kullanılan aletin izleri bulunur, ayrıca kesme

esnasında numunenin yüzeyi bir miktar deforme olur. Numuneyi orijinal yapı temsil

ettiğinden toplam deformasyona uğramış tabakanın kaldırılması gerekmektedir. Bu nedenle

numuneler kesildikten ve kalıba alındıktan sonra, mikroskobik inceleme için zımparalama ve

parlatma işlemine tabi tutulurlar.Zımparalama ve parlatma işleminin temel amacı, yüzey

pürüzlülüğünü azaltmak suretiyle, ışığı iyi yansıtan bir yüzey elde etmektir.

Zımparalama ve parlatma işlemleri çeşitli kademeleri içerir ve aşındırıcılar yardımı ile

yapılır. Her kademede bir evvelki kademede kullanılan aşındırıcılardan daha ince aşındırıcılar

kullanılır ve böylece her kademenin numune yüzeyinde oluşturduğu deformasyon miktarı

minimum seviyeye indirilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

77


Aşındırıcılar;

Zımparalama Manuel ya da otomatik olarak sulu ortamda yapılır. Zımparalamada kullanılan

aşındırıcılar; SiC (en çok kullanılan), Al203, B4C ya da elmastır. Aşındırıcılar kağıda

tutturulmuşlardır (elmas dışında), bunlar disk, plaka ya da bant şeklinde olabilir. Zımpara

kağıtları birim alandaki aşındırıcı partikül sayısına göre numaralandırılmıştır. Partikül boyutu

küçüldükçe birim alandaki partikül sayısı artar ve zımparanın nosu yükselir.

150 numaralı zımparalamaya kadar olan zımparalarla yapılan işlem kaba

zımparalama, daha ince zımparalarla yapılan işlemler ince zımparalama adını alır.

Zımparalama işlemine testere ile kesimden sonra 80, aşındırıcı disk ile 180, tel erozyon ve

düşük hızda elmas ile 320 ya da 400 gritten başlanabilir.

Otomatik cihazlar dışında, el ile zımparalama yapıldığında;

numunenin her bir zımparanın yüzeyine üniform basmasına,

yüzeyde sadece o zımparaya ait çiziklerin bulunmasına,

bu çiziklerin tek bir doğrultuda olmasına,

numunenin zımparaya tek yönlü olarak sürülmesine,

işlemin akan su altında yapılmasına,

zımpara değiştirirken numunenin, ellerin ve zımparanın iyice yıkanarak bir sonraki

adıma kaba zımpara tozunun taşınmamasına ve

sonraki zımparanın 90 dik doğrultuda uygulanmasına dikkat edilmelidir.

Zımparalama sırasında, numunenin uzun süre ıslak bırakılmasından kaçınılmalıdır. Belirli

bir zımparadaki zımparalama süresi, bir evvelki zımparalama esnasında meydana gelen

çizikleri tamamen yok edinceye kadar geçen süredir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

78


Zımparalama esnasında numune yüzeyinde oluşan çizikler ve deformasyon tabakası bir

sonraki zımparalama ile ortadan kalkar.

Şekilde el testeresi ile kesilmiş numunedeki yüzey durumu ve müteakip zımparalama kademelerinin

bu bölgeye etkisi (A, B, C tabakaları kesme sonucu deformasyona uğrayan bölgeyi ve D orijinal

içyapıyı göstermektedir).

3.DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLARI

1.Hassas Kesme Cihazı: Küçük ebatlı parçalardan numune çıkarma işi direk olarak numune

kesme tezgahlarıyla yapılır, ancak incelenecek olan parça ebadı büyüdükçe talaşlı imalat

yöntemlerinden faydalanılır.

2.Bakalite Alma Cihazı: Küçük ebatlı numuneler ve çabuk aşınan numunelerin düzgün

(yüzeye paralel) bir şekilde zımparalanması ve mikroskop üzerine yerleştirilebilmesi için bu

numuneler 120-180 °C civarında 5 dakika kadar süren bir işlem sonucunda bakalite alınır.

3.Zımparalama ve Parlatma Cihazı: Metalografik numunelerin otomatik veya manuel

olarak hazırlanması için kullanılır.

4.DENEYİN YAPILIŞI

İncelenmek istenen demir esaslı veya demirdışı malzemeden numune kesilir.

Tasa tutularak çapaklar alınır,

Bakalite alma yöntemiyle kalıplanır,

Taslama ile bakalitin kenarları yuvarlatılıp ve numune markalanır,

Sıra ile 80,120.240, 400, 600, 800,1000 ve 1200 numaralı zımpara kağıtlarıyla zımparalama

yapılır,

Zımparalama kademesinden sonra el ve numune bol su ile yıkanır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

79


6. DENEY RAPORU

Deneyi kısaca özetleyiniz.

Sıcak ve soğuk kalıplamanın farklarını ve kullanım alanlarını belirtiniz.

Zımparalama yaparken dikkat edilmesi gereken hususlar ve karşılaşılabilecek problemleri

belirtiniz.

7.KAYNAKLAR

1., Prof. Dr. Fazlı Arslan, Metalografi Laboratuvarı Deney Föyü

2.Prof. Dr. Sakin ZEYTİN-Doç. Dr. Akın AKINCI-Yrd. Doç. Dr. Mediha İPEK, Metalografik

İnceleme

3. Metals Handbook, ASM

4. .Prof. Dr. Şadi KARAGÖZ, Mikroyapısal Görüntüleme ve Tanı


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

80

METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA

1.DENEYİN AMACI

Bu deneyde, incelenmek istenilen numunenin parlatma aşamasındaki işlemler ve bu

işlemlerde dikkat edilmesi gereken konularla birlikte, numunenin dağlanması ve dağlama

türleri hakkında bilgi vermek amaçlanmıştır.

2.TEORİK BİLGİ

Parlatma

Zımparalama işleminden sonra zımpara çizgilerini yok ederek düz, mümkün olduğu

kadar çizik bulunmayan, iyi yansıtıcı olan bir yüzey elde etmek amacı ile yapılır. Parlatma,

zımparalanmış yüzeyin bir döner disk üzerindeki kumaş üzerine uygulanan aşındırıcı

partiküller vasıtası ile aşındırılarak yapılır. Sürtünmeyi azaltmak için yağlayıcı da kullanılır.

Aşındırıcı partikül boyutuna göre iki gruba ayrılır

Kaba parlatma; aşındırıcı partikül boyutu 15-3 mikron ve

İnce parlatma; aşındırıcı partikül boyutu 1 mikron ve aşağısı

Kullanılan aşındırıcılar; alumina (Al2O3) ve elmas, daha az olarak krom oksit

(Cr2O3), magnezyum oksit (MgO), demir oksit (Fe2O3), seryum oksit (CeO) ile yumuşak

malzemelerin son parlatma kademesine kolloidal silika (SiO2) önemli yer tutar.

Aşındırıcılar, genellikle pirinçten mamul diskler üzerine yapıştırılmış veya tutturulmuş

özel parlatma parlatma kumaşına tatbik edilir.

Numuneyi tutarken hareket ettirmenin bazı yararları vardır. Numune diskin dönme

yönüne ters yönde hareket ettirilmeli ayrıca diskin merkezinden dışa doğru ileri-geri

gezdirilmelidir. Bu şekilde; kumaşları üzerine tatbik edilir. Parlatma sırasında numune ile

aşındırıcı (kumaş) arasında sürtünmeden ileri gelebilecek ısınmayı engellemek için su, yağ

gibi yağlayıcılar kullanılır. Parlatma kumaşı numuneye karşı aşındırıcıyı tutabilmelidir, tüylü

ya da tüysüz kumaşlar kullanılır. Kaba parlatma kademesinde yüksek kesme hızı, maksimum

aşındırıcı teması ve düşük rölyef için çadır bezi, naylon ve ipek gibi tüysüz ya da kısa tüylü

kumaşlar tercih edilir. İnce parlatma kademesinde keçe, kadife gibi tüylü kumaşlar tercih

edilir (kısa, orta ya da uzun olabilir, farklı sertlikte fazlar içeriyor ise kısa tüylü kumaşlar

tercih edilir). Parlatma işleminde numune, tavsiye edilen kumaşlarla kaplı parlatma diske

tutulur ve zaman zaman alümina solusyonu (veya diğerleri)

- aşındırıcının disk yüzeyine homojen bir şekilde dağılımı ile parlatma kumaşının

homojen yıpranması sağlanır,

- özellikle kalıntı, porozite ve ince çökelti fazı içeren numunelerde görülen ve

yönlenmiş parlatmadan kaynaklanan "kuyruklu yıldız" görünümü engellenir


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

81


Başarılı parlatma işleminden sonra numunenin yüzeyi ayna gibi görünür. Parlatma işlemi

sonunda yüzey deterjanlı su ile yıkanır, alkolle temizlenir ve hava püskürtülerek kurutulur.

Parlatma işlemi sonucunda elde edilen yüzey bazı malzeme parametrelerinin

incelenmesi açısından uygundur. Bunlar;

Dökme demirlerin türünün belirlenmesi ve grafit yoğunluğu sınıflandırılması

Çatlak incelemeleri

Porozite incelemeleri

Metalik olmayan inklüzyonlar (MnS, FeS, Al2O3 gibi)

Bazı kaplamaların incelenmesi

Polarize ışık aydınlatmasında bazı anizotrop metaller

Fakat parlatılmış yüzeyler ışığı eşit miktarda yansıttığından yapının detayları gözlenemez;

bunu sağlamak için yapıda kontrast oluşturmak gerekir; bunun için dağlama yapılır.

Dağlama

Parlatılmış numunelere mikroskopta bakıldığında, yapıları hakkında bilgi sahibi olmak

ender rastlanan bir durumdur. Parlatmadan sonra ancak, metalik olmayan kalıntılar, porozite,

çatlak, yüzeydeki diğer benzeri kusurlar kolaylıkla görülebilir. Bazı demirdışı alaşımlarda

taneler dağlanmadan önce sadece polarize ışık altında görülebilmektedir. Bu nedenle

parlatmadan sonra numunelerin mikroskopta incelenmesinde yarar vardır. Parlatılmış

numunenin yüzeyi ışığı eşit bir şekilde dağıttığından yapıdaki ayrıntılar ayırt edilemez. Bu

nedenle yapıda kontrast oluşturulması gerekir. Dağlama numune yüzeyinde kontrast

oluşturulmasıdır.

Malzemelerde gerçek iç yapı özelliklerini ortaya çıkarmak için metalografide çoğu kez,

parlatılmış numune yüzeyine uygun bir reaktif tatbik edilir. Bu işleme kimyasal dağlama veya

kısaca dağlama (etching) denir. Dağlama ile;

Tane ve tane boyutu

Faz ve fazların dağılımı

Deformasyon

Segregasyon

Yüzey işlem ve derinlikleri (sementasyon, nitrasyon, dekarbürizasyon gibi)

Kaplama tabakaları gibi mikroyapı ayrıntıları ortaya çıkarılır.

Dağlama fiziksel ya da kimyasal olabilir

Fiziksel dağlama; ısı veya voltaj uygulanması ile gerçekleştirilir

Kimyasal dağlama; en çok uygulanan yöntemdir, parlatılmış yüzeylerin uygun bir

kimyasal çözelti ile muamele edilmesidir (dağlama)


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

82


Dağlama reaktifi, mikroyapı ayrıntılarını, numunenin yüzeyinden içeriye doğru tercihli

olarak çözünmesi sonucu ortaya çıkarır. Çok fazlı yapılarda farklı fazların veya tek fazlı

alaşımlarda ve saf metallerde farklı doğrultuda yönlenmiş tanelerin dağlama reaktifi içinde

çözünme miktarları şüphesiz farklıdır.

Çok fazlı alaşımlarda dağlama

Çok fazlı alaşımların dağlanma mekanizması elektrokimyasal niteliktedir. Numune

reaktif ile temas ettiğinde, yapı bileşenleri (fazlar) arasında potansiyel farkı doğar. Daha

yüksek potansiyelli faz, diğerine kıyasla anodik veya elektropozitiftir ve bu nedenle dağlama

esnasında çözünmeye başlar. Katodik veya elektronegatif olan diğer faz, daha düşük

potansiyele sahip olduğundan, dağlama esnasında herhangi bir değişikliğe uğramaz. Anodik

ve katodik bileşenler arasındaki potansiyel farkı, elektropozitif fazın genellikle kullanılan

dağlayıcı reaktifler içinde uygun hız ve oranda çözünmesi için yeterli büyüklüktedir. Bu

durum aşırı dağlamayı önlemek bakımından dikkatli kontrol gerektirir. Saf metallerde ve tek

fazlı yapılarda söz konusu potansiyel farkının olmayışı nedeniyle bu malzemeler, çok fazlı

malzemelere kıyasla daha zor dağlanırlar.

Dağlama esnasında anodik fazın öncelikle çözünmesinden dolayı, bir dereceye kadar

çukurlaşma meydana gelir ve mikroskopta incelendiğinde ışınları yansıtmadığından çözünen

bu faz karanlık görülür. Katodik faz ise, dağlamadan etkilenmediğinden ışınları ayna gibi

yansıtmaya devam eder ve mikroskopta parlak görülür.

Saf metaller ve tek fazlı alaşımlarda dağlama

Homojen tek fazlı alaşımlar ve saf metallerin dağlama işlemi çok fazlı alaşımlarınkinden

farklıdır. Burada dağlama mekanizması elektropozitif bir olaya dayanır. Ana metal ile

çözünmeyen kalıntılar veya tane sınırları ile taneler arasındaki potansiyel farkı, genellikle o

kadar belirsizdir ki, dağlamanın etkisi olsa bile, bu çok küçüktür. Saf bir metal veya tek fazlı

alaşımın dağlanması, bir reaktif tarafından metalin kimyasal olarak çözülmesidir. Her tane,

yönlenmesiyle ilişkili bir hızda çözünür. Netice olarak, yapı tek fazlı olmasına rağmen,

mikroskopta aynı yöndeki taneler, aynı parlaklıkta, farklı yöndeki taneler de farklı koyulukta

görülür. Bu olaya, yönlenmiş tane parlaklığı adı verilir. Özellikle uzun süre dağlama sonunda

bu durum kolayca fark edilir. Tane sınırları atomik seviyede kusurlu bölgeler olduğundan,

tanenin iç kısmına kıyasla daha yüksek enerjiye sahiptir ve bu nedenle öncelikle çözünerek

vadiler oluşturur. Bu vadilerdeki ışınların dağılması sonucu tane sınırları optik mikroskopta

ince ve karanlık hatlar halinde görülür.

Gerekli dağlama süresinden daha uzun süre dağlamaya devam edilirse, numunedeki

tercihli çözünme tüm numunenin çözünmesi şeklinde devam eder. Bu duruma aşırı dağlama

denir. Aşırı dağlanmış numune mikroskopta kararmış bir yüzey görüntüsü verir. Böyle bir

numune, aşırı dağlamanın yüzeydeki etkisi kayboluncaya kadar tekrar nihai parlatma çarkına

tutularak parlatılır ve yeniden dağlanır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

83


Dağlama reaktifleri

Genellikle metalografik numunelerin dağlanmasında kullanılan reaktifler; su, alkol,

gliserin, glikol veya bunların karışımı olan çözücülerin içinde, organik ve inorganik asitle,

çeşitli alkalilerin ve diğer kompleks bileşiklerin eritilmesi ile elde edilir. Kullanılan reaktiflerin

aktiviteleri ve genel davranışları;

a) Hidrojen iyonu konsantrasyonuna

b) Hidroksil iyonu konsantrasyonuna veya

c) Reaktifin bir veya daha fazla yapı bileşenlerini karartma yeteneğine bağlıdır.

Her malzeme için uygun bir reaktif gereklidir. Çelik ve dökme demirlerde kullanılan bazı

dağlama reaktifleri, aşağıdaki tabloda verilmiştir. Dağlama reaktiflerinin taze olarak hazırlanması

ve bekletilmeden kullanılması daima tavsiye edilir.

Dağlama işlemi, basit bir işlem olmasına rağmen beceri ister. Dağlama işlemindeki en önemli

husus verilen bir malzeme için önerilen dağlama reaktiflerinden en uygununu seçmektir. İstenilen

sonuca ulaşabilmek için de bu reaktifin kullanılışına ait talimatlara bağlı kalmak gerekir. Bu

talimatlarda, numunenin nasıl dağlanacağı (daldırma, pamukla silme, elektrolitik vb), dağlama

sıcaklığı ve dağlama süresi açık olarak belirtilir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

84


Elektrolitik dağlama

Elektrolitik dağlamada, numune bir elektroliz hücresinde dağlanır. Elektrolitik dağlama,

özellikle paslanmaz çeliklerin dağlanmasında, kimyasal dağlamaya kıyasla tercih edilir.

Elektrolitik dağlama solüsyonları bileşim yönünden oldukça basit olup, asidik, bazik veya

tuzlu çözeltilerdir. Numune, genellikle anottur fakat bir kaç katodik dağlama solüsyonu da

geliştirilmiştir. Dağlama işleminde genellikle doğru akım kullanılır ve dağlama, uygulanan

voltajla dağlama süresini değiştirerek kontrol edilir.

Makro dağlama

Makro dağlama, metal ve alaşımlardaki heterojenliği açığa çıkarmak için kullanılır.

Metalografik numuneler ve kimyasal analiz, malzemedeki heterojenlikleri göstermez. Buna

mukabil makro dağlama;

- Tane boyutundaki farklılaşma, deformasyon akış izleri, kolonsal yapı, dendritik yapı gibi

katılaşma veya çeşitli mekanik işlemlerden kaynaklanan yapısal kusurların,

- Segregasyon, karbür-ferrit bantlaşması, göbeklenme (mikrosegregasyon), karbürizasyon

veya dekarbürizasyon gibi bileşimdeki heterojenliklerin,

- Porozite, çatlak gibi fiziksel kusurların tespitinde kullanılır.

Makro dağlamanın diğer bir uygulama alanı kaynak yapısının etüdüdür. Makro dağlama

ile kaynağın derinliği, çatlak olup olmadığı ve ısıda etkilenen bölgeler açığa çıkar. Diğer

taraftan, ısıl işlem uygulamasında sert. ve yumuşak kısımları birbirinden ayırt etmede, su

verme çatlaklarının ve yüzeyi sertleştirilmiş bölgenin derinliğini saptamada makro

dağlamadan yararlanılır.

Makro dağlama, çelik endüstrisinde kalite kontrol amacıyla geniş ölçüde kullanılır.

Kütüklerin yapısı, segregasyon ve kalıntıların mevcudiyeti makro dağlama ile saptanır.

Dövme alaşımlarında, dövme izleri takip edilerek en iyi dövme koşulları sağlanır. Diğer

taraftan, ekstrüzyonda, kalıpların dizaynında önem taşır. Makrodağlama için genellikle 400

No'lu zımparaya kadar zımparalamak yeterlidir. Numunenin yüzeyini parlatmaya çoğu kez

gerek yoktur. Makrodağlama reaktifleri çok kuvvetli olduklarından numunenin yüzeyinde

zımparalamadan dolayı hasar gören tabaka dağlamanın etkisi ile tamamen ortadan

kalkabilmektedir


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

85



1. Zımpara ve Parlatma Cihazı:Metalografik numunelerin otomatik veya manuel olarak

hazırlanması için kullanılır.

2.Optik ve Stereo Mikroskop: Parlatılan numunelerin yeterlide derecede parlatıldığını kontrol

etmek için kullanılır.

3.Dağlama Esnasında Kullanılan Kimyasallar


Parlatma kademesinde numune parlatma diskine tutulup ve parlatma süspansiyonu

kullanılır,

Parlatma sonunda el ve numune bol su ile yıkanır,

Numune alkolle yıkanıp kurutulur,

Numuneye mikroskopta 100x büyütmede bakılarak parlatmanın yeterli olup

olmadığına karar verilir (parlatma yeterli değilse, parlatma işlemine devam edilmelidir),

Bir parça pamuk masa ile tutularak dağlayıcı reaktifine batırılır ve numune yüzeyine

parlak yüzeyin matlaştığı görülene kadar sürülür veya numune dağlayıcı reaktife daldırılarak

dağlanır. (Aşırı dağlamamaya dikkat!)

Dağlama görülünce numune derhal bol su ile yıkanır, ardından alkolle yıkanıp

kurutulur.

5.DENEY RAPORU


Parlatmada kullanılan solüsyonlar ve bu sölüsyonların parlatmaya olan etkileri

nelerdir?

Demir ve demirdışı malzemelerde kullanılan dağlayıcalar ve bunların malzeme

üzerindeki etkilerini kıyaslayınız.

Termal dağlamanın tanımı ve kullanım alanlarını açıklayınız.

6.KAYNAKLAR

1. Prof. Dr. Fazlı Arslan, Metalografi Laboratuvarı Deney Föyü

2. Prof. Dr. Sakin ZEYTİN-Doç. Dr. Akın AKINCI-Yrd. Doç. Dr. Mediha İPEK,

Metalografik İnceleme

3. Metals Handbook, ASM


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

86

MİKROSKOBİK İNCELEME

1.DENEYİN AMACI

Daha önceden metalografik işlemlerle yüzeyi hazırlanan malzemenin, mikroyapısı, tane

boyutu, malzemenin tarihçesi ve malzeme üzerindeki deformasyonu tayin edip, bu

parametreler hakkında yorum yapabilmek.

2.TEORİK BİLGİ

Mikroskobik inceleme

Dağlanan malzeme mikroskop altında incelenerek yapıları hakkında bilgi edinilir.

Metalografik incelemede genellikle ışın mikroskobu kullanılır. Metalleri incelemede

kullanılan bu mikroskoba metal mikroskobu da denir. Genel itibari ile ele alınacak olursa

objektif, oküler ve aydınlatma sistemi olmak üzere üç ana bölümden oluşur. Büyütme miktarı

objektif ve okülerin büyütme değerlerinin çarpımı ile bulunur. Metal mikroskop ile;

Numunedeki fazların özellikleri,

Dağılımları,

Tane sınırları,

Porozite, kalıntı ve çatlaklar gibi çeşitli yapılar incelenir.

Stereo mikroskop ile numunenin bir bölgesi veya tamamı daha düşük büyütme

oranları ile incelenerek;

Numunede imalat yöntemi ile meydana gelmiş (ısı tesiri bölgeleri, yönlenmeler,

katmerler) olan yapısal değişiklikler

Çeşitli makro hatalar (çatlak, gözenek, boşluk, cüruf kalıntısı vs.) incelenir.

Bunların yanı sıra mikroskobik incelemelerde SEM (Scanning Electron Microscope) yada

TEM (Transmission Electron Microscope) gibi mikroskoplarda kullanılabilir. Bu

mikroskoplar ile 50.000-100.000…..1.000.000 arasında büyültmeler sağlanır.

Optik Mikroskop (Işık -Metal- Mikroskobu)

Işık mikroskobu, incelenen numunenin mikroyapısının ince detaylarını tanımak ve

açığa çıkarmak için çeşitli merceklerin kombinasyonu şeklinde dizayn edilmiştir. Deney için

hazırlanan parçaların yüzeyleri 5-10-20-40…100-2000 arasında büyültülerek incelenebilir.

Metal mikroskobu gelen ışınla numuneyi aydınlatır (yansımalı ışık mikroskobu). Bazı

mikroskoplar ise ışığın numuneden geçerek aydınlatması üzerine dizayn edilmiştir (geçirmeli

ışık mikroskobu). Bu tür mikroskoplarda ince kesit incelenir ve daha ziyade biyolojik

çalışmalar için kullanılmaktadır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

87


Bir metal mikroskobu geçirgen olmayan yüzeylerin incelenmesi için dizayn edilmesi

ile bir biyolojik mikroskoptan ayrılır. Metal mikroskobunda, ışık numuneden yansıdıktan

sonra görüntü oluşturulur; halbuki biyolojik mikroskopta,ışık numuneyi geçtikten sonra

görüntü oluşur.

Metal mikroskobu sadece iki boyutlu görüntü sağlar; malzemenin yapısı hakkında

enstrümantal analiz yeteneğine sahip değildir. Uzmanın tecrübesi çok önemlidir. Eğer,

yeterince tecrübeli değilse, yapıların doğru analizi için bilenlere danışılması, daha önce

oluşturulan arşivlerin taranması ve konu ile ilgili kitap ve el-kitaplarının incelenmesi gerekir.

Uzman, eğer mümkün ise, malzemenin kimliği ve üretim tarihçesi hakkında bilgi sahibi

olmalıdır.

Görüntü analizörü gibi ek donanımlar, optik mikroskobun kullanım alanını genişletip

değerlendirme avantajları sağlamış olmakla beraber, kimyasal analiz anlamında hiçbir ilave

kolaylık getirmezler. Tanımlama, sadece kullanıcının yeteneklerine kalmıştır. Tüm bunlara

karşılık, optik mikroskop çok kolay olan kullanımı ve genel bir bakış sağlama noktasındaki

avantajları nedeniyle halen çok sık kullanılan bir inceleme tekniğidir.

Demir-Karbon Alaşımlarında Mikroyapı Tanımlaması

Dünyada en çok üretilen metalik malzeme demir-çelik grubu malzemelerdir ve 2011

yılında toplam demir-çelik üretimi 1.650 milyon ton mertebesinde olmuştur. Bunun içerisinde

Türkiye’nin payı 34 milyon ton civarındadır ve Türkiye dünyanın en büyük 10. demir-çelik

üreticisi konumundadır. Metalik malzemeler arasında demir çeliğin hali hazırda hiçbir rakibi

yoktur ve uzun yıllar daha egemenliği sürecektir.

Demir çelik ürünlerinin bu derece yüksek üretimi ve rakipsizliği yanında önemli bir

avantajı da çok sayıda farklı kalitede üretilebilmesidir. Muhtemelen üretilebilen tüm demir

çelik kalitelerini sınıflayabilen hiçbir kitap, ansiklopedi, elkitabı vb yoktur. Bu karmaşıklığın

içerisinden çıkmak için, demir çelik grubu malzemeler belirli standartlara uygun olarak ve

belirli kalite gruplarında üretilmektedir.

En basitinden, demir-çelik grubu malzemeler alaşımlı ve alaşımsız olarak iki sınıfa

ayrılabilir. Bu çok kullanılan bir sınıflandırmadır, ancak bir çeliği tanımlamak için asla yeterli

değildir. Zira, bu tür bir sınıflandırmada kullanılan kriter çelikteki “alaşım elementi”

miktarıdır. Alaşımlı-alaşımsız ayrımı için kabul edilen alaşım elementi miktarı ise ağ. % 5’tir.

Yani % 5’in altında alaşım elementi içeren çelikler alaşımsız sınıfına girer. Bu grup içerisinde

de karbon çelikleri ve az alaşımlı çelikler bulunur. Karbon çelikleri Fe, C, Mn, Si gibi

elementleri bulundurur. Manganez ve silisyum her çelikte bulunan elementlerdir ve Mn %

1,5’i ve Si % 1’i aşmadığı sürece alaşım elementi sayılmaz.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

88


Alaşım elementleri çeliğin niteliklerini artırmak için kasten katılan elementlerdir.

Bunlar Cr, Ni, Mo, Al, Cu, Ti, W, Co, Nb, V, N gibi elementlerdir ve alaşım elementi

sayılabilmeleri için çelikte en az bulunmaları gereken ve her element için değişen bir alt sınır

değerleri vardır.

Alaşım elementlerinin varlığı çeliğin yapısını çok etkiler. Çeliğin yapısı aynı zamanda

soğuma hızı, uygulanan termal ve mekanik işlemler ile de değişir. Tüm faktörler göz önüne

alındığında, çok sayıda farklı yapının oluşacağı ve bu yapıların tanımlamasının oldukça zor

olduğu anlaşılabilir. Burada yapı tanımlaması için ana faktörler göz önüne alınacak ve ona

göre temel bir tanımlama yapılacaktır.

Çeliğin yapısını tanımlayabilmek için Fe-C denge diyagramı tam olarak bilinmelidir.

Ne yazık ki, Fe-C denge diyagramının hakkıyla bilinmesi yapı tanımlaması için yeterli olmaz.

Zira Fe-C denge diyagramı sadece demir ve karbon içeren alaşımların yapılarını çok

yavaş soğuma şartlarında göstermektedir. Gerçek çelikler, Fe ve C’a ilave olarak, her zaman

Mn ve Si ile S ve P da içerirler. Ayrıca kasten katılan alaşım elementleri de yapıda bulunur.

Bunun dışında, denge diyagramları çok yavaş soğuma şartlarında elde dilmiştir.

Ancak endüstriyel alaşımlar genellikle hızlı soğuma ile üretilirler. Bu değişkenler ve

daha fazlası alaşımların yapılarının denge diyagramında gözükenlerden farklı olmasına yol

açar.

Bu bakımdan, katılan alaşım elementlerinin Fe-C denge diyagramını nasıl değiştirdiği,

yüksek sıcaklıktan soğuma sırasında hangi fazların oluştuğunu bilmek de en az denge

diyagramını bilmek kadar önemlidir. Dolayısıyla, Fe-C denge diyagramı, alaşım

elementlerinin etkilerini gösteren diyagramlar ile yüksek sıcaklıktan soğuma sırasında yapı

değişimlerini gösteren diyagramlar (TTT diyagramları ve SS diyagramları) yapı

tanımlamalarında göz önünde bulundurulmalıdır.

Fe-C Denge Diyagramı

Çelik temelde bir Fe ve C alaşımıdır. Demir 1535oC’de ergiyen bir metalik elementtir.

Oda sıcaklığından ergime sıcaklığına kadar 3 farklı kristal yapıya sahip olur. Oda sıcaklığı ile

912oC arasında HMK yapılı, 912 ile 1398oC arasında YMK yapılı ve 1398 ile ergime

sıcaklığı olan 1535oC arasında ise tekrar HMK yapılı demir bulunur. Yani, demir

allotromorfik dönüşüm gösterir. Demir saf halde düşük mekanik özelliklere sahiptir ve önemli

bir mühendislik malzemesi değildir. Demire karbon ilavesi demirin mekanik özelliklerini çok

etkiler ve demir böylece dünyanın en mukavemetli malzemelerinden biri haline gelir.

Şekil 1’de Fe-C denge diyagramı verilmiştir. Bu denge diyagramı üzerinde α (alfa), у (gama),

δ (delta), sıvı ve sementit (Fe3C) fazları ile ledebürit (у + sementit) ve perlit (α + sementit)

karışım yapıları bulunur. Ayrıca 3 dönüşüm reaksiyonu meydana gelir:

Peritektik Reaksiyon: 1494oC’de ağ. %0,15 C miktarında gerçekleşir. Peritektik

reaksiyon

δ + Sıvı γ şeklindedir ve osteniti oluşturur.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

89


Ötektik Reaksiyon: 1145oC’de % 4,3 C miktarında oluşur. Ötektik reaksiyon

Sıvı γ + Fe3C şeklinde olur ve ledebürit (γ + Fe3C) yapısını oluşturur.

Ötektoid reaksiyon: 727oC’de 0,8 C miktarında oluşur ve

γ α + Fe3C ile perlit (α + Fe3C) yapısı oluşur.

Fe-C sisteminde bulunan fazlardan üç tanesi (alfa, gama ve delta) katı çözelti fazlarıdır:

- α (alfa): Ötektoid reaksiyon sırasında oluşur. 727oC’de en çok % 0,022 kadar karbon

çözündürür.

- γ (gama): Ötektik reaksiyon sırasında oluşur. 1145oC’de en çok % 2,1 kadar karbon

çözündürür.

- δ (delta): Peritektik reksiyona katılır. 1493oC’de en çok % 0,1 C çözündürür.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

90


Fe-C alaşımları yavaş soğutulduğu takdirde, Fe-C denge diyagramındaki yapılar oluşacaktır.

Alaşım elementi ilavesi başka fazların da yapıda bulunmasını sağlayabilir. Alaşımın karbon

içeriğine bağlı olarak oranları değişmekle birlikte, Fe-C denge diyagramına göre, oda

sıcaklığında α + Fe3C bileşenlerinden oluşacak yapıya sahip bir malzeme bulunacaktır. Ancak

biraz daha ayrıntıya girildiğinde yapılar daha belirgin hale gelir.

Fe-C alaşımının C miktarı ağ. %2,1’i aşınca malzeme artık çelik olarak isimlendirilmez. Bu

malzemeler dökme demir adını alır. Gerçekte dökme demirlerin karbon içeriği ağ. % 2,5-4,5 C

arasında bulunur. Bu malzemelerin yapısı çeliklerden farklıdır

Aşağıda değişik bileşime sahip Fe-C alaşımlarının soğuma ve mikroyapı görüntüleri verilmiştir.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

91



--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

92



--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

93



--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

94



Optik ve Stereo Mikroskop

Metalografik İnceleme İçim Hazırlanan Numuneler


Optik ve stereo mikroskopta incelenmek üzere daha önceden hazırlanmış olan

numuneler mikroskopta çeşitli büyütmelerde incelenecektir.

5.DENEY RAPORU


Ferrit, perlit ve sementit yapılarını açıklayınız.

Optik Mikroskop ile SEM arasındaki farkları belirtiniz.

Optik Mikroskopta tane boyutu analizi nasıl yapılır, açıklayınız.

6.KAYNAKLAR 1. Prof. Dr. Sakin ZEYTİN-Doç. Dr. Akın AKINCI-Yrd. Doç. Dr. Mediha İPEK, Temel

metalografik operasyonlar, Demirli alaşımlarda mikroyapı tanımlamaları

2. Ryan M. Deacon, Metallography, Microstructure, and Analysis,

3.Prof. Dr. Şadi KARAGÖZ, Mikroyapısal Görüntüleme ve Tanı


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

95

DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME

1.DENEYİN AMACI

Bu deneyde difüzyonla yüzey sertleştirme işlemler hakkında genel bilgi vermek ve proses

süresince gerçekleşen olayları mikro boyuttan makro boyuta kadar değerlendirmek

amaçlanmıştır.

2.TEORİK BİLGİLER

Yüzey Sertleştirme İşleminin Önemi Yüzey sertleştirme işleminde düşük karbonlu çeliklerden imal edilmiş parçalar, karbon verici

ortamlar içinde tavlanırlar. Bu işlemde parçaların iç bölgeleri karbon alamadıklarından

yumuşak kalır ve böylece yüzey sertleştirmesi neticesinde sert cidarlı ve yumuşak iç bölgeye

sahip parçalar elde edilir. Bu parçalar yüksek sertliklerinden dolayı aşınmaya, akışkan

çekirdekleri sayesinde de değişken ve darbeli yüklere karsı çok dayanıklı olurlar. Yüzey

sertleştirilmesine tabi tutulan çeliklerin, normal sertleştirmeye tabi tutulan çeliklere nazaran

avantajları şunlardır:

Bu parçaların iç kısımları sonradan islenebilir.

Yumuşak ve akışkan çekirdek, su verme işleminde sekil değiştirmelere, çatlaklara

mani olur. Bu sebepten dolayı yüzey sertleşmesi bilhassa islendikten sonra ısıl isleme tabi

tutulan, ölçülerini değiştirmemesi gereken parçalar için çok uygundur.

Yüzeyin taslanması haricinde diğer kısımlarının islenmesi daha kolay ve ucuzdur.

Yüzey sertleşmesi yapabilecek çelikler, yüksek karbonlu çeliklere nazaran daha

ucuzdur.

Yüzey sertleştirmenin dezavantajları ise şunlardır:

o Çelik homojen olmayıp değişik Fa-C alaşımlarından meydana gelir( içeriye doğru

karbon muhtevası azalır ).

o Uygun ısıl ilsem tecrübe ister ve pahalıdır.

o Bu yöntemle sertleştirilmiş parçalar taslanmadan önce dikkatli olarak

o Düzeltilmelidirler, zira sert yüzeyin ancak çok ince bir kısmı taslama ile alınabilir.

o Bu yöntem dilsiler, bilyeli yataklar, anahtarlar, vida basları ve uçları, zincir dilimleri,

eksantrik millerinde kullanılır. Ayrıca muhtelif ölçü aletleri, kesici takım uçları,

zımbalar, eğeler, bazı freze bıçakları, plastik kalıpları ve zırhlı plakalar da

aynı usulle sertleştirilir.

Difüzyon Difüzyon,malzemeler içindeki atomların sıcaklığa bağlı olarak hareket etmesi olayıdır.

Difüzyon (yayınma) deyimi özellikle katı malzeme içinde kütle taşınmasını sağlayacak

ölçekteki hareketleri tanımlar. Homojen malzemelerde tamamıyla aynı olan parçacıkların yer

değiştirme olayına kendi kendine difüzyon denir. Bu olayda genellikle kütle taşınması

görülmez. Homojen olmayan malzemelerdeki difüzyon olayı ise teknik açıdan daha

önemlidir. Burada bulunan konsantrasyon farklılıkları parçacıkların belirli yönde hareket

etmelerine neden olur. Bu tür difüzyon olaylarının ısıl işlemlerin çoğunda büyük önemi

vardır. Bu nedenle difüzyon mekanizmasının ve difüzyon kanunlarının anlaşılması,

karbürizasyon, dekarbürizasyon, nitrürasyon ve tavlama gibi ısıl işlemlerin kavranmasını

kolaylaştırır.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

96


Bir kristal kafeste, örneğin YMK Fe kristal kafesi içerisinde demir atomlarıyla benzer

konumlara yerleşebilecek kadar büyük çaplı alaşım atomları, kristal kafesi içerisinde demir

atomları tarafından doldurulmamış boş konumlara yerleşerek oluştururlar. Yeralan atomların

hareket etmesini sağlayan mekanizma boşluk mekanizması olarak tanımlanır. (Şekil.1).

Diğer taraftan, örneğin çelik atomlarına oranla çok daha küçük boyutlu olan karbon ve

azot atomları kristal kafes içerisinde demir atomlarının aralarına yerleşerek arayer katı eriyik

oluştururlar. Bu tür atomlara arayer atomları denir. Şekil.2, bazı kristal kafes sistemleri için

arayer atomlarının yerleşebilecekleri boşlukları göstermektedir. Koordinasyon sayısı

oktahedral boşluklar için altı, tetrahedral boşluklar için ise dörttür. Örneğin HMK kristal

kafesinde oktahedral boşluklar kübün yüzeylerinin merkezidir. Dolayısıyla hmk kafesteki

oktahedral boşluğa yerleşen bir arayer atomu yüzeyin dört köşesindeki atomlarla, kafesin

merkezindeki atom olmak üzere toplam altı atomla temas halinde olacaktır.

Arayer atomları, boşlukların yardımı olmadan difüze olurlar. Bu yüzden yeralan atomlara

göre hızları daha yüksektir


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

97


Difüzyon Hızına Etki Eden Faktörler

Difüzyon bir konsantrasyon gradyantından ileri gelir. Bu gradyant difüzyon olayının ileri gelmesi

için itici gücü oluşturur. Difüzyonun konsantrasyon gradyantına bağlılığı ilk defa I Fick kanunu ile

verilmiştir.

.

Burada;

J = Difüzyon yönüne dik bir düzlemin birim alanından birim zamanda geçen madde miktarı

(gr/cm².sn),

D = Difüzyon katsayısı (cm².sn),

c = Difüze olan maddenin konsantrasyonu (gr/ cm³)

x = Difüzyon mesafesi (cm).

Difüzyon katsayısı,D, sıcaklığa çok etkin bir şekilde bağımlıdır.

Yukarıda verilen denklemlere göre azalan aktivasyon enerjisi ile difüzyon kolaylaşır.

Aktivasyon enerjisinin azalması difüzyon katsayısının (D) artması sonucunu doğurur.Azalan

aktivasyon enerjisi ile difüzyon kolaylaşır. Aktivasyon enerjisinin azalması difüzyon

katsayısının ,(D), artması sonucunu doğurur. Difüzyon katsayısı sıcaklık arttıkça artar. Bu

nedenle yüksek sıcaklıklarda difüzyon kolaylaşır. Atomlar normal kafes yapısında çok zor

difüze olurlar. ‚çünkü enerji engelini aşmak için gerekli aktivasyon enerjisi büyüktür. Diğer

taraftan kafesin büyük ölçüde kusurlu olduğu tane sınırlarında ve dislokasyon yoğunluğu fazla

olan kristal kafeslerde daha kolay serbest yüzeylerde ise çok kolay difüze olurlar.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

98


Karbürizasyon

Çalışma koşullarında birçok çelik parçanın dış yüzeyinin sert ve aşınmalara dayanıklı,

iç yüzeyinin ise tok ve darbelere karşı dirençli olması istenir. Sade karbonlu çeliklerde bu iki

özellik, farklı karbon bileşimine sahip çeliklerle elde edilebilir. Yaklaşık % 0.1 C bileşimine

sahip düşük karbonlu bir çelik tok bir yapıya sahip iken, % 0.9 veya daha fazla karbon

bileşimine sahip yüksek karbonlu bir çelik uygun ısıl işleme tabi tutulduğunda yeterli sertliğe

sahip olmaktadır.

Buna göre düşük karbonlu bir çelikte yüzeyden itibaren belirli bir mesafeye kadar C

veya N yayınımı sağlandığında, çelik parçanın yüzeyi sert ve aşınmalara karşı dayanıklı, iç

kısmı ise tok bir hal alacaktır. Parçanın yüzeyinde itibaren iç kısmına doğru karbon yayınımı

Karbürizasyon, azot yayınımı ise Nitrürasyon (Nitrasyon) olarak bilinmektedir.

Karbon yayınımı ile yüzey serleştirme (sementasyon), dövme demirin çeliğe

dönüştürülmesinde yüzyıllardır kullanılmaktadır. Etrafı uygun karbonlayıcı malzeme ile

çevrilmiş olan parçanın, üst kritik sıcaklığın (911 °C) üzerindeki bir sıcaklığa çıkarılarak

tamamen östenit (γ) yapısı elde edilmesi ve bu sıcaklıkta yüzeyden itibaren belirli bir

mesafede karbonca zengin bir tabaka oluşuncaya kadar beklenmesi bu prosesin temelini

oluşturur. Karbürizasyon islemi degisik karbon verici ortamlarda yapılabilir ve buna göre de

yöntemler söyle gruplandırılır:

1. Katı ortamda karbürizasyon veya kutu sementasyonu,

2. Sıvı ortamda karbürizasyon veya tuz banyosunda sementasyon,

3. Gaz ortamda karbürizasyon.

Şekil 3. Karbürizasyon tabakası boyunca çeligin iç yapısının degisimi.

Karbon emdirilmesi işlemi çelik parçasının CO ihtiva eden bir ortamda, ostenit faz sıcaklığına

kadar ısıtılmasıyla, gaz-metal reaksiyonu sonucu oluşur.

Aşağıdaki reaksiyona göre;

CO2 + C = 2CO

oluşan karbonmonoksit, kullanılan sementasyon sıcaklığında östenit fazda bulunan

çelik parçasının yüzeyinde parçalanır ve açığa çıkan atomik karbon çelik bünyesine

emilerek çözülür.


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

99


Fe +2CO = Fe(c) +CO2

reaksiyonu bunu göstermek için verilmiştir. Burada Fe(c) östenit fazda çözünen karbonu ifade

etmektedir. Sementasyon işleminin östenit bölgesinde yapılması, bu bölgenin %2 oranına

kadar karbon çözebilmesi ile yakından ilgilidir. Fakat ikincil sementit (Fe3C) ayrışımı arzu

edilmediğinden, sementasyon tabakası genellikle ötektoid noktasına uygun olarak

karbonlanır.

Bu iki reaksiyon da reversible özelliktedir. Buna göre;

CO2 + C = 2CO reaksiyonu sıcaklığın azalması ile sağdan sola doğru ilerleyerek CO

bakımından zengin bir gaz atmosferi meydana getirir. Eğer çelik parça böyle bir ortamda

kalırsa Fe + 2CO = Fe(c) + CO2 reaksiyonu sağdan sola doğru ilerleyerek, çelik parçasının

yüzeyinden karbon kaybetmesine neden olur. Bu duruma ‘dekarbürizasyon’ denir.

Atomların difüzyonunu tanımlayan Fick kanunu diferansiyel bağıntısının karbürizasyon için

çözümü aşağıdaki şekilde verilmiştir:

C(x,t) : t süresinde çeliğin yüzeyinden içeriye doğru x mesafedeki karbon bileşimi,

C0 : Karbürizasyon uygulanacak çeliğin baslangıç karbon içeriği,

C1: Karbürleyici ortamın karbon içeriği,

D: Karbonun çelik içerisindeki difüzyon katsayısı (cm²/s),

t : Karbürizasyon süresi (s)

x: Mesafe (cm).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

100


Karbürizasyon süresi ve sıcaklığına bağlı olarak yüzeyden itibaren erişilecek karbonlu tabaka

derinliğinin ilişkisi.

3.DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR

Yüksek Sıcaklık Fırını

Çelik Kutu

Karbon Kaynağı Sarf Malzemesi

Çelik İş Parçası


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

101



Yüzeyi karbonlanacak parçalar, içerisinde karbon kaynağı olarak kullanılacak madde

bulunan bir dökme demir yada çelik kutu içerisine aralarında yaklaşık 50 mm boşluk

olacak şekilde yerleştirilir.

Karbonlayıcı malzeme olarak genellikle odun kömürü kullanılır.

Sonra kutu kapatılarak 900-950 °C arasındaki bir karbürizasyon sıcaklığına yavaş bir

şekilde çıkarılır.

Parça bu sıcaklıkta yüzeyden itibaren istenilen karbonlu tabaka kalınlığına göre belirli

bir süre tutulur.

Parça yüzeyinden itibaren erişilecek karbonlu tabaka derinliği ve bileşimi, zaman ve

sıcaklık ile kontrol edilir.

5.DENEY RAPORU

1.Deneyi kısaca özetleyiniz.

2.Sementasyon derinliğinin sertliğe etkisini açıklayınız.

3.Katı, sıvı ve gaz ortamda yapılan karbürizsayon işlemlerini avantajları ve dezavantajları

yönüyle karşılaştırınız.

4.Nitrürleme ve Borlama işlemlerini açıklayınız ve karbürizasyon ile karşılaştırınız.

6. KAYNAKLAR

1. http://www.efunda.com/processes/heat_treat/hardening/diffusion.cfm

2. Prof. Dr. Hatem Akbulut, Prof. Dr. Uğur Şen, Yrd. Doç. Dr. M. Oğuz Güler, Difüzyonla Yüzey

Sertleştirme

http://www.efunda.com/processes/heat_treat/hardening/diffusion.cfm

celal bayar isıl işlem

Documents