Metalografi, en bilinen şekliyle, metallerin iç yapısını inceleyen bilim dalıdır. Metalografi, metallerin iç yapısını inceleyerek onların özelliklerini belirlemeye, tarihçesini açığa çıkarmaya ve gelecekte ona ne gibi işlemler uygulanabileceğini anlatmaya (imalatı yönlendirmeye) çalışır.
Bu çerçevede, metalografi mm düzeyindeki büyüklüklerden mikron altı büyüklüklere kadar bir aralıkta faaliyet gösterir. Bu faaliyetler, malzeme bilimi, fizik, kimya, mekanik, termodinamik, faz diyagramı, enerji gibi bir çok saha ile ilgilidir; dolayısıyla, metalografi disiplinler arası bir branş olarak görülür.
Bir malzemenin mikroyapısı, malzemeyi oluşturan bileşenlerin düzeni, geometrik oluşumunun kimyasal ve yapısal tabiatı ile tanımlanmakta ve bu şekilde, malzemenin bileşen fazlarını ve ihtiva ettiği kusurları kapsamaktadır. Bir malzemenin mikroyapısı onun özelliklerini önemli ölçüde belirlemektedir.
Bir malzemenin bütün potansiyelini kullanabilmek için, sadece malzemenin mikroyapısının oluşumuna katkıda bulunan faktörlerin anlaşılması değil, mikroyapı ve özellikler arasında mevcut olan kalitatif ve kantitatif ilişkilerin anlaşılması da gerekmektedir. Bu, bir taraftan malzeme biliminde bulunan ilişkilerin, diğer taraftan malzemenin üç boyuttaki mikroyapısının anlaşılması gerekmektedir.
METALOGRAFİK NUMUNE HAZIRLAMA
NUMUNE SEÇİMİ
Metalografik incelemenin esası ve başarısı uygun numunenin alınmasına bağlıdır. Alınan numunenin bir değer taşıyabilmesi için, numunenin her yönden ana malzemeyi tam olarak temsil etmesi gerekir. Ana kriter, numunenin inceleme amacına uygun olmasıdır. Ayrıca incelemenin mahiyetine göre esas malzemenin kenar ve ortasından, ince ve kalın yerlerinden bozuk ve sağlam kısımlarından ayrı ayrı numune alınmalıdır.
NUMUNE ALMA (KESME)
Numuneler ana parçadan kesilirken bu işlem sırasında içyapılarının değişmemesine dikkat edilmelidir. Isınma ve aşırı deformasyonla numunelerin içyapısı değişebilir. Burada asıl amaç orijinal malzeme içyapısının mikroskop altında görülebilmesi içindir.
Numune almada, yapılacak olan incelemenin amacı önemlidir. Metalografik incelemeler genellikle aşağıdaki amaçlar için yapılır.
a) Genel mikroyapı incelemeleri b) Sementasyon derinliği incelemeleri c) Dekarbürizasyon (karbon kaybı) derinliği incelemeleri
d) Korozyon veya oksitlenme derinliği incelemeleri e) Kaplama kalınlığı incelemeleri f) Yüzey durumunun incelenmesi g) Kalıntıların (inklüzyon) yapısı ve dağılımının incelenmesi h) İçyapıdaki gözeneklerin incelenmesi i) Isıl işlem durumunun incelenmesi j) Plastik deformasyonun içyapıya etkilerinin incelenmesi
k) Döküm yapısının incelenmesi
Yapılacak incelemeye göre enine veya boyuna göre kesit alınmalıdır. Kesit alma sırasında numuneyi aşırı ısıtacak ısıl kesme yöntemlerinden kaçınılmalıdır. Prensip olarak, numuneyi alırken yüzeyde en az plastik sekil değiştiren ve en az ısı meydana getiren kesme metodu seçilmelidir. Mecbur kalındığında nispeten büyük parça kesilerek onun ısınmayan kısmından tekrar başka bir yöntemle kesit alınmalıdır. Kesme işlemi el testeresi, torna, motorlu testere, vb. ile yapılabilir. Ancak ideal kesme işlemi su soğutmalı döner diskler ile yapılır. Bunlara metalografik kesit alma diski denir.
Zımparalama ve parlatma kolaylığı bakımından numune boyutlarının 20 mm boy ve 30 mm
çapında olması uygundur. Daha küçük boyuttaki numuneler için kalıplama işlemi yapılmalıdır.
KALIPLAMA
Numunelerin boyutları elle tutulamayacak kadar küçük ise veya düz zeminde duramayacak kadar karmaşıksa bu tür numuneler bir plastik içine kalıplanarak incelenir.
a)Sıcak ve basınç altında kalıplama
b)Soğuk kalıplama
Sıcak kalıplamada özel kalıplama cihazı kullanılır. Numune 150°C civarında ısıtılırken aynı zamanda 30 MPa kadar basınç uygulanır. Soğuk kalıplama oda sıcaklığında yapılır. Basınç veya sıcaklım uygulanmaz. Ancak sertleşme sırasında egzotermik reaksiyonla bir miktar ısı artışı olabilir. 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.
ZIMPARALAMA
İncelenecek parçadan kesilerek alınan numunenin yüzeyi son derece pürüzlüdür ve ayrıca yüzeyde deformasyon tabakası vardır. Mikroskopta inceleme yapabilmek için numune yüzeyinin son derece düzgün olması gerekir. Orijinal içyapının ortaya çıkarılması için de yüzeydeki deforme olmuş tabaka mutlaka uzaklaştırılmalıdır. Bunun için önce zımparalama ardından da parlatma işlemi uygulanır.
Zımparalar sert ve aşındırıcı nitelikteki SiC veya Al2O3 taneciklerinin suya dayanıklı kağıt veya kumaş üzerine yapıştırılması ile üretilmiştir. Zımparalar bu abrazif taneciklerinin boyutuna göre numaralandırılırlar. Bu numaralar abrazifin elendiği eleğin mesh sayısını göstermekte olup 1 inç uzunluktaki delik sayısını gösterir. Bu nedenle numara arttıkça toz boyutu küçülür ve zımpara incelir. Zımparalama sırasında zımpara üzerinden su akıtılır.Böylelikle numunenin ısınması önlenmiş olur.
PARLATMA
Parlatma işlemi mekanik, elektrolitik, kimyasal, otomatik parlatma yöntemlerinden biriyle yapılır. Mekanik parlatma işleminde 150
-600 dev/dak hızla dönen disklerden faydalanılır. Diskler plastikten yapılmış olup disklerin üzeri parlatma aşamasına göre çadır bezi, sert çuha, poplin, kadife, naylon vb. kumaş ile kaplanır. Parlatma işlemi de kaba ve ince parlatma olmak üzere iki aşamaya ayrılır.
Kaba parlatma aşamasında çadır bezi gibi tüysüz kumaş kullanılır. İnce parlatma aşamasında ise kısa tüylü çuha veya kadife kullanılır. Kaba parlatmada aşındırıcı boyutu 15
-1µm arasındadır. İnce parlatmada ise 0,25
-0,05µm arasındadır. Aşındırıcı toz diskler üzerine dökülür. Aşındırıcı olarak alümina Al2O3, Cr2O3, MgO, Fe2O3, elmas tozu gibi aşındırıcılar
kullanılır. Elmas tozu, macun, sprey ve süspansiyon halinde, diğerleri ise damıtık ile süspansiyon halinde kullanılır. Elmas tozu kumaş kaplı disk üzerine sürüldükten veya püskürtüldükten sonra özel yağlayıcı ile birlikte kullanılır. Zor parlatılan çok sert ve çok yumuşak numunelerin parlatılmasında elmas tozu daha iyidir.
Numune disk üzerinde dönme yönüne ters istikamette hareket ettirilmeli ve arada bir kendi etrafında sağa, sola çeyrek tur döndürülmelidir. Parlatmanın yeterli olup olmadığını kontrol etmek için numune yüzeyine çıplak gözle veya mikroskopta 100 büyütmede bakılır. Gözle bakıldığında ayna gibi
parlak olmalı ya da mikroskopta bakılınca çizik olmamalıdır.
DAĞLAMA
Kimyasal dağlama işleminde çeşitli kimyasal maddelerin karışımından oluşan ve her malzeme için farklı olan “dağlama ayıracı veya dağlama reaktifi” kullanılır. Ayıraçlar su, alkol, gliserin, glikol veya bunların karışımından oluşan çözücülerin çeşitli asit, alkali veya diğer kimyasalların karıştırılmasıyla elde edilirler. Ayıraç numune üzerine dökülerek ya da numune ayıraç içerisine daldırılarak belirli bir süre etki ettirilir.
İki fazlı bir alaşımın mikroyapı incelenmesinde, genellikle her faz için farklı görünüm oluşturacak ve bu sayede farklı fazların birbirlerinden ayırt edilebilmelerini sağlayacak bir dağlayıcı seçilir. Dağlama ayıracının numune üzerine tatbik edilmesi daldırma, damlatma, yıkama, silme, alternatif dağlama vb. gibi değişik şekilde yapılabilir. Dağlama işlemi kimyasal olduğu gibi elektrolitik veya termal (ısının etkisiyle) de yapılabilir.