metalurji ve malzeme mühendisliği bölümü malzeme laboratuvarı

advertisement
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME
LABORATUVARI-I DERSİ
DERSİN ÖĞRETİM ÜYELERİ
Yrd.Doç.Dr.Cemal ÇARBOĞA
Arş.Gör. Serkan DAL
NEVŞEHİR
2014
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME
LABORATUVARI-I 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
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
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, östenit içerisinde çözünmüş durumda bulunan karbon atomları
difüzyon ile östenit 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:
Ötektoid altı çelikler, A3 çizgisinin en az 10 °C üzerindeki bir sıcaklıkta
östenitleştirilir. Eğer otektoid altı bir çelik, AC3 sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda
tavlanırsa bu çelikte bulunan ötektoid 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
2
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ
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
3
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ
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.
4
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ
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
5
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ
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.
6
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
SU VERME - MENEVİŞLEME (TEMPERLEME) DENEYİ
7. KAYNAKLAR
a- http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cii.pdf
b- Malzeme Bilgisine Giriş, Mehmet Yüksel, Cemal Meran
c- Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
7
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
8
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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).
9
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
10
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
11
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 1,5-1,5-2-2-2-2-22 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.
12
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
Deney raporu aşağıdaki soruların cevaplarını içermelidir.
a) Deney aşamalarını 5 madde ile özetleyiniz.
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.
13
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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

14
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
15
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ
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,
16
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ
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
17
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ
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.
18
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ
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.
3. DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR
 Alüminyum alaşımı
 Fırın
 Optik Mikroskop
 Hidrolik Pres
 Vickers Sertlik Ölçüm Cihazı
4. DENEYİN YAPILIŞI
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.
19
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
YENİDEN KRİSTALLEŞME DENEYİ
5. SONUÇLAR VE YORUMLAMA
Yapılan incelemeler sonucunda deformasyon yüzdesi ve tavlama süresinin yeniden
kristalleşme üzerindeki etkisi belirlenmiş olur.
6. DENEY RAPORU
Deney raporu aşağıdaki soruların cevaplarını içermelidir.
a) Deney aşamalarını 5 madde ile özetleyiniz.
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

20
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
21
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
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
dislokasyon hareketleri zorlaşır. Dolayısıyla malzemenin dayanımı yükselir.
22
arttıkça
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
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.
23
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
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
24
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
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.
25
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
1. Partiküllerin Halkalanması
Şekil 5. Dislokasyonların çökelen partikülleri halkaya alması
2. Partiküllerin Kesilmesi
Şekil 6. Çökelen partiküllerin dislokasyonlar tarafından kesilmesi
3. DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR
 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.
4. DENEYİN YAPILIŞI
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.
26
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
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.
5. SONUÇLAR VE YORUMLAMA
Değerlendirme yaşlanma süresine bağlı olarak sertlik değişiminin grafik üzerinde
belirtilmesiyle yapılır.
27
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ
6. DENEY RAPORU
Deney raporu aşağıdaki soruların cevaplarını içermelidir.
a) Deney aşamalarını 5 madde ile özetleyiniz.
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

Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
28
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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)
29
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Gerçek gerilme (oluşan gerilme);
(2)
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);
(3)
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;
(4)
ε, logaritmik veya tabii şekil değiştirme olarak da anılır ve l>l0 olduğu için pozitiftir.
Denklem 3,
şeklinde yazılıp denklem 4’e taşınırsa,
30
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
(5)
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
gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişki şöyle
normal
tanımlanabilir:
(6)
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
31
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 (σ K): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir.
32
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Şekil 1. Çekme deneyinde üniform uzama, büzülme ve kopma.
Yü zde 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
(7)
bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin
kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise;
(8)
bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin
sünekliğini
gösterir.
Yü zde Kesit Daralması (KD): Çekme numunesinin kesit alanında meydana
gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup;
33
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
34
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Tablo 1. Çekme Deneyi ile Ölçülebilen Malzeme Değerleri
Malzeme Değeri
Sembol
Birim
Rm (Ç)
N/mm2 (MPa)
Üst Akma Dayanımı (Üst Akma Sınırı)
ReH (üst)
N/mm2 (MPa)
Akma Sınırları Alt Akma Dayanımı (Alt Akma Sınırı)
ReL (alt)
N/mm2 (MPa)
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
%
Çekme Dayanımı
% 0,2 Uzama Dayanımı (% 0.2 Uzama Sınırı)
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, gerilmebirim 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.
35
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
36
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 e e 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).
37
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
38
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
39
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
40
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.

41
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
42
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
43
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
44
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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,
45
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
46
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
47
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.

48
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
49
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
50
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
51
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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

52
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
53
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
54
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
55
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
56
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
57
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
58
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
59
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
60
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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).
61
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.

Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
62
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
63
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
64
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
65
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
66
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
67
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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).
68
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 mm) bilye biçimindeki uçlarda kullanılır. Malzemenin üzerine
uygulanacak yük değeri sertliği ölçülecek malzemenin cinsine ve bilya çapına göre
seçilmektedir. d/D = 0,20 - 0,70 oranı sağlandığı durumlarda uygulanan yük değeri
doğru kabul edilir. Deney yükünün saptanmasında F=CD2 bağıntısı kullanılır. Burada
F deney yükü, C malzeme cinsine göre değişen yükleme derecesidir.
-
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;
69
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
70
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 173o 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
71
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
72
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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
73
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
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
74
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
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) 150-160 oC’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
75
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
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.
Kalıplamaişlemisonrası;
 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:
 İletkenlik sağlanır (iletken metal tozları ile),
 Bakalitin sertliği artırılır (numune ile aynı hızda aşınması istenir,
 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.
76
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
Aşındırıcılar;


Sert olmalı ve kesme özelliğini uzun sure koruyabilmeli
Keskin olmalı ve sert malzemeleri koparmak yerine tamamamen kesebilmeli.
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 90o 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.
77
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
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.
78
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NUMUNE ALMA VE ZIMPARALAMA
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
5. Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar Üniversitesi,
Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
79
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
80
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA
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 fizikselya da kimyasalolabilir
 Fiziksel dağlama; ısı veya voltaj uygulanması ile gerçekleştirilir
 Kimyasal dağlama; en çok uygulanan yöntemdir, parlatılmış yüzeylerin uygun bir
kimyasal çözelti ile muamele edilmesidir (dağlama)
81
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA
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.
82
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA
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.
83
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA
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.
84
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
METALOGRAFİK NUMUNE PARLATMA VE DAĞLAMA
3.DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLARI
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
4.DENEYİN YAPILIŞI
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

Deneyi kısaca özetleyiniz.

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
4. Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
85
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
86
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
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.
87
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
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.
88
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
 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.
89
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
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.
90
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MiKROSKOBiK iNCELEME
Şekil 3.. Ötektoid bileşime Fe-C alaşımının oda sıcaklığındaki yapısı.
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
92
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
MiKROSKOBiK iNCELEME
(a)
(b)
Şekil 5. Fe-C alaşım sisteminde hızlı(denge dışı) soğuma ile oluşan yapılar. a)Beynit,
b)martensit
d)
Sekil 6. Dökme demirlerin tipik mikroyapıları. a)gri dökme demir, 500X, %3 Nital, b)Küesel grafitli
dökme demir, 200X, %3 Nital, c)Beyaz dökme demir ve d) temper dökme demir.
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MİKROSKOBİK İNCELEME
3.DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLARI
 Optik ve Stereo Mikroskop
 Metalografik İnceleme İçim Hazırlanan Numuneler
4.DENEYİN YAPILIŞI
Optik ve stereo mikroskopta incelenmek üzere daha önceden hazırlanmış olan
numuneler mikroskopta çeşitli büyütmelerde incelenecektir.
5.DENEY RAPORU




Deneyi kısaca özetleyiniz.
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
4.Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar
Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
94
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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.
95
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
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
96
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
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.
97
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
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.
98
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
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).
99
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
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
100
METALURJİ VE MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DİFÜZYONLA YÜZEY SERTLEŞTİRME
4.DENEYİN YAPILIŞI
 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
3.Ahmet TÜRK, Hülya DURMUŞ, Malzeme Laboratuvarı Dersi Deney Föyü , Celal Bayar Üniversitesi,
Malzeme Mühendisliği Bölümü, 2013
101
Download