Metalografi ve Numune Hazırlama

1.Giriş: Mikroyapı Neyi Söyler?

Metalografi, bir metalin iç yapısını hazırlanmış bir kesit üzerinde inceleme disiplinidir. Mikroyapı; malzemenin bileşimini, uygulanmış ısıl işlemi, imalat geçmişini ve hasara giden yolu aynı anda taşır. Pratikte metalografiye şu sorularla gidilir: Isıl işlem doğru yapılmış mı? Tane boyutu şartnameye uygun mu? Yüzeyde dekarbürizasyon var mı? Sertleştirilmiş tabaka ne kadar derin? Bu çatlak nereden başlamış?

Bu soruların cevabı, incelenen kesitin gerçekten malzemeyi temsil etmesine bağlıdır. Yanlış yerden alınmış, kesilirken yanmış ya da kötü parlatılmış bir numune, mikroskop ne kadar iyi olursa olsun yanlış cevap verir. Bu nedenle metalografide işin ağırlığı mikroskopta değil, hazırlıktadır.

2.Numune Alma ve Kesme

Numunenin nereden ve hangi yönde alındığı, sonucun yarısıdır:

• Hasar incelemesinde: numune kırık yüzeye dik ve çatlak başlangıcını içerecek şekilde alınır; mümkünse aynı parçadan sağlam bir referans kesiti de alınır.
• Üretim kontrolünde: standardın tarif ettiği yerden; ıslah parçalarında yüzey ve çekirdek birlikte görülecek şekilde.
• Yön: Boyuna kesit haddeleme/dövme akış çizgilerini, bant yapısını ve inklüzyon uzamasını gösterir; enine kesit tane boyutu, tabaka derinliği ve dekarbürizasyon için uygundur. Şüphede kalınırsa ikisi birden alınır.

Kesme, numuneye verilen ilk ve en derin hasardır. Kurallar nettir: bol soğutma sıvısıyla, uygun sertlikte aşındırıcı diskle, düşük ilerleme ile kesilir. Testere, taşlama taşı veya alevle kesme mikroyapıyı değiştirir. Kesme sırasında yanan bir yüzey, sonradan yapılan hiçbir işlemle düzeltilemez — o numune atılır.

3.Bakalite Alma

• Kenar koruması: Yüzey tabakası, kaplama veya dekarbürizasyon ölçülecekse kenarın yuvarlanmaması gerekir. Çözüm: sert dolgulu reçine, numunenin yanına destek parçası koymak ya da kenarı kaplamak.
• İzlenebilirlik: Numune numarası bakalitin üzerine kazınır. Numarasız numune, raporda kanıt değildir.

4.Zımparalama ve Parlatma

Hazırlama, giderek incelen aşındırıcılarla bir önceki kademenin hasarını kaldırma zinciridir:

Zımparalama

• SiC kağıtlarla kademeli: tipik olarak P120 → P240 → P400 → P800 → P1200 → P2500; su ile soğutularak.
• Her kademede numune 90° döndürülür ve bir önceki kademenin çizikleri tamamen kaybolana kadar zımparalanır. Bu, "kademe bitti mi?" sorusunun tek güvenilir ölçütüdür.
• Aşırı bastırma, ısı ve derin deformasyon üretir; kağıt köreldiğinde değiştirilir.

Parlatma

• Elmas süspansiyonla kademeli: 9 µm → 3 µm → 1 µm; uygun çuha ve yağlayıcı ile.
• Son kademede 0,05 µm alümina veya OPS (kolloidal silika) kullanılır; OPS hafif kimyasal etkisiyle çok temiz yüzey verir ancak kuruyunca kristalleşip numuneyi kirletir — işlem sonunda mutlaka yıkanır.
• Yumuşak malzemelerde (alüminyum, bakır, kurşun) aşırı parlatma relief (kabartı) yaratır; sert fazlar yüksekte kalır.

5.Dağlama ve Reaktifler

Parlatılmış yüzey aynadır; faz ve tane sınırları ancak dağlama ile görünür hâle gelir. Dağlayıcı, incelenecek yapıya göre seçilir — yanlış reaktif, aradığınız detayı hiç göstermez:

Dağlanmadan bakılması gereken durumlar da vardır: küresel grafitli dökme demirde nodülerite ve grafit sayımı parlatılmış (dağlanmamış) yüzeyde yapılır; ferrit/perlit oranı için aynı numune sonra nital ile dağlanır. İnklüzyon değerlendirmesi de dağlanmamış yüzeyde yapılır.

6.İnceleme ve Görüntüleme

• Büyütme seçimi: Tane yapısı 100–500×, karbür ve ince yapı 500–1000×; tabaka derinliği düşük büyütmede, mikro ayrıntı yüksek büyütmede ölçülür. Her görüntüye ölçek çubuğu konur.
• Aydınlatma teknikleri: Karanlık alan çatlak ve gözenekleri öne çıkarır; polarize ışık anizotropik fazlarda (grafit, α-Ti) işe yarar; DIC yükseklik farklarını görünür kılar.
• SEM'e ne zaman? Işık mikroskobunun çözemediği ölçek (striasyon, dimple, ince çökeltiler) ve element analizi (EDS) gerektiğinde. Kırık yüzey incelemesi için Teknik Yayınlar No.6'ya bakılabilir.

7.Nicel Metalografi

Mikroyapı yalnız tarif edilmez, ölçülür. Ölçümün standarda bağlanması, raporu tartışmadan çıkarır:

8.Hazırlama Artefaktları: Gerçek mi, Hata mı?

Metalografinin en pahalı hatası, hazırlama kusurunu malzeme kusuru sanmaktır. Tanıma rehberi:

9.Raporlama ve İzlenebilirlik

• Numunenin alındığı yer ve yön krokiyle gösterilir; parça üzerindeki konum belirsiz bırakılmaz.
• Her görüntüde büyütme, ölçek çubuğu, dağlayıcı ve süre yazılır ("Nital %3, 8 s" gibi).
• Ölçüm sonuçları standart numarasıyla verilir (ör. "tane boyutu G 8,5 — ASTM E112, lineal kesişim").
• Hazırlama kademeleri kaydedilir; artefakt tartışması çıktığında tek dayanak bu kayıttır.
• Numune ve bakalit, rapor kapandıktan sonra da saklanır; tekrar inceleme ihtimali her zaman vardır.

10.Pratik Kontrol Listesi

1. Numune doğru yerden ve doğru yönde mi alındı? Sağlam referans var mı?
2. Kesme soğutmalı mıydı? Kenarda yanma izi var mı?
3. Kenar ölçümü yapılacaksa kenar koruması uygulandı mı?
4. Her zımpara kademesinde 90° döndürüldü ve önceki çizikler kayboldu mu?
5. Son parlatmadan sonra OPS kalıntısı yıkandı mı?
6. Dağlayıcı yapıya uygun mu; süre kontrollü mü?
7. Ölçüm hangi standarda göre, kaç alanda yapıldı?
8. Şüpheli bulgu ikinci numunede doğrulandı mı?

11.Yararlanılan Temel Kaynaklar

1. ASM International, ASM Handbook Vol. 9: Metallography and Microstructures, 2004.
2. Vander Voort, G.F., Metallography: Principles and Practice, ASM International, 1999.
3. Petzow, G., Metallographic Etching, 2. baskı, ASM International, 1999.
4. Bramfitt, B.L., Benscoter, A.O., Metallographer's Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, ASM International, 2002.
5. Geels, K., Metallographic and Materialographic Specimen Preparation, Light Microscopy, Image Analysis and Hardness Testing, ASTM International, 2007.
6. İlgili standartlar: ASTM E3 (hazırlama), ASTM E407 (dağlayıcılar), ASTM E112 ve ISO 643 (tane boyutu), ASTM E1382 (görüntü analizi), ASTM E562 (nokta sayım), ASTM E45 ve ISO 4967 (inklüzyon), ISO 3887 (dekarbürizasyon), EN ISO 18203 (tabaka derinliği), ISO 945-1 ve ASTM A247 (küresel grafit).