Gri dökme demirde, katılaşma olduktan sonra bileşimindeki karbonun büyük bir kısmı serbest grafit yaprakları (lamel) halinde bulunur. Kırıldığı zaman, yüzeyi gri görünüşlüdür. Bu yüzden gri dökme demir olarak isimlendirilir. Aynı zamanda lamel grafitli dökme demir ya da kır dökme demir olarak da isimlendirilir.

DIN EN ISO 945-1 standardına göre, lamel grafitli dökme demirde karşımıza çıkan grafit tipleri A, B, C, D ve E olmak üzere beş ana gruba ayrılıyor:

A tipi grafit: A tipi grafit, yapıda homojen olarak dağılmış ve rastgele yönelime sahip yapraklar halinde ortaya çıkıyor. Soğuma hızının çok yüksek olmadığı ve doğru bir şekilde aşılanmış dökme demirlerde grafitin A tipine sahip şekilde oluştuğunu görüyoruz. Bu nedenle, bu grafit türünün ortaya çıktığı dökme demirlerde aşırı soğumanın da oldukça düşük seviyelerde olduğunu gözlemliyoruz. A-tipi grafitin, sağladığı yüksek mekanik özellikler nedeniyle, çoğu durumda dökme demirin yapısında istenen grafit tipi olduğunu söyleyebiliriz.

B tipi grafit: Çiçeksi grafit (İngilizce: rosette graphite) adı da verilen bu grafit tipi, ötektik kompozisyona sahip dökme demirlerde, A tipi grafite kıyasla biraz daha fazla aşırı soğuma gerçekleştiği durumlarda ortaya çıkıyor. Nispeten hızlı soğuma koşullarında ortaya çıkan bu grafit tipini, genellikle ince kesitlerde ya da kalın kesitli parçaların yüzeyine yakın bölgelerde görüyoruz. Zaman zaman, aşılamanın verimsiz olduğu durumlarda da B tipi grafit oluşabiliyor.

C tipi grafit: Kiş grafit (İngilizce: kish graphite) adı da verilen C tipi, sadece karbon eşdeğerinin çok yüksek olduğu, ötektik üstü (hiperötektik) dökme demirlerde ortaya çıkıyor. Birincil katılaşma sırasında çökelen bu grafit tipi oluşurken, yine oldukça düşük miktarlarda aşırı soğuma gerçekleştiğini görüyoruz. Büyük ve kalın tabaka yapısına sahip bu grafit türü dökme demirin mekanik özelliklerini olumsuz şekilde etkilediği gibi, işleme sonrasında pürüzlü bir yüzey oluşmasına da neden olabiliyor. Grafit miktarının fazla olması nedeniyle dökme demire yüksek ısı iletkenliği sağlayan bu grafit tipi, bu özelliği nedeniyle yüksek ısı iletimi istenen uygulamalarda tercih ediliyor.

D tipi ve E tipi grafit: Her iki grafit yapısı da, karbür (sementit) oluşturacak derecede olmasa da, aşırı soğumanın nispeten fazla olduğu durumlarda ortaya çıkıyor. Dendritler arası bölgede kümelenmiş şekilde gözlemlediğimiz bu grafit yaprakları, D tipinde rastgele yönelime sahip olarak, E tipinde ise belli bir doğrultuda yönelmiş olarak bulunuyorlar. Dökme demir yapısında fazla alüminyum ya da titanyum bulunmasının bu grafit tiplerinin oluşumuna yardımcı olduğunu biliyoruz. Bu kadar ince ve dallanmış grafit yaprakları oluştuğu zaman karbonun difüzyon mesafeleri kısıtlandığı için, bu grafit tipleri ortaya çıktığında matrisin genellikle sadece ferrit yapısı sergilediğini görüyoruz. Resim 1.

Bu malzemelerin optik mikroskop altında analizlerinin hesaplanması için, önce numuneler metalürjik numune hazırlama işlemlerinden geçirilmelidir. Bu kapsamda kesme ve yüzey zımparalama işlemlerinden sonra grafitlerin sayısı ve boyutlarının ölçülmesi için numune uygun hale gelmiş olur. Dağlama sonrası ise perlit ve ferrit fazı ortaya çıkar, ikinci aşamaya geçilmiş olunur. İlk aşamaya dönecek olursa grafit yapıları aşağıdaki resimdeki gibi görünmelidir.Resim2.

Lamel grafitli dökme demir analizi yukarıda da bahsedildiği gibi 2 aşamalı olup, ilk aşamada dağlanmadan önce grafitler yakalanarak boyutları ve sayıları ölçülür. İkinci aşamada ise aynı yapı dağlanarak ferrit ve perlit analizi yapılır, bu aşamada yapı içinde varsa poroziteler de hesaplanır. Genel itibari ile bu analizlerden en çok istenen bilgiler aşağıdaki gibidir.

1. Grafit sayısı: 1mm2 deki grafit sayısı hesaplanır.
2. Grafit dağılımları: Tüm grafitler belirlenen aralıklarda sınıflandırılarak kapladıkları alanın yüzdesi ve hepsinin sayıları hesaplanır.
3. Grafitlerin ortalama uzunluğu ve en küçük grafitin uzunluğu: Grafitlerin ortalama uzunluğunun hesaplanması ile ASTM A247 ya da ISO 945 standardına göre Resim 2 de görünen grafit size numaraları tespit edilir. En küçük grafit boyu da malzeme özellikleri bakımından önem arz eder o da ayrıca hesaplanır.
4. Grafit yüzdesi: A tipi grafit, B tipi grafit, C tipi grafit, D ve E tipi grafit yüzdeleri ölçülür.
5. Perlit yüzdesi: 2. Aşama, dağlamadan sonra karanlık faz yüzdesinden 1. Aşamada ölçülen grafit yüzdesi çıkartılarak hesaplanır.
6. Ferrit yüzdesi: 2. Aşamada dağlamadan sonra aydınlık faz yüzdesi hesaplanır.
7. Porozite yüzdesi: 2. Aşamada dağlamadan sonra çok koyu karanlık fazlar porozite olarak kabul edilir.

Uygulamada dikkat edilmesi gereken noktalar,

1. Numunede, hazırlama yönteminden kaynaklı çizikler ne kadar az olursa o kadar kesin sonuçları kolayca alacağınız kesindir.
2. Ölçümlerinizden emin olmak için, cihaz ve yazılım kalibrasyonlarının doğru, yazılımın ölçüm sonuçlarının kontrol edilebilir olduğundan emin olunmalıdır.

Analiz sonrası çıkan grafitlerin sayısı, ferrit, perlit ve grafit faz yüzdeleri dökme demir analizi için en belirleyici faktörlerdendir. Birden fazla farklı bölgede bu çalışmayı yapmak en doğru sonuç vermesi açısından önemlidir. Tek analizde doğru sonucu bilinen değere yakın değilse dahi belirli bir sayıda analiz yapıldığında en doğru değerlere ulaşıldığı tespit edilmiştir. Dolayısıyla değerlerin doğruluğu için en yüksek sayıda alan taramak en doğru sonuca ulaştıracaktır

Magnezyum ilavesi ile küresel grafitli hale geçen dökme demirin ihtiva ettiği grafitlerin küreselleşme miktarının, faz oranlarının ve benzeri durumlarının tespiti, kullanılacağı yerdeki dayanımı ve davranışı hakkında bilgi sahibi olabilmemiz için büyük önem arz etmektedir.

Bu malzemelerin optik mikroskop altında analizlerinin hesaplanması için, önce numuneler metalürjik numune hazırlama işlemlerinden geçirilmelidir. Bu kapsamda kesme ve yüzey zımparalama işlemlerinden sonra küreselleşme, sayısı ve boyutlarının ölçülmesi için aranan grafitler direkt açığa çıkar ancak ferrit/perlit fazlarının açığa çıkarılması için dağlanma işlemi yapılmalıdır. İlk aşama yani grafitlerin analizleri için grafitler Resim 1 deki gibi gözle de görünür olmalıdır.

Numunedeki tüm grafitler basit yazılımlar ile de belirgin olan grafitler hızlıca ölçülüp standartlara göre dönüşüm de kolayca yapılabilmektedir. . Küresel Grafitli Dökme Demirde Görüntü analizine tabi tutulacak numune, inclemeye başlamadan önce aşağıda belirtilen dört temel adımdan geçmelidir.

BİRİNCİ ADIM

KESME

Zımparalama ve parlatma işlemlerinde sarf malzemesini ve harcanan zamanı minimum seviyeye indirmek için, numunenin kesme işlemine özel bir özen göstermek büyük önem taşır. Kesme diski, kesilecek numunenin malzeme türüne ve sertlik değerine uygun olarak seçilmelidir. Sadece doğru kesme diski kullanmakla kalmayıp, işlemi dikkatli bir şekilde gerçekleştirmek, sonuçları muhteşem kılar. Daha fazla bilgi için, kesme diskleriyle ilgili detaylara buradan ulaşabilirsiniz. Bu şekilde, numune hazırlığınızı mükemmelleştirir ve zaman tasarrufu sağlayarak verimliliği artırırsınız.

İKİNCİ ADIM

BAKALİT ALMA

Bakalit alma işlemi, metalografik numunelerin hazırlanmasında kullanılan önemli bir adımdır. Bu işlem, numunenin sıcak bir reçine veya polimer matris içine yerleştirilmesini içerir. Sıcak montajın ana amacı, numunenin yüksek sıcaklıkta ve basınç altında stabilize edilerek optimum kesme, zımparalama ve polisaj işlemleri için uygun bir yüzey elde etmektir.

Bakalit alma  işlemi, belirli bir sıcaklık ve basınç koşullarının sağlanmasını gerektirir. Bu nedenle, uygun bir sıcak montaj cihazının kullanılması önemlidir. Sıcak montaj cihazları, istenilen sıcaklık değerlerini sağlayabilen hassas kontrol sistemleri ile donatılmış olmalıdır. Ayrıca, farklı numune boyutlarına ve şekillerine uygun değiştirilebilir kalıpların bulunması da önemlidir.

Sıcak ve soğuk  bakalit alma cihazları veya sarf malzemeleri hakkında detaylı bilgi için ilgili sözcüğe tıklayabilirsiniz.

ÜÇÜNCÜ ADIM

ZIMPARA VE PARLATMA

Numune zımpara parlatma işlemi, metalografik analiz için önemli bir adımdır. Bu işlem, numunenin yüzeyini düzleştirerek optik mikroskobik inceleme için uygun bir yüzey hazırlar. Numune parlatma işlemi, çeşitli aşamalardan oluşur ve dikkatli bir şekilde yapılması gereken bir süreçtir.

Numune zımpara parlatma için ilk adım, numunenin kesme işleminden sonra elde edilen yüzeyin pürüzsüzleştirilmesidir. Bu aşamada, numune önce kaba zımparalarla işlenir ve ardından daha ince zımparalarla işlemeye devam edilir. Bu aşamada, doğru zımpara türü, numunenin malzeme özelliklerine ve boyutuna uygun seçilmelidir.

Zımpara ve parlatma keçeleri için detaylı bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.

DÖRDÜNCÜ ADIM

DAĞLAMA

Çeliğin mikro yapısını mikroskopta gözlemleyebilmek için dağlama işlemi uygulanması gereklidir. Dağlayıcılar, incelenecek numunenin malzemesine göre alkol, saf su, gliserin, asit gibi malzemelerin karışımlarıyla elde edilir. Dağlama süresi ise numunenin özelliğine ve kullanılan dağlayıcıya bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

METALOGRAFİK NUMUNE HAZIRLAMA ADIMLARI

• İncelenecek numunenin sertlik değerine bağlı olarak uygun bir reçine kesme diski kullanılarak ana malzemeden bir kesit numunesi alınır.

• Kesme işleminden sonra numune, sıcak bakalit cihazı kullanılarak bir kalıba alınır.

• Bakalit işlemi sonrasında, P320, P600, P1200 tane boyutlarına sahip SiC zımparaları kullanılarak numune sırasıyla zımparalanır.

• Zımparalama işleminden sonra, 3μ ve 1μ tane boyutlarına sahip elmas süspansiyonlar ve parlatma keçeleri kullanılarak numune parlatılır.

• Hazırlanan ürün mikroskop altında detaylı olarak incelenir.

Bu adımlar, numunenin doğru bir şekilde hazırlanması ve metalografik analiz için uygun bir yüzeyin elde edilmesi için önemlidir. Kesme, bakalit alma, zımparalama ve parlatma aşamaları, numunenin daha sonra mikroskop altında incelenmesine olanak sağlar. Doğru ekipmanların kullanılması ve uygun tane boyutlarının seçilmesi, güvenilir sonuçlar elde etmek için kritik öneme sahiptir.

Otomatik renk yakalama yapabilen yazılımlar ile dökme demir ilk adımda dağlama öncesi analize tabii tutulur ve yazılım bu esnada grafitlerin sayısını boyutlarını ve toplam alandaki yüzdesini tespit eder. İkinci adımda ise yazılım perlit miktarını ve ferrit miktarını da hesaplayarak analizi bitirir.

Her tür üstten aydınlatmalı endüstriyel ışık mikroskobu ile bu yapıların görüntülenmesi mümkün iken farklı tiplerdeki mikroskoplar numunenin hazırlanması veya numune yüzeyinde gezinme kolaylığı gibi farklı avantajları barındırmaktadırlar. Kullanıcıların kullanım pratiği, numune çeşitliliği ve şekline göre uygun mikroskopların seçimi her firma ve kullanıcıya göre farklılık göstermektedir.

Farklı yazılımların kabiliyetleri ise kullanıcıya kolaylık, hız ve doğruluk anlamında önemli farklar sağlamaktadır. Kullanıcılara yol gösteren ve ölçümlerin tek tek de doğrulamasının yapılabildiği yazılımlar, analiz şeklinin de tespit edilerek kontrol edilmesi açısından önemlidir.

Ekipman seçiminde dikkat edilmesi gereken noktalar,

1. Mikroskobunuzun çözünürlük değerleri belirleyici bir başka değerdir. Eğer mikroskobun göremediği mikro yapılar var ise yazılımınızın bunu görerek doğru hesaplaması mümkün değildir.
2. Bazı yazılımlar modül eklenerek standartlara uygun sonuçları vermekle beraber renk yakalama özelliği olan tüm yazılımlarla otomatik analiz yapmak mümkündür.
3. Yazılımın hangi standartların, hangi metodlarını kullanarak ölçüm yaptığını öğrenmek ve mümkünse bunları doğrulamak önemlidir.
4. Yazılımlarla uyumlu çalışan kameralar açısından kameranın mega pikselinden daha önemli olan detay sensör kalitesidir. CCD veya CMOSIS gibi sensörlerde detay görmek daha mümkünken, özellikle bu sensörlerde ekstra yüksel piksel sayısına sahip kameralar görüntü analizinde kullanılmayan kalıntı piksel, veri işleme sırasında görüntü yavaşlaması ve bilgisayarda donma gibi problemler oluşturabilmektedir.

1. Arka arkaya alan tarayarak toplam bir analiz sonucu çıkartan ve bu konuda size yol gösteren yazılımlar, yukarıda belirtilen sebeplerden, en doğru sonuca en kolay biçimde ulaşmak açısından önemlidir.