Çelik İçindeki Metal Olmayan Kalıntıların Saptanması ve Tanımlanması
Transkript
Çelik İçindeki Metal Olmayan Kalıntıların Saptanması ve Tanımlanması
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN SAPTANMASI VE TANIMLANMASI DENEYİN ADI: Çelik içindeki metal olmayan kalıntıların saptanması ve tanımlanması DENEYİN AMACI: Çeliklerdeki sülfür ve oksit kalıntılarının saptanması TEORİK BİLGİ: Çeliklerin, süneklik, yorulma direnci, kırılma tokluğu, kaynaklanabilirlik özelliklerini olumsuz yönde etkileyen elementlerin başında, yabancı ve istenmeyen kalıntılar meydana gelir. (Sırasıyla en başta gelenleri O2, S, P, H2, Pb, Sn, Bi, Sb ve bazen Cu ve Zn’dur.) O2 ve S oluşturdukları oksit silikat, sülfür ve türlü kalıntılarla çeliğin yapısını bozar. Kalıntıların tür, büyüklük, biçim ve dağılımları çeliğin temizlik durumuna ya da genel olarak çeliğin niteliğini doğrudan etkiler. Kalıntılar küçük ve az olmalıdır. Kaba ve iri kalıntılar çeliğin yapısında yer almamalıdır. 1.Kalıntı Türleri 1.1. Sülfür Kalıntıları Günümüz çeliklerin çoğunda %0,010-0,05 arasında kükürt bulunmaktadır. Çelik içinde kükürdün tümü sülfür bileşikleri olarak bulunur. Çeliğin yapısında kalıntı oluşturan en kötü etkili sülfür, FeS bileşiğidir. Düşük ergime sıcaklığı ve tane sınırlarında çökelmesi çelikler için bir tehlike kaynağıdır. Bu tür etki modern çeliklerde Mn kalıntılarıyla yok edilir. Mn/S oranı arttıkça kükürdün FeS olarak bulunan oranı düşer. Bu düşme Mn/S=30 değerine dek (çok sonra) yavaş olur. MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN SAPTANMASI VE TANIMLANMASI 1.1.1. Sülfür Kalıntı Türleri I.Tür: Çeliğin oksijen içeriği % 0,01 üzerinde olursa MnS rastgele dağılmış yuvarlak kalıntılar biçiminde olur. Bu tür kalıntılar, çeliğin katılaşması sırasında geniş bir sıcaklık aralığında oluştuğundan büyüklükleri de çok değişir. (MnS, I.MnS simgesiyle gösterilir.) II. Tür: Çeliğin oksijen içeriği düştükçe I. Tür sülfür kalıntıları yerini II. Türün ötektik benzeri bir dendrtitler arası dağılım biçiminde bırakır. Bu tür çeliğin tokluğu üzerinde en zararlı etkiyi yaratır. (MnS, II.MnS simgesiyle gösterilir.) III. Tür: Çelikte karbon, Alüminyum, silis ve fosfor oranlarının yüksek olduğu durumlarda bir üçüncü tür köşeli biçimli sülfürler oluşur. (MnS, III.MnS simgesiyle gösterilir.) IV. Tür: Tabaka biçimli ve dağınık kibrit çöpleri görünümündedir. Normal ötektik yapıdan oluşur. (MnS, IV.MnS simgesiyle gösterilir.) Sülfür türlerinin oluşumu çeliğin O2 içeriğine bağlıdır ve alüminyum önemli bir rolü vardır. Oksijen alıcı olarak Al oranı arttıkça, I. Tür kalıntılardan II. Tür ve III. Tür kalıntılara doğru bir değişme olur. 1.1.2. Sülfür Kalıntılarının Çelik Özellikleri Üzerinde Etkisi Sülfür kalıntılarının biçimi en çok işlenebilirlik özelliğini etkiler, sülfür türü ise çeliğin haddeleme yönüne dik yönde çatlama, kırılma ve çeliğin sıcak biçimlenmesi sırasında kalıntıların bozunuma uğramalarını etkiler. Kalıntıların boy uzamaları çeliğin boyuna dik yöndeki tokluğunu düşürür. Sülfür kalıntıları içeren çelikler 1400 oC civarında ısıtıldıklarında yanma olayı ortaya çıkar. Bu sıcaklıkta sülfür kalıntılarının kısmi erimesi başlar ve böylece oluşan kükürt içeriği yüksek olan östenit tane sınırları boyunca ince bir zar oluşturur. Bunun soğuyup, katılaşması süresinde tane sınırlarında II.MnS çökelir. Bu oluşum çeliğin tokluğunu en düşük seviyeye indirir. Kalıntılar gerek çevrelerinde oluşturdukları boşluklar ile sünek kırılma gerekse ayrılma oluşumu ile gevrek kırılmaya yol açarlar. Kalıntıların en tehlikelileri iri ve köşeli olanlarıdır. Özellikle tel çekiminde kılcak çatlaklıklara yol açarlar. 1.2. Oksit Kalıntıları Sıvı çeliğin 1 tonunda yaklaşık 1012- 1013 kadar veya başka bir deyişle 1 gramında 1 milyondan çok oksit kalıntıları bulunur. Bunların yalnızca ~0,2 µm boyundan büyük olanları optik mikroskopta görülebilir. Dolayısıyla gözlemlenen oksit kalıntılar gerçekte sayısal olarak var olanların %1-2 kadarıdır. Ancak bu kadarı bile çelikteki toplam oksijenin büyük çoğunlunu temsil eder. MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN SAPTANMASI VE TANIMLANMASI Oksit kalıntılarının çoğu MnO-SiO2, Al2O3 sistemine bağıntılıdır. Oksijen giderici elementler, sıvı çelik içinde çözünürlüğü demir oksitten daha az olan oksitler oluştururlar. Ayrıca bunların bir çoğu yüksek erime sıcaklığına sahip kararlı oksitlerdir. Oksijen giderici elementlerden Mn, Ti, Zr, Mg, Ca dengeli sülfürler de oluşturur ve kükürdün sıvı çelikteki çözünürlüğünü düşürürler. Bu nedenle oksijen giderici, elementler oksijen ve kükürdün çözünürlüğünü azaltarak kalıntıların oluşmasına neden olurlar. Oksijen giderme işlemi bu nedenle katılaşmayı ve çökelen fazları etkileyerek kalıntıların tür, biçim, büyüklük ve dağılımlarını değiştirebilmektedir. Silisin oksijen giderici olarak kullanıldığı uygulamalarda sıvı mangan silikat kalıntılar oluşur ve bunlar birbirleriyle birleşip sıvı çelikten yüzerek uzaklaşırlar. Sülfür ve silikatlar sıcak haddeleme işlemlerinde haddeleme yönünde biçim değiştirebilirler. Al2O3 Ca – alüminatlar ve oksitler çeliğin sıcak haddeleme sıcaklıklarından esnemez kaldıklarından bozulmaz ve biçim değiştirmezler. DENEYİN YAPILIŞI: 1. Oksit Kalıntılarının Tanınması 10 gr KMnO4, 10 gr NaOH, 10gr Na2CO3, 4 gr K2Cr2O7, 100 ml saf su içinde çözündürülür. Numune zımparalama, parlatma işlemlerinden geçirilerek yukarıda bileşimi verilen ayracın içine konularak 40 dakika süre ile kaynatılır. (numune ayraç içine yüzeyi üste gelecek şekilde konur ve yüzeyi mavi renk aldığında işlem sona erdirilir.) Numune daha sonra optik mikroskopta incelenir. Oksit kalıntıları karanlık ve çevreleri beyaz renkte görülür. 2. Sülfür Kalıntılarının Tanınması Numune zımparalanır, parlatılır ve su içinde veya sıcak hava ile ısıtılır. Isıtılan numune yüzeyine 1 damla Kunkel ayracı damlatılır. Dağlama işleminden sonra numune yüzeyi ılık veya soğuk su yan yüzeylerden yavaş yavaş akıtılarak yıkanır. Doğrudan su altına tutmak numune yüzeyine zarar verir. Yüzeyi yıkanan numune daha sonra alkolle yıkanır ve kurutulur. Optik mikroskopta incelenen numunede sülfür sınırları beyaz, diğer bölgeler karanlık görülür. 2.1. Kunkel ayracının bileşimi ve hazırlanması: 2.1.1. Bileşimi: 50 gr Jelatin, 20 ml H2O, 20 ml Gliserin 5 ml H2SO4, 0,8 gr AgNO3 2.1.2. Hazırlanması: 20 ml’lik beher içine su konur ve üzerine Jelâtin eklenir. Çözelti 30 dk. bekletilir. İçi su dolu başka bir beherin içine konularak yavaşça ısıtılır. Jelatin tamamen su içinde çözündükten sonra üzerine 200 ml gliserin, 5 ml H2SO4 ve 0,8 gr AgNO3 eklenir. Çözelti hazırlama sıcaklığı 27-28 oC olmalıdır. MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Üretim Laboratuarı I Deney Föyü ÇELİK İÇİNDEKİ METAL OLMAYAN KALINTILARIN SAPTANMASI VE TANIMLANMASI