Bir metal parçasının neden kırıldığını, ısıl işlemin başarılı olup olmadığını veya bir kaynağın ne kadar sağlam olduğunu nasıl anlarsınız? Cevap, metalin "parmak izi" sayılan mikroyapısında gizlidir. Biyoloji laboratuvarlarında kullanılan mikroskoplardan çok farklı çalışan Metalurji Mikroskobu, ışığı numunenin içinden geçirmek yerine yüzeyinden yansıtarak metalin iç dünyasını görmemizi sağlar.
Bu rehberde, metalografi biliminin kalbi olan mikroyapı incelemesinin nasıl yapıldığını, numune hazırlama süreçlerini ve mikroskop altında nelerin görülebildiğini inceleyeceğiz.
En temel fark ışık kaynağının konumudur.
Biyolojik Mikroskoplar: Işık numunenin altından gelir ve numunenin içinden geçer (transmisyon). Çünkü hücreler veya dokular yarı saydamdır.
Metalurji Mikroskobu: Metaller opaktır (ışığı geçirmez). Bu nedenle ışık numunenin üstünden gelir, objektif merceğinden geçer, metal yüzeyine çarpar ve yansıyarak tekrar göze gelir. Buna "Yansıyan Işık Mikroskobu" da denir.
Metalurji mikroskobuna bir metal parçasını olduğu gibi koyup bakamazsınız. Yüzeyin ayna gibi pürüzsüz olması ve iç yapının kimyasal olarak açığa çıkarılması gerekir. İşte kritik adımlar:
İncelenecek bölge, malzemenin yapısını bozmayacak şekilde (aşırı ısınma yaratmadan) hassas kesicilerle kesilir.
Küçük metal parçalarını tutmak zordur. Bu yüzden numune, bakalit veya epoksi reçine içerisine gömülerek tutulabilir bir kalıp haline getirilir.
Yüzeydeki çizikleri gidermek için kaba zımparadan başlanarak en ince zımparaya kadar işlem yapılır. Son aşamada elmas pastalar veya alümina süspansiyonlar kullanılarak yüzey "ayna parlaklığına" getirilir. Bu aşamada mikroskopta bakarsanız sadece kendi yansımanızı veya metaldeki çatlakları (varsa) görürsünüz.
Sihir burada gerçekleşir. Ayna gibi parlatılmış yüzeye asit çözeltisi (genellikle çelikler için %3'lük Nital) sürülür.
Mantık: Metalin farklı fazları veya tane sınırları asitle farklı hızlarda reaksiyona girer.
Sonuç: Işık bu pürüzlü yüzeylerden farklı açılarla yansır ve mikroskopta kontrast (karanlık ve aydınlık bölgeler) oluşur.
İyi hazırlanmış bir numuneye baktığınızda şunları tespit edebilirsiniz:
Metalin mekanik özellikleri doğrudan tane boyutuna bağlıdır. Genellikle taneler ne kadar küçükse, metal o kadar sert ve dayanıklıdır. Mikroskopta bu taneleri bir yapboz parçaları gibi görebilirsiniz.
Özellikle çeliklerde; Ferrit (açık renkli, yumuşak), Perlit (parmak izi gibi katmanlı) veya Martensit (iğneli, çok sert) yapıları net bir şekilde ayırt edilir. Bu yapılar, metale hangi ısıl işlemin uygulandığını söyler.
Metal içindeki istenmeyen cüruf kalıntıları, gözenekler (porozite) veya mikro çatlaklar siyah noktalar veya çizgiler halinde görülür. Metal tozu üretiminde, tozların şekli ve iç yapısındaki boşluklar bu yöntemle kontrol edilir.
Galvaniz, krom veya boya gibi kaplamaların kalınlığı mikron hassasiyetinde ölçülebilir.
Metalurji mikroskopları sadece standart aydınlatma (Aydınlık Alan - Brightfield) kullanmaz:
Karanlık Alan (Darkfield): Işık yanlardan gelir. Çizikler ve kusurlar parlak görünürken düz yüzeyler karanlık kalır. Yüzey hatalarını bulmak için mükemmeldir.
Polarize Işık: Özellikle anizotropik metallerin (titanyum, magnezyum gibi) kristal yönelimlerini ve renklerini görmek için kullanılır.
Bir otomobil dişlisinden uzay mekiği parçasına kadar her şeyde metalografi kullanılır:
Kalite Kontrol: Üretilen malzemenin standartlara uygun olup olmadığını denetlemek için.
Hasar Analizi: Kırılan bir parçanın neden kırıldığını (yorgunluk mu, aşırı yük mü, hatalı üretim mi) anlamak için.
Ar-Ge: Yeni alaşımlar geliştirirken iç yapıyı optimize etmek için.
Metalurji mikroskobu, metalin sadece dış görünüşüne değil, karakterine (iç yapısına) bakmamızı sağlar. Bir metalin sert, kırılgan veya esnek olması tesadüf değildir; hepsi mikroskop altında görülen o desenlerde kodlanmıştır.
