SERTLİK ÖLÇÜM NEDİR ?
SERTLİK ÖLÇÜM NEDİR ?

Sertlik izafi bir ölçü olup, mekanik olarak (batma, sürtünme, çizme ve kesme) malzeme üzerinde oluşturulan iz veya aşınmanın neden olduğu lokal plastik deformasyona karşı direncin bir ölçüsüdür.

Birçok endüstriyel ürün sertlik özelliklerini geliştirmek için ısıl işlem görmektedir, Birçok endüstriyel ürün sertlik özelliklerini geliştirmek için ısıl işlem görmektedir. Örneğin; aşınma direncini arttırmak için.

 

Sertliğin Birim

Sertlikte elde edilen değerler SI birimlerinde fiziksel niceliklerdir.

Örneğin Brinell sertlik değerini N/mm2 olarak belirtmek doğru değildir çünkü küresel uçta basınç dağılımı üniform değildir. 

 

Fiziksel değerlerin özellikleri:

·         Bir oran belirtirler: 2 değer ya eşit ya da eşit değildir.

·         Toplama, Çıkarma: aynı tipte 2 değer toplanıp ya da çıkarıldığında yeni bir değer elde edilir.

·         Çarpma: pozitif bir sayı ile çarpıldıklarında yeni değer elde edilir.

 

 Sertlik ölçüm değerinin özellikleri

·         Tek kural vardır: 50 HRC > 20 HRC

·         100 HB + 200 HB

·         Burada sertlik 300 HB olmaz çünkü sertlik skalası lineer değildir.

·         3 X 300 HV

·         Burada sertlik 300 HV’nin 3 katı değildir çünkü sertlik skalası lineer değildir.

 

Doğru

50 g = 50 X 1 g

g ölçümün birimidir

 

Yanlış

       500 HV = 500 X 1 HV

 

HV ölçüm işleminin sembolüdür ancak ölçümün birimi değildir.

 

Neden Sertlik Ölçüyoruz

Sertliğin iş parçalarının en belirleyici özelliklerinden biri olması nedeniyle, bu iş parçalarının sertliğini kanıtlamak önemlidir. Malzemenin, metallerin, parçaların veya bileşenlerin kalitesini sağlamak için sertlik karakteristiği test edilmeli ve belgelenmelidir.

Belgeleme, üretim sürecinin düzgün olduğunu kanıtlamak için önemlidir. - Özellikle sermaye hasarı veya kaybı durumunda yasal konularla ilgili kullanılabilmektedir.

Hedef sertlik değerleri, yeni ürünler geliştirilirken mühendislik bölümü tarafından tanımlanır. Örneğin: güvenlikle ilgili parçalar için kritik özellikler olarak.

Üretim sürecinde, hedef sertlik değerlerine özgü toleransların belirlenmesi, bileşenin ve üretim işleminin kalitesinin iyi olup olmadığından emin olunmasına olanak sağlar.

Sertlik Ölçme Prosedürleri

 Üç ana klasik sertlik ölçümü tipi bulunmaktadır. Bunlar iz (indentation), çizik (scratch) ve geri tepme (re-bound) yöntemleridir. Bu ölçüm sınıflarının her birinde kendilerine has ölçüm skalaları vardır. Bu yazımızda iz (indentation) sertlik ölçüm yöntemlerini detaylandıracağız.

 

İz sertliği, keskin bir cisimden gelen sabit sıkıştırma yükü nedeniyle bir numunenin malzeme deformasyonuna direncini ölçer. En çok bilinen skalalar: Rockwell, Vickers, Brinell, Knoop 

Şekil. 5 Vickers Sertlik Ölçümü

 
 

Çizilme sertliği, bir numunenin keskin bir nesneden kaynaklanan sürtünmeden dolayı kırılmaya veya kalıcı plastik deformasyona ne kadar dirençli olduğunun ölçüsüdür. Skala: Mohs sertliği (mineraloji)

 

Çizilme testi için kullanılan birbirlerinden farklı sertliklerde çubuklar.

 

 

Geri tepme sertliği, Dinamik sertlik olarak da bilinen geri tepme sertliği, elmas uçlu bir kırıcının sabit bir yükseklikten bir malzemeye düştüğü “sıçrama” yüksekliğini ölçer. Bu sertlik tipi esneklik ile ilgilidir. En çok bilinen skalalar: Leeb, Bennet

Leeb Sertlik Ölçümü

 

 
İz Sertliği (İndentation Hardness) Prosedürleri
 
Sertlik izafi bir ölçü olup batmaya, sürtünmeye, çizmeye, kesmeye ve plastik deformasyona karşı direnç olarak tarif edilir. Sertlik ölçümlerindeki değer malzemenin plastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir.

İz sertliği (İndentation HArdness)  ölçme konik veya küresel standart bir ucun malzemeye batırılmasına karşı malzemenin gösterdiği direnci ölçmekten ibarettir. Seçilen uç bir yük altında malzemeye batırıldığı zaman malzeme üzerinde bir iz bırakır. Malzemenin sertliği bu iz ile ters orantılıdır.

İz sertliği (indentation hardness) Optik yöntemler ve derinlik yöntemleri olarak iki ana prosedür ayrılır. 

 

Brinell Sertlik Deneyi (BSD, HB)

Malzeme üretimi ve yumuşak malzemeler için en iyi yöntemdir.  Brinell EN ISO 6506 standardına göre uygulanmaktadır.

Farklı çaplardaki bilyaların malzeme yüzeyine sabit yüklerle uygulanmasıyla iz oluşturulur. Lens sistemi ile oluşturulan izin çapı ölçülür ve standartlara uygun olarak hesaplanır.

 

 

 

P : Kg cinsinden uygulanan yük

D : mm cinsinden bilya çapı

d : mm cinsinden izin çapı

 Standart deney şartlarında bilya çapı 10 mm, uygulanan yük 3000 kg, tatbik süresi 10-15 saniye kadardır. Diğer deney şartları için BSD değerinin altına test şartları yazılır.

 5 mm çapında bir bilya üzerine 125 kg’lık bir deney yükü ile bastırılınca bulunan Brinell sertlik değeri, 10 mm çapındaki bilya üzerine 500 kg’lık deney yükünün bastırılması ile bulunan değere yakın sonuçlar bulunur.

 

10 mm standart ölçü bilyesinin dışındaki bilye çapları 5 ve 2,5 mm’dir.

Teknolojideki gelişmeler ile birlikte yükleme ve ölçümü tam otomatik bir şekilde operatörden bağımsız olarak yapabilen cihazlar popüler hale gelmiştir.

ATM QNESS GMBH firması ürünü Q250 / 750 / 3000 EVO serisi Brinell testini standartlara uygun olarak yüksek hassasiyette yapan en güvenilir ve hassas cihazdır.

 

 Brinell Deneyi için Numune Şartları

 

·         Test edilecek parçanın kalınlığı meydana gelen iz derinliğinin 8 katından az olmamalıdır.

 

·      İz merkezinin, numune kenarından olan uzaklığı iz çapının en az 2,5 katı ve en yakın iki izin merkezleri arasındaki uzaklık iz çapının en az 3 katı olmalıdır.

 

 

 

·         Numene yüzeyi parlak ve düzgün olmalıdır.

·         Kalıcı iz çapı 0,2D’den küçük ve 0,7D’den büyük olmamalıdır:

0,2D < d < 0,7D

 

 

·         İz çapı (d) en az 0,02 mm hassasiyetle ölçülmelidir. İz tam dairesel değilse birbirine dik doğrultudaki çaplar ölçülüp, ortalaması alınmalıdır.

 

Brinell için Skalalar, aralıklar ve uygulanabilir malzemeler

 

Brinell Deneyi Avantajları ve Dezavantajları

 Avantajları

·         Kuvvet faktörleri nedeniyle farklı Brinell yöntemi ölçekleri karşılaştırılabilir

(30 / 10/ 5 / 2,5)

·         Yüzey kalitesi çok önemli değildir.

·         Geniş iz boyutundan dolayı daha tutarlı sonuçlar (homojen olmayan malzemelerde dahi)

Dezavantajları

·         Sert malzeme testi mümkün değil

·         Malzemenin deformasyonu sonucu etkileyebilir (iyi aydınlatma sistemi gereklidir)

·         Özellikle Rockwell ile karşılaştırıldığında uzun çevrim süreleri

 

 Vickers Sertlik Deneyi (VSD, HV)

Brinell sertlik deneyi, sertliği çoğunlukla 65-450 arasında olan yumuşak çelik veya yapı çeliğinin muayenesinde kullanılır. Malzeme daha sert olunca deneyde kullanılan çelik bilyanın şekil değişimi de önem kazanır. Bu nedenle daha değişik yöntemler kullanmak gerekir. Bunların en önemlisi Vickers sertlik deneyidir.

Vickers yöntemi   EN ISO 65068 standardına göre uygulanmaktadır.

Bu yöntemde metal yüzeyine batıcı olarak kare kesitli ve tepe açısı 136° olan elmas piramit bir uç kullanılır. 10 g ve 120 kg arasındaki yükler uygulanabilir. Bu sayede mikroyapı içinde tane içi sertlik ölçümünde kullanılabileceği gibi 120 kg yük uygulanarak ağır iş parçaları içinde kullanılan bir yöntem olarak da karşımıza çıkabilir.

Meydana gelen iz, taban köşegeni (d) olan kare piramittir ve tepe açısı 136 °. Vickers sertlik değeri, kg olarak ifade edilen deney yükünün (mm2) olarak ifade edilen iz alanına bölümüdür. Geometrik yolla yapılan hesap neticesinde Vickers sertlik değeri bulunur.

 

 

P : Kgf cinsinden uygulanan yük

α : tepe açısı = 136 °

 

d : taban köşegeni

 

 Numune üzerinde meydana getirilen izin görüntüsü mikroskop yardımıyla ölçme ekranına aktarılır.

 
Piramidin bıraktığı izin köşegeni (d), her iki köşegen uzunluğunun milimetrenin 1/1000’i duyarlılıkta mikroskopla ölçülmesi ve ortalamasının alınması ile tespit edilir.
 
 
Vickers sertlik ölçüm izi
 
 
Son yıllarda bu işlemler için manuel cihazların yerini kullanıcıya minimum iş bırakan otomatik ölçüm sistemli cihazlar almaktadır. ATM QNESS GMBH firması ürünü Q10 /Q30 / Q60 CHD MASTER serisi bu işlemleri seri ve tekrarlanabilirliği yüksek olarak yapabilen kaliteli bir üründür.
 
ATM QNESS firması ürünü Q10CHD MASTER modeli otomatik vickers sertlik ölçüm cihazı
 
 
Yumuşak malzemelerden, çok sert malzemelere kadar geniş bir kullanım aralığı mevcuttur. 
 
Geniş çubuklardan saçlara kadar her ölçüde malzemeye uygulanabilir.

Uygulama süresi 10-15 saniyedir.

Gösterim şekli: 550 VSD/30/15; deney yükünün 30 kgf, uygulama süresi 15 saniye ve Vickers sertliğinin 550 olduğunu gösterir.

 

Vickers Deneyi için Numune Şartları
 

·         Köşegenlerin uçlarını tam olarak görebilecek şekilde parlatılmış olmalıdır.

·         Vickers ölçümünde 2 izin merkezinin uzaklığı çelik ve bakır alaşımlarında iz köşegenin en az 3 katı, Pb, Sn, Zn ve Alüminyumda en az 6 katı olmadır.

·         Vickers ölçümünde izin merkezinin ölçülen malzemenin kenar ya da köşe noktasına uzaklığı; çelik malzemelerde iz köşegeninin en az 2,5 katı, Pb, Sn, Zn ve Alüminyumda en az 3 katı olmalıdır.

Vickers deneyi için numune şartları

 

Vickers için Skalaar, aralıklar ve uygulanabilir malzemeler

 

Bu liste Vickers yöntemi için mümkün olan yükleri göstermektedir.

Yöntem adı açıklaması:

e.g.: “HV10”

HV…… Vickers sertliği

 
Vickers Deneyi Avantajları ve Dezavantajları
 
Avantajları
·         Çok geniş kullanım alanı
·         Neredeyse tahribatsız muayene yöntemi olarak kullanılabilir.
·         Farklı batıcı uçlara ihtiyaç duyulmamaktadır.
 
Dezavantajları
·         Test yükleri azaldıkça ihtiyaç duyulan yüzey kalitesi artar bu nedenle numune hazırlama aşamaları için zaman kaybı artar.
·         Çok iyi bir optik sistem ve hesaplama için yazılıma ihtiyaç duyulur. Fakat otomatik sistemler ile bu dezavantaj bertaraf edimektedir. QNESS GMBH ürünü Q10M serisi sertlik ölçüm cihazları ile tekrar edilebilirliği en iyi olan sonuçlar elde edilebilmektedir.
·         Rockwell ile karşılaştırıldığında daha uzun çevrim süreleri bulunmaktadır.
 
 
 
Rockwell Sertlik Deneyi (RSD, HR)
 
Rockwell sertlik deneyi (RSD), yapılmasının çok kolay olması ve özel bir ustalık gerektirmemesinden dolayı metallerin sertlik ölçümünde en yaygın kullanılan metottur.

 

Rockwell deneyi için kullanılan batıcı uçlar belirli çaplarda çelik bilyalarla, konik elmas uçlardır. Rockwell sertlik değeri daima sembol harfle birlikte belirtilir. Bu harf batıcı ucun tipini, kullanılan yükün miktarını ve kadran üzerinde okunacak bölümü belli eder.
 
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. Meydana gelen kalıcı izdeki derinlik artışı bulunarak mevcut göstergeden Rockwell Sertlik değeri okunur.
 
Rockwell Sertlik Ölçüm Prosedürü
 
Rockwell Sertlik değeri boyutsuzdur. Ucun malzeme içine her 0.002 mm batışı bir sertlik değerinin düşmesi olarak alınır.
 
Diğer yöntemlerde olduğu gibi Rockwell yönteminde de son yıllar da otomatik cihazlar kullanıcı hatalarını en aza indirmek için tercih edilmeye başlanmıştır. ATM QNESS GMBH firması ürünü Q150R modeli otomatik ve tekrarlanabilirliği yüksek şekilde Rockwell Skalasının tüm yöntemlerini uygulayabilmektedir. Ayrıca Q150A modeli Jominny testine seri ve kullanıcıdan bağımsız bir şekilde uygulayabilmektedir.