Metallerde Sertlik Deneyleri: Rockwell, Brinell, Vickers, Knoop ve Leeb Testleri

Malzeme bilimi ve mühendisliğinde, sertlik testleri bir malzemenin deformasyona karşı direncini değerlendirmek için çok önemlidir; bu direnç malzemenin dayanıklılığını, aşınma direncini ve çeşitli uygulamalardaki performansını doğrudan etkiler. Bir malzemenin belirli yerlerde kullanım için uygun olup olmadığını belirlerken sertliğini anlamak gerekir.

Malzeme veri sayfalarındaki listelerde en yaygın yer alan sertlik testleri Rockwell, Brinell ve Vickers deneyleridir; Rockwell, özellikle endüstriyel ortamlarda hızlı ve kolayca gerçekleştirilmesi nedeniyle en yaygın olanıdır. Leeb ve Knoop sertlik testlerinin özel kullanım yerleri vardır ve özel uygulamaları ve test ortamları nedeniyle standart malzeme veri sayfalarında daha az sıklıkla belirtilir.

Sertlik Testi Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Below is a quick reference chart comparing the different hardness test methods in terms of suitable materials, advantages and disadvantages, applications, load range, indentation type and applicable standards.

Sertlik Testi Dönüştürme Tablosu

Aşağıdaki değerler, ASTM E140 gibi yaygın olarak kabul görmüş dönüştürme referanslarına dayanarak hesaplanmıştır ve Rockwell, Brinell ve Vickers gibi çeşitli ölçekler arasında sertlik değerlerini dönüştürmek için bir kılavuz olarak kullanılabilir. Malzemeye ve özel test koşullarına bağlı olarak kesin değerler biraz farklı olabilir. İki sertlik değeri arasında bir sonuç elde ederseniz, basitçe iki değer arasında  bir tahmini değer hesaplayın.

Dönüştürme tabloları, farklı testlerden elde edilen sonuçları karşılaştırmak için standart bir yol sunmada özellikle yararlıdır ve farklı test yöntemleri ve endüstriler arasında tutarlılığı sağlar (aşağıda verilen veriler yaklaşık değerlerdir).

Uygulamanız için En İyi Sertlik Testi Yöntemini Seçme

Aşağıdaki tabloda, metaller de dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin genel bir özeti ve her biri için karşılık gelen sertlik testi yöntemleri verilmiştir. Tabloda malzemeler, Rockwell, Brinell, Vickers ve diğerleri gibi belirli sertlik testlerine tabi tutulma imkanlarına göre kategorilere ayrılmıştır.

Bu özet analiz, farklı malzemeler için uygun test yönteminin seçilmesine yardımcı olarak ölçümlerin doğru ve güvenilir olmasını sağlar.

Bu tablo yalnızca metal sertlik testlerine yönelik olsa da, polimerler ve elastomerler de biraz farklı test yöntemleri kullanılarak test edilebilir (örn. Shore sertliği).

Rockwell Sertlik Testi

Rockwell sertlik testi; hızı, kolaylığı ve verimliliği nedeniyle özellikle yüksek hacimli test ortamlarında malzeme sertliğini belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Ek hesaplamalara gerek kalmadan doğrudan sertlik değeri verir ve bu nedenle rutin kalite kontrolü için idealdir.

Rockwell testi, küçük girintilerin ve penetrasyon derinliği ölçme hassasiyetinin güvenilir sonuçlar sunduğu çelikler ve alaşımlar gibi sert malzemeler için özellikle uygundur. Ayrıca, Brinell gibi diğer yöntemlere kıyasla daha az operatör becerisi gerektirir ve insan hatası olasılığını azaltır; bu nedenle hız ve kullanım kolaylığının çok önemli olduğu üretim ortamlarında tercih edilen bir seçenektir.

Rockwell Sertlik Ölçekleri

Rockwell Metodolojisi

Rockwell sertlik testinde malzemeye bir dizi yük uygulanır ve ortaya çıkan izin derinliği ölçülür; bu değer, malzemenin sertliğini gösterir. Test süreci aşağıda adım adım tanımlanmıştır:

1. Başlangıç yükünü uygulayın
   • Start by applying a minor load of 10 kgf to the material.
   • This initial load helps establish a consistent starting point and eliminates surface irregularities.
2. Yükü stabilize edin
   • Küçük yükün stabilize (kararlı) olmasını sağlayın; izaçarın, malzeme üzerinde doğru şekilde konumlandırıldığından emin olun.
3. Büyük yükü uygulayın
   • Küçük yük stabil olduğunda, büyük yükü uygulayın.
   • Büyük yük, kullanılan Rockwell ölçeğine bağlı olarak 60 ila 150 kgf arasında değişebilir.
   • Bu yük, malzemede daha derin bir girinti oluşturur.
4. Yükü yerinde tutun
   • Büyük yükü önceden belirlenmiş bir süre boyunca yerinde tutun.
   • Bu sayede malzeme, uygulanan kuvvete tam olarak tepki verecektir.
5. Büyük yükü malzemenin üzerinden alın
   • Gereken süre geçtikten sonra, küçük yükü yerinde tutarken büyük yükü alın.
6. Oluşan girintiyi ölçün
   • Measure the depth of the final indentation relative to the initial minor load position.
   • The measurement is recorded in 0.002 mm units.

Test makinesi tarafından otomatik olarak hesaplanan Rockwell sertlik değeri bu derinliği yansıtır; daha yüksek değerler daha sığ girintilere sahip daha sert malzemeleri gösterirken, daha düşük değerler daha derin girintilere sahip daha yumuşak malzemelere karşılık gelir.

Sorun Giderme

• Yüzey hazırlığı: Test yüzeyinin temiz, pürüzsüz ve girintiyi etkileyebilecek kaplamalardan veya kirlerden arındırılmış olduğundan emin olun.
• Kalibrasyon: Test cihazını düzenli olarak kalibre edin ve iz açma veya yükleme sistemiyle ilgili herhangi bir mekanik sorun olup olmadığını kontrol edin.
• Doğru şekilde yükleme: Hem ilk yükün hem de büyük yükün doğru şekilde uygulandığından emin olun, yüzey hasarına neden olabilecek aşırı kuvvetten veya yanlış okumalara neden olan yetersiz yüklemeden kaçının.

Brinell Sertlik Testi

Brinell sertlik testi; dökme demir gibi iri veya homojen olmayan taneli yapılara sahip metallerin ve alüminyum alaşımları yumuşak metallerin sertliğini ölçmek için idealdir. Bu yöntemde, malzemenin mikro yapısındaki değişimlerin ortalaması alınarak büyük bir girintinin çapı  ölçülür ve homojen olmayan özelliklere sahip malzemeler için daha doğru bir sertlik değeri elde edilir.

Brinell, özellikle yumuşak malzemeleri test etmek gerektiğinde veya analiz için büyük bir iz alanına ihtiyaç duyulduğunda kullanışlıdır. Buna karşılık, Rockwell testi ise sert malzemeler ve hızlı, doğrudan okumalar gerektiren durumlar için daha uygundur; ancak değişen mikro yapılara sahip malzemeler için daha düşük doğrulukta sonuçlar verebilir.

Brinell Sertlik Ölçekleri

Metodoloji

Brinell sertlik testinde, belirli bir yük altında sertleştirilmiş çelik veya karbür bilye tarafından yapılan bir izin çapı belirlenerek malzeme sertliği ölçülür. Genellikle 500 ila 3.000 kgf arasında değişen bir yük, malzemenin yüzeyine 10-15 saniye süresince uygulanır ve bilyenin delip girmesine ve bir penetrasyon oluşturmasına izin verilir.

Yük kaldırıldıktan sonra, girintinin çapı bir mikroskop kullanılarak ölçülür. Brinell sertlik değeri, uygulanan yüke ve girintinin yüzey alanına göre hesaplanır; daha büyük çaplar daha yumuşak malzemeleri, daha küçük çaplar ise daha sert malzemeleri gösterir.

Sorun Giderme

• Doğru kuvvetin uygulanması: Test edilen malzeme için doğru kuvvetin uygulandığından emin olun, çünkü çok yüksek veya çok düşük kuvvet yanlış izlere neden olabilir.
• Malzeme homojenliği: Malzemenin formunu kontrol edin; homojen olmayan malzemeler düzensiz girintilere yol açabilir.
• Doğru ölçüm: Girinti çapını doğru bir şekilde ölçmek için uygun büyütme ve aydınlatma araçlarını kullanın ve ölçümün doğrudan penetrasyon üzerinde yapıldığından emin olarak paralaks hatalarından kaçının.

Vickers Sertlik Testi

Vickers sertlik testi, yumuşak metallerden sert seramiklere kadar değişen çok çeşitli malzemeler için uygun, çok yönlü ve hassas bir yöntemdir ve özellikle küçük ve doğru ölçümler gerektiren mikro sertlik testleri için önemlidir. Bu testte, malzeme sertliğinden bağımsız olarak tutarlı bir girinti oluşturan bir elmas piramit indenter kullanılır ve bu da yüksek doğrulukta sonuçlar sağlar.

İri taneli yapılara sahip malzemeler için uygun olan Brinell testinin ve hızlı, yüksek hacimli testler için ideal olan Rockwell testinin aksine, Vickers yöntemi çok küçük veya ince numunelerin testlerinde mükemmel sonuçlar verir ve ayrıntılı mikro sertlik verileri sağlar. Bu nedenle özellikle araştırma, malzeme bilimi ve ince detay ve hassasiyet gerektiren uygulamalarda tercih edilir.

Vickers Sertlik Ölçekleri

HV (Vickers Sertlik Değeri) testleri, 1 gf ile 100 kgf arasındaki yükler altında gerçekleştirilebilir. Yük aralığındaki genişlik, bu yöntemin mikrodan makroya sertlik testleri için kullanılmasına olanak tanır.

Metodoloji

Vickers sertlik testinde, belirli bir yük altında elmas piramit şeklindeki bir izaçarın oluşturduğu girintinin boyutu belirlenerek malzeme sertliği ölçülür. Malzemenin yüzeyine 1 gf ila 100 kgf arasında değişen bir yük uygulanır ve kare şeklinde bir girinti oluşturulur. Yük kaldırıldıktan sonra, girintinin köşegenleri bir mikroskop kullanılarak ölçülür.

HV, uygulanan yüke ve penetrasyon alanına göre hesaplanır. Daha küçük izler daha sert malzemeleri gösterirken, daha büyük izler daha yumuşak malzemeleri gösterir ve bu test özellikle geniş bir malzeme aralığında hassas sertlik ölçümleri için uygundur.

Knoop Sertlik Testi

Knoop sertlik testi, seramik ve cam gibi kırılgan malzemeler ve küçük veya ince metal kesitler için tasarlanmış bir mikro sertlik testidir. Bu testte uzun, elmas şeklinde bir izaçar kullanılarak sığ, dar bir iz oluşturulur; bu yöntem sertliği, ince katmanlar veya kaplamalar üzerinde, aşırı hasara neden olmadan mikro ölçekte ölçmek için idealdir. 

Knoop testi, özellikle çok kırılgan malzemeler veya kaplamaların kesitleri, mikro yapılar gibi küçük alanlarda  ve çok ince filmlerde, Vickers testi kullanıldığında oluşabilecek derin izlerin çatlamaya veya kırılmaya neden olabileceği ancak hassas sertlik ölçümleri gereken uygulamalarda kullanılır.

Knoop Sertlik Ölçekleri

Knoop Sertlik Değeri (HK) testleri, 10 gf ile 1.000 gf arasında değişen yüklerle gerçekleştirilebilir ve bu da kırılgan malzemelerin ve ince kaplamaların ayrıntılı sertlik analizine olanak tanır.

Metodoloji

Knoop testinde, hafif bir yük altında uzun ve elmas şeklindeki bir izaçarın oluşturduğu izin uzunluğu belirlenerek malzemenin sertliği ölçülür. Genellikle 10 gf ile 1.000 gf arasında değişen yük, malzemenin yüzeyine uygulanarak küçük, uzun bir iz oluşturulur. Yük kaldırıldıktan sonra, izin uzun köşegeninin uzunluğu bir mikroskop kullanılarak ölçülür.

Knoop sertlik değeri (HK), yük ve iz alanına göre hesaplanır; daha uzun izler daha yumuşak malzemeleri, daha kısa izler ise daha sert malzemeleri gösterir. Bu test özellikle kırılgan malzemeler ve ince kaplamalar için uygundur.

Sorun Giderme

• İzaçarın hizalanması: Eğik veya merkezden sapmış izlerden kaçınmak için izin test yüzeyiyle düzgün bir şekilde hizalandığından emin olun.
• Yüksek büyütme: Hassas bir ölçüm sağlamak için özellikle Knoop testlerinde küçük izleri ölçmek için görüntü büyütme araçları kullanın.
• Tutarlı yükleme: İz boyutunda ve sertlik okumalarında sapmalar olmasını önlemek için yükleme işleminin kademeli ve sürekli olduğundan emin olun.

Leeb Sertlik Testi

Leeb Sertlik Testinde (geri tepme testi olarak da bilinir) bir izin boyutundan ziyade bir izaçarın geri tepmesi ve çarpma hızı analiz edilerek sertlik ölçülür. Test düzeneği taşınabilirdir ve büyük ve ağır bileşenlerin yerinde test edilmesi için idealdir; bitmiş parçalara ve kaplamalara minimum hasar veren tahribatsız bir yöntem sunar.

Leeb testi çok yönlüdür, farklı problar ve darbe enerjileriyle birçok malzemede ve sertlik seviyesinde kullanılabilir. Minimum kurulum ve operatör becerisiyle hızlı, doğrudan sertlik okumaları sağlar ve bu sayede hız, kullanım kolaylığı ve saha test yetenekleri gerektiren uygulamalar için idealdir.

Prob Tipleri

Leeb Sertlik Değeri (HL) testleri, kullanılan proba bağlı olarak genellikle 5,5 mJ (D tipi prob) ile 74,5 mJ (G tipi prob) arasında değişen farklı darbe enerjileri altında gerçekleştirilebilir.

Metodoloji

Leeb sertlik testinde, bir tungsten karbür bilyenin belirli bir darbe enerjisi altında malzemenin yüzeyine çarpmasından sonra geri tepme (rebound) hızı belirlenerek malzeme sertliği ölçülür. Bu testte genellikle, prob tipine bağlı olarak 9,8 mJ ile 74,5 mJ arasında değişen bir kinetik darbe enerjisi sağlayan bir prob kullanılır.

Bilye malzemeye çarptıktan sonra geri tepme hızı ölçülür ve HL, geri tepme ile çarpma hızı oranına göre hesaplanır. Daha yüksek bir geri tepme hızı daha sert bir malzemeyi gösterirken, daha düşük bir geri tepme hızı daha yumuşak bir malzemeyi gösterir. Bu test düzeneği taşınabilirdir ve büyük, ağır bileşenleri yerinde test etmek için idealdir.

Sorun Giderme

• Prob seçimi: Ölçüm sonuçlarında doğruluğu sağlamak için, test edilen malzeme için uygun prob tipini ve darbe enerjisini seçin.
• Yüzey hazırlığı: Yüzey pürüzsüz ve kalıntılardan arındırılmış olmalıdır; pürüzlü veya kirli yüzeyler darbe sırasında enerji kaybına neden olarak yanlış okumalara yol açabilir.
• Darbe açısı: Hatalı sonuçları önlemek için darbenin yüzeye dik olduğundan emin olun.

Sertlik Testi Sonuçlarında Doğruluk ve Güvenilirliğin Sağlanması

Testler sırasında elde edilen sertlik değerlerinde doğruluk ve güvenilirliğin sağlanması için aşağıdaki genel ipuçlarını göz önünde bulundurun:

• Numune hazırlama: Numune yüzeyinin uygun şekilde hazırlandığından, kirlerden arındırıldığından ve numunenin pürüzsüz, düz bir yüzeye sahip olduğundan emin olun. Tutarsız yüzey koşulları yanlış ölçümlere yol açabilir.
• Doğru yükün uygulaması: Test edilen malzeme için uygun yükün seçildiğinden emin olun. Yanlış yük kullanılması, çok sığ veya çok derin izlere neden olarak hatalı sonuçlara yol açabilir.
• Düzenli kalibrasyon: Sertlik test makinesini sertifikalı referans malzemelerle düzenli olarak kalibre edin. Kalibrasyon, ölçümlerin zaman içinde doğruluğunun korunmasını sağlar.
• İzaçarın durumu: İzaçarda aşınma ve yıpranma olup olmadığını düzenli olarak kontrol edin. Aşınmış veya hasarlı bir izaçar tutarsız sonuçlar üretebilir ve derhal yenisiyle değiştirilmelidir.
• Hizalama: İzaçarın numuneyle düzgün şekilde hizalandığından emin olun. Yanlış hizalama, uygulanan basıncın düzensiz dağılımına ve hatalı sonuçlara yol açabilir.
• Çevresel koşullar: Testlerin yapıldığı ortamı, özellikle de sıcaklık ve nemi kontrol altında tutun; çünkü bunlar, malzeme özelliklerini ve test sonuçlarını etkileyebilir.
• Titreşimlerden kaçının: İz bırakma sürecini bozabilecek ve ölçüm doğruluğunu etkileyebilecek titreşimlerden kaçınmak için sertlik test cihazını stabil bir yüzeye yerleştirin.
• İz bırakma süresinde tutarlılık: Her sertlik testi için önerilen iz bırakma süresini uygulayın. Sürelerdeki değişiklikler izin boyutunu ve dolayısıyla sertlik değerini değiştirebilir.

Güvenilir Malzeme Performansı için Sertlik Testi Sonuçları

Sertlik testleri, malzeme bilimi ve mühendisliğinde temel bir uygulamadır ve bir malzemenin deformasyona karşı direnci ve genel dayanıklılığı hakkında önemli bilgiler verir. Çeşitli sertlik test yöntemlerini anlamak, belirli bir metal için en uygun sertlik testini seçmenize yardımcı olur. Bu sayede, malzeme seçimlerinizi daha bilinçli bir şekilde yapabilir ve gerçek uygulamalarda daha iyi performans elde edebilirsiniz.

Bookmark (0)

Close

Paylaş

Login

Label

Name

Email

Label

Name

Email

0 Yorumlar

Inline Feedbacks

View all comments