SERTLİK ÖLÇME DENEYLERİ

SERTLİK ÖLÇME DENEYLERİ

Sertlik nedir? Sertlik genel anlamda, malzemelerin kesmeye, çizilmeye, aşınmaya veya kendisine batırılmaya çalışılan cisimlere karşı göstermiş oldukları kalıcı şekil değiştirme (plastik deformasyon) direnci olarak ifade edilebilir. Statik yükleme altında sertlik nasıl ölçülür? Sertlik ölçümü için çeşitli yöntemler vardır. Genel anlamda, şekli ve malzemesi bilinen batıcı bir uç, sertliği ölçülecek malzemeye miktarı belirlenmiş statik kuvvet altında batırılır. Yeterli süre sonunda uygulanan kuvvetin malzemede oluşan kalıcı izin alanına bölünmesiyle veya kalıcı izin derinliğinden yararlanılarak bir sayıya ulaşılır. Bu değer, sertlik ölçme yöntemine özeldir ve başka yöntem sonuçları ile doğrudan karşılaştırılamaz.

Sertlik ölçme yöntemleri plastik deformasyon ölçümlerine veya elastik deformasyon ölçümlerine bağlı olarak yapılabilir. Plastik deformasyon ölçümleri ile yapılan türler de kendi aralarında statik yükleme altında ve dinamik yükleme altında uygulananlar olarak ikiye ayrılır. Ancak biz, metaller üzerinde özellikle en çok uygulanılan ve pratik uygulamalarda sıklıkla karşılaşılan yöntemler olarak Brinell, Vickers ve Rockwell sertlik ölçme metodları üzerinde duracağız.

Brinell Sertlik Ölçme Yöntemi Kullanılan batıcı ucun geometrisi : D çapında küresel uç. Standart çaplar : 1 ; 2,5 ; 5 ; 10 [mm] Kullanılan batıcı ucun malzemesi : Çelik veya Sert metal Uygulanan yükleme : Ölçme yapılacak malzemeye göre değişen yükleme derecesi seçilir ve seçilen yükleme derecesinden bulunan statik bir yük seçilir. C = F/D 2 = sabit C sabitine yükleme derecesi denir. Sertlik değerinin elde edilişi (sertlik değerine ulaşma) : Uygulanan yük değerinin kalıcı iz alanına bölünmesi ile ulaşılır.

HB F S 0,102.2F D( D D 2 d 2 (F : Yük, S : Küre kapağı alanı) Tablo-1 : Brinell Sertlik ölçümlerinde yük (F) ve küre çapı (D) seçimi için yükleme dereceleri Malzeme Grubu Çelik ve Dökme Demirler (HB 140) Al-, Cu-, Ni- ve Zn-alaşımları, Dökme Demirler (HB < 140) Yükleme Derecesi : C = F / D 2 30 10 Saf Al, Mg, Zn 5 Yatak malzemeleri 2,5 Pb, Sn 1,25

F Sertlik ölçme işlemi sırasında dikkat edilmesi gerek bazı hususlar şu şekilde özetlenebilir: Yukarıdaki şekil üzerinde de görüldüğü gibi, ölçme yerinin konumu malzeme kenarından ve önceki ölçme izinden yeteri kadar uzak olmalı (x 4 d ve y 2,5 d). Ayrıca malzeme kalınlığı da ölçme izi derinliğine göre yeteri kadar fazla (h H/8). D h d H x y d 2 d 1 h H/8 d = (d 1 + d 2 ) / 2 x 4d y 2,5d

Brinell sertlik ölçümü, temiz bir yüzey bölgesinde 10 veya 15 saniye süreyle yapılan statik yükleme ile yapılır. Plastik deformasyon izi çapı ölçülerek (ilgili tablolardan bakılarak veya hesaplama yapılarak) sertlik değeri elde edilmiş olunur. Sertlik sonucunun gösterilişi, X HB D/F/t, (burada D [mm], F [kg], t [s] olarak verilir.) şeklinde olup aşağıdaki örnek üzerinde de kısaca açıklanmıştır. Örnek: 350 HB 5/250/30 ifadesi, D = 5 mm küresel uçla, F = 250*9,8 = 2450 N luk yük altında (250 kg), 30 s tutarak ölçülen Brinell sertlik değeri 350 demektir.

Brinell sertlik ölçümleri, yaklaşık HB 400 bölgesi için çelik bilye ve 400 HB 550 aralığında ise sertmetal bilyeler kullanılarak gerçekleştirilir. Çekme mukavemeti ile Brinell sertlik değeri arasında, gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucunda, şu bağıntının verilebileceği gözlenmiştir; R m 0,35 HB

Yöntemin sınırlamaları: Malzeme türüne uygun yükleme derecesi seçilmesi gerekir, Malzeme türüne uygun batıcı uç seçilmesi gerekir, 550 HB değerinin üzerindeki malzemelerin sertlikleri ölçülemez, Oluşan kalıcı izin geometrisi nedeniyle hassas ölçüm yapılamaz, Yüzey pürüzlülüğü (Vickers kadar olmasa da) azaltılması gereklidir. Kalını izin deriğinliğine göre sınırlanan, malzeme kalınlığı vardır.

Vickers Sertlik Ölçme Yöntemi Kullanılan batıcı ucun geometrisi : 136º tepe açısına sahip kare tabanlı piramit. Kullanılan batıcı ucun malzemesi : Elmas uç Uygulanan yükleme : Ölçme yapılacak malzemeye göre değişebilir statik yüklemedir. Özellikle çok ince levha biçimindeki malzemelerde (veya çok ince sertleştirilmiş tabakalarda) düşük yüklemeler seçilir (F < 2N). Bu şekilde mikro sertlik ölçümleri yapılabilir. Sertlik değerinin elde edilişi (sertlik değerine ulaşma) : Uygulanan yük değerinin kalıcı iz alanına bölünmesi ile ulaşılır.

HV F S 0,102.2F. Sin d 2 2 α = 136 0, F [N], d [mm] olmak üzere Vickers Sertlik değeri HV = 0,102 1,8544 ( F/d 2 ) = 0,189.( F/d 2 ) bulunur.

(Batıcı Uç) 136 0 Deney parçası Kalıcı iz d 2 d 1 (Batıcı uç kalktıktan sonra) d = (d 1 + d 2 ) / 2 ; HV = F / iz alanı

Vickers sertlik ölçümü, önceden hazırlanmış bir temiz yüzey bölgesinde 10 veya 15 saniye süreyle yapılan statik yükleme ile yapılır. Plastik deformasyon izi köşegen uzunluğu ölçülerek (ilgili tablolardan bakılarak veya hesaplama yapılarak) sertlik değeri elde edilmiş olunur.

Sertlik sonucunun gösterilişi, X HV F/t şeklinde ifade edilir (F [kg] ; t [s]). Sözgelimi 400 HV 50 / 20 şeklinde verilen bir kısa gösterim, 50 x 9,8 = 490 N luk bir yükün 20 saniye tatbiki ile ölçülen Vickers Sertliğinin 400 değerinde olduğunu ifade eder.

Yöntemin tercih sebepleri : - Ölçme hassasiyeti daha yüksektir. Çünkü, izin farkedilebilme yeteneği daha fazladır ve daha küçük izlerle ölçümler yapılabilmesi mümkündür. - Aynı uçla (pramit) hem sert hem de yumuşak malzemelerin sertlik ölçümleri yapılabilir. - Çözüm için yeterli en küçük izin üretilmesiyle de ince kaplama tabakalarının ve ince metal yapraklarının ve hatta yapıdaki küçük faz bölgelerinin ayrı ayrı sertlik ölçümleri mümkün olur (mikrosertlik ölçümleri). - Diğer sertlik ölçme yöntemlerinin optimum uygulanmasında, bir ölçme aralığından bahsedilirken (Brinell sertliği 450 HB ve Rockwell sertliği: 20 67 HRC) HV uygulamaları bütün sertlik mertebeleri için geçerli olur.

Sertlik ölçme işlemi öncesinde, yüzeyin parlatılması için yapılan hazırlık zahmetli ve uzun süreli olacağı unutulmamalıdır.

Rocwell Sertlik Ölçme Yöntemi F = F ö (önyükleme) F = F d (deney yükü) F = F ö F=0 120 0 h ö h d h p h=0 h= h ö h = h d = h e+p (= h e +h p ) h = h p h e : elastik deformasyon derinliği, h p : kalıcı iz (plastik deformasyon) derinliği. Şekil : Rockwell Sertlik Ölçme Prensibi

Kullanılan batıcı ucun geometrisi : Küre veya 120º tepe açısına sahip koni. Kullanılan batıcı ucun malzemesi : Çelik (bilye) veya Elmas. Uygulanan yükleme : Öncesinde bir ön yükleme (10 kg) yapılmaktadır. Arkasından uygulanan esas yükleme statik olup, ölçme yapılacak malzemeye göre (60 kg veya 100 kg veya 150 kg) değişir. Sertlik değerinin elde edilişi (sertlik değerine ulaşma) : Uygulanan yükleme sonucunda oluşan kalıcı izin derinliğine bakılarak ulaşılır. Batma derinliği ile sertliği ters orantılı kılacak olan bir dönüştürmeyi, cihaz kendisi yaparak doğrudan sertlik değeri olarak sonucu gösterir.

Kalıcı batma derinliği h p [μm] ölçülüp bir C sabitinden çıkarılmasıyla Rockwell sertliği tarif edilir : HR = C h p C sabiti seçilen ölçme yöntemine göre farklı değerdedir (100 veya 130). Her 2 μm veya 1 μm batma derinliği, ilgili sertlik cinsinin 1 birim ine karşılık gelir (Tablo-2). Ölçme parametrelerine göre seçilen Rockwell sertliği cinsi (ve birimi), ilgili büyük harfle, kısa gösterimde belirtilir: HRC ; HRB; HRN gibi. Bu durumda sözgelimi HRC = 100 h [μm / 2] ve HRB =130 h [μm / 2] veya HRN = 100 h [μm], HRT = 130 h [μm] olarak doğrudan okunur.

Bu ölçme prensibine göre h ( h p ) = 0 için verilen yüklemede kalıcı iz kaydedilmemiş demek olup sertlik en yüksek değerini alır: HRC = 100, HRB = 130 gibi. Tam tersine h = 0,2 μm için HRC = 0 ve h = 0,26 μm için ise HRB = 0 demektir. Deneyim ilkesi olarak, sert malzemeler için (sertleştirilmiş veya ıslah edilmiş çelikler gibi) HRC değerlerinin ve daha yumuşak malzemelerde ise HRB değerlerinin aranması tavsiye edilmektedir. Zikredilmek istenen sertlik aralıkları, bu durumda, HRC = 20 70 ve HRB = 35 100 demektir.

Yöntemin üstünlükleri : - Ölçme işlemi otomotikleştirilebilir, - Ölçme işlemi kolaydır ve kısa sürede gerçekleştirlir, - Ön yükleme uygulandığından, yüzey bölgesinde tortu veya oksit tabakalarının temizlenmesi zorunluluğu yoktur, Ancak, her malzeme türüne uyun batıcı uç ve yükleme değeri seçilmesi zorunluluğu vardır. Sertlik değerleri belirli sınırlar arasındadır.

Tablo-2 : Rockwell Sertlik Ölçme Yöntemi çeşitleri (ASTM E 18 60 T)

Tablo-2 : (Devamı)

Sertlik ölçme yöntemleri konusunda bilinmesi gerekenler. 1) Sertlik nedir, nasıl ölçülür? 2) Vickers sertlik ölçme yöntemi nasıl uygulanır? Şematik çizimlerle kısaca anlatınız. 3) Rockwell sertlik ölçme yöntemi nasıl uygulanır? Şematik çizimlerle kısaca anlatınız. 4) Brinell sertlik ölçme yöntemi nasıl uygulanır? Şematik çizimlerle kısaca anlatınız. 5) Vickers sertlik ölçme yönteminin üstünlükleri (veya yöntemin seçim nedenleri) nelerdir? Kısaca belirtiniz. 6) Rockwell sertlik ölçme yönteminin üstünlükleri (veya yöntemin seçim nedenleri) nelerdir? Kısaca belirtiniz. 7) 350 HB 5/250/30 ; 400 HV 50 / 20 ; 45 HRC ; 75 HRF ifadeleri ne anlama gelmektedir? Kısaca belirtiniz.

Yararlanılan Kaynak Kitaplar : 1) Malzeme Bilgisi ve Malzeme Muayenesi Prof.Dr.-Ing. A.Halim DEMİRCİ U.Ü. Müh.-Mim.Fak. Makine Müh.Bölümü (Alfa-2004) 2) Malzeme Bilgisi Cilt-I Prof. Dipl. -Ing. H-J. BARGEL & Prof. Dr. -Ing. G. SCHULZE Çevirenler: Prof.Dr. Şefik GÜLEÇ & Doç.Dr. Ahmet ARAN Gebze-1987