Sertlik Ölçme Deneyi Hakkında Teorik Anlatım Ve Sunumsal İçerik

A SERTLİK ÖLÇME DENEYİ
Malzemeler üzerinde yapılan en genel deney, sertliğinin ölçülmesidir Bunun başlıca sebebi, deneyin basit oluşu ve diğerlerine oranla numuneyi daha az tahrip etmesidir Diğer avantajı ise, bir malzemenin sertliği ile diğer mekanik özellikleri arasında paralel bir ilişkinin bulunmasıdır Örneğin çeliklerde, çekme mukavemeti sertlik ile doğru orantılıdır; dolayısıyla, yapılan basit sertlik ölçmesi neticesinde malzemenin mukavemeti hakkında bir fikir edinmek mümkündür
Sertlik izafi bir ölçü olup sürtünmeye, çizmeğe, kesmeğe ve plastik deformasyona karşı direnç olarak tarif edilir Laboratuarlarda özel cihazlarla yapılan setlik ölçümlerindeki değer, malzemenin plastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir
Sertlik ölçme genellikle, konik veya küresel Standard bir ucun malzemeye batırılmasına karşı malzemenin gösterdiği direnci ölçmekten ibarettir Uygun olarak seçilen sert uç, tatbik edilen bir yük altında malzemeye batırıldığında malzeme üzerinde bir iz bırakacaktır Genel deyimle malzemenin sertliği, bu izin büyüklüğü ile ters orantılıdır [1]
Bugün laboratuarlarda uygulanan sertlik ölçme yöntemleri şunlardır:

• Brinell sertlik ölçme yöntemi,
• Rockwell sertlik ölçme yöntemi,
• Vickers sertlik ölçme yöntemi,
• Mikro- sertlik deneyi

Sertlik ölçmeleri yapılırken kullanılan ölçme yöntemi ne olursa olsun, numunelerin üzerinde birkaç ölçme yapılıp ortalamasının alınması gerekir Yapılan sertlik ölçümlerindeki değerler birbirinden çok farklı ise, farklı değer ortalamaya dahil edilmeyip bu farkın mevcudiyeti mutlaka belirtilmelidir
1 BRİNELL SERTLİK ÖLÇME YÖNTEMİ:
Bu ölçme, kalibrasyonu yapılmış bir cihaz kullanarak deneyi yapılacak malzemenin yüzeyine belirli bir yükün, belirli çaptaki sert malzemeden yapılmış bir bilya yardımıyla belirli süre uygulanmasından ve sonuç olarak meydana gelen iz’in çapının ölçülmesinden ibarettir

Şekil 1 Brinell Sertlik Deneyinin Yapılışına Dair Şema
Standart deney şartlarında bilya çapı 10 mm, uygulanan yük 3000 kg, tatbik süresi 10-15 sn kadardır Standard Brinell deneyinde kullanılan yükler 500, 1500 veya 3000 kg dır Yük, malzemeye yavaş yavaş artacak şekilde Uygulanmalı, darbeli yüklemeler önlenmelidir Ayrıca yükün numuneye dik gelecek şekilde uygulanmasına dikkat edilmelidir Yükün uygulama süresi, yumuşak metalle r dışında genellikle 10 -15 saniyedir Yumuşak metaller için bu süre 30 saniye ve daha fazla olabilir Meydana gelen izin çapı 2,5 - 0,0 mm (Bilya çapının % 25'i ile % 60'ı) arasında olacak şekilde deney yükü seçilir İz çapında böyle bir alt sınırın belirtilmesi gereklidir, çünkü iz çapı küçüldükçe, deneydeki hata nisbeti artar, iz çapının üst sınırı da, bazı deney cihazlarında ucun hareket miktarı ile sınırlanmıştır
Meydana gelen izin birbirine dik iki yönde çapı taksimatlı büyüteç ile ölçülür ve Brinell sertlik değerini tayin ederken bu iki ölçmenin ortalaması kullanılır İz çapı en az 0,02 mm'lik bir doğrulukta ölçülür
Belirli malzemenin farklı sertliklerini mukayese edebilmek için o malzemeye ait sertlik değerlerinin (Tablo 1)’de tavsiye edilen sınırlar içerisinde olabilecek şekilde, tek bir yük kullanarak ölçülmesi tavsiye edilir [1]
Tablo 1 – standart Brinell Deneyinde Uygulanan Yüke Göre Tavsiye Edilen Sınır Değerler

Bilya çapı (mm)
Yük (Kg)
Tavsiye Edilen Sınır
Brinell Sertlik Değeri
10
3000
96 ile 600
10 1500 48 ile 300 10 500 16 ile 100 2 ROCKWELL SERTLİK ÖLÇME YÖNTEMİ:
Rockwell sertlik değeri, malzeme üzerine, batıcı bir uç yardımıyla önce sabit belirli küçük bir yükle bastırıldığında meydana gelen izin dip kısmı başlangıç noktası alınarak, yük daha yüksek belirli bir derecere arttırılıp daha sonra tekrar önceki yüke dönülmek suretiyle, başlangıçtakiize nazaran meydana gelen iz derinliğindeki net artışla ters orantılı bir sayıdır
Rockwell deneyi için kullanılan batıcı uçlar belirli çaplarda çelik bilyalarla, özel konik bir elmas uçtan ibarettir Rockwell sertlik değerleri daima bir sembol harfle birlikte belirtilir ki bu sembol harf batıcı ucun tipini, kullanılan yükün miktarını ve kadran üzerinde okunacak bölümü belli eder
Bilye tipi batıcı uçlar, 1588 mm (1/16 inç), 3175 mm u/8 inç,), 6350 mm (1/4 inç) ve 12700 mm (1/2 inç) çapında çelik bilyelerdir Elmas batıcı uç ise 120 + 05° lik bir açı teşkil eden bir koni ile, tepe noktası 02 mm yarı çapında bir küre parçasından ibarettir
Bilyelerin çapı normal değerden +00035 mm den fazla farklı olmamalıdır Batıcı uç üzerinde toz, kir, gres ve tufal gibi yabancı maddeler bulunmamalıdır; bulunduğu takdirde sonuçlara etki eder
Rockwell sertlik deneyi için (Şekil 2) önce 10 kg'lık ki yük uygulanarak ilk yükleme yapılır Bu suretle uç, malzeme üzerine oturur ve onu yerinde tutar Siyah rakamlı bölüm üzerinde kadran sıfıra getirilir ve daha sonra büyük yük uygulanır Bu büyük yük uygulanan toplam yük olup, derinlik ölçmesi sadece küçük yükten büyük yüke kadar artıştan ileri gelen derinlik artışına bağlıdır Büyük yük uygulandıktan ve kaldırıldıktan sonra, standart işleme göre küçük yük hala uygulanır durumda iken, kadranın gösterdiği değer okunur
Batıcı uç olarak çelik bilye kullanıldığı zaman büyük yük 100 kg olarak alınır, fakat gerektiği zaman diğer yükler de kullanılır Ucu küresel konik elmas uç kullanıldığı zaman büyük yük, genel olarak 150 kg
Batıcı uç sertliği ölçülecek yüzeye dik gelecek şekilde temas etmelidir
Numune kalınlığı ne olursa olsun, sertlik bir tek kalınlık üzerinde ölçülmelidir Kalınlık arttırma amacıyla üst üste konmuş malzemeler üzerinde ölçülen sertlik değerleri güvenli sayılmazlar
Rockwell sertliğinin tayini sırasında meydana getirilen iz, kenara çok yakın olmayacağı gibi iki iz’de birbirine çok yakın bulunmamalıdır [1]
Şekil 2 Rockwell Sertlik Deneyinin Yapılışına Dair Şema
3 VİCKERS SERTLİK ÖLÇME YÖNTEMİ:
Vickers sertlik ölçme yöntemi, sertliği ölçülecek malzeme parçasının yüzeyine, tabanı kare olan piramit şeklindeki bir ucun belirli bir yük altında daldırılması ve yük kaldırıldıktan sonra meydana gelen izin köşegenlerinin ölçülmesinden ibarettir
Vickers sertlik değeri, piramit şeklindeki dalıcı ucun belirli bir yük altında ve belirli bir süre uygulanması ile malzeme yüzeyinde meydana getirdiği izin büyüklüğü ile ilgili bir değerdir
Meydana gelen iz taban köşegeni (d) olan kare bir piramittir ve tepe açısı dalıcı ucun tepe açısının aynıdır = (136°) Vickers sertlik değeri, kg olarak ifade edilen deney yükünün (mm²) olarak ifade edilen iz alanına bölümüdür
Vickers sertlik değeri işareti ile beraber bazen uygulanan yük ve yükün uygulama zamanını belirten sayısal işaretlerde ilave edilir Örneğin; VSD /30 /20, /30 kg'lık yükün 20 saniye süre ile uygulanması sonucu elde edilen Vickers sertlik değerini gösterir
Deneyden sonra Vickers sertlik değerini bulmak için kare şeklindeki izin köşegenlerinihassas, bir şekilde ölçmek gerekir Bu ölçme, alete ilâve edilmiş metalürji mikroskobu sayesinde yapılmaktadır; numune üzerinde meydana getirilen izin görüntüsü mikroskop yardımıyla ölçme ekranınaaktarılır Ölçme ekranındaki hareketli iki cetvel yardımıyla köşegenlerin uzunlukları hassas bir şekilde ayrı ayrı ölçülüp ortalaması alınır [1]

Şekil 3 Vickers Sertlik Deneyinin Yapılışına Dair Şema
Vickers sertliği ölçüsü, geniş çubuklardan saçlara kadar her ölçüde malzeme çeşidine uygulanabilir Genel olarak numunelerin alt ve üst yüzeyleri, yük bindiği zaman numune hareket etmeyecek veya kaymayacak şekilde düz olmalıdır Kalınlık olarak da, piramit dalıcı ucun, numunenin öbür yüzeyinde bir çıkıntı meydana getirmeyecek derecede kalın olması yeterlidir
4 MİKRO - SERTLİK DENEYİ:
Bu deney, özellikle çok küçük numunelerin ve ince saçların sertliklerini ölçmede elverişlidir Karbür ize, dekarbürize ve azotla sertleştirilmiş yüzeylerle, elektrolitik olarak kaplanmış malzemelerin sertlilikleri de bu deney ile tespit edilebilir Ayrıca, metalik alaşımlarda fazların sertliklerinin tespitinde, segregasyonların ve cam, porselen, metalik karbürler gibi çok sert ve kırılgan malzemelerin sertliklerini ölçmede de kullanılır Deney malzemesinin sertliğine göre seçilen uygun yükler için, batıcı ucun malzemeye girdiği derinlik hiç bir zaman “l” mikronu geçmez
Mikro - sertlik aleti hassas bir alet olup kontrolü otomatiktir Diğer sertlik ölçme aletlerinden farklı olan yanı, aletin komple metal mikroskobunu ihtiva etmesidir
Sertliği ölçülecek numune mikroskobun tablasına oturtulur ve okülerde net görüntü elde edinceye kadar mikroskop tablas ı hareket ettirilir Bundan sonra mikroskop tablası elle, sertlik ölçen kısmın altına getirilir ve düğmeye basarak sertlik ölçen ucun hareketi sağlanır Uç, otomatik olarak numuneye batar ve 20 saniye sonra yine otomatik olarak geriye döner Böylece numunenin üzerinde bir iz elde edilir izin boyutlarını ölçmek için mikroskobun tablası yine elle objektifin altına getirilir ve okülerden iz gözlenir Oküler üzerindeki özel taksimat ile izin boyutları tespit edilir
Mikro – sertlik deneyi için iki standart uç kullanılır Birincisi 136º’lik tabanı kare olan piramit uç (vickers ucu)dur Diğeri ise knoop ucu diye bilinen 172º 30’lik piramit ucudur [1]
Şekil 4 Mikro – Sertlik Deneyinin Yapılışına Dair Şema
136º’lik uç malzeme üzerine kare şeklinde iz bırakmasına rağmen, knoop ucu eşkenar dörtgen şeklinde bir iz bırakır

5 ENDÜSTRİDE KULLANILAN DEĞİŞİK SERTLİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ :
Şimdiye kadar incelenen sertlik ölçme yöntemleri laboratuar tipi olup, «statik sertlik ölçme yöntemleri» diye adlandırılırlar Bu yöntemlerde, özel numunelerin hazırlanması gerekir Endüstride sertlik ölçmelerinin daha seri ve daha hızlı yapılması istenir Bazı hallerde de ya parçadan numune çıkarma imkanı yoktur veya sertliğin çok büyük parçalar üzerinde ölçülmesi gerekir Bu tipteki sertlik ölçmelerini gerçekleştirebilmek için endüstri tipi cihazlar geliştirilmiştir
Endüstri tipi sertlik ölçme yöntemleri genellikle «dinamik sertlik ölçme yöntemleri» diye tanımlanırlar Çok değişik türdeki cihazları çalışma prensibine göre iki ana grupta toplamak mümkündür

• Darbe etkisi ile sertlik ölçen cihazlar
• Sıçrama miktarı ile sertlik ölçen cihazlar

Birinci grupta, Brinell deneyine benzer bir yol izlenip Brinell değerleri hesaplanır, ancak burada kuvvet darbe şeklinde uygulanır Batıcı uç genellikle çelik bir bilya olup, darbenin etkisi ile numune yüzeyinde bir iz bırakır, iz çapı 0,1 mm hassasiyetle ölçülerek önceden hazırlanmış eğri veya tablolar yardımı ile statik Brinell sertlik değerlerine geçilir Statik Brinell sertlik değerlerine geçebilmek için her cihaza ait çevrim eğrileri veya tabloları önceden deneysel olarak hazırlanır Bu yöntemle genellikle 400 Brinell'in altındaki sertlikler ölçülebilir
Bu gruptaki cihazların en tanınmışı ve en yaygın kullanılanı «poldi» çekiçli sertlik ölçme cihazıdır
ikinci grupta numune üzerine, belirli bir yükseklikten düşürülen küçük bir ağırlık, numune yüzeyinde daha çok elastik bir deformasyon yaparak geriye sıçramaktadır Sıçrama miktarı, düşen cismin numuneye çarpmasından sonraki elastik enerji miktarı ile orantılı olup, sertlik ölçmede kriter olarak kullanılmaktadır Bu açıklamalar sonucunda, yumuşak malzemelerde sıçrama daza az, sert malzemelerde sıçrama daha fazla olacaktır
Bu cihazlarda batıcı uç olarak su verilmiş çelik bilya veya küresel elmas uç kullanılır ve bunlar düşen ağırlığın alt yüzeyine tutturulur Sıçrama miktarını kolaylıkla ölçmek için gösterge üzerinde hareket edebilen seyyar ibreden faydalanılır
Sıçrama miktarına göre sertlik ölçen cihazlar içinde en çok tanınan ve yaygın olarak kullanılanı, «Shore Skleroskobu»dur
Bu tip cihazların en önemli avantajı iz bırakmadan sertlik ölçme imkanını ve çok geniş bir yüzeyde sertlik dağılımını ölçebilme kolaylığını sağlamasıdır
Yukarıda anlatılan dinamik sertlik ölçme yöntemleri dışında endüstride farklı prensiplerle çalışan sertlik ölçme yöntemleri de mevcuttur Bunlar içinde önemli bir yöntem bilinen sertliklerde uçlar taşıyan bir seri kalemle sertlik tayin etmektir Bu yöntem genellikle sert malzemelere uygulanır Kalemler artan sertlik sırasına göre numune yüzeyine sürtülüp malzemenin çizilip çizilmediği kontrol edilir Malzemenin sertliği, numuneyi çizen ilk kalemle ondan, önceki kalemin sertliği arasındadır
Endüstriel tipteki cihazlarda sertlik ölçümü, laboratuar tipi statik sertlik ölçme cihazlarına oranla daha kabadır zira deneyin yapılışı esnasında küçük hatalar yapmaktan genellikle kaçınılmamaktadır [1]