Sertlik testi ve sertlik testi yöntemleri

Sertlik testinin bir tanımı olarak Martens, 1900 civarında önerdi: “Sertlik, bir batıcının başka bir (daha sert) batıcı penetrasyonuna karşı koyduğu dirençtir.” Açık olduğu kadar basit olan bu tanım, teknik alanda kendini kanıtlamış ve bugüne kadar muhafaza edilmiştir. Teknik sertlik, bir malzeme veya malzeme durumunu tanımlamak için kullanılan mekanik bir parametredir.

Sertlik doğrudan ölçülemez, ancak birincil ölçülen değişkenlerden (örn. Test kuvveti, penetrasyon derinliği, girinti alanı) elde edilir. Sertlik değeri, sertlik testi yöntemine bağlı olarak belirlenir:

test kuvvetinden ve sertlik ölçüsünü karakterize eden bir geometrik değişkenden (örn. penetrasyon derinliği)
yalnızca sertlik izlenimini karakterize eden bir uzunluk aracılığıyla
farklı bir malzeme tepkisi nedeniyle (ör. çizilebilirlik)

Sertliğin tanımı Sertlik neye bağlıdır? Sertliği ölçmek Sertlik testinin amacı Sertlik testi yöntemlerine genel bakış Statik ve dinamik sertlik testi yöntemleri Ortak normlar Yük aralıklarının sınıflandırılması Kuvvet uygulama çeşitleri Tarihçe

Hakkında detaylı bilgi:

Sertlik test cihazları ve sertlik test makineleri

Sertliğin Tanımı

Sertlik bir malzemenin (numune parçası) başka, daha sert bir cismin (batıcı uç) mekanik penetrasyonuna karşı gösterdiği mekanik dirençtir.
En sert doğal malzeme elmastır. Bu bir girinti (endüstriyel elmas) olarak kullanılır.
Sertliğin tanımı, bir malzemenin deformasyona ve ayrılmaya karşı direnci olan mukavemet tanımından farklıdır.

Sertlik neye bağlıdır?

Sertlik, bir malzemenin temel bir özelliği değildir. Bununla birlikte, belirli malzemelerin hareket ettiği sertlik aralıkları vardır. Sertlik ısı ile değiştirilebilir, yani bir iş parçası ısıl işlemden sonra farklı (daha yüksek) bir sertlik değeri alır.

Sertlik için sabit bir değer yoktur. Bir sertlik testinin parçası olarak belirlenen sertlik değeri şunlara bağlı olabilir:

test yöntemlerin seçimi
girintiye uygulanan test kuvveti
girintinin malzemede kalma süresi
girinti geometrisi
iş parçasının geometrisi

Sertliği nasıl ölçersiniz?

Metalleri sertlik açısından test ederken, öncelikle statik kuvvete sahip yöntemler kullanılır. Ya penetrasyon derinliği ya da bir girintinin neden olduğu girintinin boyutu ölçülür. Sertlik testinin statik yöntemlerinde, derinlik ölçme yöntemleri ile optik ölçme yöntemleri arasında bir ayrım yapılır.

Derinlik ölçüm yöntemleri, girintinin kalıcı penetrasyon derinliğini ölçer. Rockwell yöntemi, standartlaştırılmış tek derinlik ölçüm yöntemidir (bkz. ISO 6508, ASTM E18). Standart olmayan derinlik ölçüm yöntemleri de vardır: Brinell ve Vickers derinlemesine (HBT, HVT).
Optik ölçüm yöntemi ile girintinin kalıcı girinti boyutu ölçülür. Standartlaştırılmış optik sertlik testi yöntemleri, Brinell sertlik testi (ISO 6506, ASTM E10), Knoop sertlik testi (ISO 4545, ASTM E92, ASTM E384) ve Vickers sertlik testidir (ISO 6507, ASTM E92, ASTM E384).
Alternatif olarak, sertlik testi çerçevesinde, bir topun sekme yüksekliğinin ölçüldüğü Leeb geri tepme yöntemi / Leeb sertlik testi (ISO 16589, ASTM A965) gibi dinamik kuvvetli yöntemler de kullanılabilir.

Sertlik testinin amacı

Malzeme testinin bir parçası olarak sertlik test yöntemi`

Sertlik testi, günümüzde özellikle metaller için en sık kullanılan mekanik malzeme testi yöntemlerinden biridir.
Bir yandan, bu test yöntemi, diğer malzeme özellikleriyle (örneğin, mukavemet, sertlik, yoğunluk) veya malzemelerin belirli baskılar altındaki davranışıyla (örneğin, aşınma direnci) niteliksel ilişkiler kurmak için kullanılabilir.
Öte yandan, sertlik testi, nispeten tahribatsız, nispeten basit ve gerçekleştirmesi hızlı bir süreçtir, yani numune yüzeyinde yalnızca küçük yüzeysel yaralanmalar kalır.
Aynı zamanda kalite kontrol (gelen ve giden malzeme denetimi) için basit bir seçenek sunar. Sertlik testi işlemi, çok çeşitli geometrileri test etmek için de kullanılabilir.

Sertlik testinin görevleri ve hedefleri

Sertlik testi, malzemeleri ayırt etmek ve temel araştırma (malzeme bilimi, malzeme mühendisliği, malzeme teşhisi) bağlamında malzeme ve teknolojilerin analizi, geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için temel bir araçtır.
Karakteristik değerler (sertlik değerleri), malzemelerin endüstride kullanımı (bir malzemenin teknik olarak ilgili bir bileşen için uygunluğu), kalite güvence kontrolleri sırasında kabulü (gelen ve giden malzeme testi), malzemeler arasında ayrım yapılması (örn. malzemelerin karışması olayı) ve hasar durumlarının aydınlatılması (hasar analizi) için çok önemlidir.

Bir bakışta sertlik testi yöntemleri

Sertlik testi yöntemi
Statik kuvvet eylemi			Dinamik kuvvet eylemi
Sert bir metal bilya veya elmas koni/piramit içeren bir uç, katı bir taban üzerinde duran test numunesinin yüzeyine dikey olarak bastırılır. Test kuvveti, tanımlanmış bir uygulama ve reaksiyon süresiyle darbesiz olarak uygulanır.			Dinamik kuvvete sahip yöntemler, özellikle büyük bileşenler üzerindeki sertlik testleri için kullanılır.
Ölçünün optik ölçümü Girinti, test kuvveti geri çekildikten sonra ölçülür. Ölçülen uzunluk değerleri (köşegen, çap) sertlik değerini hesaplamak için kullanılır.	Derinlik ölçüm yöntemi Penetrasyon derinliği, test yükü altında veya ek test yükü kaldırıldıktan sonra ölçülür.		Enerji ölçümü Darbe ve geri tepme hızı (veya yüksekliği) ölçülür.
Vickers HV Brinell HBW Knoop HK	Sabit test kuvveti altında ölçüm Aletli penetrasyon testi Martens HM Bilya batma sertliği değiştirilmiş Vickers HVT yöntemi	Çıkarıldıktan sonra ön yük altında ölçüm ek test gücü Rockwell (A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T, W, X, Y) Rockwell (R, L, M, E, K, alpha) Brinell HBT'ye göre değiştirilmiş yöntem	Leeb HL Geri tepme sertliği (örn. Sklerograf)

Statik ve dinamik sertlik testi yöntemleri arasındaki ayrım

Prensip olarak, teknolojide yaygın olarak kullanılan sertlik testi yöntemleri arasında statik ve dinamik kuvvetli yöntemlerde bir ayrım yapılır.

Öncelikle metallerin sertliğini test etmek için kullanılan statik yöntemlerde, test kuvveti yavaş yavaş artırılır, yani standartlarda belirtilen minimum süre içinde darbesiz uygulanır (grafiğe bakınız).
Dinamik yöntemde ise test kuvveti aniden uygulanır ve böylece test parçası bir darbe yüküne maruz kalır.

Metaller üzerinde statik sertlik testi yöntemleri için ayırt edici kriterler

Metallerin sertlik testinde, öncelikle aşağıdaki kriterler kullanılarak ayırt edilebilen statik kuvvete sahip yöntemler kullanılır:

Girinti şekli (bilya, piramit veya koni)
Girinti malzemesi (sertleştirilmiş çelik, karbür veya elmas)
Test parçasına uygulanan test kuvvetinin boyutu
Değerlendirme türü: Girinti tarafından oluşturulan girinti derinliğini (derinlik ölçüm yöntemi) veya girinti boyutunu (optik ölçüm yöntemi) ölçmek.

Ortak sertlik testi standartları

Metallerin sertlik testi, aşağıda listelenen standartlarda (ISO ve ASTM) tanımlanan aşağıdaki yaygın statik yöntemleri kullanır:

TEST PROSEDÜRÜ	ISO	ASTM
Brinell	ISO 6506	ASTM E10
Vickers	ISO 6507	ASTM E92, ASTM E384
Rockwell	ISO 6508 DIN 50103	ASTM E18
Jominy testi / Uca su verme testi Rockwell sürecinde	ISO 642	ASTM A255
Knoop	ISO 4545	ASTM E92, ASTM E384
Leeb Sertlik testi (Geri tepme yöntemi)	ISO 16589	ASTM A965

Kauçuk elastik Polimerler ve Elastomerler üzerinde sertlik testinde aşağıdaki yöntemler kullanılır:

Shore	ISO 7619-1	ASTM D2240
Bilya batma sertliği	ISO 2039-1
Rockwell	ISO 2039-2	ASTM D785
Aletli sertlik testi	ISO 19278 (Tasarım)

Yük aralıklarına göre sertlik testi sınıflandırması

Sertlik testinde uygulama alanına bağlı olarak farklı ana yükler (test kuvvetleri) kullanılmaktadır. Sertlik testi sırasında bir test parçasına uygulanan ana yükün ne kadar yüksek olduğuna bağlı olarak, ISO'da mikro, düşük yük veya makro sertlik testleri arasında bir ayrım yapılır.

Makro aralıkta (geleneksel sertlik aralığı), test için büyük test yükleri ≥ 5kgf kullanılır, bu da test parçalarında buna karşılık gelen büyük sertlik girintilerine yol açar. Makro düzeyde sertlik testi yöntemleri arasında Brinell, Vickers ve Rockwell bulunur.
Düşük yük aralığında bir sertlik testi, test yükünün 0,2 kgf ile 5 kgf arasında olduğu zamandır (test yükü ≥ 0,2 kgf ve < 5 kgf). En yaygın küçük yük yöntemi Vickers'tır. Düşük yük sertlik testi esas olarak küçük parçaları, kalın katmanları ve düşük sertliğe sahip malzemeleri test etmek için kullanılır.
Mikrosertlik testinde, test parçalarında < 0,2 kgf yalnızca çok küçük girintiler oluşturan düşük test yükleri kullanılır (en yaygın yöntem: Vickers). Bu nedenle, ince tabakaların sertliği veya örneğin bireysel kristalitlerin veya inklüzyonların sertliği, mikro aralıktaki sertlik testi ile belirlenebilir.

Sertlik testi - Yük uygulamasının varyantları

Ağırlıklar ile ölü yük

Geçmişte, ağırlıklar kullanılarak sabit yükler uygulayarak test kuvvetini uygulamak için sertlik test cihazları kullanılıyordu. Bu, doğrudan hareket eden bir kütle aracılığıyla belirli bir test kuvvetinin uygulandığı anlamına gelir. Test kuvveti genellikle bir kaldıraç sistemi kullanılarak veya ağırlıklar değiştirilerek değiştirilebilir.
Ön ve ana kuvvet derinlik farkı yöntemlerinin (Rockwell) uygulanması, genellikle ana kuvvet için ek ağırlıkların birleştirilmesiyle yapılır.
Bu tür sabit yük sistemleri, test kuvvetlerini mümkün olduğu kadar az darbeyle uygulayabilmek için genellikle sönümleme elemanlarına da sahiptir. Buna rağmen, sistem nedeniyle test kuvvetinin aşılması önlenemez. Ek olarak, ölçümler titreşimlerden ve şoklardan nispeten güçlü bir şekilde etkilenir.

Yaylı ölü yük

Bazı durometreler, özellikle portatif durometreler, kuvvet uygulamak için yay paketlerini kullanan ölü yükleri kullanır. Bu, belirli bir test kuvvetinin doğrudan etki eden bir kütle aracılığıyla değil, bir yay aracılığıyla uygulandığı ve böylece kuvvetin her zaman aynı kaldığı ve değiştirilemeyeceği anlamına gelir. Bu sistemin avantajı, doğrudan etki eden kütlelere (ağırlıklara) kıyasla titreşimlere duyarsız olmasıdır.

Kapalı Döngü

Genel olarak, kapalı bir kontrol döngüsü, belirli bir fiziksel değişkeni (kontrol edilen değişken r) istenen bir değere (ayar noktaları s) getirmek ve i gerçek değerini ölçerek ve yeniden ayarlayarak orada tutmak için kullanılır. Kontrol devresi sürekli olarak ölçme, karşılaştırma ve ayarlama görevlerini yerine getirir.

kapalı kontrol döngüsü hakkında daha fazla bilgi

Kapalı döngü ölü ağırlık

Kapalı döngü ölü yük kuvvet uygulamasında bu iki teknik birleştirilir. Test kuvvetlerinin bir kısmı doğrudan etki eden kütleler yardımıyla, kalan kısmı ise kapalı bir kontrol döngüsü yardımıyla uygulanır. Özellikle çok düşük test kuvvetleri durumunda, çok düşük tolerans limitlerine güvenilir bir şekilde uymak için sabit yükler kullanılır.

Sertlik Testinin Tarihçesi

1722: R. A. Réaumur, minerallerin yüzeyinin çelikle sözde "çizilmesini" geliştirdi.
1822: Mohs Kaya testi ölçeği icat edildi. Her malzemenin bir sonraki (daha sert) malzeme ile çizilebildiği, mineraller için on puanlık bir çizilme sertlik ölçeğidir. Mohs sertlik değerleri
bugün hala mineralojide kullanılmaktadır, ancak teknik malzemelerin (metallerin) sertliğini belirlemek için uygun değildir. Bireysel sertlik seviyeleri nispeten büyüktür ve aralarında farklı mesafeler vardır.

Mohs'a göre sertlik	Mineral türü	Vickers'e göre Sertlik (HV)
1	Konuşmak	2 HV
2	Çene	35 HV
3	Kalkspat	100 HV
4	Fluorspar	200 HV
5	Apatit	540 HV
6	Ortoklas	800 HV
7	Kuvars	1.100 HV
8	Topaz	1.400 HV
9	Korindon	2.000 HV
10	Elmas	10.000 HV

1900: J.A. Brinell, daha sonra Brinell yöntemi haline gelen bir bilya girinti testi geliştirdi.
1920: S. R. Rockwell, gemilerini test etmek için kendi adını taşıyan ön kuvvet yöntemini geliştirdi.
1925: Vickers yöntemi, İngiltere'de R. Smith ve G. Sandland tarafından icat edildi. Mikrosertlik testini mümkün kıldı.
1939: F. Knoop, C. G. Peters ve W. B. E. Emerson, National Bureau of Standards (ABD) Knoop yöntemini geliştirdi.