Sertlik Testi Kılavuzu: Vickers, Rockwell, Brinell ve Numune Hazırlama

Metalografik Numune Hazırlama: Sertlik Testinden Önce Neden Önemlidir?

Doğru sertlik testi, girintili uç numuneye temas etmeden çok önce başlar. Metalografik numune hazırlama - bir metal örneğinin kontrollü olarak kesilmesi, monte edilmesi, taşlanması ve cilalanması işlemi - bir sertlik okumasının malzemenin gerçek özelliklerini mi yoksa kullanım sırasında ortaya çıkan bir eseri mi yansıttığını doğrudan belirler.

Özellikle mikro sertlik yöntemleri için yüzey durumu kritik öneme sahiptir. Kötü cilalanmış bir örnek, girintiyi saptıran, saçılımı şişiren ve yayınlanmış herhangi bir dönüşüm tablosuyla ilişkilendirilemeyen okumalar üreten topografik varyasyona neden olur. Vickers ve Knoop mikro sertlik testinin genel gereksinimi, 0,1 µm Ra veya daha iyi bir yüzey kalitesidir; bu yalnızca sistematik metalografik hazırlık yoluyla elde edilebilir.

Hazırlama sırası tipik olarak şunları içerir:

1. Termal hasarı önlemek için yeterli soğutma sıvısı kullanan aşındırıcı kesme taşıyla bölümleme
2. Kenar desteği ve güvenli kullanım sağlamak için epoksi veya fenolik reçineye soğuk veya sıcak montaj
3. Kesim hasarını ortadan kaldırmak ve düz bir referans düzlemi elde etmek için düzlemsel taşlama
4. Aşamalı olarak daha ince SiC aşındırıcılarla sıralı taşlama (tipik olarak 240 → 400 → 600 → 1200 grit)
5. Tüm taşlama çiziklerini ortadan kaldırmak için elmas parlatma (6 µm, sonra 3 µm, sonra 1 µm)
6. Mikro sertlik standartlarının gerektirdiği ayna görünümlü yüzeyler için kolloidal silika (0,04–0,05 µm OPS) ile son cilalama

Her aşama bir önceki aşamadaki hasarı tamamen ortadan kaldırmalıdır. Adımları atlamak veya bekleme süresini aceleye getirmek, deforme olmuş yüzey altı katmanlarını, yani 10-50 HV aralığında yanlış yüksek Vickers okumaları üreten işlenerek sertleştirilmiş bölgeleri, ince kaplamaları, ısıdan etkilenen bölgeleri veya yüzey sertleştirilmiş katmanları test ederken önemli bir hata oluşturur.

Vickers Sertlik Testi Ne İçin Kullanılır?

Vickers sertlik testi, 136° yüzey açısına sahip kare tabanlı elmas piramit uç kullanılarak bir malzemenin kalıcı girintiye karşı direncini ölçmek için kullanılır. Mevcut en çok yönlü makro ve mikro sertlik yöntemidir sertlik seviyesine bakılmaksızın hemen hemen her katı malzemeye uygulanabilir ve hassasiyet, izlenebilirlik veya mikroyapısal çözünürlük gerektiğinde tercih edilen yöntemdir.

Pratikte Vickers testi şu amaçlarla kullanılır:

• Kasa derinliği ölçümü - Yüzeyden artan mesafelerde bir dizi girinti oluşturarak karbürlenmiş, nitrürlenmiş veya indüksiyonla sertleştirilmiş yüzeyler boyunca sertlik gradyanlarının profilinin çıkarılması
• İnce kaplama değerlendirmesi — etkilenen bölgenin yalnızca birkaç mikron kalınlığında olabileceği PVD/CVD sert kaplamaların, elektrolizle kaplanmış katmanların ve difüzyon işlemlerinin değerlendirilmesi
• Kaynak kalite denetimi - Yumuşama, aşırı sertleşme veya hidrojen çatlamasına duyarlılığı tespit etmek için ana metal, ısıdan etkilenen bölge ve kaynak dikişi boyunca sertliğin haritalanması
• Arıza analizi — yerel sertlik ölçümleri yoluyla dekarburizasyon, temperlenmemiş martenzit, tutulan ostenit veya faz sınırlarının belirlenmesi
• Malzeme sertifikası — AMS, ISO 6507 ve ASTM E92 gibi spesifikasyonlara göre havacılık, otomotiv ve takım bileşenlerinde ısıl işlem sonuçlarının doğrulanması
• Araştırma ve geliştirme - önceden mevcut dönüşüm ölçeklerinin bulunmadığı yeni geliştirilen alaşımların, sinterlenmiş seramiklerin ve kompozit malzemelerin karakterizasyonu

Vickers ölçeği kabaca 5 HV'den (çok yumuşak kurşun alaşımları) 3000 HV'nin üzerine (elmas) kadar sürekli olduğundan, herhangi bir aralık değişikliğine gerek yoktur. Tek bir yöntem yumuşak bakırı (40–80 HV), sertleştirilmiş takım çeliğini (700–900 HV) ve semente karbürü (1400–1800 HV) kapsar. Bu süreklilik Vickers'ı tüm uluslararası sertlik dönüşüm tablolarının temeli haline getirmektedir.

Rockwell Sertlik Referans Blokları: Kalibrasyon, İzlenebilirlik ve Doğru Kullanım

A Rockwell sertlik referans bloğu (aynı zamanda test bloğu veya kalibrasyon bloğu olarak da adlandırılır), Rockwell sertlik test cihazının belirtilen doğruluk sınırları dahilinde performans gösterdiğini doğrulamak için kullanılan hassas taşlanmış, sertifikalı metal kupondur. Bu bir sarf malzemesi değildir; tek bir sertifikalı blok, doğru kullanıldığında genellikle yüzlerce doğrulama ölçümünü destekler.

ASTM E18 ve ISO 6508 uyarınca referans blokları, ulusal bir metroloji enstitüsüne (Amerika Birleşik Devletleri'nde NIST, Almanya'da PTB, vb.) göre izlenebilir birincil standartlaştırma makinesinde kalibre edilmelidir. Her blok, sertifikalı sertlik değerini, ölçüm belirsizliğini ve blok yüzeyinde kalan geçerli test konumlarının sayısını belirten bir sertifikayla birlikte gönderilir.

Referans Bloklarının Doğru Kullanımı

Referans blok ölçümlerini geçersiz kılan yaygın hatalar arasında pahlı kenarlarda test yapılması, 3 girintili çaplı bir hariç tutma bölgesi içindeki girintili bölgelerin yeniden kullanılması ve (kalibre edilmiş üst yüzden farklı bir artık gerilim durumuna sahip olan) alt yüzde test yapılması yer alır. Doğrulama testi için yalnızca açıkça işaretlenmiş üst yüzey geçerlidir.

Test edilen malzemeye sertlik açısından yakın bloklarla günlük doğrulama yapılmalıdır. 25 HRC parçasını test edecek bir makineyi doğrulamak için 60 HRC bloğunun kullanılması teknik olarak kabul edilebilir ancak orta aralık okumalarını etkileyen sistematik hatalara (örs oturması, girinti durumu ve yük hücresi kayması) karşı pratik olarak daha az hassastır.

Cilalı yüzeyin paslanmasını önlemek için bloklar kapalı bir kutuda, nemden ve titreşimden uzakta saklanmalı ve pamuklu eldivenlerle tutulmalıdır. Düşen, aktif bölgesinden çizilen veya yüzey oksidasyonu gösteren bir blok, kalibrasyon kullanımından çıkarılmalıdır.

Sertlikte HK Nedir? Mikro Sertlik Çalışmaları için Knoop ve Vickers

HK, Sertlik Knoop'unun kısaltmasıdır Knoop mikro sertlik testinde kullanılan ölçek. Vickers (HV) gibi, Knoop da elmas piramit girintisi ve ortaya çıkan izlenimin optik ölçümünü kullanıyor; ancak geometri temel olarak farklı. Knoop girintisi 7.11:1 diyagonal orana sahip uzatılmış eşkenar dörtgen girinti oluştururken Vickers neredeyse kareye yakın bir girinti üretir.

Bu geometrik farkın iki önemli pratik sonucu vardır:

• Daha sığ penetrasyon derinliği — Knoop girintisi, aynı diyagonal uzunluğa sahip bir Vickers girintisi için 1/7'ye kıyasla, uzun diyagonalin derinliğinin yaklaşık 1/30'u kadardır. Bu, Knoop'u çok ince kaplamalar, kırılgan seramikler ve derin nüfuzun çatlamaya veya alt tabaka etkisine neden olabileceği camlar için önemli ölçüde daha iyi hale getirir.
• Yön hassasiyeti — uzatılmış şekil, numuneyi girinti eksenine göre döndürerek tek kristallerde veya yüksek dokulu malzemelerde kristalografik anizotropiyi ortaya çıkarabilir.

Knoop, ASTM E384 uyarınca test için tercih edilen yöntemdir: semente karbürler, sertleştirilmiş cam, ince galvanik katmanlar ve Vickers girintisi etrafındaki çatlamaların ölçüm geçerliliğini tehlikeye atacağı malzemeler. Çoğu çelik, alüminyum ve bakır alaşımı uygulaması için, daha basit geometrisi ve diğer sertlik ölçeklerine doğrudan dönüştürülebilmesi nedeniyle Vickers mikro sertliği (HV 0,1 ila HV 1) varsayılan seçimdir.

Brinell Sertliğini Üstün Çekme Dayanımına Dönüştürme

Brinell sertliği (HBW), geniş bir çelik ve dökme demir yelpazesi için nihai çekme mukavemeti (UTS) ile doğrusal olarak ilişkilidir. Bu da onu mühendislikteki en kullanışlı sertlik-mukavemet dönüşümlerinden biri haline getiriyor. Bu ilişki, her iki özelliğin de malzemenin mikro yapısının konsantre yük altında plastik akışa karşı direnci tarafından yönetilmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Karbon ve düşük alaşımlı çelikler için yaygın olarak uygulanan yaklaşım şöyledir:

UTS (MPa) ≈ 3,45 × HBW

ABD geleneksel birimlerinde: UTS (psi) ≈ 500 × HBW

Bu katsayılar, 150-400 HBW aralığındaki ferritik, perlitik ve martensitik çelikler için oldukça iyi değerlere sahiptir. Doğruluk, normalize edilmiş veya su verilmiş ve temperlenmiş karbon çeliği için tipik olarak ±%7'ye düşer; bu, malzeme doğrulaması ve gelen muayene amaçları için yeterlidir.

Aşağıdaki durumlarda ilişki bozulur ve malzemeye özgü veriler olmadan kullanılmamalıdır:

• Östenitik paslanmaz çelikler — işlenerek sertleşme davranışı ferritik çeliklerden önemli ölçüde farklılık gösterir; çarpan 3,3–3,55'e yakındır ve alaşıma göre değişir
• Alüminyum alaşımları — 3,6-3,8'e yakın bir çarpan sıklıkla belirtilir, ancak dağılım farklı iklim koşullarında yüksektir
• Dökme demir — Grafit morfolojisi (pul ve nodüler) ikincil bir mikroyapısal değişkeni ortaya çıkarır; Sünek demir ve gri demir için yayınlanmış tablolara ayrı ayrı başvurulmalıdır
• YBW > 400 — doğrusal ilişki bozulur; ASTM E140 aracılığıyla Vickers veya Rockwell C dönüşümü, yüksek sertlik seviyelerinde daha güvenilirdir

ASTM A370 ve EN ISO 18265'in her ikisi de belirtilen uygulanabilirlik aralıkları ve beklenen belirsizliklerle birlikte tablo halinde sertlikten çekme mukavemetine dönüşüm verileri sağlar ve spesifikasyon açısından kritik olan herhangi bir dönüşüm için referans belgeler olmalıdır.

Rockwell Sertliğinden Çekme Dayanımı: Dönüştürme Yöntemleri ve Sınırları

Rockwell sertliğinden çekme mukavemetini tahmin etmek iki aşamalı bir süreci takip eder: önce ASTM E140 dönüşüm tablolarını kullanarak Rockwell'i Brinell'e dönüştürün, ardından yukarıda açıklanan Brinell-UTS ilişkisini uygulayın veya her iki adımı birleştiren doğrudan UTS korelasyon tablolarını kullanın.

HRC 20–65 aralığında sertleştirilmiş çelik için aşağıdaki yaklaşık eşdeğerlikler pratik bir başlangıç noktası sağlar:

HRC 40'ın (~400 HBW) üzerinde Brinell testi artık geçerli değildir çünkü 10 mm'lik karbür bilya yüksek yüklerde elastik olarak deforme olur ve tekrarlanamayan sonuçlar üretir. Bu aralıkta, Vickers veya Rockwell C doğru sertlik yöntemleridir ve UTS tahmini, genel doğrusal formül yerine belirli çelik kalitesi için doğrudan ampirik tablolara referans vermelidir.

Basınçlı kaplar, yapısal bağlantı elemanları, krank milleri gibi güvenlik açısından kritik bileşenleri içeren mühendislik kararları için sertlikten türetilen UTS değerleri yalnızca tarama verileri olarak ele alınmalıdır. Tasarım esası sertifikasyonu için ASTM E8 veya ISO 6892'ye göre fiziksel çekme testi gereklidir.