Download "Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü. İmalat Müh. Deneysel Metotlar Dersi MAK 320. Çalışma 3: SERTLİK ÖLÇÜMÜ"
1 Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü İmalat Müh. Deneysel Metotlar Dersi MAK 320 Çalışma 3: SERTLİK ÖLÇÜMÜ Konuyla ilgili aşağıdaki soruları cevaplandırarak rapor halinde sununuz. 1. Sertlik nedir, sertlik ölçümü niçin yapılır? 2. Makro sertlik ölçümü nedir, niçin/nasıl yapılır? 3. Mikro sertlik ölçümü nedir, niçin/nasıl yapılır? 4. Sertlik ölçümü yapılacak numune nasıl hazırlanır. 5. Numune yüzeyinin sertlik deneyine olan etkisini açıklayınız. 6. Sertlik ölçüm metotlarını açıklayınız? Brinell, Vickers, Knoop ve Rockwell metotlarının birinden farklı olan yönleri nelerdir? 7. Kauçuk/plastik malzemelerin sertliği nasıl ölçülür? 8. Tahribatsız sertlik ölçümü nasıl yapılır? 9. Malzemenin mikro yapısı/yüzey özellikleri ile sertlik ölçüm verileri arasında ne tür bir ilişki kurulabilir? Veriler nasıl yorumlanabilir, örnek vererek açıklayınız. Not: Raporların elle yazılması zorunludur. Yapacağınız açıklamaları şekil/fotoğraf/şema kullanarak destekleyiniz Doç. Dr. Sakıp KÖKSAL Öğrenci adı soyadı, No Puanlama Kontrol eden Teslim Tarihi
2 SERTLİK DENEYİ 1. Sertlik Deneylerinin Amacı Sertlik izafi bir ölçü olup malzemelerin plastik deformasyona karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Sertlik ölçümü, mühendislik malzemelerine uygulanan çok genel bir testtir. Bir malzemenin sertliği ile diğer mekanik özellikleri arasında bir ilişki kurulabilir. Örneğin çeliklerde, çekme mukavemeti sertlik ile doğru orantılıdır. Genellikle malzemelerin sertliği ile işlenebilme özelliği arasında ters bağıntı vardır. Diğer bir deyişle, sert malzemeleri işlemek zordur. 2. Sertlik Ölçme Yöntemleri Sertlik ölçme genellikle, piramit, konik veya küresel standart bir ucun malzemeye batırılmasına karşı malzemenin gösterdiği direnci ölçmekten ibarettir. Sert uca eksenel bir kuvvet uygulanarak malzeme üzerinde bir iz oluşturulur. Malzemenin sertliği, bu izin büyüklüğüyle ters orantılıdır. 3. Cisimlerin sertliği ölçme yöntemleri iki gruba ayrılabilir: 1- Malzeme yüzeyini sert bir cisim ile çizerek yapılan sertlik deneyleri. 2- Malzemeye sert bir cismi kuvvet altında batırmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri. 3- Sert bir bilyeyi malzeme üzerine düşürmek ve sıçratmak suretiyle yapılan sertlik deneyleri. Batırılarak Yapılan Sertlik Deneyleri a- Statik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri (Cihazlar portatif değildir, sertlik laboratuarlarında ölçüm yapılır.) Rockwell - Brinell - Vickers - Knoop b- Dinamik Yük Kullanılarak Yapılan Sertlik Deneyleri (Cihazlar portatiftir, istenilen yerde sertlik ölçümü yapılabilir.) - Shore - Poldi Çekici 3.1. Rockwell Sertlik Deneyi Rockwell sertlik deneyi (RSD), yapılmasının çok kolay olmasından dolayı metallerin sertlik ölçümünde en yaygın kullanılan metottur. Rockwell sertliği, batma derinliğine karşı gelen birimsiz bir sayıdır. Batıcı uç, konik uçlu veya bilye şeklindedir (Şekil 2). Yumuşak malzemeler bilye batıcı uç ile ölçülür Çok sert malzemeler 120 uç açılı elmas koni batıcı ile ölçülür. Rockwell sertlik ölçüm cihazı Şekil 3 te görülmektedir.
3 Şekil 2. Konik ve bilye uçlu batıcı uç Bu yöntemde batma derinliği ölçüleceği için yüzey pürüzlülüğü sonuçları etkileyebilir. Bu sakıncayı gidermek için ön yükleme yapılarak cihaz sıfırlanır. Rockwell sertlik ölçümünde batıcı uç, malzeme üzerine 10 kg (100 N) ön bir yükleme (P0) ile batırılır. Sonra batıcı uca ana yük (P1) uygulanarak elde edilen derinlik ölçülür. Meydana gelen kalıcı izdeki derinlik artışı bulunarak mevcut göstergeden Rockwell sertlik değeri okunur Ana yük Rockwell B (RB) için 100 kg, Rockwell C (RC) için 150 kg dır. Rockwell sertlik değeri boyutsuzdur. Uzun malzeme içine her 0,002 mm batışı bir sertlik değerinin 1 sayı düşmesi olarak alınır (Şekil 5). Ön yük uygulandıktan sonra ucun konumu ile ana yük kaldırıldıktan sonra ucun konumu arasındaki batma derinliği tb olmak üzere Rockwell Sertlik Değeri-C (RSD-C) yukarıdaki formülle hesaplanabilir. Değişik deney koşullarında ölçülen farklı düzeydeki sertlik değerleri RSD-A, RSD-B, RSD- C, RSD-D gibi simgelerle birlikte verilir (Tablo 1). Çok sert malzemelerin Rockwell sertliği koni biçimindeki elmas uç kullanarak 150 kg' lık yük altında ölçülür ve sonuçlar RSD-C simgesi ile belirtilir. Yumuşak malzemelerin sertliğinin ölçümünde ise batıcı uç olarak çelik bilye kullanılır ve 100 kg' lık yük altında elde edilen ölçüm sonuçları RSD-B simgesi ile gösterilir. Bir malzemenin Rockwell cinsinden ölçülen sertlik değeri 100 rakamını aşarsa batıcı uç olarak bilye kullanılması tavsiye edilmez. Çünkü çok sert malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde batıcı uç olarak bilye kullanılması, hem bilyenin deforrne olmasına hem de ölçüm hassasiyetinin azalmasına neden olur. Diğer taraftan herhangi bir skalaya göre Rockwell sertliği 20 sayısından daha düşük olan malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde koni biçimindeki elmas uç kullanılması tavsiye edilmez.
4 3.2. Brinell Sertlik Deneyi Brinell sertlik deneyi malzeme yüzeyine belirli bir yükün (F') belirli bir çaptaki (D) sert malzemeden yapılmış bir bilya yardımıyla belirli bir süre uygulanması sonucu yüzeyde kalıcı bir iz (d) meydana getirme esasına dayanır. Daha sonra bu kuvvetin oluşan izin küresel yüzey alanına bölünmesiyle Brinell sertlik değeri elde edilir (Şekil 6). bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntıda yer alan F uygulanan yükü (kg), D bilya çapını (mm) ve d ise iz çapını (mm) gösterir. Standart deney koşullarında çapı 10 mm olan bilye kullanılır. Yük, malzemenin cinsine göre seçilir ve uygulama süresi saniye arasında değişir. Ancak bazı durumlarda çapları 10 mm'den daha küçük olan (örneğin 1,25, 2,5 ve 5,0 ınm) bilye biçimindeki uçlarda kullanılır. Malzemenin üzerine uygulanacak yük değeri sertliği ölçülecek malzemenin cinsine ve bilya çapına
5 göre seçilmektedir. d/d = 0,20-0,70 oranı sağlandığı durumlarda uygulanan yük değeri doğru kabul edilir. Deney yükünün saptanmasında F=CD2 bağıntısı kullanılır. Burada F deney yükü, C malzeme cinsine göre değişen yükleme derecesidir. - Demir esaslı malzeme (Çelik, DD) (C=30) - Cu ve Al alaşımlı malzeme (C=10) - Yumuşak malzeme (C=5) Metalik malzemelerde sertlik arttıkça çekme dayanımı da artar. Çeliklerin Brinell sertlik değeri ile çekme dayanımları arasındaki ilişki; bağıntısı ile bulunabilir. Bu bağıntı yardımıyla çeliklerin çekme dayanımını yaklaşık olarak belirlemek mümkündür Vickers Sertlik Deneyi Bu deney yönteminde baskı elemanı olarak tepe açısı 136 olan elmas kare piramit kullanılır (Şekil 7). F yükü ile malzemeye bastırılan piramit ucun bıraktığı dörtgen izin köşegenleri ölçülerek hesaplanan ortalama köşegen uzunluğu formülde yerine konarak sertlik değerleri bulunur. Vickers sertliği yüke bağlı değildir. Ölçme hatalarını azaltmak ve heterojen yapılarda ortalama değer elde edebilmek için yükü ve dolayısıyla izi büyütmek faydalıdır. Ancak köşegen uzunluğu sertliği ölçülen parça veya tabaka kalınlığının en çok üçte ikisi kadar olmalıdır. Yük kgf arasında değişebilir. Normal yük olarak 30 kgf seçilebilir. Vickers yönteminde büyük piramit açısından dolayı az derinliklere rağmen geniş diyagoneller elde edilir. Yüklü numune üzerinde kalma süresi yaklaşık 20 saniyedir. Bu süre sonunda baskı ucu numune üzerinden kaldırılır ve deney bitirilir. Şekil 7. Vickers sertlik deneyinin şematik gösterimi Burada F uygulanan yükü (kg), d iz köşegenlerinin ortalaması (mm) olup d=(d1+d2)/2 formülü ile hesapların. d1 ve d2 sırasıyla ölçülen köşegen uzunluklarıdır (Şekil 7). Vickers sertlik deneyi çok yumuşak ve çok sert tabakalar için de uygundur. Deneyde yük düşük olduğu için genellikle ince parçalarda ve sadece yüzeyi sert olan özel işlem görmüş malzemelerde tercih edilir. Vickers sertliğinin avantajı, oldukça doğru okumalar yapması ve tüm metal ve işlem görmüş yüzeyler için sadece bir tip batıcı ucun kullanılmasıdır. Vickers sertliği metallerin yanında seramik malzemelerin sertliğinin ölçümünde de güvenilir bir sertlik ölçüm metodur Knoop Sertlik Deneyi Bir malzemenin göreceli mikrosertliği Knoop batma deneyi ile belirlenebilmektedir. Bu deneyde tepe açısı 130o ve 173o olan piramit şekilli elmas bir uç malzeme üzerine bastırılır. Bir boyutu diğerinin yaklaşık olarak 7 katı olan bir iz oluşur (Şekil 8). Malzemenin sertliği izin derinliği ölçülerek bulunur.
6 Vickers sertlik ölçme deneyine göre daha düşük kuvvetler uygulanır. Knoop deneyi, cam ve seramik gibi gevrek malzemelerin sertliğinin test edilmesini sağlar. Malzeme üzerine uygulanan yük genellikle 1 kgf den daha azdır. Batıcı uç yaklaşık olarak 0,01 ile 0,1 mm arasında dört yanlı bir iz bırakır. Şekil 8. Knoop Sertlik deneyinin şematik gösterimi Şekil 9. Sertlik ölçme yöntemlerinin karşılaştırılması