Vickers Sertlik Testi (Ölçüm) Yöntemi Nedir? | Yöntem, Uygulamalar ve Avantajlar
Vickers Sertlik Testi (Ölçüm) Yöntemi Nedir? | Yöntem, Uygulamalar ve Avantajlar
Vickers sertlik testi, 1921 yılında Vickers Ltd. şirketinden George E. Sandland ve Robert L. Smith tarafından geliştirilmiştir. Günümüzde mevcut olan en çok yönlü sertlik test tekniklerinden biri bu testtir. Mevcut en kapsamlı sertlik test ölçeklerinden birine sahip olan bu test, Brinell yönteminin yerine geçmek üzere geliştirilmiştir ve şu anda tüm metal türlerine uygulanabilmektedir. Test, hesaplamaları indenter boyutundan bağımsız olduğu için kullanımı çok kolaydır. Teknisyenler, ters piramit şeklindeki elmas indenterin oluşturduğu belirgin çentikleri hassas bir şekilde ölçebilirler. 10 gf ila 100 kgf arasında değişen test yükleri ile testin çok yönlülüğü açıktır. Bu aralıkta 316L paslanmaz çelik (140HV30) gibi daha yumuşak malzemeleri ve elmas (10000HV) gibi daha sert malzemeleri test edebiliriz. Ayrıca, numuneleri tahrip etmez, bu nedenle testten sonra numuneleri bir kez daha kullanabilirsiniz. Rockwell gibi diğer yaklaşımlarla karşılaştırıldığında, süreç daha yavaştır ve test başına yaklaşık 30 ila 60 saniye sürer. Ancak, Vickers sertlik formülünün sağladığı doğruluk, ek çabayı değerli kılar. Şimdi gelin Bu önemli malzeme test tekniğinin her yönünü inceleyelim. Arka planını, çalışmasını, uygulamalarını ve benzersiz özelliklerini gözden birlikte geçirelim.
Vickers Sertlik Ölçümünün Kökenleri ve Tasarımı
Vickers Sertlik Testinin (Ölçümünün) geliştirilmesi ve Tasarımı Smith ve Sandland tarafından 1921 yılında geliştirilmiştir. Vickers sertlik testi, İngiliz mühendislik yeniliklerinin bir sonucu olarak geliştirilmiştir. Bu çığır açan sertlik test tekniği, 1921 yılında Vickers Ltd. şirketinde çalışan iki mühendis, Robert L. Smith ve George E. Sandland tarafından geliştirilmiştir. O dönemde malzeme testlerinin sınırlılıkları, mühendislik geçmişleriyle açıklanıyordu. Bu bilgi, onları mevcut tekniklerin yerine daha uyarlanabilir bir alternatif yaratmaya teşvik etti.
Daha kapsamlı malzeme testleri yapmak için Brinell yönteminin revize edilmesi gerekiyordu. Smith ve Sandland’ın temel amacı, Brinell yönteminin malzeme kısıtlamalarını aşmaktı. Brinell testi, çeşitli sertlik aralıklarına yeterince uyarlanamıyordu; ancak bazı malzemeler için iyi sonuçlar veriyordu. Çeşitli malzemelerle, onların yaklaşımı daha güvenilir sonuçlar verdi. Önceki yaklaşımlara göre büyük bir avantajı, hesaplamaların indenter boyutundan bağımsız kaldığı bir test oluşturmuş olmalarıydı. Bu, Vickers testinin daha geniş bir alanda uygulanabilir olmasını sağladı. Tasarımları sayesinde mühendisler, aynı araç ve teknikleri kullanarak farklı sertlik derecelerine sahip malzemeleri test edebildiler.
Elmas piramit indenter geometrisinin gerekçesi
Vickers testinin indenter tasarımı, mühendisliğin mükemmel bir örneğidir. Seçenekleri değerlendirdikten sonra, Smith ve Sandland kare tabanlı piramit şekilli bir elmas seçtiler. Bu şekli benzersiz kılan üç ana özellik vardı: elmas malzeme kendi kendine deformasyona karşı olağanüstü dirençliydi; iz, belirgin ve iyi tanımlanmış ölçüm noktalarına sahipti; ve her boyutta geometrik olarak benzer izler oluşturuyordu.
Piramidin zıt yüzleri arasındaki 136° açı rastgele seçilmemiştir. Bu açı, mühendisler tarafından Brinell testinde bulunan en iyi iz boyutu kullanılarak hesaplanmıştır. Bu boyut, top çapının yaklaşık 3/8’i kadardır. Tam olarak 136°’de, bu akorun uçlarındaki bir daireye iki teğet kesişir. Sonuç olarak, yatay düzleme dik her yüz 22°’lik bir açı oluşturur.
Smith ve Sandland’ın deneyleri, tasarımlarının etkinliğini kanıtladı. Uygulanan yükten bağımsız olarak sertlik değerlerinin tek tip malzemelerde sabit kaldığını göstererek, tasarımlarının matematiksel doğruluğuna dair kesin kanıtlar sundular.
Vickers Sertlik Formülü ve Ölçüm Süreci
Diğer sertlik test teknikleriyle karşılaştırıldığında, Vickers testi benzersizdir. Sertliği belirlemek için derinlik yerine, çentik yüzey alanını kullanır. Bu yöntemle elde edilen sonuçlar, tüm malzeme türlerinde tutarlıdır.
HV = 1,8544 × F / d² Vickers sertlik formülüdür.
Vickers sertlik testinin temeli matematiksel formüldür. Uygulanan kuvvet (F) elmas çentik yüzey alanına (A) bölünerek sertlik değeri elde edilir. Tam formül şu şekildedir:
HV = F/A ≈ 1,8544 × F/d²
D, çentik iki köşegeninin milimetre cinsinden ortalama uzunluğudur ve F, kilogram-kuvvet (kgf) cinsinden uygulanan kuvvettir. A = d²/(2sin(136°/2)) geometrik ilişkisi, A ≈ d²/1,8544’e indirgenir ve sabit 1,8544’ün kaynağıdır.
Birimler: kgf/mm²’nin MPa’ya dönüştürülmesi
kgf/mm2’yi temsil eden Vickers sertlik değerleri genellikle birim içermez. Bu değerlerin bilim adamları tarafından megapaskal (MPa) birimine dönüştürülmesi sıklıkla gerekir. Dönüştürme şu şekilde yapılır:
HV’yi MPa’ya dönüştürmek için 9,807 ile çarpın.
9,80665 MPa, 1 kgf/mm²’ye eşittir.
100 HV’lik bir malzemenin sertliği yaklaşık 980,7 MPa olacaktır.
440HV30/20 gibi yaygın gösterim
Vickers sertlik sonuçları için standart gösterim biçimi xxxHVyy veya xxxHVyy/zz’dir. Bunu inceleyelim:
xxx: sayısal sertlik değeri
“Sertlik Vickers” HV ile gösterilir.
yy: uygulanan test yükü kgf cinsinden
zz: isteğe bağlı bekleme süresi saniye cinsinden, tipik 10 ila 15 saniye aralığından sapma durumunda eklenir
30 kgf’de test edildiğinde, 440HV30 440 sertlik değeri gösterir. 30 saniyelik bekleme süresiyle yapılan aynı test 610HV10/30 ile gösterilir.
Optik kullanarak diyagonal uzunluk ölçümü
Vickers sertlik testi için doğru girinti ölçümü çok önemlidir. Yük uygulandıktan sonra, kare girintinin iki diyagonal uzunluğu optik mikroskop kullanılarak ölçülür. Vickers girintilerinin taban alanı nadiren mükemmel bir kare oluşturduğundan, her iki diyagonalın da ölçülmesi gerekir. Bu ölçümlerin ortalaması sertliği hesaplamak için kullanılır.
Doğru okumalar için standartlar, minimum 20 μm diyagonal genişlik gerektirir. Diğer sertlik testlerine kıyasla, bu optik ölçüm yöntemi daha uzun sürer, ancak sonuçlar tutarlı ve güvenilirdir.
Test Standartları ve Kılavuzlar
Doğru ve güvenilir Vickers sertlik sonuçları, uygun test yöntemleri ile elde edilebilir. ASTM E384 ve ISO 6507, bu süreçleri düzenleyen iki temel standarttır. Her standardın kendine özgü gereksinimleri vardır.
ASTM E384 ve ISO 6507-1 aralık kılavuzları
Önemli bir faktör, girintiler arasındaki mesafedir. Önceki testlerin oluşturduğu iş sertleşmiş alanların herhangi bir etkisi önlenmelidir. ASTM E384 ve ISO 6507-1 farklı minimum mesafe gereksinimlerine sahiptir:
Çentikler arasında şu mesafeler olmalıdır:
Çelik ve bakır alaşımları için ISO 6507-1, en az üç kat diyagonal uzunluk gerektirir; hafif metaller, kurşun ve kalay için ise altı kat.
- ASTM E384: En az 2,5 kat diyagonal uzunluk
Numunenin kenarından çentik merkezine:
- ISO 6507-1: Bakır ve çelik için en az 2,5 kat diyagonal; hafif metaller için üç kat.
- ASTM E384: En az 2,5 kat diyagonal
Bu aralık kurallarına uyulduğunda, girintilerin çevresindeki malzeme deformasyonundan kaynaklanan bozulma olasılığı azalır.
Minimum girinti boyutu ve numune kalınlığı
Numunenin kalınlığı, ölçüm doğruluğunu doğrudan etkiler. Standartlara göre, minimum kalınlık girintinin köşegen uzunluğunun en az 1,5 katı olmalıdır. Bu kural, deformasyonu uygun şekilde sınırlamak için yeterli malzeme olmasını sağlar.
Çoğu numunenin kalınlığı 0,085 mm ile 6,5 mm arasındadır. Sonuçlar, yüzey hazırlığından büyük ölçüde etkilenir. Numuneler, özellikle test yükleri daha düşük ve girintiler daha küçük olduğunda cilalanmalı veya taşlanmalıdır.
Doğru okumalar için, diyagonal genişlik en az 20 μm olmalıdır. Bozulma olasılığını azaltmak için maksimum kuvvet uygulanmalıdır.
Mikro yapı etkisi ve girinti boyutu etkisi (ISE)
Girinti boyutu azaldıkça ölçülen sertlik arttığında, girinti boyutu etkisi (ISE) belirgin hale gelir. Daha düşük yüklerde (0,01-0,2 kgf), bu etki belirgin hale gelir.
ISE, çeşitli nedenlerle ortaya çıkar:
- Girinti sırasında, gerilme sertleşir.
- Yükün kaldırılmasından sonra, elastik geri kazanım.
- Hareket ve dislokasyon yoğunluğu.
Bir malzemenin mikro yapısı, sertlik değerlerini etkiler. Sonuçlar, özellikle daha küçük girintilerde, tane sınırları, faz dağılımı ve geçmiş deformasyon geçmişine bağlı olarak değişebilir. Temsili sertlik değerleri için, girintiler mikro yapısal özelliklerin ortalamasını alacak kadar yeterince büyük olmalıdır.
Sertlik daha yüksek kuvvetlerde sabit kaldığında, gelişmiş seramikler ISE’yi daha net gösterir. Bu, çeşitli malzemelerin sertliğini karşılaştırırken standartlaştırılmış test kuvvetlerinin önemini gösterir.
Uygulamalar ve Malzeme Karşılaştırmaları
Vickers sertlik testinin malzeme bilimi ve mühendisliğinde sayısız uygulamasını incelemek, testin gerçek değerini ortaya koymaktadır.
Elmas, martensit, çelik ve demirin sertlik değerleri
Hem yumuşak hem de sert malzemeler, Vickers sertlik ölçeğinin kapsadığı olağanüstü aralıktan yararlanabilir. Karbon çeliği 55 ila 120HV5 arasında sertlik değerleri sergilerken, demir 30 ila 80HV5 arasında değerler sergiler. Takım çeliği 700–1000 HV aralığına sahipken, martensitik paslanmaz çelik genellikle 450–800 HV aralığına sahiptir. Martensitin yüksekliği yaklaşık 1000HV’dir. Doğada bulunan en sert madde olan elmas, 10.000HV gibi şaşırtıcı bir değerle ölçeğin en üstünde yer alır. Vickers yöntemi, bu geniş aralık sayesinde malzeme karşılaştırması ve kalite kontrol verileri elde etmek için mükemmel bir yoldur.
Jominy, CHD ve kaynak testlerinde kullanım
Kase sertliği derinliğini (CHD) ölçerken, Vickers testi mükemmel bir araçtır. Kenardan içe doğru bir dizi çentik yaparak, yüzey sertleştirilmiş çelikleri değerlendirebilirsiniz. CHD, karbürlenmiş parçalar için yüzeyden 550HV sertlik sınırına kadar olan mesafeyi gösterir. Jominy uç söndürme testi, çeliğin sertleştirilebilir olup olmadığını belirlemek için Vickers ölçümlerini kullanarak söndürülmüş numune boyunca sertliği ölçer. Diğer bir önemli uygulama ise, özellikle ısıdan etkilenen bölgede kaynak testidir. Hidrojen çatlamasını önlemek için kaynaklar 380HV’nin altında kalmalıdır. Sülfür gerilme korozyonunu önlemek için, ekşi ürünlerle temas eden kaynaklar 248HV gibi daha sıkı bir sınıra tabidir.
HV değerlerini kullanarak çekme mukavemeti tahmini
Bu testin en yararlı yönlerinden biri, sertlik ölçümlerinden çekme mukavemetini tahmin etme yeteneğidir. Karbon çeliklerinin nihai çekme mukavemeti, Vickers sertliklerinin yaklaşık 3,3 ile çarpılmasıyla hesaplanabilir. Bu ortaklık, içeriğinden ödün vermeden hızlı kalite kontrol denetimlerini kolaylaştırır. Bu ilişki, c’nin malzeme özelliklerine bağlı olarak 2 ila 4 arasında değiştiği σᵤ ≈ HV/c formülüyle ifade edilir. HV MPa cinsinden olduğunda çekme mukavemeti (MPa) ≈ HV/3’tür, çünkü yaygın bir kısayol c=3 kullanır. Bu korelasyon, kusurlarına rağmen birçok endüstriyel uygulama için yeterlidir.
1921’deki yaratılışından bu yana, Vickers sertlik testi mühendislikte değerini kanıtlamıştır. Bu makale, bu uyarlanabilir yaklaşımın alternatif sertlik test yöntemlerinden nasıl daha üstün olduğunu göstermektedir. 10.000HV’deki elmastan 30HV’deki yumuşak metallere kadar her türlü malzeme için tutarlı ölçümler sağlama yeteneği, şüphesiz en iyi özelliğidir.
Matematiksel doğruluğu ile Vickers formülü (HV = 1,8544 × F / d2) kusursuz bir şekilde çalışır. Test sonuçları indenter boyutundan etkilenmediği için çeşitli ölçeklerde güvenilirdir. Rockwell testinden daha uzun sürmesine rağmen, Vickers yöntemi güvenilirliği nedeniyle malzeme testleri için çok önemlidir.
Örnek hazırlama, aralık gereksinimleri ve ölçüm prosedürleri için kesin kurallar belirleyerek, ISO 6507 ve ASTM E384 gibi standartlar prosedürü iyileştirmiştir. Bu standartlar, çeşitli koşullarda dünya çapındaki laboratuvarların tutarlı sonuçlar elde etmesine yardımcı olmaktadır.
Vickers testi sertlik ölçümüyle sınırlı değildir. Mühendisler, bu testi Jominy uç söndürme testi, kaynak kalitesi testi ve yüzey sertliği derinliği kontrolleri için son derece hassas bir şekilde kullanır. Vickers sertliğini numuneleri tahrip etmeden çekme mukavemetine bağlayarak, mekanik özelliklerin tahmin edilmesine de yardımcı olur.
Diğer sertlik testleri daha hızlı olabilir, ancak Vickers hassasiyet, uyarlanabilirlik ve güvenilirliğin ideal bir karışımını sunar. Bu özellikleri, bir asırdan fazla bir süredir devam eden önemini açıklamaktadır. Malzeme bilimcileri, metalurjistler ve kalite kontrol uzmanları hala bu tekniği kullanarak Smith ve Sandland’ın malzeme bilimi ve mühendisliğine katkısını sürdürmektedir. Metkon, güvenilir ve hassas Vickers Sertlik Testi çözümleriyle malzeme test ihtiyaçlarınızı destekler. Doğruluk, verimlilik ve kullanım kolaylığı için tasarlanan sistemlerimiz, laboratuvarınızda veya üretim ortamınızda tutarlı kalite kontrolü ve güvenilir sonuçlar elde etmenize yardımcı olur.
