Vickers-Rockwell Sertlik Deneyi

1-      DENEYİN ADI

Vickers-Rockwell Sertlik Deneyi

2-      DENEYİN AMACI

Malzemenin o malzemeden daha sert bir malzeme kullanılarak sertliği ve mukavemeti hakkında bilgi edinmek.

3-      TEORİK BİLGİ

Sertlik en genel anlamda malzemenin sürünmeye, çizilmeye, kesmeye ve plastik deformasyona karşı malzemenin gösterdiği dirençtir.Kendisinden daha sert bir malzemeye gösterilen direnç olarak da adlandırılabilir.Sertlik ölçme deneyi numune üzerine numuneden daha sert bir uç yoluyla kalıcı bir iz bırakma ve bu izleri ölçme esasına dayanır.

Vickers ve Rockwell sertlik ölçme yöntemleri incelenecektir.

Vickers Sertlik Deneyi:

Malzemelerin sertlik değerlerini ölçmek için ilk geliştirilen yöntemdir. Bu yöntemle hemen hemen her malzemenin sertliği ölçülebilir.Vickers deneyinde tabanı kare tepe açısı 136° olan bir elmas uç kullanılır. Bu uç, malzeme üzerine sabit bir yükle(deney yükü 0,2kg ile 100 kg arasında seçilebilir deneyimiz için 10kg kullanılmıştır) 10 sn kadar uygulanır ve malzeme yüzeyinde dikdörtgene yakın bir iz oluşturur.Malzeme yüzeyinin tamamiyle pürüzsüz olamayacağından ve tane sınırlarının tane içlerine göre daha sert yapıda olmalarından dolayı en az 3 noktadan iz alınmalıdır.Ayrıca izlerin birbirlerinden ve köşelerden en az 3d (d=iz köşegeni) mesafe uzaklıkta olmasına dikkat edilmelidir.Son olarak bu dikdörtgene yakın izlerin köşegen uzunlukları mikron mertebesinde ölçülür ve ilgili formüllerde yerine yazılarak malzeme sertliği bulunur.

                

Yukarıdaki formüllerde;

F: uygulanan yük(kg)

d: iz köşegenlerinin ortalaması(mm)

(VSD)Vickers sertlik değeri işareti ile beraber bazen uygulanan yük ve uygulanan yükün süresini de belirten işaretler kullanılır.Örneğin; VSD/30/20, 30 kg yükün 20 saniye süre ile uygulanması sonucu elde edilen Vickers sertlik değerini gösterir.

Rockwell Deneyi:

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 değere arttırılıp daha sonra tekrar önceki yüke dönülmek suretiyle, başlangıçtaki ize nazaran meydana gelen iz derinliğindeki net artışla ters orantılı bir sayıdır. Rockwell sertlik ölçme yöntemi en son geliştirilen ve en pratik sertlik ölçme yöntemidir.Rockwell sertlik ölçme yöntemini basit ve pratik oluşundan dolayı en çok kullanılan yöntemdir.Rockwell deneyi sabit bir yük altında deney cihazındaki ucun numunede bıraktığı izin derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Malzemenin cinsine göre iz bırakıcı olarak ucu çok az yuvarlatılmış 120° ’lik konik elmas uç veya 1/16’’ ve 1/8’’ çapında çelik bilyalar kullanılır. Uygulanan yük ise 60, 100 veya 150 kg’dır.(10 kg önyükleme). Bilyaların çapı normal değerlerden         +-0,0035 mm den fazla farklı olmamalıdır ve batıcı uç üzerinde toz , kir, gres ve tufal bulunmamalıdır aksi halde sonuca etki eder.Sert malzemelerin sertliklerinin ölçümünde rockwell yöntemi daha iyi sonuç vermektedir.Rockwell sertlik değeri cihazdan okunur.Rockwell sertlik değerleri Rockwell sertlik skalaları kullanılarak kolayca diğer sertlik değerlerine çevrilebilir.Rockwell B (HRB) ve Rockwell C (HRC) gibi çeşitli Rockwell yöntemleri geliştirilmiştir.

Rockwell B (HRB):

Yumuşak çelik, bakır alaşımları, alüminyum alaşımları gibi nispeten daha yumuşak numunelerinin sertliklerinin ölçülmesinde kullanılır. İşlem sırasında cihaz üzerindeki kırmızı skala referans alınarak yapılır. HRB’de 10kg önyükleme olmak üzere 100 kg lik sabit yükleme yapılır ve 10-20 saniye beklendikten sonra kırmızı skaladan 0-130 olan aralıktan sertlik okunur. Ölçümlerde 1/16 inch çapına sahip çelik bilye uç kullanılır.100 HRB’den fazla olan çeliğin sertliği HRC’de ölçülür.

Rockwell C (HRC):

Sert çelik, dökme demirler gibi nispeten daha sert yapıların sertlikleri HRC ile ölçülür.Bu yöntemde kullanılan sabit yük 10 kg önyükleme ile beraber 150 kg dir.HRC’de uç olarak tepe açısı 120° olan elmas koni kullanılır.150 kg yük uygulandıktan sonra 10-20 sn beklenir ve sonuç siyah skaladan okunur.

Dişli Sertliklerinin Ölçülmesi:

Dişlilerin sertliği, dişlinin diğer bir dişliyle temas ettiği yerden portatif Rockwell cihazı yardımıyla ölçülür.Portatif rockwell cihazına dişlinin dişleri sıkıştırılır ve yük uygulanır daha sonra sertlik değeri cihazdan okunur. Her dişliye ait bir krikik diş sayısı vardır.Portatif Rockwell sertlik ölçme cihazına kritik dişli sayısı kadar dişli sıkıştırılır.Kritik dişli sayısı aşagıdaki formülden hesaplanır.

z’=(z*a0/180)+0,5

burada;

z’= Kritik dişli sayısı

z=Diş sayısı

a0=kavrama açısıdır.

Sertliği ölçülecek sementasyonla sertleştirilmiş dişlinin değerleri z=30 ,a0=20° olduğuna göre;

z’=3,89»4,00 olduğundan bu değer 4 olarak alındı. Kritik diş sayısı 4 olduğundan 4 dişi portatif rockwell cihazına yerleştirildi ve 10 kh ön yük olmak üzere 150 kg yüklendi.Sonuç olarak dişli sertliği 64 HRB olarak cihazdan okundu.

4-NUMUNE TANIMI

Vickers deneyi için yumuşak çelik, Rockwell deneyi için prinç, bakır ve yüzeyi sertleştirilmiş çelik kullanılmıştır.

4-      DENEYİN YAPILIŞI

Vickers Deneyi Yapılışı: Deneyde numune olarak yumuşak çelik kullanılmıştır.Vickers deneyinde kullanılan numune doğru değerler bulabilmek için belli bir kalınlıkta olmalıdır uygulanan uç diğer taraftan çıkmamalıdır bu nedenle deneye başlamadan önce deney numunesinin boyutlarının özellikle kalınlığın standartlara uygun olup olmadığından emin olunmalıdır.Vickers deney cihazıyla çok hassas ölçümler yapılabildiğinden ölçümlerin gerçeği en iyi yansıtması amacıyla numune yüzeyi zımparalanmalı ve temizlenmelidir.Yüzeyi temiz ve parlak numune sonra Vickers deney cihazına yerleştirilir ve sabit bir yük uygulanır. Deneyde 10 kg lik yük uygulanmıştır.Bir kol yoluyla  sabit 10 kg’lik yük 10 sn kadar uygulandıktan sonra kol kaldırılır ve yük kesilir.Daha sonra sabit yükün uygulandığı bölgeye cihazdaki mikroskopla bakılır ve aşağıdaki gibi bir iz görülür.

Bu izi şekilde görüldüğü gibi kırmızı köşeler köşelere teğet olacak şekilde mikroskop üzerindeki ayar aparatı sayesinde ayarlamaya çalışılır. İzin bir köşesini kırmızı çizgiye teğet hale getirdikten sonra diğer kısmını başka bir ayar aparatı yardımıyla siyah bir düzleme teğet hale getirilir. Bir tam aralık 100 mikron olacak şekilde aralıklar sayılır aralık sayısı 100 ile çarpılır. Kalan fazlalık cihaz üzerindeki ayar aparatından okunur ve toplama eklenerek köşegen uzunluğu bulunur(mkron cinsinden ).Daha sonra aynı işlemle y ekseni için de yapılarak köşegen uzunluklarının aritmatik ortalaması alınır. Deneyde 6 adet iz alınmıştır ve veriler aşağıdaki gibidir;

Yukarıdaki değerler mikrometre cinsindendir.Değerler formülde yazılarak sertlik hesaplanır.

Vickers Sertliğinin Hesaplanması:

Yukarıdaki tabloda bulunan ‘d(köşegen uzunluğu(mm))’ değerleri vickers sertlik bulma formülünde yerine yazılırsa;

Yukarıdaki formüllerdeki d değerleri mm cinsinden alınmalıdır.Vickers cihazınından okunan ve yukarıdaki tablodaki değerler mikron cinsinden olduğundan dolayı birim çevirme yapılmalıdır.F=10 kg kullanılmıştır.

1000 mikrometre=1mm olacak şekilde düzenlemeler yapıldığında;

1) HV1=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV1=1,854*10/(0,316)^2= 185,08 kgf/mm^2

2) HV2=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV2=1,854*10/(0,336)^2= 164,221 kgf/mm^2

3) HV3=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV3=1,854*10/(0,3415)^2= 158,97 kgf/mm^2

4) HV4=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV4=1,854*10/(0,344)^2= 156,67 kgf/mm^2

5) HV5=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV5=1,854*10/(0,323)^2= 177,70 kgf/mm^2

6) HV6=1,854*F/(d)^2      ÞÞÞ   HV6=1,854*10/(0,305)^2= 199,30 kgf/mm^2

Yukarıdaki gibi her bir iz için bir ‘d(köşegen uzunluğu mm)’ değeri bulunur ve formülde yazılarak her bir iz için ayrı bir sertlik değeri bulunur.Daha sonra bu sertliklerin aritmetik ortalaması alınarak numune sertliği hesaplanır.En az 3 iz alınmalıdır ve ne kadar çok iz alınırsa ölçüm o kadar güvenilir olur.Yukarıdaki sertlik değerlerinin aritmetik ortalaması alınırsa 173,65 kgf/mm^2 bulunur.İşte bu değer Vicker deneyinde kullandığımız yumuşak çeliğin sertliğidir denilir.

Rockwell Deneyi Yapılışı ve Hesaplanması:

Pirinç ve bakır numune için Rockwell B, sertleştirilmiş çelik numune içinse Rockwell C yöntemi kullanılmıştır. Rockwell B ile ölçüm yapılırken önemli olan cihaz üzerindeki kırmızı skaladır.İlk olarak numune üzerinde bir yer belirlendi ve numune yerleştirildi.Daha sonra küçük skaladaki ibre kırmızı bölgeye geldiği zaman 10 kg lik ön yük sonrada 100 kg lik HRB standart yükü uygulandı. İbre hareketi durduktan sonra yaklaşık 10 saniye beklendi ve kırmızı skaladan değer okundu. Bu anlatılan basamaklar deneyde kullanılan pirinç numune için 3 kez tekrar edildi

Yukarıdaki gibi bir tablo elde edildi. Bu sertlik verilerinin ortalaması olan 66,3 HRB değeri pirinç numunenin Rockwell sertliği olarak kabul edilir.

Yukarıda anlatılan basamaklar bakır numune için 4 kez tekrarlandı;

Yukarıdaki gibi bir tablo elde edildi. Bu sertlik verilerinin  ortalaması olan 41,5 HRB değeri bakır numunenin Rockwell sertliği olarak kabul edilir.

Son olarak Sertleştirilmiş çelik için HRC yöntemi kullanıldı. Bu yöntemde kullanılan uç tepe açısı 120° olan elmas konidir.HRC de HRB den daha sert malzemelerin sertliği ölçülebilir ve HRC den kullanılan yük 150 kg dir. HRB ve HRC’ nin uygulama aşamasında bunlardan başka fark yoktur. Sertleştirilmiş çeliğin HRC yöntemiyle serliği 3 farklı noktadan ölçüldü;

Yukarıdaki gibi bir tablo elde edildi. Bu sertlik verilerinin ortalaması olan 57,6 HRC değeri sertleştirilmiş çelik numunenin Rockwell sertliği olarak kabul edilir.

Rockwell Sertlik Skalaları

Sembolü	Batıcı Uç	Büyük Yük Kgf.	Kullanılan Bölümün Rengi	Tipik Kullanma Yerleri
B	1.588 mm (1/16 inç) bilya	100	Kırmızı	Bakır alaşımları, yumuşak çelikler, alüminyum alaşımları, temper döküm vs.
C	Elmas konik uç	150	Siyah	Çelik, sert dökme demirler, perlitik temper döküm, titan, derin olarak yüzeyi sertleştirilmiş çelik ve Rockwell B değeri 100’den daha fazla olan diğer malzeme
A	Elmas konik uç	60	Siyah	Sert metaller, ince çelik ve yüzeyi ince tabaka halinde sertleştirilmiş çelik
D	Elmas konik uç	100	Siyah	İnce çelik ve orta kalınlıkta yüzeyi sertleştirilmiş çelik ve temper döküm
E	3.175 mm (1/8 inç) bilya	100	Kırmızı	Dökme demir, alüminyum ve magnezyum alaşımları, yumuşak ince saç metaller
F	1.588 mm (1/16 inç) bilya	60	Kırmızı	Tavlanmış bakır alaşımları, yumuşak ince sac metaller
G	1.588 mm (1/16 inç) bilya	150	Kırmızı	Fosforlu bronz berilliyumlu bakır temper dökümler. Bilyanın yassılaşma ihtimalini önlemek etmek için üst sınır G 92 Rockwell sertlidir.
H	3.175 mm (1/8 inç) bilya	60	Kırmızı	Yatak metalleri ve diğer çok yumuşak
K	3.175 mm (1/8 inç) bilya	150	Kırmızı	veya ince malzeme. Altta bulunan
L	6.350 mm (1/4 inç) bilya	60	Kırmızı	mesnedin etkisini minimum düzeye
M	6.350 mm (1/4 inç) bilya	100	Kırmızı	indirmek için en küçük bilya ile en ağır
P	6.350 mm (1/4 inç) bilya	150	Kırmızı	yük kullanılır.
R	12.700 mm (1/2 inç) bilya	60	Kırmızı
S	12.700 mm (1/2 inç) bilya	100	Kırmızı
V	12.700 mm (1/2 inç) bilya	150	Kırmızı