Malzeme Sertlik Ölçüm Cihazı

Sertlik, katıların önemli malzeme özelliklerinden biridir. Bu sadece ağır yüklere dayanması gereken parçalar için geçerli değildir. Ham maddelerin ya da parçaların sertliğini test numunesine zarar vermeden ölçebilmek için özel yöntemler ve cihazlar geliştirilmiştir. Malzeme sertlik ölçüm cihazlarının bazıları belirli bir malzeme ya da malzeme grubu için uygundur. Sertlik ölçümleri genelde özel standartlara göre yapılır; böylece, ölçüm sonuçları sertlik için ilgili özellikler ile karşılaştırılabilir. Bu standartlar, ölçüm işlemini ve kullanılacak malzeme sertlik ölçüm cihazının özelliklerini belirtir.

Sertlik ölçümünde ölçümlerin güvenilir ve hassas bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için belirli koşulların yerine getirilmesi gerekir. Seçilen malzeme sertlik ölçüm cihazı, test edilecek parçaların malzeme özelliklerine, şekline ve boyutlarına uygun olmalıdır. Malzeme sertlik cihazı, malzemeye özgü test standartlarında belirtilen özelliklere sahip olmalı ve kullanımı kolay olmalıdır. Bunun yanı sıra, ölçümler mümkün olduğunca az tahribatla, hızlı ve fazla çaba harcamadan gerçekleştirilmelidir.

Malzeme sertlik ölçüm cihazının ayırt edici kriterlerinden biri kullandığı ölçüm yöntemidir. Sertlik ölçümünde ölçümün hangi standardı temel alması gerektiği belirlenmelidir. Şirket içi testler ya da şartnamelerin olmadığı, birkaç olasılığın olduğu malzemeler ya da iş parçaları söz konusu olduğunda ilgili ölçüm için hangi yöntemin en uygun olduğu değerlendirilmelidir.

VDI/VDE 2616 Yönetmeliği, yaygın olarak kullanılan sertlik ölçüm yöntemlerini açıklar. Sayfa 1’de metalik malzemeler için ölçüm yöntemleri; Sayfa 2’de ise plastikler ve elastomerler için ölçüm yöntemleri karşılaştırılmıştır. Bazı dijital malzeme sertlik ölçüm cihazları, elde edilen ölçüm sonuçlarını diğer sertlik ölçeklerine de dönüştürebilir. Sertlik genelde sadece bir yöntemle belirlendiğinden ve dönüşüm faktörü belirli malzemeler için geçerli olduğundan diğer değerler sınırlı bir şekilde kullanılabilir.

Bir malzeme ne kadar sert olursa sertlik ölçümünde de o kadar kuvvet uygulanması gerekir. Bu nedenle, aynı prensibe göre ölçüm gerçekleştiren malzeme sertlik ölçüm cihazları penetrasyon derinliğine, geri tepme kuvvetine, kullanılan enerjiye ve girintinin şekline göre ayrılabilir. Leeb yöntemi ile yapılan ölçümler için harici problu bazı modellerde farklı probları bağlama imkanı bulunur. Böyle bir malzeme sertlik ölçüm cihazı ile Leeb C, Leeb D ve Leeb G’ye göre sertlik ölçümleri gerçekleştirilebilir.

Bazı sertlik ölçümleri analog malzeme sertlik ölçüm cihazları ile de gerçekleştirilebilir. Analog malzeme sertlik ölçüm cihazlarının kullanımı kolaydır ve pile ya da diğer voltaj kaynaklarına bağlı değildir. Elektronik cihazlar kadar sıcaklık ve neme duyarlı değildir ve hızlı ölçümler için idealdir. Dijital malzeme sertlik ölçüm cihazında ölçümün maksimum değeri görüntülenir. Pek çok dijital modelde ölçüm serilerinin maksimum, minimum ve ortalama değerleri görüntülenir.

Veri belleği bulunan malzeme sertlik ölçüm cihazları, ölçüm sonuçlarının belgelenmesini ve değerlendirilmesini kolaylaştırır. Yapılması ve belgelenmesi gereken çok sayıda ölçümün olması durumunda belleği ve arayüzü bulunan malzeme sertlik ölçüm cihazları seçilmelidir. Ardından, ölçüm verileri, daha fazla işlem için bilgisayara kolaylıkla aktarılabilir. Ölçüm sonucunu birkaç sertlik ölçeğinde görüntüleyebilen malzeme sertlik ölçüm cihazı modelleri, değerlendirmede daha fazla seçenek sunar. Bu ölçeklerin test edilen malzeme için geçerli olup olmadığı dikkate alınmalıdır.

Mobil malzeme sertlik ölçüm cihazları, büyük ya da daha önceden monte edilmiş parçalar üzerindeki ölçümler için de kullanılabilir. Test standına entegre edilmiş bir malzeme sertlik ölçüm cihazı, doğru açının korunmasını ve test noktalarının doğru açısını ve tam konumunun korunmasını sağlar. Bu nedenle, malzeme numuneleri ve uygun boyutlardaki parçalar mümkünse test standında test edilmelidir.

Malzeme sertlik ölçüm cihazlarını karşılaştırırken teslimat içeriğine ve opsiyonel aksesuarlarına dikkat edilmelidir. Malzeme sertlik ölçüm cihazının teslimat içeriğine uygun kalibrasyon plakalarının dahil edildiği durumlarda kullanıcı malzeme sertlik ölçüm cihazını kendisi kalibre edebilir. Genelde çıkarılabilir veri belleği ve veri arayüzü bulunan malzeme sertlik ölçüm cihazı modellerinde depolama ortamı ve veri kablosu genelde teslimat içeriğine dahildir. Bazı malzeme sertlik ölçüm cihazı modellerinde ölçüm verilerini değerlendirmek yazılım mevcuttur. Ölçüm sırasında merkezlemeyi ve hizalamayı kolaylaştırmak için içbükey ya da dışbükey yüzeylere monte edilen tripodlar, test standları ya da adaptörler opsiyonel aksesuarlar olarak sunulur.

Malzeme sertlik ölçüm cihazları, ölçüm sonuçlarının beklenen hassasiyete sahip olması için düzenli olarak kalibre edilmelidir. Malzeme sertlik ölçüm cihazının kalibrasyonu, bilinen sertlikteki test diskleri ya da test blokları üzerinde ölçüm yapılarak gerçekleştirilir. Birçok kalibrasyon laboratuvarı, malzeme sertlik ölçüm cihazları için ISO ya da DAkkS kalibrasyonları sunar ve yapılan ölçümler için kalibrasyon sertifikaları oluşturur.

Kalibrasyon talebinde bulunulurken malzeme sertlik ölçüm cihazının hangi yöntemle hangi sayısal değerlerde kalibre edilmesi gerektiği belirtilmelidir. Kalibrasyon değerlerinin malzeme sertlik ölçüm cihazının hassasiyetinin dışında olması durumunda malzeme sertlik ölçüm cihazı ayarlanmalıdır. Bu işlemde malzeme sertlik ölçüm cihazı belirtilen hassasiyete tekrar ayarlanır.

Sertlik terimi, malzemelerin yabancı cisimlerin delmesine karşı direncini tanımlamak için kullanılır. Mukavemet terimi ise deformasyona ve ayrılmaya karşı direnci tanımlar. Bazı malzemeler için belirli alanlarda sertlik ve mukavemet arasında yakın bir korelasyon vardır. Bu nedenle, pek çok metal, beton ve tuğlanın mukavemeti malzeme sertlik ölçüm cihazı kullanılarak belirlenebilir.

Bir malzemenin yüzeyi ne kadar sert olursa malzeme sertlik ölçüm cihazı ile delmek de o kadar zor olur. Bu nedenle, sertlik testi için test yöntemleri ve test numuneleri farklı malzeme gruplarına uyarlanmış ve daha da geliştirilmiştir. Bazı test yöntemleri için anlamlı değerleri ölçmek ve görüntülemek için kullanışlı bir malzeme sertlik ölçüm cihazı yeterlidir. Daha karmaşık yöntemler, yüklemeden sonra test numunelerini değerlendirmek için sabit test tezgahları ve ek ekipman gerektirir.

Testlerin bir kısmı laboratuvar koşullarında hassas şekilde ayarlanabilen malzeme sertlik ölçüm cihazlarında gerçekleştirilir. Bununla birlikte, kompakt malzeme sertlik ölçüm cihazlarının doğrudan gelen mallarda, ürün geliştirmede ve üretim sırasında nokta kontrolleri için hızlı ve kolay bir şekilde kullanılabileceği test yöntemleri de oluşturulmuştur. Çoğu malzeme sertlik ölçüm cihazı, sertliğin büyük ya da sabit parçalar üzerinde de test edilebileceği şekilde tasarlanmıştır.

Yerinde ölçümler için tasarlanmış malzeme sertlik ölçüm cihazları genellikle penetrasyon derinliği ya da geri tepme yüksekliğiyle sertliği belirler. Girinti direncini test etmek için kullanılan pek çok yöntem, temel olarak girintinin boyutu ve şekliyle uygulanan kuvvet miktarına göre değişir. Bazı yöntemlerde test numunesinin girintisi tarafından oluşturulan girinti mikroskop altında ölçülmelidir. Diğer test yöntemlerinde ise girinti için kullanılan malzeme sertlik ölçüm cihazı, girinti derinliğini ya da geri tepme enerjisini doğrudan değerlendirebilir ve sayısal bir değer olarak görüntüleyebilir.

Girdap akım yöntemi, sertleştirilmiş ve normal parçalar arasında mekanik ayrım yapmak için de kullanılabilir. Malzeme yüzeyi, test edilecek parça üzerinde girdap akımlarını indükleyen test probu ile temas etmeden taranır. Ortaya çıkan elektromanyetik alanlar daha sonra değerlendirilir. Bunun için girdap akımını kullanan malzeme sertlik ölçüm cihazı sertleştirilmiş ve normal numunelerle kullanılmalıdır.

Ölçüm/Kuvvet Türü	Test Yöntemi Adı	Bu Yöntemle Belirlenen Sertlik Verileri İçin Kısaltmalar	Uygulamalar ve Notlar
Çatlaklar	Mohs	(Mohs)	Mineraller ve kayalar için
Penetrasyon derinliği ölçümü	Shore	HS A, HS A0, HS E, HS AM, HS M, HS B, HS C, HS D, HS D0 ve HS 0	Plastik ve elastomerler için
	Rockwell	HR A, HR B, HR C, HR D, HR E, HR F, HR G, HR H, HR K, HR L, HR M, HR P, HR R, HR S, HR V, HR N, HR T, HR W, HR X, HR Y	Daha büyük numuneler üzerinde zorlu testler, ASTM E18, ISO 6508 ve JIS Z 2245 standartları
	Barcol	HBa	Alüminyum sertlik ölçümü
	Martens	HM	Test sırasında kuvvet, derinlik ve zamanın sürekli ölçümü
	Webster	HW	İnce ve yumuşak malzemeler için
Girintinin bıraktığı iz alanının ölçümü	Vickers	HV örn. 455 HV 30/25	Çok sert numuneler için de elmas piramit test probu ile
	Brinell	HB örn. 462 HBW 5/750/25	Çapı 1 / 2.5 / 5 ya da 10 mm olan test bilyası 10 ila 3000 N test yükü
Geri tepme yüksekliği ölçümü	Leeb	HL D, HL S, HL E, HL DL, HL D+15, HL C ve HL G	Metaller için, ISO 16859 ve ASTM A956 standartları
	Schmidthammer	Belirlenen değer ile birimsiz sayısal değer, malzemenin basınç dayanımı tablolarda okunur	Beton, tuğla, doğal taş vb. gibi inşaat malzemeleri için
Penetrasyon yüzeyinin ultrasonik ölçümü	UCI (Ultrasonik Temas Empedansı)	HV (UCI) UCI yöntemi, girinti yüzeyinin doğrudan malzeme sertlik ölçüm cihazı tarafından değerlendirildiği klasik	Yönden bağımsız test, silindir pürüzlü ve zemin yüzeyler için
		Vickers yönteminin bir varyasyonudur
Girdap akımı indüksiyonu	Girdap akım yöntemi	Numara yok	Sertleştirilmiş metal parçaların otomatik ayrıştırılması için

Sertliği test etmek için çok sayıda yöntem ve model bulunduğundan sertliği belirtirken değeri belirlemek için kullanılan yöntemin doğru bir şekilde belirtilmesini sağlamak son derece önemlidir. Her zaman aynı malzeme sertlik ölçüm cihazının kullanıldığı dahili kontrol ölçümleri dışında testin nasıl yapıldığı açık olmalıdır. Shore A yerine Shore D ölçüldüğünde değerlerde önemli farklılıklar oluşur.

Sık kullanılan bazı yöntemlerin ölçüm değerleri, yeterli sayıda onaylanmış karşılaştırmalı değer olduğunda diğer yöntemlere göre sertlik değerleri ya da mukavemeti olarak da verilebilir. Ancak, bu sadece doğrulanmış karşılaştırmalı değerlerin mevcut olduğu malzemeler için geçerlidir. Bu amaçla değerler malzemeye özgü tablolardan okunur.

Örneğin EN ISO 18265’de altı farklı metalik malzeme için Vickers, Brinell, Rockwell sertliği ve çekme mukavemeti arasındaki dönüşüm için tablolar bulunur. Bu nedenle, alaşımsız ve düşük alaşımlı çelikler ve dökme çelikler, su verilmiş ve temperlenmiş çelikler, soğuk iş takım çelikleri, yüksek hız çelikleri, sert metaller ve demir dışı metaller ve alaşımlar için test edilmiş değerler mevcuttur.

Plastikler ve elastomerler için sıklıkla kullanılan Shore A ve Shore D testleri arasında da doğrudan bir korelasyon vardır. Bu nedenle, belirli koşullar altında ölçüm değerleri diğer değişkenin değerlerine de aktarılabilir.

Bazı dijital malzeme sertlik ölçüm cihazları, sonuçların görüntülenmesi için çeşitli ölçüm birimlerinin seçilmesini sağlar. Malzeme sertlik ölçüm cihazını kullanırken hangi test yönteminin kullanıldığını ve test edilen malzeme için doğru karşılaştırma değerlerinin kaydedilip kaydedilmediğini kontrol etmek önemlidir.