Sitede ara
Hayal edin…
Bir çeliğe baktığında onun ne kadar sağlam olduğunu, bir darbeye ne kadar dayanacağını ya da üretim sürecinde nasıl davranacağını anlayabildiğini düşün. Sadece bir bakışla değil elbette ama doğru testlerle bu mümkün! İşte tam burada sertlik devreye giriyor.
Ama bir dakika...
Sertlik dediğimiz şey gerçekten nedir? Cam da serttir, ama yere düşünce parçalanır. Peki çelik neden kırılmaz? Sertlik demek her zaman dayanıklılık mıdır?
İşte bu yazıda tüm bu soruların yanıtlarını net şekilde bulacaksınız.
Sertlik, kulağa tek kelimelik basit bir kavram gibi gelebilir. Ama işin içine malzeme bilimi girince, bu kelimenin ardında koskoca bir dünya yatar.
Peki, gerçekten nedir bu “sertlik”?
En yalın haliyle:
Sertlik, bir malzemenin plastik deformasyona yani kalıcı şekil değişikliğine karşı gösterdiği dirençtir.
Ama sadece bu kadar mı? Hayır, kesinlikle değil.
“Cam da sert, çelik de sert… Ama biri kırılıyor, diğeri bükülüyor. Neden?”
Çünkü sertlik, malzemenin davranışını tamamen tanımlayan bir özellik değildir.
Sertlik;
• Bir yüzeye sivri bir cisim bastırıldığında malzemenin buna ne kadar direndiğini,
• Yüzeyinin ne kadar çizilmeye veya delinmeye açık olduğunu,
• Aşınmaya ne kadar dayanabileceğini gösteren bir yüzey özelliğidir.
Ama dikkat:
Her sert malzeme sağlam değildir.
Her sağlam malzeme de sert değildir.
Sertlik ≠ Dayanıklılık
Bir örnekle açıklayalım:
Elmas, bilinen en sert doğal maddedir. Ama bir çekiçle vurduğunuzda parçalanabilir.
Yay çeliği ise elmasa göre çok daha az serttir, ama yüksek darbelerde esneyerek enerjiyi emer ve kırılmaz.
Bu ne anlama geliyor?
Sertlik, bir malzemenin “yüzey direncini” ifade ederken; tokluk, “darbelere dayanma kabiliyetini” anlatır.
İşte bu yüzden çentik darbe testi sertlik testiyle karıştırılmamalıdır.
Malzemenin Karakterini Sertlikle Okumak
Bir mühendisin gözünden bakarsak, sertlik;
• Dişlilerin kolay aşınıp aşınmayacağını,
• Bıçakların ne kadar süre keskin kalacağını,
• Yüzey kaplamalarının ne kadar işe yaradığını görmek için başvurulan ilk testtir.
Yani sadece bilimsel değil, oldukça pratik bir karşılığı da vardır.
Peki sertlik testleri nasıl doğdu, ilk kim kullandı, zamanla nasıl gelişti?
Bugün modern laboratuvarlarda dijital ekranlarla sertlik ölçümü yapıyoruz, evet.
Ama bundan yüzlerce yıl önce insanlar “Bu taş diğerinden daha sert” demek için neye bakıyordu, biliyor musun?
Taş devrinde başlayan sezgi, sanayi devrinde ölçüye dönüştü.
İnsanoğlu için sertlik her zaman önemliydi.
Kesici aletler, silahlar, zırhlar… Hepsi daha sert malzemelerden yapılmalıydı. Bu yüzden farklı taşları birbirine sürterek hangisinin daha dayanıklı olduğunu anlamaya çalışıyorlardı.
Ama işin bilimsel temele oturması çok daha sonra başladı.
1812 yılında, Alman mineralog Friedrich Mohs, doğada bulunan 10 farklı mineralin birbiriyle çizilme ilişkisine göre bir sertlik skalası oluşturdu.
Bu skalada:
• Talk en yumuşak (1),
• Elmas ise en sert (10) olarak tanımlandı.
Düşünün!
O dönemde Mohs’un yaptığı şey, günümüz mühendisliğinin temel taşlarından birini atmaktı. Hâlâ kullanılıyor olması bunun en büyük kanıtı.
Ama Mohs skalası çizilme bazlıydı. Daha hassas, daha sayısal sonuçlar gerekiyordu.
İşte sahneye sanayi devrimiyle birlikte iz bırakma yöntemleri çıktı.
1900’lerin başında İsveçli mühendis Johan August Brinell, metal yüzeyine çelik bilye bastırarak malzemenin yüzeyinde bıraktığı izin çapına göre sertliğini hesaplayan ilk bilimsel test sistemini geliştirdi.
Adına da tanıdık gelecektir: Brinell Sertlik Testi.
Ve sonra domino taşı gibi devam etti:
• Rockwell (1914): Derinlik bazlı, hızlı sonuç verir.
• Vickers (1920’ler): Elmas piramit uçla ölçüm, daha hassas sonuçlar.
• Knoop (1950’ler): Mikro ölçekte hassas testler için geliştirildi.
Bu testlerin her biri, belirli ihtiyaçlara yönelik çözümler sunarak endüstrinin büyümesini destekledi.
Ve günümüze geldiğimizde...
Artık sadece metallerde değil; plastik, cam, seramik ve hatta biyomedikal malzemelerde bile sertlik ölçebiliyoruz.
Üstelik mobil cihazlara bağlanan dijital cihazlarla, saniyeler içinde.
Sertlik ölçümünün tarihi, insanlığın malzemeyle olan ilişkisini daha iyi anlama çabasının hikâyesidir.
Şimdi gelelim bir başka kritik soruya:
Neden Sertlik Konusu Bu Kadar Önemli?
Çünkü sertlik, malzemenin karakteridir.
Tıpkı bir insanın sabır eşiği gibi, bir malzemenin de dış etkilere ne kadar direndiğini gösterir. Ve bu bilgi, sadece akademik bir merak değil üretimden havacılık sanayine, otomotivden medikal cihazlara kadar yüzlerce sektörde hayati bir rol oynar.
Örneğin,
Bir uçak iniş takımlarında kullanılan titanyum alaşımının yüzey sertliği, yüksek hızlarda iniş sırasında sürtünmeden dolayı deformasyonu engellemek için özel olarak ölçülüp kontrol edilir. Milimetrelik bir hata, büyük zararlara yol açabilir!
Neden Bir Malzemenin Sertliğini Ölçeriz?
Malzemenin adı ne olursa olsun ister çelik, ister alüminyum, isterse plastik onu işlerken, şekillendirirken ya da bir yapının parçası haline getirirken bilmemiz gereken ilk şeylerden biri şudur:
Hadi gerçek hayattan örneklerle açıklayalım:
Otomotiv sektöründe, bir fren diskinin sertliği doğru ölçülmezse, birkaç yüz kilometre sonra fren mesafesi uzayabilir.
Vida üretiminde, vida ucunun çok sert olması kırılmasına; çok yumuşak olması da yüzeye girmemesine neden olur.
Tıbbi iğnelerde, hem konfor hem de sterilite için optimum sertlik olmazsa olmazdır.
Ve bu sadece birkaç örnek.
İnşaattan medikal cihazlara ve uzay teknolojilerine kadar neredeyse tüm mühendislik uygulamaları, doğru sertlik değerine dayanır.
“Bir malzeme ne kadar sert? Peki, bunu nasıl anlayacağız?”
İşte şimdi işin mutfağına giriyoruz.
Sertlik, doğrudan gözle görülebilen bir özellik değildir.
Bu yüzden bilim insanları ve mühendisler yıllar içinde farklı test yöntemleri geliştirerek, bu yüzey direncini ölçülebilir bir değere dönüştürmeyi başardılar.
Ama durun...
Hepsi aynı prensiple mi çalışıyor?
Tabii ki hayır!
Sertlik testleri temelde üç farklı yaklaşım içerir:
• Çizilme Sertliği (Scratch Hardness)
• İz Bırakma Sertliği (Indentation Hardness)
• Geri Tepme Sertliği (Rebound Hardness)
Her biri farklı bir prensibe dayanır.
Şimdi bunların ne anlama geldiğine ve en çok kullanılan yöntemlere bakalım:
Bu, sertlik ölçümünün en eski hali.
Temel mantığı şu: Daha sert olan malzeme, daha yumuşak olanı çizer.
Ve bu ilkenin temelleri, 1812 yılında Friedrich Mohs tarafından atıldı.
Mohs Sertlik Skalası
Mohs, doğadaki 10 farklı mineralin birbirini çizip çizememesine göre bir ölçek oluşturdu.
Skalanın en alt basamağında kolayca çizilen talk (sertliği 1), en üstte ise sadece kendisiyle çizilebilen elmas (sertliği 10) bulunur.
Elmasla camı kolayca çizebilirsiniz. Ama camla elmasın yüzeyine zarar bile veremezsiniz.
İşte bu kadar net.
Burada konu biraz daha hassas.
Bir uç (elmas, çelik bilye vb.), belirli bir yük altında malzeme yüzeyine bastırılır ve yüzeyde oluşan izin derinliği ya da çapı ölçülür.
Bu yöntem daha sayısal ve hassas sonuçlar verir.
En yaygın kullanılan sertlik testleri bu gruptadır:
Rockwell Sertlik Deneyi (HR)
Pratik, hızlı ve çok yönlü.
Rockwell testinde, malzeme yüzeyine önce ön yük, sonra esas yük uygulanır ve bu kuvvet altında oluşan izin derinliği ölçülür.
Kullanılan uçlar:
• 120° konik elmas uç (C, A skalası gibi sert malzemeler için)
• 1/16" veya 1/8" çelik bilyeler (B, E skalası gibi yumuşak malzemeler için)
Ölçüm saniyeler içinde tamamlanır. Bu yüzden üretim hatlarında sıkça tercih edilir.
Brinell Sertlik Deneyi (HB)
Burada işler biraz daha “ağırdan” alınır.
Çelik veya tungsten karbürden yapılmış büyük bir bilye, yüksek bir yükle malzeme yüzeyine bastırılır.
İz derinliği değil, izin çapı ölçülür.
Daha yumuşak ve heterojen yapılı malzemelerde idealdir.
Ama dikkat: Brinell izleri büyüktür, bu yüzden parçanın yüzeyine kalıcı zarar verebilir.
Vickers Sertlik Deneyi (HV)
Keskin mi keskin bir kare tabanlı elmas piramit…
İşte bu uçla yapılan Vickers testi, özellikle ince, sert kaplamalarda ve laboratuvar ortamında en doğru sonuçları verir.
Uygulanan yükten sonra izin iki köşegeni ölçülür ve yük/alan oranıyla Vickers değeri hesaplanır.
Test sonuçları genellikle şöyle ifade edilir:
455 HV / 30 / 20 → 30 kg yük, 20 saniye süre, 455 Vickers değeri.
Vickers; yüksek doğruluk, standartlara uygunluk (ASTM E92, DIN 50133 vb.) ve mikrosertlik testlerinde büyük avantaj sağlar.
Knoop Sertlik Deneyi (HK)
“Bu yüzey çok ince, ama ölçmek zorundayız...”
İşte bu gibi durumlarda devreye Knoop girer.
Elmas ucu çok ince bir şekle sahiptir ve bu sayede çok küçük alanlarda test yapılabilir.
Özellikle kaplamalar, seramikler ve biyomedikal uygulamalar için idealdir.
Bu yöntemde malzeme üzerine bir çekiç ya da ağırlık bırakılır ve geri sekme yüksekliği ölçülür.
Durometre (Shore Sertlik Ölçer)
Özellikle kauçuk, elastomer ve plastik gibi yumuşak malzemelerde kullanılır.
Shore A, Shore D gibi farklı skalaları vardır.
Test oldukça basittir ama dikkat: Sadece elastik davranışın ölçümüdür, metal gibi rijit malzemelerde kullanılamaz.
Çentik Darbe Deneyi (Charpy & Izod)
Dikkat!
Bu test bir sertlik testi değildir.
Tokluk testidir yani malzemenin ani darbelere karşı ne kadar enerji absorbe edebildiğini ölçer.
Kırılma sırasında ne kadar enerji emildiği hesaplanır.
Özellikle darbe altında çalışacak parçaların performansı için hayati bir testtir.
Ve evet…
Elmas çok serttir ama tok değildir.
Yay çeliği çok tok olabilir ama o kadar sert değildir.
Şöyle bir düşün…
Elinde bir çelik parça var, yan masada bir plastik, biraz ötede seramik bir plaka ve masanın köşesinde cam gibi parlak bir alaşım…
Peki hepsine aynı sertlik testi uygulanabilir mi?
Cevap kısa ve net: Hayır!
Ama neden mi? Hemen açıklayalım.
Her malzeme farklı davranır.
Her malzeme farklı test ister.
Sertlik testleri, malzemenin yapısına, elastikiyetine, plastik deformasyon kabiliyetine ve yüzey özelliklerine göre farklı prensiplerle uygulanır.
İşte sana malzeme türlerine göre kısa bir rehber:
Bu grup, sertlik testlerinin klasik kahramanlarıdır.
Çelik, alüminyum, bakır, titanyum gibi metaller üzerinde;
Rockwell,
Brinell,
Vickers,
Knoop gibi test yöntemleri rahatlıkla uygulanabilir.
Neden?
Çünkü bu malzemeler plastik deformasyon gösterebilir ve iz bırakma prensibine uygundur.
“Bunlar çok sert ama kırılgan.”
Evet, seramikler yüksek sertlik gösterir ama plastik deformasyon yerine aniden kırılırlar.
Rockwell ya da Brinell genelde uygulanmaz.
Bunun yerine Vickers ya da Knoop gibi mikrosertlik testleri kullanılır.
İlginç bilgi:
Porselen tabakla yere düşen bir telefon ekranının kaderi neredeyse aynı:
Sert ama tok değil.
Esnek, yumuşak, elastik...
Burada iz bırakma değil, sekme ve deformasyon ön plandadır.
En yaygın test: Shore Durometre (Shore A, Shore D)
Bu testte, bir yaylı iğne malzemenin içine batırılır ve malzemenin iğneye gösterdiği direnç ölçülür.
Sonuçlar genelde “Shore A 85” gibi bir değerle ifade edilir.
"Malzeme değil, yüzeyini test etmek istiyorum."
İşte burada mikro ve nano seviyede çalışan testler devreye girer.
Vickers Mikrosertlik
Knoop Sertlik Testi
Nanoindentasyon (çok düşük yüklerle, nanometre hassasiyetinde)
Kaplama kalitesini ve yüzey işleme etkilerini görmek için birebir!
Titanyum implantlar, diş kaplamaları, protez malzemeleri…
Hem sertlik hem biyouyumluluk kritik önemdedir.
Doğrudan klasik testler uygulanmaz.
Genellikle Vickers, Knoop veya özel mikrotestler tercih edilir.
Peki ya cam?
Cam oldukça serttir ama kırılgandır.
Bu nedenle genellikle mikrosertlik testleri ile değerlendirilir.
Vickers veya Knoop en çok tercih edilen yöntemlerdir.
Ama dikkat: Camın yüzeyine zarar vermemek için yük çok iyi seçilmelidir!
Her malzemenin sertlik testi “parmak izi” gibi özeldir.
Tek tip testle tüm yüzeyleri anlamaya çalışmak, güneş gözlüğüyle gece araba sürmeye benzer:
Bir şey görürsün ama doğru şey değildir!
Birçoğumuz bu iki kelimeyi birbirinin yerine kullanırız, değil mi?
Ama dur, hemen dur!
Çünkü bu iki kavram, malzeme bilimi dünyasında çok farklı anlamlara gelir.
Öncelikle, sertlik şöyle tanımlanır:
Bir malzemeye kendisinden daha sert bir cisim bastırıldığında, o malzemenin plastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir.
Yani, sertlik temelde yüzeyin ne kadar dayanıklı olduğu ile ilgilidir.
Basitçe; bir malzemenin “batmaya, çizilmeye ya da aşınmaya karşı direnci” diyebiliriz.
İşte burada işin kimyası ve içyapısı devreye girer.
Sertleşebilirlik, özellikle çeliklerde çok önemli bir kavramdır ve şöyle açıklanabilir:
Çeliğin ısıl işlem (su verme) sırasında, iç yapısında martenzit adı verilen çok sert bir fazın oluşmasıdır.
Daha da teknik tabirle:
• Sertleşebilirlik, çeliğin yüzeyinden merkeze doğru ne kadar derinlikte sertleşebileceğini gösterir.
• Sertleşme derinliği, çelik içindeki martenzitin yayılımına bağlıdır.
• Bu süreçte kritik olan bir diğer parametre ise kritik soğuma hızıdır.
Yani; %100 martenzit yapı elde etmek için gereken minimum soğuma hızıdır.
Neden bu fark önemli?
Çünkü bir malzemenin sert olması, onun sertleşebilir olduğu anlamına gelmez.
Mesela:
• Sertlik, test edilen anlık yüzey özelliğidir.
• Sertleşebilirlik ise, malzemenin ısıl işlemle kalıcı olarak sertleşme kapasitesidir.
Bir çelik bıçak düşün…
Eğer sertliği yüksek değilse, keskinliği hemen bozulur. Ama iyi bir su verme prosesi ile yüksek sertleşebilirlik sağlanırsa, hem keskin hem de uzun ömürlü olur.
Yani, sertlik anlık bir “dayanıklılık ölçüsü” iken; sertleşebilirlik, malzemenin gelecekteki dayanıklılık potansiyelidir.
“Yükü az ver, sonucu yanıltırsın. Yükü fazla ver, malzemeyi zedelersin.”
Sertlik testi deyince ilk akla gelen, hangi yöntemin kullanılacağıdır Rockwell mi, Brinell mi, Vickers mi?
Gerçek farkı yaratan şey, çoğu zaman uygulanan yük miktarıdır.
Peki, neden bu kadar önemli?
Çünkü uygulanan yük;
• Malzemenin verdiği tepkiyi,
• Oluşan izin boyutunu,
• Ve en önemlisi: hesaplanan sertlik değerini doğrudan etkiler.
Çok düşük bir yük verirsen: Malzeme yeterince deforme olmaz, sonuç hatalı çıkar.
Çok yüksek bir yük verirsen: Özellikle ince parçalar, kaplamalar ya da küçük hacimli numuneler zarar görebilir.
Yük = Testin dili
Her sertlik testi yönteminin belirli standart yük aralıkları vardır.
Gelin birlikte en yaygın yöntemlerdeki yükleri inceleyelim:
Rockwell Sertlik Testi
Rockwell testinde üç farklı ana yük aralığı vardır:
• 60 kgf
• 100 kgf
• 150 kgf
Kullanılan yük, malzemenin cinsine ve test skalasına göre değişir:
Örneğin:
• Yumuşak metaller için → HRB (1/16” çelik bilye, 100 kgf)
• Sert çelikler için → HRC (konik elmas uç, 150 kgf)
Bu yüzden Rockwell'de tek bir "yük" değil, skalaya özel yük kombinasyonları vardır.
Brinell Sertlik Testi
Brinell testinde uygulanan yük çok daha büyüktür:
500 – 3000 kgf aralığında olabilir.
Örnek:
• 10 mm çapındaki çelik bilye ile uygulanan 3000 kgf yük, tipik bir Brinell testidir.
Bu yüksek yük sayesinde büyük çaplı ve heterojen yapıdaki malzemelerde güvenilir sonuç alınır.
Vickers Sertlik Testi
Vickers testi, hassasiyetiyle öne çıkar.
Uygulanan yükler çok geniş bir aralıkta olabilir:
1 gf (gram-force)’tan başlar,
100 kgf’a kadar çıkabilir.
Bu geniş aralık sayesinde hem:
• Mikrosertlik testlerinde (örneğin ince kaplamalar),
• Hem de makro düzeydeki sertlik ölçümlerinde kullanılır.
Vickers’in en güzel yanı: Uygulanan yük değişse bile formül değişmez.
Bu da onu çok yönlü kılar.
Knoop Sertlik Testi
Knoop testi, genellikle 10 – 1000 gf aralığında yüklerle uygulanır.
Neredeyse görünmeyecek kadar küçük izler bırakır.
Bu yüzden çok ince tabakalar, kaplamalar, biyomalzemeler için idealdir.
Uygun yük seçilmezse ne olur?
Sertlik testinde yanlış yük kullanımı, şu sonuçlara yol açabilir:
• Yüzey altı etkiler test sonucunu etkiler.
• İz boyutu malzemenin mikro yapısından sapabilir.
• Kaplamalı yüzeylerde, alt tabaka da teste dahil olabilir.
• Numune kalıcı olarak zarar görebilir veya eğrilebilir.
