Sitede ara
Endüstriyel dünyada, özellikle metalurji ve malzeme bilimi alanlarında, sertliğin doğru bir şekilde ölçülmesi kritik önem taşır. Çünkü bir parçanın aşınmaya, darbeye ya da deformasyona ne kadar dayanıklı olduğunu anlamak, onun kullanım ömrünü ve güvenliğini doğrudan etkiler.
Vickers testi, özellikle mikro ölçekte çalışırken bile yüksek doğruluk sağlar. Bu, onu modern mühendislik uygulamalarında vazgeçilmez bir yöntem haline getirir. Ölçüm prensibi basittir: bir elmas piramit uç belirli bir kuvvetle malzeme yüzeyine bastırılır ve oluşan izin çaprazları ölçülerek sertlik hesaplanır. Ancak bu basitlik, sonuçların son derece tekrarlanabilir ve güvenilir olmasını engellemez.
Vickers testinin en önemli farklarından biri, test ucunun şeklinin ve uygulanan yükün geniş bir aralıkta değiştirilebilmesidir. Böylece hem mikro sertlik hem de makro sertlik ölçümleri yapılabilir. Bu esneklik, testin birçok farklı malzeme ve uygulama için uyarlanabilmesini sağlar.
Bir test yöntemi düşünün ki, üzerinden bir asır geçmesine rağmen hâlâ geçerliliğini koruyor ve modern malzeme biliminin temel araçlarından biri olarak kullanılmaya devam ediyor. Vickers sertlik testi tam olarak böyle bir yöntemdir.
İlk Ne Zaman ve Kim Tarafından Geliştirildi?
Vickers sertlik testi, 1921 yılında İngiltere merkezli Vickers Ltd. bünyesinde geliştirildi. Bu testin arkasındaki iki mühendis – Robert L. Smith ve George E. Sandland, o dönemin ihtiyaçlarına karşılık verecek yeni bir ölçüm sistemi arayışındaydılar.
Brinell yöntemi yaygın olarak kullanılıyordu; ancak büyük yükler gerektirmesi ve özellikle ince parçalar üzerinde sağlıklı sonuç verememesi, bu yöntemin bazı sınırlamalarını ortaya koymuştu.
Smith ve Sandland’ın amacı, daha hassas, daha esnek ve daha geniş bir malzeme skalasında uygulanabilir bir sertlik testi oluşturmaktı. Ve başardılar. Bu sayede Vickers testi, o dönemden itibaren yalnızca bir alternatif değil, birçok durumda ilk tercih edilen yöntem hâline geldi.
Endüstride Yaygınlaşma Süreci
1930’lu yıllardan itibaren Vickers testi, Avrupa’daki metalurji laboratuvarlarında hızla yayılmaya başladı.
Özellikle II. Dünya Savaşı sonrası dönemde, savunma sanayi yerine endüstriyel üretimin öne çıkmasıyla birlikte, daha çeşitli ve hassas malzemelerin test edilmesi ihtiyacı doğdu. Bu durum, Vickers testinin avantajlarını daha da ön plana çıkardı.
1980’li yıllardan itibaren dijital mikroskoplar ve otomatik yük kontrol sistemlerinin gelişmesiyle birlikte Vickers test cihazları da evrim geçirdi. Bugün birçok modern cihaz, dijital yükleme, otomatik iz ölçümü ve bilgisayar destekli analiz sistemleriyle çalışıyor.
Ayrıca bu yöntemin uluslararası kabul görmesi, ISO ve ASTM gibi standart kurumların test prosedürlerini resmileştirmesiyle birlikte, dünya genelinde ortak bir dil hâline geldi.
Bir sertlik testi yöntemi seçerken dikkat edilmesi gereken en önemli faktör, malzemenin türü, boyutu ve yüzey durumu kadar, elde edilmek istenen bilginin doğruluk ve tekrarlanabilirliğidir. İşte tam bu noktada, Vickers sertlik testi birçok yönüyle öne çıkar. Hem laboratuvarlarda hem de üretim sahalarında tercih edilmesinin nedenleri, sahip olduğu avantajlarda saklıdır.
Çok Küçük ve İnce Malzemelerde Uygulanabilir
Brinell ve Rockwell testleri, özellikle belirli boyutun altındaki malzemelerde kullanılmakta zorlanır. Çünkü bıraktıkları izler büyük olduğu için küçük parçalar zarar görebilir ya da doğru sonuç alınamayabilir.
Vickers testinde kullanılan elmas piramit uç, çok küçük yüklerle (1 gf gibi) uygulanabilir. Bu, mikro ölçekte çalışan araştırmacılar veya hassas bileşenleri test eden üreticiler için büyük bir kolaylıktır.
Mikro ve Makro Ölçekte Kullanılabilir
Vickers testi, uygulanan kuvvetin geniş aralıkta ayarlanabilir olması sayesinde hem mikro hem de makro sertlik ölçümlerine olanak tanır.
• Mikro-Vickers: Düşük yüklerle (1 gf – 1 kgf) yapılır, çok küçük izler bırakır.
• Makro-Vickers: Daha yüksek yüklerle (1 kgf – 100 kgf) yapılır, daha büyük malzemeler için uygundur.
Bu esneklik, aynı test prensibini farklı ölçekteki parçalar üzerinde kullanabilmeyi sağlar. Üstelik kullanılan test ucu değişmediği için yöntem birliği korunur.
Tek Tip Uçla Farklı Yüklerde Test Yapılabilir
Rockwell testinde her ölçek için farklı uçlar ve yükler kullanılır. Bu, karmaşık test prosedürleri ve cihaz değişiklikleri gerektirir.
Oysa Vickers testinde, her yükte yalnızca tek bir elmas piramit uç kullanılır. Bu, test süreçlerini hem basitleştirir hem de operatör hatalarını azaltır.
Ayrıca, farklı malzeme türleri üzerinde tutarlı karşılaştırmalar yapılabilmesini sağlar. Uç tipi sabit olduğu için, değişen tek şey uygulanan kuvvettir; bu da verilerin birbiriyle karşılaştırılabilirliğini artırır.
İz Ölçümüyle Yüksek Hassasiyet ve Tekrarlanabilirlik
Vickers testinde ölçüm, yüzeyde bırakılan izin çaprazlarının mikroskop altında ölçülmesiyle yapılır. Bu, özellikle yüzey sertliğinin detaylı incelenmesinde yüksek hassasiyet sağlar.
Diğer testlerde olduğu gibi, göstergeden doğrudan değer okumak yerine iz boyutu üzerinden hesaplama yapılır. Bu da sonucu etkileyebilecek yüzey pürüzlülüğü, yerel hata ya da plastik deformasyon gibi unsurların kontrolünü mümkün kılar.
Geniş Malzeme Yelpazesinde Uygulanabilir
Sadece metaller değil; seramikler, kompozitler, polimer tabanlı mühendislik malzemeleri, kaplamalar ve daha fazlası üzerinde uygulanabilir.
Bir malzeme yumuşak da olsa çok sert de olsa, uygun yük seçilerek Vickers testiyle ölçülebilir.
Sertlik testi dendiğinde en sık karşılaşılan üç yöntem şunlardır: Vickers, Brinell ve Rockwell. Her biri farklı prensiplere dayanır, farklı avantajlar sunar ve farklı uygulamalara hitap eder. Ancak Vickers testi, özellikle hassasiyet ve geniş kullanım alanı söz konusu olduğunda öne çıkan yöntemdir.
1. Uygulama Yöntemi Farkları
• Vickers: Dört yüzlü piramit şeklindeki elmas uç, belirli bir kuvvetle yüzeye bastırılır. Yüzeyde oluşan iz çaprazları mikroskopla ölçülerek sertlik değeri hesaplanır.
• Brinell: Sert çelik ya da tungsten karbür bilye, belirli bir kuvvetle yüzeye uygulanır. Oluşan dairesel izin çapı ölçülerek sertlik değeri bulunur.
• Rockwell: Elmas koni ya da çelik bilye ucu, önce yüzeye ön yük uygular. Ardından ana yük uygulanır ve geri sıçrama miktarına göre cihazdan doğrudan değer okunur.
2. Kullanılan Uç Tipleri ve Yük Aralıkları
• Vickers: Tek tip elmas piramit uç kullanılır. Uygulanan kuvvet 1 gf – 100 kgf arasında ayarlanabilir.
• Brinell: Genellikle 10 mm çapında çelik ya da tungsten karbür bilye kullanılır. Kuvvet genelde 500 – 3000 kgf arasıdır.
• Rockwell: Kullanılan uç tipine göre çok sayıda farklı ölçek vardır (HRC, HRB, HRA vb.). Yük aralığı ve uç tipi, malzeme türüne göre değişir.
3. Hangi Yöntem Hangi Durumlarda Tercih Edilmeli?
• Vickers: Çok küçük parçalar, ince kaplamalar, sertleştirilmiş yüzeyler veya hassas bölgeler test edilecekse ideal tercihtir. Mikro ve makro ölçekte uygulanabilir.
• Brinell: Daha büyük ve homojen metal parçaların yüzey sertliğini ölçmek için uygundur. Özellikle döküm demir ve yumuşak çeliklerde kullanılır.
• Rockwell: Seri üretim hatlarında hızlı ve doğrudan sertlik değeri okumak istendiğinde tercih edilir. Yüzey pürüzlülüğü düşük ve parça kalınlığı uygun olmalıdır.
4. Ölçüm Hassasiyeti ve Yüzey Hazırlığının Etkisi
• Vickers: Ölçüm mikroskopla yapıldığından yüksek hassasiyet sağlar. Ancak yüzey düzgünlüğü önemlidir.
• Brinell: Yüzeyin oldukça düz ve düzgün olması gerekir. Büyük iz bırakır, bu da test yüzeyini bozar.
• Rockwell: Yüzey hazırlığına daha az duyarlıdır ama yüzeyin kirli veya çok pürüzlü olması hatalı sonuçlara neden olabilir.
Vickers sertlik testi, özellikle yüksek hassasiyet ve geniş uygulama yelpazesi sayesinde birçok farklı sektörde tercih edilen bir yöntemdir. Uygulama alanları oldukça geniştir çünkü testin hem mikro hem de makro sertlik ölçümüne uygun olması, çok çeşitli malzeme türleri ve formları üzerinde güvenilir sonuçlar vermesini sağlar.
Kullanıldığı Başlıca Sektörler:
Havacılık ve Uzay Sanayi
Yüksek mukavemetli ve hafif yapılı malzemelerin kullanıldığı bu sektörde, özellikle titanyum ve nikel bazlı süper alaşımlar gibi özel metallerin sertlik kontrolleri için Vickers testi yaygın olarak tercih edilir.
Otomotiv Sanayi
Motor parçaları, dişliler, rulmanlar ve diğer yüksek gerilim altındaki bileşenlerin kalite kontrolü sürecinde sıkça yer alır. Parçaların aşınma direnci ve yüzey sertliği bu testle doğrulanır.
Tıp ve Biyomedikal Sektörü
İmplant, protez ve cerrahi aletlerde kullanılan biyouyumlu malzemelerin yüzey sertliğini kontrol etmek için kullanılır. Özellikle titanyum alaşımları ve paslanmaz çeliklerin mikroyapısal özellikleri bu test sayesinde incelenebilir.
Elektronik ve Mikroelektronik Sektörü
Çok küçük bileşenlerde, özellikle ince film kaplamalarda ve mikro mekanik parçalarda yüzey sertliği ölçümü yapmak gerektiğinde, mikro Vickers testi ideal çözümdür.
Seramik ve Kompozit Malzemeler
Yüksek sertliğe sahip ancak kırılgan yapıda olan malzemelerin değerlendirilmesinde de etkilidir. Vickers testi, kırılma tokluğu analizleriyle birlikte kullanılarak bu tür malzemelerin performansını yorumlamaya yardımcı olur.
Uygulanabildiği Malzeme Türleri:
• Çelik ve alaşımlar
• Alüminyum, titanyum, bakır gibi metaller
• Sertleştirilmiş veya yüzey işlem görmüş malzemeler
• Seramikler ve karbürler
• İnce film kaplamalar
• Biyomedikal alaşımlar
• Kompozit malzemeler
• Polimer tabanlı mühendislik malzemeleri (mikro ölçekte)
Vickers testinin bu kadar geniş bir malzeme skalasına hitap edebilmesi, onu hem üretim hem de Ar-Ge süreçlerinde vazgeçilmez kılar. Malzemenin boyutu, şekli ya da yüzey durumu ne olursa olsun, uygun test parametreleri ile Vickers yöntemiyle güvenilir sertlik ölçümleri yapılabilir.
Vickers sertlik testinin güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar vermesi, testin doğru uygulanmasına bağlıdır. Uygulama süreci göründüğü kadar basit değildir; çünkü her adımda yüksek dikkat, uygun yüzey hazırlığı ve doğru ekipman kullanımı gerekir.
Aşağıda adım adım, Vickers testinin uygulama sürecini bulacaksınız:
1. Test Cihazları ve Ekipmanları
Vickers sertlik testi uygulamak için gereken temel ekipmanlar şunlardır:
• Elmas piramit uç: 136°’lik açıda, dört yüzlü bir elmas uçtur. Test boyunca sabit kalır, değiştirilmez.
• Yük uygulama sistemi: Manuel, motorlu veya dijital olabilir. Kuvvet aralığı 1 gf – 100 kgf arasında ayarlanabilir.
• Mikroskop / optik ölçüm ünitesi: Uygulanan yük sonrası oluşan izin çaprazlarının ölçümü için kullanılır. Bu mikroskop genellikle cihazın içine entegredir.
• Test parçası sabitleme tablası: Numunenin sabit ve düz durması için kullanılır. Özellikle küçük numunelerde önemlidir.
• Yüzey hazırlama ekipmanları: Zımpara, polisaj ve temizleme araçları. Çünkü yüzeyin düzgün ve yansıtıcı olması gerekir
2. Test Yüzeyinin Hazırlanması
Birçok hata, testi uygulamadan önce yapılır. Bu nedenle yüzey hazırlığı kritik öneme sahiptir.
• Yüzey temiz, yağsız ve kuru olmalıdır.
• Yüzey, zımpara ve polisaj işlemleriyle parlatılmalı ve düzgün hale getirilmelidir.
• Pürüzlü ya da kirli yüzeylerde yapılan testler hatalı sonuçlara yol açar.
• Çok ince veya yumuşak malzemelerde, yüzeyi bozmadan hazırlamak için dikkatli çalışılmalıdır.
3. Uygulanan Kuvvet (Yük)
Vickers testi, diğer yöntemlere göre daha esnektir çünkü geniş bir yük aralığında uygulanabilir.
• 1 gf ile 100 kgf arasında değişen yükler test cihazına göre seçilebilir.
• Testin amacı ve malzemenin türüne göre uygun yük belirlenmelidir.
• Mikro ölçekte çalışılıyorsa, düşük yükler tercih edilir (örneğin 25 gf).
• Daha büyük ve kalın malzemeler için 10 – 50 kgf gibi yükler uygundur.
Yük uygulama süresi genellikle 10 – 15 saniye arasında sabit tutulur. Bu süre, ASTM E384 ve ISO 6507 standartlarına göre belirlenmiştir.
4. Test Adımları
Uygulama adımları basit ama hassas bir sıralama izler:
• Adım 1: Numune cihazdaki tabla üzerine sabitlenir.
• Adım 2: Uygun yük değeri seçilir ve ayarlanır.
• Adım 3: Elmas piramit uç, belirlenen kuvvetle yüzeye dik olarak bastırılır.
• Adım 4: Uç, belirlenen sürede yüzeyde tutulur (örneğin 15 saniye).
• Adım 5: Uç kaldırılır ve yüzeyde oluşan iz, mikroskopla gözlemlenir.
• Adım 6: İz çaprazlarının (d1 ve d2) uzunluğu mikroskopla ölçülür.
• Adım 7: Bu değerlerin ortalaması alınarak sertlik değeri hesaplanır.
Vickers sertlik testi, uygulanan kuvvetin etkisiyle yüzeyde oluşan izin çaprazlarının ölçülmesi esasına dayanır. Testin sonunda elde edilen değer, yalnızca gözleme değil, net bir matematiksel formüle dayalı olarak hesaplanır. Bu da yöntemin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini artırır.
Kullanılan Formül
Vickers sertlik değeri aşağıdaki formülle hesaplanır:
HV = 1.854 × (F / d²)
Burada:
• HV: Vickers sertlik değeri
• F: Uygulanan kuvvet (kgf cinsinden)
• d: Oluşan izin iki çapraz uzunluğunun ortalaması (mm cinsinden)
• 1.854: Elmas piramit uca özgü sabit katsayı
Bu formül, uygulanan kuvvetin iz alanına bölünmesiyle çalışır. Elmas ucun geometrisi sabit olduğundan, iz alanı çapraz uzunlukların karesiyle temsil edilebilir.
Hesaplama Örneği
Durum:
Bir numuneye 1 kgf kuvvet uygulanmış ve mikroskopla yapılan ölçümde izin çapraz uzunlukları 0.062 mm ve 0.060 mm olarak ölçülmüştür.
Adım 1: Ortalama çapraz uzunluğu hesapla
d = (0.062 + 0.060) / 2 = 0.061 mm
Adım 2: Formülü uygula
HV = 1.854 × (1 / 0.061²)
HV = 1.854 × (1 / 0.003721)
HV ≈ 1.854 × 268.71
HV ≈ 498.3 HV
Bu sonuç, test edilen yüzeyin yaklaşık 498 HV sertliğe sahip olduğunu gösterir. Bu değer, özellikle ısıl işlem görmüş çelikler için tipik bir yüksek sertlik düzeyidir.
Bir sertlik testinin güvenilirliği yalnızca doğru uygulanmasına değil, aynı zamanda belirli standartlara uygunluğuna da bağlıdır. Çünkü bu standartlar, testin hangi koşullarda yapılması gerektiğini, kullanılan ekipmanların özelliklerini, ölçüm toleranslarını ve raporlama biçimlerini net şekilde tanımlar.
Vickers sertlik testi, dünya genelinde kabul gören iki ana standarda göre uygulanır:
ISO 6507, Vickers sertlik testine dair uluslararası kuralları belirleyen temel standarttır. Farklı bölümlerden oluşur:
• ISO 6507-1: Testin genel prensipleri, iz ölçümü, hesaplama yöntemi
• ISO 6507-2: Test cihazlarının kalibrasyonu ve doğrulama prosedürleri
• ISO 6507-3: Test sonuçlarının tekrarlanabilirliği ve doğruluğu
• ISO 6507-4: Otomatik cihazların doğruluğu ve kullanımı
Bu standart, Vickers testinin laboratuvar ortamlarında ve kalite kontrol süreçlerinde nasıl uygulanması gerektiğini detaylı şekilde tanımlar. Özellikle yük uygulama süresi, izin simetrisi, cihaz hassasiyeti gibi detaylara dikkat edilmesi gerekir.
ASTM E384, mikro ve makro Vickers sertlik testleri için Amerika'da kullanılan temel standarttır. Özellikle:
• Test prosedürleri
• Mikrosertlik ölçüm teknikleri
• İz ölçümünde toleranslar
• Operatör etkisi ve cihaz kalibrasyonu
gibi başlıklarda oldukça kapsamlıdır. Özellikle mikro ölçekte yapılan testlerde ASTM E384, operatör kaynaklı hataları minimuma indirmeyi amaçlar.
a) Sonuçların Karşılaştırılabilirliği
Uluslararası çalışan firmalar için, yapılan testlerin farklı ülkelerde de geçerli ve anlaşılır olması gerekir.
Standartlara uygun test yapılmadığında, başka laboratuvarlarda yapılan ölçümlerle kıyaslama imkânsız hale gelir.
b) Kalite Güvencesi ve Sertifikasyon
ISO 9001 veya IATF 16949 gibi kalite sistemleri kapsamında ürün sertifikasyonu yapan firmalar için, tüm testlerin standartlara uygunluğu şarttır.
Aksi durumda, ürün sertifikaları geçersiz sayılabilir.
c) Tartışmasız Veri Üretimi
Malzeme sertliği gibi kritik bir veri, ürün kabul/red kararlarında belirleyici rol oynar. Bu verinin güvenilirliği, yalnızca doğru cihaz kullanımıyla değil, standartlara uygunlukla da sağlanır.
