Rockwell, Brinell ve Vickers sertlik testlerinin bilimsel temeli, uygulama alanları, dönüşüm tabloları ve sertlik-mukavemet ilişkisi.
Temel Bilgiler
Brinell Standardı
EN ISO 6506
Rockwell Standardı
EN ISO 6508
Vickers Standardı
EN ISO 6507
Dönüşüm Standardı
EN ISO 18265
Sertlik; bir malzemenin yüzeyine kalıcı (plastik) deformasyon oluşturmaya karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır. Mutlak bir fiziksel büyüklük değildir; ölçüm yöntemine ve uygulanan yüke bağlı olarak değişen rölatif bir özelliktir. Metalurjik açıdan sertlik; malzemenin mikro yapısı (martensit, perlit, bainit oranları), karbon içeriği, alaşım elementleri ve uygulanan ısıl işlemle doğrudan ilişkilidir. Pratikte sertlik testi; ısıl işlem kalite kontrolü, malzeme doğrulama, aşınma davranışı tahmini ve işlenebilirlik değerlendirmesi gibi kritik uygulamalarda vazgeçilmez bir araçtır. Sertlik ve çekme mukavemeti (Rm) arasında ampirik bir ilişki mevcuttur: Rm (N/mm²) ≈ 3,5 × HB (düşük ve orta karbonlu çelikler için yaklaşık).
Brinell deneyi; belirli çapta (D = 2,5 / 5 / 10 mm) bir tungsten karbür bilyanın, sabit yük altında (F = 187,5 / 750 / 3000 kgf) malzeme yüzeyine bastırılmasından oluşan çukurun çapının (d) ölçülmesiyle gerçekleştirilir. HB değeri: HB = 2F / [π × D × (D – √(D² – d²))]. Uygulamada çukur çapı iki dik doğrultuda ölçülür, ortalaması alınır ve tablolardan HB değeri elde edilir. Avantajları: Döküm, dövme ve yapısal çelik gibi kaba dokulu malzemelerde güvenilir sonuç. İz büyüklüğü sayesinde geniş hacim temsil eder (homojen olmayan yapılar için avantaj). Sınırlamaları: İz alanı gerektirdiğinden ince parçalara uygulanamaz. 650 HB üzerinde güvenilirlik azalır. Ölçüm mikroskobu veya özel ışıklı okuyucu gerektirir.
Rockwell yöntemi, sabit ön yük (10 kgf) altında uçun plastik iz derinliğini, toplam yük uygulandıktan ve ön yüke geri dönüldükten sonra ölçer. Sertlik doğrudan göstergeden okunur: HRC (Scale C): 120° elmas Brale konik uç, 150 kgf toplam yük. 20–70 HRC aralığı. Sertleştirilmiş ve ıslah edilmiş çelikler için en yaygın ölçek. HRB (Scale B): 1/16 inç çelik bilya uç, 100 kgf. 0–100 HRB aralığı. Tavlanmış çelik, yumuşak alüminyum, pirinç. HRA (Scale A): Brale konik uç, 60 kgf. Sert kaplamalar, sementit alaşımları, WC-Co. Rockwell yönteminin avantajları: Hızlı (5–10 saniye), sertlik değeri doğrudan okunur, operatör bağımlılığı düşük, üretim hattına entegrasyon kolay. Dezavantaj: İnce kesitlerde veya yüzey tabakası ölçümünde yetersiz.
Vickers deneyi; 136° tepe açılı kare tabanlı elmas piramidin malzeme yüzeyine belirli bir yük (0,01–100 kgf arası seçilebilir) ile bastırılması ve oluşan kare iz köşegenlerinin ortalamasından sertliğin hesaplanmasıyla gerçekleştirilir. HV = 1,854 × F / d² (F kgf, d mm). Vickers yönteminin özgün avantajı: Çok geniş yük aralığı sayesinde hem makro hem mikro sertlik ölçümü yapılabilir. HV0.1 veya HV0.3 gibi düşük yüklerle sementasyon tabakası derinliği, nitrasyon tabakası veya kaplama sertliği ölçülebilir. HV5 veya HV10 ile büyük örneklerde homojenlik değerlendirmesi yapılır. Ölçüm alanı küçük olduğundan ince parçalar, kaynak dikişleri ve ısı tesiri gören bölgeler (HAZ) ölçülebilir. Dezavantaj: Optik mikroskop ile iz okunması gerektirir; operatör bağımlılığı görece yüksektir.
EN ISO 18265 standardı, farklı sertlik ölçekleri arasında ampirik dönüşüm tablolarını tanımlar. Bu dönüşüm değerleri yaklaşıktır ve malzeme türü ile mikro yapıya bağlı olarak ±5–10% sapma gösterebilir. Çekme mukavemeti tahmini için: HB < 175 → Rm ≈ 3,5 × HB; HB 175–400 → Rm ≈ 3,3 × HB ampirik ilişkisi kullanılabilir. Kritik uygulamalarda dönüşüm değerleri yerine doğrudan ilgili yöntemle ölçüm yapılmalıdır. EN 10083 sertifikalarında sertlik hem HB hem de HRC cinsinden raporlanabilir; alıcı tercih ettiği ölçeği şartnamede belirtmelidir.
Sementasyon veya nitrasyon uygulanmış parçalarda etkili sertleşme derinliğinin (CHD — Case Hardening Depth; NHD — Nitriding Hardening Depth) belirlenmesi için mikro Vickers testi uygulanır. ISO 2639 standardı CHD'yi 550 HV'nin geçerli olduğu yüzeyden itibaren ölçülen derinlik olarak tanımlar. Derinlik profili; polisaj uygulanmış metalografik kesit üzerinde belirli aralıklarla (örn. 0,05 mm adımlarla) HV0.3 veya HV0.5 ölçümleri alınarak oluşturulur. Bu profil, ısıl işlem süresi ve sıcaklığının doğruluğunu kanıtlar. Üretici kalite güvencesinde ve alıcı muayenesinde kritik bir veri noktasıdır. 3.1 sertifikasına sertlik profili grafiğinin eklenmesi, hassas uygulamalar için standart talep haline gelmiştir.
Doğru sertlik ölçümü için hazırlık ve uygulama kritiktir: Yüzey hazırlığı: Tufal, yağ, boya ve pürüzlülük ölçümü olumsuz etkiler; özellikle Brinell ve Vickers için yüzey Ra ≤ 1,6 µm olmalıdır. Minimum et kalınlığı: HB için malzeme kalınlığı ≥ 8× iz derinliği; HRC için ≥ 10× uç girişi. İzler arası mesafe: İzlerin birbirini etkilememesi için iz çapının en az 3–4 katı mesafe bırakılmalıdır. Sıcaklık etkisi: Ölçümler 10–35°C ortam sıcaklığında yapılmalıdır; yüksek sıcaklık sertliği düşürür. Kalibrasyon: Her ölçüm seansı öncesi sertliği bilinen referans blok ile cihaz kalibrasyonu zorunludur. Örnekleme planı: Büyük lotlarda her 2000 kg veya her parti başına minimum 1 ölçüm tavsiye edilir; kritik uygulamalarda her çubuk muayene edilebilir.
Sertlik Ölçeği Dönüşüm Tablosu (yaklaşık değerler, EN ISO 18265)
| HRC | HB | HV |
|---|---|---|
| 20 HRC | ≈ 226 HB | ≈ 238 HV |
| 30 HRC | ≈ 286 HB | ≈ 302 HV |
| 40 HRC | ≈ 371 HB | ≈ 392 HV |
| 50 HRC | ≈ 481 HB | ≈ 513 HV |
| 60 HRC | ≈ 627 HB | ≈ 746 HV |
