3. GENEL BİLGİLER
3.4. Ölçüm-Yöntem
Çalışma kapsamında, deneysel numunelerden elde edilen ve çıktı parametreleri yüzey pürüzlülüğü, yüzey sertliği ve efektif sementasyon derinliği (ESD) olarak dikkate alınmıştır.
3.4.1. Yüzey pürüzlülüğü
Yüzey pürüzlülüğü; iş parçası üzerinde uygulanan kesme işlemi sonucunda yüzeyde oluşan izlerdir. Bu izlerin nedenleri arasında kesme işleminde kullanılan kesici takımın cinsi ve iş parçasının malzeme türüne bağlı olarak değişebileceği gibi işleme esnasında parça üzerinde oluşan kimyasal, fiziksel ve ısıl faktörler ile birlikte, kesici takım ve işlenen malzeme arasında oluşan mekanik hareketlerin de etkisiyle işlenen yüzeylerde izler oluşur.
Bu izler nominal yüzey çizgisini altında ve üstünde belirli bir düzen göstermeyen izler olup yüzey pürüzlülüğü olarak adlandırılmaktadır.
Yüzey pürüzlülüğü iş parçası için çok önemli bir kalite kriteri olup parçanın fonksiyonel özellikleri üzerinde de etkindir. Bu özellikler ısı aşınma, ısı iletimi, yağ filminin tutulması ve dağıtılması kabiliyeti, direnç ömrü gibi özelliklerdir.
16MnCr5 çelikleri döner dişli parçaların yapımında sıkça kullanıldığından yüzey pürüzlülüğü önemli bir mekanik özelliktir. Bu kapsamda düzgün ve kaliteli bir yüzey elde edildiğinde parçanın, yorulma mukavemetinde artışla birlikte, sürtünme ömrü ve korozyon direncinde iyileşme gözlemlenmektedir. Bu sebeple işlem öncesi iş parçası için istenilen yüzey pürüzlülüğü değerleri belirlenerek, bu değere ulaşmak için gerek duyulan işleme parametreleri ve işlemler seçilir.
Aritmetik ortalama pürüzlülük (Ra)
İş parçasının merkez noktasından kabuğa doğru oluşan profil dalgalanmalarının mutlak aritmetik ortalaması Ra yüzey pürüzlülüğüdür. Bu teknik (Ortalama yüzey pürüzlülüğü ölçümü) yüzey pürüzlülüğü ölçümünde en çok kullanılan ölçüm yöntemidir.
Şekil 3.4. Ra yüzey pürüzlülüğünün şematik gösterimi [14]
3.4.2. Yüzey sertliği
Sertlik, bir malzemenin kalıcı şekil değiştirmeye karşı göstermiş olduğu direnç olarak tanımlanmaktadır. Bu konuda en efektif sertlik ölçüm yöntemleri numune üzerinde oluşturulana fiziksel izlerin üzerinde yapılan ölçümler doğrultusunda yapılan değerlendirmelerle elde edilen ölçümlerdir. Bu kapsamda yapılan ölçümler yüzey sertliği olarak adlandırılmakta olup ölçümde kullanılan başlıca yöntemler; Rockwell, Brinell ve Vickers olarak öne çıkmaktadır.
Rockwell sertlik ölçümü
Rockwell sertlik deneyi (RSD), yüzey sertliği ölçüm metotlarından en yaygınıdır. Rockwell sertliğinin değeri birimsiz bir sayı olup bu değeri elde etmek için kullanılan uçlar mevcuttur. Uçlar farklı şekillere sahip olup bunlar konik uç, batıcı uç veya bilye şeklinde olabilmektedir.
Farklı deney yöntemleriyle yapılan ölçüm sonucu elde edilen farklı düzeydeki sertlik değerleri RSD-A, RSD-B, RSDC, RSD-D gibi farklı simgelerle tanımlanmaktadır. Farklı sertlik skalalarına ait bilgilere Çizelge 3.4’te verilmektedir. Rockwell sertlik ölçümünde malzemenin sertlik değerine göre uç çeşidi ve kullanımı farklılaşmaktadır. Bu kapsamda ölçülecek malzeme çok sert ise koni biçimindeki elmas uç ile birlikte 150kg ağırlık altında alınacak ölçümler baz alınır ve ölçümlerin sonucu RSD-C değeri ile ifade edilir. Ölçülecek
malzeme yumuşak ise ölçümde kullanılacak uç çelik bilye ile değiştirilerek 100 kg’lık bir yük altında ölçümler alınır ve alınan ölçümler RSD-B değeri ile ifade edilir. Bu kapsamda sertliği Rockwell cinsinden 20’den daha düşük olan malzemelerdeki ölçümlerde koni biçimindeki elmas yerine çelik bilye kullanılması uygun iken sertlik değeri 100’ü aşan numuneler üzerinde bilye kullanılması hem ölçüm hassasiyetinde azalmaya hem de bilyada fiziksel deformasyona yol açmaktadır. Bundan ötürü Rockwell değeri 100 rakamını aşan deneylerde koni biçimindeki elmas uç kullanılması gerekmektedir.
Çizelge 3.4. Rockwell sertlik skalaları [15]
Sembol Batıcı Uç Yük
(Kgf) Tipik Kullanma Yerleri B 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 100 Bakır alaşımları, yumuşak çelikler, Alüminyum C Elmas konik uç 150
Çelik, sert dövme 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 Sert metaller, ince çelik ve yüzeyi ince tabaka halinde sertleştirilmiş çelik
D Elmas konik uç
100 İnce çelik ve orta kalınlıkta yüzeyi sertleştirilmiş çelik ve temper döküm
E 3,2 mm (1/8 inç)
bilya 100
Dökme demir, alüminyum ve magnezyum alaşımları, yumuşak ince sac metaller
F 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 60
Tavlanmış bakır alaşımları, yumuşak ince sac metaller
G 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 150
Fosforlu bronz berilyumlu bakır temper dökümler
Vickers sertlik ölçümü
Vickers sertlik ölçüm yöntemi kapsamında 136° tepe açısına sahip olan bir baskı elemanı kullanılarak belirlenen yük altında malzemeye bastırılır. Bastırılan baskı elemanının bıraktığı dörtgen izin köşegenleri arasındaki mesafe malzemenin sertlik değeri hakkında bilgi sağlamaktadır. Bu kapsamda farklı bölgelerden alınan dörtgenlerin köşegen uzunlukları ölçülerek ortalama köşegen uzunluğu bulunur. Bu ortalama uzunluk formülde yerine konularak malzeme sertlik değeri elde edilir.
Vickers sertlik ölçümünde kullanılan ağırlığın vickers denkleminden ötürü bir önemi olmayıp alınan ölçümde ortaya çıkan sertlik değer yüke bağlı değildir. Bu kapsamda 1 ile 120 kg arasındaki ağırlıklar kullanılabilir. Nominal yük olarak 30kgf kullanılabilmektedir. Belirlenen yük numune üzerinde 15-20sn tutulduktan sonra baskı ucu numunenin üzerinden kaldırılarak deney tamamlanmaktadır. Vickers sertlik ölçüm yöntemi hem sert hem yumuşak malzemeler için uygun bir ölçüm yöntemi olup genellikle hassasiyet gerektiren ölçümlerde tercih edilmektedir. Vickers sertlik yönteminin hassas olmasından dolayı numunenin ölçüm alınacak bölgesi oksitlerden, mekanik pürüzlerden arındırılmış olmalıdır. Parça yüzeyi pürüzsüz ve parlak olması gerekmektedir. Bundan dolayı ölçüm öncesi mekanik yollarla temizleme ve parlatma işlemine tabi tutulur. Bununla birlikte yapılan ölçümlerdeki doğruluk yüksek olduğu gibi tüm malzeme tipleri için tek tip batıcı uç kullanılmaktadır. Diğer birçok yöntemin aksine sertlik ölçümünde metallerde kullanabildiği gibi seramik malzemelerde de kullanılabilmektedir.
3.4.3. Efektif sementasyon derinliği (ESD)
Efektif sementasyon derinliği ölçümü kapsamında öncelikle Vickers sertlik taraması gerçekleştirilerek hassas bir efektif sementasyon derinliği ölçümü yapılır ve alınan ölçüm yüzey sertliği ölçümleri için referans değer olarak kabul edilir. İş parçası üzerinden numune kesiti alımı gerçekleştirilirken sertleştirilmiş bölgeye dik bir kesit alınarak sertlik izlerinin doğru ölçülmesini sağlayacak şekilde yüzey parlatılır. Bu işlemler sırasında;
• Örnek ısıtılmamalı ve köşeler yuvarlatılmamalı,
• Sertlik ölçümleri, yüzeye dik ve genişliği 1,5 mm olan, paralel bir bantta yapılmalı,
• İki komşu izin birbirine uzaklığı, izin köşegeninin 2,5 katından az olmamalı,
• Yüzeyden itibaren kümülatif uzaklıklar ± 25 mm hassasiyetle okunabilmeli,
• İz ölçme ilerleme kademesi (d2-d1) 0,10 mm'den fazla olmamalı,
• Köşegenlerin boyutları ± 0,5 mm hassasiyetle ölçülmeli,
• Sertlik izleri 9,807 Newton ‘lük bir yükle oluşturulmalı ve
Şekil 3.5. Efektif sementasyon derinliğinin şematik gösterimi [16]
Karbürleme ısıl işleminden sonra, genellikle yüzeyden çekirdeğe doğru azalan bir karbon miktarı gözlemlenir. Efektif sementasyon derinliği, numune üzerinden alınan ölçümlerde Vickers sertliği 550 HV olarak tespit edilmiş olan karbürlenmiş ve sertleştirilmiş tabaka ile yüzey arasındaki dik mesafe olarak ifade edilmektedir. Efektif sementasyon derinliğine üzerinde etkili olan faktörler; çeliğin kimyasal bilesimi, karbonlama ortamının karbon potansiyeli, parçanın şekli ve büyüklüğü, sementasyon sıcaklığı, sementasyon süresi ve su verme esnasındaki soğutma hızıdır. Soğutma hızına bağlı olarak sementasyon işleminden sonra malzeme yüzeyinde meydana gelen martenzit yapı yorulma ömrüne olumlu yönde etki eder.