Knoop Sertlik Testi
Knoop Sertlik Testi, kırılgan malzemeler ve ince yüzey katmanları için bir mikro sertlik ölçüm tekniği sunar. Bu yöntem, yalnızca küçük bir girintinin mümkün olduğu durumlarda hassas sertlik değerlendirmesine olanak tanır. Araştırmacılar ve mühendisler, malzeme bilimi ve mühendislik alanlarında sıklıkla bu yöntemi kullanır.
- Yaygın uygulamalar şunlardır:
- Seramiklerin test edilmesi
- Camı incelemek
- İnce kaplamaların analizi
Önemli Çıkarımlar
- Knoop Sertlik Testi, kırılgan malzemeler ve ince kaplamalar için ideal olan küçük, sığ bir girinti oluşturarak sertliği ölçer.
- Uzunlamasına şekillendirilmiş özel bir elmas uç kullanarak, sadece girintinin uzun köşegenini ölçerek hassas sonuçlar elde edilir.
- Hassas yüzeylere zarar vermemek için düşük yükler uygulanan bu test, seramik, cam ve ince katmanlar için mükemmeldir.
- Diğer testlerle karşılaştırıldığında Knoop, daha yüksek doğruluk ve kırılgan numunelere daha az hasar sağlıyor ancak pürüzsüz yüzeyler ve dikkatli bir hazırlık gerektiriyor.
- Doğru sertlik testinin seçimi malzemeye ve numune boyutuna bağlıdır; Knoop, diğer yöntemlerin başarısız olabileceği mikro ölçekli testlerde üstündür.
Knoop Sertlik Testi Temelleri
Sertliğin Tanımı
Sertlik, bir malzemenin girinti veya çizilme gibi lokal plastik deformasyonlara karşı direncini ifade eder. Knoop Sertlik Testi kapsamında, sertlik kesin bir sayısal tanıma sahiptir. Knoop Sertliği (HK) şu formül kullanılarak hesaplanır:
HK = 14,23 F / d² Burada F, uygulanan yükü kilogram-kuvvet (kgf) cinsinden, d ise girintinin uzun diyagonalinin milimetre cinsinden uzunluğunu temsil eder. Sonuç, bir gerilim birimi olan kgf/mm² cinsinden ifade edilir. Uzun diyagonal, bu hesaplama için kritik öneme sahiptir ve girinti derinliğinin yaklaşık 30 katı ve genişliğinin 7 katıdır. Bu yaklaşım, özellikle ince katmanlarda veya kırılgan malzemelerde doğru sertlik ölçümü sağlar. Araştırmacılar, bilimsel raporlamada tutarlılık sağlamak için genellikle HK değerlerini MPa veya GPa gibi SI birimlerine dönüştürürler.
Not: Test yükü malzemeye göre değişmekte olup sertlik değerleri raporlanırken mutlaka belirtilmelidir.
Knoop Girinti Şekil ve Tasarımı
Knoop Sertlik Testi, benzersiz şekilli bir girinti ucu kullanır. Bu girinti ucu, kısa köşegeninin yaklaşık 7,114 katı uzunluğunda uzun bir köşegene sahip eşkenar dörtgen tabanlı bir piramit elmastan oluşur. Uzatılmış geometri, elastik geri kazanımı en aza indirir ve ince katmanların ve sıkışık girintilerin hassas bir şekilde test edilmesini sağlar. Hem köşegenleri hem de gerçek temas alanını kullanan Vickers testinin aksine, Knoop yöntemi uzun köşegen tarafından belirlenen izdüşüm alanına dayanır.
Aşağıdaki tabloda temel tasarım parametreleri ve hesaplama yönleri özetlenmektedir:
| Parametre/Yön | Knoop Girintileyici Açıklaması | Hesaplanan Değer / Formül |
|---|---|---|
| Girinti Şekli | ~7,114 kez kısa köşegenli uzun köşegenli eşkenar dörtgen elmas | - |
| Yüzler arasındaki açılar | θ = 172°5 (karşıt yüzler arasında), φ = 130° (diğer iki yüz arasında) | - |
| Sertlik Hesaplama Temeli | Girintinin yansıtılmış alanını kullanır (gerçek temas alanını değil) | KHN = 14,229 * P / L² (P N cinsinden, L mm cinsinden) |
| Ölçüm | Sadece girintinin uzun köşegeni (L) ölçülür | - |
| Vickers ile karşılaştırma | Vickers gerçek temas alanını ve her iki köşegeni kullanır; Knoop yansıtılmış alanı ve bir köşegeni kullanır | Vickers formülü: VHN = 1,8544 * P / d² (d = köşegen uzunluğu) |
Bu tasarım, Knoop Sertlik Testinin sığ girintiler üretmesine olanak tanır, bu da sertlik gradyanlarından kaynaklanan bozulmayı azaltır ve ince veya kırılgan numunelerde doğru ölçümü destekler.
Test Prosedürüne Genel Bakış
Knoop Sertlik Testi, güvenilir sonuçlar sağlamak için sistematik bir prosedür izler. Adımlar şunlardır:
- Uzun piramit şeklinde ve uzunluk-genişlik oranı yaklaşık 7:1 olan bir Knoop girinti ucu seçin.
- Numune yüzeyine çentikleyiciyi bastırmak için genellikle 1 kg'ı aşmayan bilinen düşük bir yük uygulayın.
- Küçük, uzunlamasına elmas biçimli bir girinti oluşturmak için yükü önceden belirlenmiş bir bekleme süresi boyunca koruyun.
- Mikroskopi veya yerinde görsel görüntüleme kullanarak girintinin uzunluğunu ölçün.
- Ölçülen girinti uzunluğunu kullanarak Knoop sertlik değerini hesaplayın.
Araştırmacılar, nanoindentasyon testleri sırasında ilk temas hatalarını ve yüzey pürüzlülüğü etkilerini düzeltmek için gelişmiş istatistiksel yöntemler geliştirmişlerdir. Örneğin, kumlanmış alüminyum alaşım numuneleri üzerinde yapılan çalışmalar, bu düzeltmelerin sertlik ölçümlerindeki değişkenliği azalttığını göstermiştir. Sonuçlar, 1,63 ila 1,93 GPa arasında makro sertlik değerleri ve gelişmiş doğruluk ve tekrarlanabilirlik göstermiştir. Yüzey pürüzlülüğü ile ilk temas hatası arasındaki bu nicel ilişki, Knoop Sertlik Testi de dahil olmak üzere girinti sertliği testlerinin güvenilirliğini vurgulamaktadır.
Plazma püskürtmeli alümina kaplamalarda Knoop ve Vickers girintilerinin karşılaştırılması, Knoop yönteminin etkinliğini daha da göstermektedir:
| Parametre | Düğüm Girintisi Sonucu | Vickers Girinti Sonucu |
|---|---|---|
| Sertlik (GPa) | 1,75 ± 0,42 | Yok |
| Elastiklik Modülü (GPa) | 110 ± 40 | Yok |
| Sonuç Dağılımı (%) | %15 | %33 |
| Sonuçların Temsililiği | Daha temsili | Daha az temsili |
Knoop Sertlik Testi, özellikle kırılgan kaplamalar ve ince katmanlar için daha az değişkenli ve daha temsili sertlik ölçümleri sağlar.
Knoop Sertlik Testi Hesaplaması
Knoop Sertlik Numarası (KHN) Formülü
Knoop Sertlik Testi, Knoop Sertlik Sayısını (KHN) belirlemek için özel bir formül kullanır. Bu formül, uygulanan yükü elmas çentikleyicinin bıraktığı girintinin boyutuyla ilişkilendirir. Standart formül şudur:
KHN = 14,229 × (F/D²) Bu denklemde, F uygulanan yükü kilogram-kuvvet (kgf) cinsinden, D ise girintinin uzun köşegeninin milimetre (mm) cinsinden uzunluğunu temsil eder. 14.229 sabiti, Knoop girinti aletinin geometrisini açıklar. Test prosedürü, genellikle 10 ila 1000 gram-kuvvet arasında değişen kontrollü bir yükün, belirli bir bekleme süresi boyunca uygulanmasını içerir. Yük kaldırıldıktan sonra, operatör bir mikroskop kullanarak girintinin uzun köşegenini ölçer. Knoop Sertlik Sayısı, ölçülen değer ve uygulanan yük kullanılarak hesaplanır.
ASTM standartları, doğruluğu sağlamak için testin birden fazla noktada tekrarlanmasını önerir. Knoop Sertlik Testi, girinti ucu sığ ve uzunlamasına bir izlenim bıraktığı için kırılgan malzemeler ve ince katmanlar için güvenilir sonuçlar sağlar. Uygulanan yük veya girinti ucu açısındaki %1'lik bir hata KHN'de %1'lik bir hataya, diyagonal ölçümdeki %0,5'lik bir hata ise KHN'de %1'lik bir hataya neden olur. Bu hassasiyet, hassas ölçümün önemini vurgular.
İpucu: Knoop sertlik değerlerini raporlarken netlik ve tekrarlanabilirlik açısından yük ve bekleme süresini daima kaydedin.
Birimler ve Notasyon
Knoop Sertlik Testi, birimler ve notasyon açısından uluslararası standartlara uygundur. Aşağıdaki tablo temel unsurları özetlemektedir:
| Element | Tanım |
|---|---|
| Girinti Şekli | Rombohedral elmas; uzun köşegen, kısa köşegenin yaklaşık 7 katı |
| Hesaplama Formülü | KHN = 14,229 × (F / D²) (F kgf cinsinden, D mm cinsinden) |
| Yük Aralığı | 10 – 1000 gram-kuvvet (gf) |
| Ölçüm | Uzun diyagonal, mikron (µm) veya milimetre (mm) cinsinden ölçülür |
| Notasyon Örneği | 375 HK0.3 (300 gf yükte 375 Knoop Sertliği) |
| Birimler | Sertlik HK olarak bildirilir; kgf/mm² birimi artık standart değildir |
| Resmi Standartlar | ASTM E384, ISO 4545 |
| Bekleme Süresi | Tipik olarak 2–15 saniye; belirtilmesi gerekir |
Knoop sertliği gösterimi, sertlik değerini, HK sembolünü ve uygulanan yükü içerir. Örneğin, "870 HK 1/30", 1 kgf yük ve 30 saniye bekleme süresiyle ölçülen 870'lik bir Knoop sertliği anlamına gelir. Sadece uzun diyagonal ölçülür, bu da diğer mikro sertlik testlerine kıyasla zamandan tasarruf sağlar.
Knoop Sertlik Testinin Avantajları
İnce Katmanların ve Kırılgan Malzemelerin Test Edilmesi
Knoop Sertlik Testi, ince katmanların ve kırılgan malzemelerin değerlendirilmesinde önemli avantajlar sunar. Benzersiz girinti, yaklaşık 7:1 uzunluk/çap oranına sahip sığ ve uzun bir iz oluşturur. Girinti derinliği, uzun köşegenin yalnızca yaklaşık 1/30'u kadardır. Bu geometri, seramik, mineral ve cam gibi kırılgan malzemelerde çatlama veya dökülme riskini azaltır. Araştırmacılar, ince kaplamalar ve laminatlar da dahil olmak üzere küçük veya anizotropik numunelerde, makro sertlik testlerinde sıklıkla görülen kapsamlı hasara neden olmadan sertliği ölçebilirler.
Test, genellikle 1 kgf veya altında mikro yükler uygular. Bu düşük kuvvet, hassas yüzeylerde hassas ölçümler sağlar. Knoop Sertlik Testi, doğruluğu korumak için çapraz uzunlukları en az 20 μm olan girintiler gerektirir. Sığ ve dar girinti profili, bu yöntemi geleneksel sertlik testlerinin başarısız olabileceği veya aşırı hasara neden olabileceği kırılgan veya katmanlı numuneler için ideal hale getirir.
Yüksek Hassasiyet ve Minimum Hasar
Knoop Sertlik Testi, sertlik ölçümlerinde yüksek hassasiyet sağlar. Laboratuvarlar, tekrarlanabilirliği sağlamak için genellikle aynı numune veya aynı partiden alınan numuneler üzerinde birden fazla test gerçekleştirir. Sertlik değerlerindeki değişkenliği değerlendirmek için ortalama, standart sapma ve güven aralıkları gibi istatistiksel parametreleri hesaplarlar. Bu istatistiksel yaklaşım, mikroskobik düzeyde doğru, tekrarlanabilir ve ayrıntılı sertlik profilleri sunar.
- Test sonuçları temel verileri içerir:
- Uygulanan yük
- Girinti tipi
- Bekleme süresi
- Hesaplanan sertlik değerleri
Bu ayrıntılar hem kalite kontrolünü hem de araştırmayı destekler. Knoop Sertlik Testi, farklı laboratuvarlarda güvenilir ve karşılaştırılabilir sonuçlar sağlayan ASTM E92 gibi standart prosedürleri takip eder. Sığ girinti, numunedeki hasarı en aza indirerek, daha ileri analiz veya testler için bütünlüğünü korur.
Knoop Sertlik Testinin Dezavantajları
Diğer Yöntemlere Göre Sınırlamalar
Knoop Sertlik Testi, kırılgan malzemeler ve ince kaplamalar için benzersiz avantajlar sunsa da, diğer sertlik test yöntemleriyle karşılaştırıldığında bazı sınırlamalar da getirir. Bu test, genellikle değerlendirmeden önce kesit alınmasını gerektiren küçük ve hassas numuneler gerektirir. Birçok laboratuvar, özellikle büyük veya düzensiz numunelerle çalışırken bu gerekliliği kısıtlayıcı bulmaktadır. Bu yöntem, girintinin optik ölçümü temiz ve iyi hazırlanmış yüzeylere dayandığından, yüksek kaliteli bir yüzey kalitesi gerektirir. Numune hazırlama, makro sertlik testlerine göre daha zaman alıcı ve kritik hale gelir.
Test süreci, Rockwell gibi yöntemlere göre daha yavaş ilerler. Hazırlık hariç her test döngüsü 30 ila 60 saniye sürebilir. Laboratuvarların ayrıca özel ekipmanlara yatırım yapması gerekir.Öğleden sonraEntegre optik sistemler de dahil olmak üzere maliyetleri artıran uygulamalar. Knoop yöntemi, çok çeşitli metalik malzemelere daha kolay uyum sağlayan Vickers testine kıyasla daha az çok yönlü olmaya devam ediyor. Knoop yönteminin benimsenmesi, özellikle diğer sertlik testlerinin daha yaygın olduğu Avrupa'da sınırlı kalıyor.
- Başlıca sınırlamalar şunlardır:
- Hassas optik ölçüm için yüksek yüzey kalitesi gereklidir.
- Rockwell'e kıyasla daha yavaş test süreci.
- Optik ölçüm ihtiyaçları nedeniyle ekipman maliyetlerinin yüksek olması.
- Genel metalik malzemeler için daha az çok yönlülük.
- Belirli araştırma ve endüstriyel uygulamalar dışında sınırlı benimsenme.
Hata Kaynakları
Bu mikro sertlik testindeki sonuçların doğruluğunu ve güvenilirliğini etkileyebilecek çeşitli hata kaynakları vardır. Girinti yöntemlerindeki farklılıklar ve farklı sertlik ölçekleri arasında sonuçları ilişkilendirmedeki zorluklar karmaşıklığa yol açar. Knoop'tan Vickers'a gibi ölçekler arasında değerlerin dönüştürülmesi genellikle hatalara yol açar.
Girinti ucu altındaki eşit olmayan basınç dağılımı sonuçları bozabilir. Girinti ucu oluştuktan sonra malzemenin elastik toparlanması ölçülen alanı değiştirebilirken, girinti ucu etrafındaki çökme ve yığılma olayları gerçek temas alanını değiştirebilir. Girinti ucunun geometrisi, özellikle ince veya katmanlı numunelerde ölçüm sonuçlarını etkiler.
- Yaygın hata kaynakları şunlardır:
- Girintileyicinin altında eşit olmayan basınç.
- Elastik geri kazanım ölçülen alanı etkiler.
- Çökme ve yığılma olayları temas alanını değiştirir.
- Mikroskop büyütme ve kalibrasyonunda sınırlamalar.
- Hesaplama yöntemlerindeki değişkenlik, örneğin tahmini ve gerçek temas alanlarının kullanılması.
- Alet veya yöntem kısıtlamaları nedeniyle sertliğin olduğundan az veya fazla tahmin edilmesi.
Araştırmacılar, güvenilir ve tekrarlanabilir sertlik ölçümlerini sağlamak için bu faktörleri dikkatlice kontrol etmelidirler.
Knoop Sertlik Testi ve Diğer Sertlik Testleri
Vickers Sertlik Testi ile Karşılaştırma
Vickers ve Knoop yöntemlerinin her ikisi de mikro sertlik testi olarak işlev görür, ancak birkaç önemli noktada farklılık gösterirler. Vickers testi kare tabanlı bir elmas piramit girinti ucu kullanırken, Knoop testi uzunlamasına, rombohedral bir elmas girinti ucu kullanır. Girinti ucu şeklindeki bu farklılık, farklı girinti geometrilerine yol açar. Vickers daha simetrik ve daha derin bir iz bırakarak, metaller ve alaşımlar da dahil olmak üzere daha geniş bir malzeme yelpazesi için uygundur.
Knoop, kırılgan malzemeleri veya ince kaplamaları test etmede mükemmeldir. Sığ ve uzun girintisi, çatlama riskini azaltır ve küçük veya katmanlı numunelerde hassas ölçüm sağlar. Vickers yöntemi, her iki köşegenin de ölçülmesini gerektirir ve bu da özellikle pürüzlü veya engebeli yüzeylerde daha fazla ölçüm hatasına neden olabilir. Buna karşılık, Knoop yöntemi yalnızca uzun köşegeni gerektirdiğinden süreci basitleştirir.
| Özellik | Vickers Testi | Düğme Testi |
|---|---|---|
| Girinti Şekli | Kare tabanlı piramit | Uzamış rombohedral |
| Uygun Malzemeler | Metaller, alaşımlar, seramikler | Kırılgan, ince katmanlar |
| Girinti Derinliği | Daha derine | Daha sığ |
| Ölçüm | İki köşegen | Bir diyagonal |
| Çatlama Riski | Kırılgan numunelerde daha yüksek | Daha düşük |
Not: Her iki test de yüksek hassasiyet sağlar, ancak Knoop hassas veya ince numuneler için avantajlar sunar.
Rockwell ve Brinell Testleriyle Karşılaştırma
Rockwell ve Brinell testleri makro sertlik yöntemleri olarak çalışır. Daha büyük yükler kullanır ve daha büyük girintiler oluştururlar, bu da onları dökme metaller ve bileşenler için ideal hale getirir. Rockwell, girinti olarak elmas koni veya sert çelik bilye kullanırken, Brinell büyük bir çelik veya karbür bilye kullanır. Bu testler sertliği, ağır yükler altındaki girintinin derinliğine veya boyutuna göre ölçer.
Knoop ve Vickers testleri ise çok daha düşük kuvvetler kullanır ve daha küçük girintiler oluşturur. Bu da onları mikro yapılar, kaplamalar ve kırılgan malzemeler için daha uygun hale getirir. Rockwell ve Brinell yöntemleri ise ince katmanları veya küçük detayları doğru bir şekilde test edemez çünkü büyük girintileri kaplamaları delebilir veya aşırı hasara neden olabilir.
- Temel farklar:
- Rockwell ve Brinell, büyük ve homojen numuneler için hızlı ve basit testler sağlar.
- Knoop ve Vickers, küçük, ince veya kırılgan numunelerin ayrıntılı analizini mümkün kılmaktadır.
- Makro sertlik testleri mikro ölçekli özellikler için gereken hassasiyetten yoksundur.
İpucu: Sertlik testini numune boyutuna, malzeme türüne ve gereken ayrıntı düzeyine göre seçin.
Araştırmacılar, bu mikro sertlik yöntemine kırılgan malzemeleri ve ince katmanları test etmedeki hassasiyeti nedeniyle değer veriyor. Yük seçimi kritik bir rol oynar, çünkü girinti boyutu etkileri, özellikle düşük kuvvetlerde sonuçları etkileyebilir. Ölçüm doğruluğu, optik çözünürlük ve operatör tutarlılığı gibi faktörlere bağlıdır. Uzmanlar, en iyi sonuçlar için tutarlı yükler, yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve tamamlayıcı tekniklerin kullanılmasını önermektedir. Daha derinlemesine bilgi edinmek isteyenler ASTM E384'e başvurabilir veya BioDent RPI gibi gelişmiş yöntemleri inceleyebilirler.
SSS
Knoop Sertlik Testi için en uygun malzemeler hangileridir?
Seramik, cam ve ince kaplamalar bu duruma iyi yanıt verir. Knoop Sertlik TestiBu malzemeler genellikle ağır yükler altında çatlar veya deforme olur, bu nedenle Knoop girinti aletinin sığ girintisi önemli bir hasara neden olmadan doğru sonuçlar sağlar.
Knoop Sertlik Testi Vickers testinden nasıl farklıdır?
Knoop testi, rombohedral bir elmas çentikleyici kullanır ve yalnızca uzun diyagonali ölçer. Vickers testi ise kare tabanlı bir piramit kullanır ve her iki diyagonali de ölçer. Knoop ince katmanlar ve kırılgan malzemeler için daha iyi sonuç verirken, Vickers daha geniş bir metal yelpazesi için uygundur.
Knoop Sertlik Testi'nde yüzey hazırlığı neden önemlidir?
Yüzey hazırlığı doğru ölçüm sağlar. Pürüzsüz ve cilalı bir yüzey, girintinin net ve ölçülebilir bir izlenim oluşturmasını sağlar. Kötü bir hazırlık, hatalı ölçümlere veya girintinin belirlenmesinde zorluğa yol açabilir.
Knoop Sertlik Testi çok küçük özellikleri ölçebilir mi?
Evet. Knoop Sertlik Testi, mikro yapıları, ince filmleri ve küçük bölgeleri değerlendirebilir. Uzamış girinti ve düşük uygulanan yük, diğer sertlik testlerinin hasara neden olmadan değerlendiremeyeceği özellikleri analiz etmek için idealdir.