Geri Dön

Characterization of Martens hardness with dead weight force application in macro range

Ölü ağırlık kuvvet uygulama yöntemi ile makro aralıkta Martens sertliği karakterizasyonu

  1. Tez No: 910705
  2. Yazar: CİHAN KUZU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 131

Özet

Sanayi, teknoloji ve bilimsel araştırmalardaki gelişmeler, yaşam kalitesindeki iyileşmeler sonucunda elde edilen refah, daha iyi hizmet, daha konforlu ve sağlıklı koşullarla daha güvenli günlük yaşam anlamına gelir. Bu gelişmelerin etkileri ulaşım, havacılık, uzay sanayii, savunma, sağlık gibi teknoloji ve kalitenin her alanında görülebilmektedir. Bu durum tasarımcıları ve üreticileri müşterilerine daha kaliteli, güncel ürün ve hizmetler sunmaya zorlamaktadır ve bunun sonucunda da kalite talebindeki artış sonucunu ortaya çıkmaktadır. Geleneksel endüstriyel ürünlerin yanı sıra, dijitalleşmeye dayalı modern teknoloji ürünleri, yapay zeka, kuantum sensörleri ve benzeri yüksek teknoloji ürünleri, daha sıkı üretim toleranslarına, daha doğru, güvenilir ve hassas üretim kabiliyetine ihtiyaç duymaktadır ve bunların tümü yüksek doğruluklu ölçüm standartlarına ve test yöntemlerine gereksinim duymaktadır. İç ve dış ticarette teknik engellerin aşılması, işletilen kalite sistemlerinin geliştirilmesine bağlı olarak kolaylaşmakta, bu da tüketiciye sunulan ürün kalitesinin büyük ölçüde artmasını sağlamaktadır. Daha yüksek ürün kalitesi, daha düşük üretim maliyeti ve ticaretle ilgili teknik sorunlar, uygun malzeme kullanımını gerektirmekte ve bu da günlük olarak kullanılan ürünlerin tasarımında ve üretiminde girdi olarak kullanılacak malzeme özellikleri hakkında güvenilir bilgiye duyulan ihtiyacı her geçen gün artırmaktadır. Malzeme özelliklerini araştırmak için araştırmacıların, mühendislerin ve üreticilerin doğru, hassas ve güvenilir testlerden biri olan sertlik testini yapmaları gerekmektedir. Sertlik önemli bir malzeme özelliğidir ve ölçümü ile malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesine yardımcı olan çok basit, kolay, ucuz, görece olarak daha az tahrip edici ve kullanışlı bir tekniktir. Sertlik malzemenin deformasyonu karşı gösterdiği direnç olarak tanımlanır. Sertlik testi malzeme özelliklerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan, tüm laboratuvarlarda, atölyelerde ve üretim hatlarında uygulanabilen, doğru ölçülebilen, nispeten hızlı ve mümkün ise tercih edilen bir yöntemdir. Çok daha az zaman, emek ve para harcanan bir teknik olmasına rağmen malzemenin diğer mekanik özellikleriyle ilgili önemli bir tutarlılık göstermesi, malzemenin kullanıldığı tüm alanlarda hassas ve doğru sertlik ölçümlerinin yapılmasını gerçekten önemli kılmaktadır. Ölçüm yöntemine ve/veya sertliği ölçülen malzemeye bağlı olarak plastik deformasyona, elastik deformasyona veya elastik-plastik deformasyona karşı direnç olarak değerlendirilebilir. Metalik malzemelerde sertlik esas olarak malzemenin plastik deformasyona karşı direncidir. Plastik ve kauçuk malzemelerde ise elastik deformasyon miktarı sertlik göstergesi olup hesaplanmasında kullanılan bir büyüklüktür. Bir malzemenin sertliği, malzemenin yüzey mukavemeti veya aşınma mukavemeti özelliklerinin göstergesidir. Sertlik diğer mekanik testlerle karşılaştırıldığında nispeten daha az tahribatlıdır, tahribatsız kabul edilebilir. Test edilecek numunenin özel bir şekle sahip olmasına gerek olmadığından ölçümü kolaydır. Malzemenin yüzey mukavemeti ve aşınma özelliklerine ilişkin bilgilerin yanı sıra, çekme mukavemeti gibi diğer mekanik özelliklerle de önemli bir tutarlılık gösterir. Sonuç olarak, araştırma ve geliştirmenin yanı sıra sertlik ölçümü, üretim operasyonlarında kalite kontrolünün önemli bir aracıdır. Sertlik ölçümleri, test yöntemine, sertlik testine tabi tutulan malzemeye veya kullanılan test cihazlarının tasarımına ve tipine göre çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Metroloji bilimi açısından en önemli sertlik test yöntemleri metalik malzemelerin sertlik ölçüm yöntemleri olan Rockwell, Brinell, Vickers ve Knoop sertlik yöntemleridir. Bu sertlik ölçüm yöntemleri ile ilgili referans standartları ulusal metroloji enstitüleri, mesela ülkemizde TÜBİTAK UME (Türkiye Ulusal Metroloji Enstitüsü), tarafından en yüksek doğrulukta gerçekleştirilir ve esas olarak sert bir malzemeden üretilmiş batıcı uç adı verilen bir nesnenin malzeme yüzeyine standardize edilmiş koşullar altında batırılmasıyla gerçekleştirilen ve oluşan plastik deformasyonun ölçülmesi ile belirlenir. Oluşturulan bu deformasyonlar sertlik ölçeğine göre değişir. Söz gelişi bu deformasyon Rockwell sertliğinde iz derinliği malzemenin sertlik değerini belirlemek için ölçülen büyüklüktür; Brinell yönteminde dairesel (küresel) bir izin çap uzunluğu, Vickers yönteminde kare şeklindeki bir izin ortalama köşegen uzunluğu ve son olarak Knoop sertliğinde bir eşkenar baklava dilimi izin daha uzun köşegen uzunluğudur. Bu yöntemlerin tamamında dünyadaki bütün öçümlerde standardizasyon ve yeknesaklık amaçlanmış ve bu amaçla sertlik ölçeğini oluşturan en yüksek doğruluktaki bileşenler kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında, Martens sertliğinin gerçekleştirilmesi için hem plastik hem de elastik deformasyonun ölçüldüğü yüksek hassasiyetli ve doğruluklu sertlik standardı makinesinin tasarlanması, geliştirilmesi ve metrolojik karakterizasyonunun yapılması amaçlandı. İz derinliği ölçümü için kullanılacak bir lazer interferometre sisteminin yüksek doğruluğu ve ölü ağırlık kuvvet uygulama yeteneği ile tekrarlanabilirliği ve kararlılığından yararlanılması düşünülmüştür. Ölçümü esnasında malzemede gerçekleşen elastik deformasyon Martens sertliğinin önemli bir parçası olduğu için makine gövdesinin yük altındaki elastik deformasyonu dikkate alınarak bu projede kullanılan batıcı ucun yanı sıra gövdenin özel tasarımı ile ölçüm büyüklüğü olan dalma derinliğine yansıyan neredeyse sıfıra yakın elastik deformasyon oluşması hedeflendi. Kuvvet ve derinlik ölçümü gibi makinede kullanılan her bileşenin doğruluğu ve kararlılığının yanı sıra, gövde ve derinlik ölçüm düzeneğinin tasarımı, doğruluk açısından bu makineyi ticari olarak satılan diğer makinelerden ayırmaktadır. Bu proje sonunda Martens sertliğinin yanı sıra diğer konvansiyonel sertlik ölçüm yöntemleri de ulusal standart olarak kullanılacak şekilde en yüksek doğruluk seviyesinde 3 kgf – 3000 kgf kuvvet uygulama aralığında gerçekleştirildi. Bu kalibrasyon ve ölçüm kapasitesine (CMC) sahip, ülkemizdeki sertlik test makinelerine izlenebilirlik sağlayacak ölü ağırlık kuvvet uygulama kabiliyetine sahip iki adet sertlik standardı makinesi geliştirilmiş oldu. Bu standart makineler aynı zamanda yakın gelecekte yapılabilecek çalışmalarla batma sertliği, batma elastiklik modülü, batma sünmesi ve elastik/plastik batma işi gibi diğer aletli batma test parametrelerinin ölçümünü gerçekleştirebilecek kapasitede olacaktır. Bu iki makine, TÜBİTAK UME Sertlik Laboratuvarı'nda kendi finansmanıyla desteklenen bir proje kapsamında geliştirildi, kuruldu ve metrolojik karakterizasyondan sonra devreye alındı. Bu çalışmanın devamı olarak yapılabilecek geliştirme çalışmaları arasında 10 g – 3 kg aralığında Mikro-sertlik ölçüm sisteminin geliştirilmesi planlanmaktadır. Bu sistem içerisinde yine Martens sertliği ölçüm yönteminin yerleştirilmesi ve micro aralıkta yüksek doğrulukla devreye alınması çalışmaları yapılacaktır. Bu sayede ölçüm aralığı genişletilmiş ve daha az kalınlıktaki tabakaların mekanik özelliklerinin ölçülmesi başarısı elde edilmiş olacaktır. Bu adımın da devamında, bu tez çalışması, daha da düşük kuvvetler ile daha ince tabakaların mekanik özellliklerinin belirlenmesine yönelik ölçüm çalışmalarına da ışık tutacak bir çalışmadır. Nano-sertlik ölçümleri micro-sertlik ölçümlerini takip edecek ve kaplamaların özelliklerinin belirlenmesine dönük referans standart çalışmaları yapılabilecektir. Bunun yanında oluşturulan altyapı ile sertifikalı referans malzeme üreticilerine ölçüm alanında ar-ge çalışmalarına katkı sağlanmış olacak, teknolojinin ilerlemesine ölçüm alanında yüksek doğruluklu ölçüm standartları ile destek verirmiş, uluslararası alanda ticarette teknik engellerin aşılması ve sanayi ürünlerinin uluslararası alanda kabul görmesine büyük katkı yapılmış olacaktır.

Özet (Çeviri)

We are witnessing the rapid improvements in scientific research, technology and industry, and their effects in the quality of life meaning welfare, better services, and safer daily life with more comfortable and healthier conditions, spreading in all aspects of quality of technological products including transportation, aviation, aerospace, defense, and health, etc. This phenomena requires more developed quality systems that mainly based on standardization, calibration, test and conformity assessment. From costumer point of view higher quality of products, lower cost in production and marketing, technical issues related to trade require suitable material usage that in turn needs reliable information about material properties to be used as an input in design and production in all fields of industry wherever material is used. To investigate the material specifications, researchers, engineers and producers necessarily perform accurate, precise and reliable tests one of which is hardness and this is accepted as an important component of quality assurance. Hardness is an important material property, easy to perform, fast, cheap, relatively less destructive and useful technique that characterize some of the materials mechanical properties. Its being much less time, labour and money consuming process makes it really important to perform precise and accurate hardness measurements in industry and from standardization point of view it makes it reall unavoidable to establish precise and accurate primary hardness reference standards to provide traceability to the testing machines used in industrial applications. Hardness is defined as the resistance to deformation. There are many types of hardness measurement methods in accordance with their meausment methodology, material types they are applied on, etc. In the world of hardness metrology science the mainly used hardness methods for metallic materials are Rockwell, Brinell, Vickers and Knoop that are defiend and accepted by international oranizations such as ISO and ASTM, and very commonly used in testing laboratories as well as research institutes. These hardness methods are realized at the highest accuracy at the national metrology institutes (NMIs) or designated institutes (DIs), e.g. TÜBİTAK UME (National Metrology Institute of Türkiye) and they are mainly based on measurement of the plastic deformation realized by penetration of a hard material called indenter into the material whose hardness is subject to measurement. In some occasions beside material behavior against plastic deformation, material behavior against elastic deformation or both might be important to designers. For such properties measurements Martens hardness method is defined by the ISO and used in material testing processes. Martens hardness is the resistance which a material shows against elastic and permanent deformation and calculated from the maximum depth of the indentation that is realized in one step of force application with square-based pyramid diamond indenter (Vickers indenter). It is based on the same measurament parameters as Rockwell scale with one important difference; Rockwell is manily based on the plastic deformation of material while Martens hardness is based on the elastic and plastic deformation of material indented with the specified indenter (Vickers) under test force. In this thesis study, within the scope of an internally funded project within TÜBİTAK UME, two hardness standards machines with dead weight type force realization systems were developed for establishment of the traditional hardness scales such as Rockwell, Brinell and Vickers as well as Martens hardness at the highest possible accuracy as depth measurement possibility is implemented onto the machines designed. The design of the machines was made taking into account the parameters affecting Martens hardness regarding the accuracy in force application and zero-point determination, controlled measurement cycle and compliance of the machine that will be counted as indentation depth which creates a systematic error during a hardness measurement. The accuracy and stability is one advantage of this design but more importantly the compliance of the machine is the biggest advantage of this application in Martens hardness measurements where elastic and plastic deformation are both measured for calculating hardness value. In this new application which is the main concern of this thesis study, a special design indenter is used where the elastic deformation of the indenter holder is eliminated. The indentation depth of the piece of diamond only is measured by making use of a pin connecting the corner cube to the piece of diamond penetrating to the material. Another specification is the connection of the ineterferometer (including the the beam splitter and the reference corner cube) to the anvil where the material whose hardness is measured to eliminate the compliance resulted by the machine body. This constitute a big advantage where the elastic deformation is measured on the material which is also applicable to measurement of other material properties such as Martens hardness, indentation hardness, indentation modulus and indentation work realized within Instrumented Indentation Test. At the end of this project and thesis study, with the highest metrological level two hardness reference machines with dead load force application mechanism between 3 kgf to 3000 kgf were developed, their commissioning and metrological characterization were completed. Beside other hardness measurement methods, Martens hardness measurement were made for 3kgf, 20 kgf, 100 kgf and 150 kgf discrete force values. The measurement results comply with the metrological specifications requested by the relevant ISO standards to be a reference machine to provide traceability in Martens hardness by calibration of hardness reference blocks. The performance of these machines show their capability to be used as reference standard in all parameters of Instrumented Indentation Test such as indentation hardness, indentation modulus, indentation creep, indentation relaxation and indentation work (plastic and elastic parts) in the near future.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    455058

    Broylerler'den clostridium perfringens izolasyonu ve moleküler karakterizasyonu

    Moleculer characterization and isolation of clostridium perfringens from broilers

    BURCU KARAGÜLLE

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    MikrobiyolojiFırat Üniversitesi

    Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ADİLE MUZ

  2. Tez No

    899329

    Mechanical behavior of medium and high entropy alloys

    Orta ve yüksek entropili alaşımların mekanik davranışı

    AHMAD MADKHANAH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEZER PIÇAK

  3. Tez No

    610073

    Fe-% 27Ni-% 4Mn-% 1Zn alaşımında deformasyon etkisi ile oluşan martensi-tenin bazı fiziksel özellikleri

    Deformation in Fe-% 27Ni-% 4Mn-% 1Zn alloy some physical properties of martensitis with effect

    İLYAS GÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHitit Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMRE GÜLER

  4. Tez No

    80242

    Vankomisin içeren Poli(D,L-laktik-ko-glikolik asit) implantların karakterizasyonu ve in vitro-in vivo salım davranışlarının incelenmesi

    Characterization of vancomycin containing poly(d,l-lactide-co-glycolide) implants and investigation of their in vitro-in vivo release behaviour

    YILDIZ ÖZALP

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Eczacılık ve FarmakolojiAnkara Üniversitesi

    Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NURTEN ÖZDEMİR

  5. Tez No

    82603

    Characterization of arylamine N-acetyltransferase in tissues from human breast cancer

    İnsan kanserli meme dokusunda arilamin N-asetiltransferaz enziminin karakterizasyonu

    YAŞASIN SENEM GEYLAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    BiyokimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyokimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TÜLİN GÜRAY

Geri Dön