Yorulmanın ne olduğunu bir önceki yazımla birlikte iyi kavradığınızı düşünmekteyim. Aslında sürünme davranışı da yorulma ile prensipte aynıdır. Tek farklı yanı sıcaklığın da doğrudan etkiyen bir değişken olmasıdır. Sürünme, kullandığımız malzemelerin çoğunda ortaya çıkan bir olgudur. Fakat genellikle bunun farkında olmayız. En bilindik ve kolay anlaşılabilecek örnekleri, yüklü bir şekilde aslında polimerik malzemelerde olan sünmedir. Sünme, sürünmeyle aynı olayı temsil etmektedir. Kalitesiz lastikler, aşırı yüklü olarak asılan ve öyle bırakılan poşetler gibi örnekleri versem hemen “hııı evet” diyeceksiniz..
Kafamda kurmuş olduğum bir model ile bunu sizlere kolaylıkla anlaşılır bir şekilde aksettirebileceğimi düşünmekteyim.
Sürünme davranışını modellemek amacıyla, “kristal yapılar” isimli yazımda kullanmış olduğum kafile modelimi tekrar kullanmak istiyorum. 1000 kişilik kafilemiz her metal alaşımının gerçekte bulunduğu taneli yapılar şeklinde ufak grupların farklı yönelimleriyle bir arada bulunsunlar. Yine bu ufak grupların içerisine safsızlıkları temsil eden iri kıyım adamlar serpiştirelim. Bu kafileden bir grubu çekip çıkarmaya çalışalım. Bu sert etkimize karşı çok çabuk ve neredeyse eşit bir değere sahip tepkiyle karşılamamız kaçınılmazdır. Bir öğrenciyi çektiğimiz anda bütün grup arkadaşları onu tutmaya çalışacaklar. Eğer olur da o öğrenci hafiften kaymaya başlarsa, bu sefer devreye iri kıyım adamlarımız giriyor ve bizim uygulamamız gereken kuvvet artıyor. Bu şartlar altında grubu parçalamamıza pek imkân yok.
Peki ya sıcaklığı sürekli değiştirirsek ve bıkmadan usanmadan aynı öğrenciye aynı kuvveti uygulamaya devam edersek? İşte bu taktiğimize fazla dayanamayacaklardır. Değişken yüksek sıcaklık ve sabit bir yük altında mukavemetleri zamanla düşecek, çekmeye çalıştığımız öğrenciyi gruptan rahatça çekip çıkarabileceğiz.
İşte malzemelerde, yüksek sıcaklıklarda aynı böyle bir davranış içerisinde bulunurlar. İlk başlarda muazzam bir mukavemet verirler. Ortama alıştıklarında da bu dayanımlarını devam ettirirler. Ama öyle bir an gelir ki, artık malzeme bu sıcaklık ve gerilim değişimlerine dayanamaz ve iflasın eşiğine gelir. İflas evresi, diğer iki evreye nazaran genellikle çok kısa sürer.
Sürünme Davranışı
Kabaca, yüksek sıcaklık altındaki yorulma diyebilirim. Fakat sürünmenin, yorulmadan ufacık bir farkı vardır. Yorulma esnasında, malzeme üzerindeki gerilimler değişirken sıcaklık sabittir. Sürünmede ise tam tersi durum söz konusudur. Yüklenme veya gerilim sabitken, sıcaklık değişir. Fakat ben, hem sıcaklığın hem de gerilimin aynı anda değişmesini de sürünme olarak değerlendiriyorum.
Mesela, aracınızın motor parçalarında sürünme davranışı da gözlemlenebilir. Özellikle krank milinde, volan dişlisinde ve silindir kapağında mikro çatlaklar belirse dahi, bu belirtiler doğrudan yorulmaya işaret değildir. Çünkü gerilimin değişmesine karşılık sıcaklıkta sabit kalmamıştır. Aşırı performans beklenen F1 gibi motor yarışlarında her aracın motorunun ömrü bir yarışlıktır. Çünkü motorda yorulma değil sürünme davranışı gözlemlenir. Sürünmenin de yorulma gibi geri dönüşü yoktur ve mutlaka ilgili parçaların tekrar ergitilip dökülmesi şarttır.
Marketten aldığınız bir poşet dolusu öteberiyi sabit bir noktada sabitleyip duvara asarsanız, 3–5 gün geçtikten sonra poşetin uzadığını görürsünüz. Yük sabitken, gerilim artar. Çünkü poşetin yükü taşıdığı kesit alanı daralmıştır. Bu plastik şekil değişimi, poşetinizin sürünme davranışından ileri gelir. Poşet polimerik bir malzemedir ve 25~30 derece sıcaklık onun için hiçte azımsanmayacak bir sıcaklıktır. Bu yüzden uzun zincirlerinin birbiri üzerinden kayması kolaylaşır ve plastik deformasyona maruz kalır.
90’lı yıllarda çocuk olanlar iyi bileceklerdir ki, yeni yeni piyasaya çıkan eşofmanların özellikle alt parçalarının belleri çok çabuk sünüyordu. Annelerimizin “Kalitesiz lastik bunlar, ben ona pazardan bir don lastiği alırım, sapa sağlam olur” söylemlerini hatırlarsınız. Bunun sebebi, o lastiğin kendi için nispeten yüksek olan çalışma sıcaklığında –yaklaşık 35 derece- uzun süre sabit yük altında kalmasıdır. Böylece sünüp, özelliğini yitirir. Yukarıda vermiş olduğum marketten alınan bir poşetin zamanla uzaması örneği aynı sebeptendir.
Sürünme Grafiği
Malzemelerin sürünme davranışları, plastik deformasyona karşı çizilen zaman grafiği ile incelenir. Aşağıda bir malzemenin sürünmesi esnasındaki plastik şekil değişimi hızını görebilirsiniz.
I.bölgenin ilk başlarında, yani ilk yükleme esnasında malzeme kendi öz mukavemeti ile bu yükü karşılamıştır. Fakat daha sonra çok az bir plastik şekil değişimine uğramıştır. Bu plastik deformasyon esnasında, malzemede çalışma sertleşmesi yani pekleşme görülmeye başlar.
II. bölge, malzeme biliminde kararlı bölge olarak tanımlanır ve ilgili malzemenin yorulma ömrü bu bölgenin eğimiyle doğrudan ilişkilendirilir. Bu bölge boyunca toplam plastik deformasyonun az olduğunu görüyoruz. Bunun sebebi I. bölgede pekleşen malzememiz yüksek sıcaklık ve sabit yük altında bu pekleşmenin etkisiyle fazla sünmeyecek, gerilimle başa çıkabilecektir.
Fakat III. bölgeye gelindiğinde malzememiz artık iflasın eşiğindedir. Bunun sebebi ise, I.bölgede görülen pekleşme esnasında oluşan Cottrell atmosferleri, II. bölge süresince, kayan atom düzlemlerini kitlemekte başarılı olmuştur. Fakat Cottrell atmosferleri bilindiği üzere dislokasyon kümeleridir ve yüksek enerjili bölgelerdir. II. bölge boyunca bu dislokasyon kümelerinin sayısı ve her bir kümedeki dislokasyonun sayısı oldukça artmıştır. Yani pekleşme esnasında oluşan Cottrell atmosferlerimiz artık doyum noktasına ulaşmış ve bir sonraki kayacak düzlem ve dislokasyonları tutamayacak haldedir. III. bölgede yeni yeni kayan dislokasyonlar ve atomlar doyuma ulaşmış dislokasyon kümelerince tutulsa dahi, sıcaklığın etkisiyle bu kümeler bir üst düzleme atlayarak serbest kalacak ve hareketlerine devam edecektir. İşte tüm bu sebeplerden dolayı III. bölgede plastik deformasyon hızlanır ve malzeme iflasa sürüklenir.
Sürünme davranışı, çok kristalli malzemelerde daha fazla görülür. Çünkü her bir tane sınırı sürünme için ideal bir ortam oluşturmaktadır. Kayan taneler başa beladır. Tanelerin kaymasını istemiyorsanız, yapıyı tanesiz yani tek kristal üretmeniz gerekmektedir.
Türbin kanatları, turbofan ve turboprob motorların kompresör kanatları mutlaka tek kristal üretilmelidir. Aksi takdirde, yukarıda da söylediğim gibi tanelere kayabilecekleri yüzeyler yaratmış olursunuz.
Bu yazımla “Malzemelerin Mekanik Özellikleri” isimli yazı dizimi tamamlamış oldum. Bir sonraki yazı dizim için çalışmalarım devam etmekte. Fakat sınav haftasına girdiğimden kısa bir süre yayınlarıma mecburen ara vermek durumundayım. Takipte kalmanızı önerir, başarılar dilerim…
Okan Gençoğlu
Ondokuz Mayıs Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Öğrencisi
Kaynak: http://en.wikipedia.org/wiki/Creep_(deformation)
