Bir yapıyı oluşturan elemanlar çoğunlukla kullanım esnasında tekrarlayan yüklere maruz kalırlar. Tekrarlı gerilmelere maruz kalan yapı elemanları, uygulanan gerilme dayanıklılıktan küçük olmasına rağmen belirli bir tekrar sayısından sonra parçada çatlaklara ve kopmaya sebep olabilir. Yorulma adı verilen bu olayın, bütün mekanik arızaların %90 ‘ına katkıda bulunduğu tahmin edilmektedir [1].
Yorulma kırılması çevrimli stresin, gerilme stresinin ve plastik gerilmenin eşzamanlı etkisiyle oluşur. Bu üç etkinin birinin eksik olmasıyla yorulma çatlağı başlamaz ya da ilerlemez [2]. Yapıda oluşan çatlağın ucundaki çentik lokal gerilme yığılmasına neden olur. Böylece tekrarlı plastik deformasyona uğrayan çatlağın ucu gerilmeler altında büyür ve kırılma meydana gelir. Ömrün büyük kısmı ise ilk çatlağın oluşmasına kadar geçen sürede harcanır.
Yorulma başlangıçta, Avrupa’daki araştırmacıların, tekrarlayan yüklemeye tabi tutulduğunda köprü ve demiryolu bileşenlerinin çatladığını gördükleri 1800’lü yılların başlarında bir sorun olarak kabul edildi. Yüzyılın ilerlemesi ve makinelerin artan kullanımı ile metallerin kullanımı yaygınlaştıkça, tekrarlanan yüklere maruz kalan bileşenlerin başarısızlıkları kaydedildi. Günümüzde yapısal yorgunluk, yüksek mukavemetli materyallerin gittikçe artan bir şekilde kullanımı ve bu materyallerden daha yüksek performans arzusunun bir sonucu olarak daha da önem kazanmıştır [1].
YORULMA TESTİ
Yorulma, tekrarlı yüklerle maruz kalan malzemelerde çatlaklar ve kırılmalara neden olabilecek ilerleyici, lokalize ve kalıcı yapısal değişimlerdir. Malzeme geliştirme ve kalite kontrolünde sıkça başvurulan bir yöntem olan yorulma testi de özellikle tekrarlı yüklere maruz kalacak olan parçalar için hayati önem taşır.
Karmaşık bir yapı ya da dizaynda kullanılacak olan parçada alınan numune ile yapılan test sonuçlarına göre yorum yapmak oldukça güçtür. Laboratuvarda sabit koşullar ve numunelerde yapılan deneyler belirli koşullar için fikir verir ya da çeşitli önlemlerin alınmasını sağlar. Çekme testi gibi kesin sonuçlar vermeyen ve sıcaklık, korozyon, yüzey kalitesi, iç gerilmeler, mikroyapı gibi birçok koşulun etki ettiği yorulma dayanımı için farklı düzenekler oluşturulabilir.
TEST NUMUNESİ
Test için kullanılacak numune eksene paralel şekilde ve mekanik veya elektrolitik olarak parlatılmış olmalıdır. Yorulma çatlağı, genellikle dış yüzeyde başlar ve iç kısımlara doğru ilerler. Dolayısı ile yüzey işleme kalitesinin de önemi büyüktür. Yüzeydeki pürüzler çentik etkisi yaparak çatlak oluşumunu kolaylaştırır. Yüzey işleme kalitesi yükseldikçe yorulma dayanımı artar. Dış yüzeyinde süreksizlikler olan elemanların yorulma ömrü daha kısadır ve deney sonuçları yanılmalara sebep olur.
Farklı araştırmacılar tarafından çalışma koşullarına en yakın geometrik şekilde numune kullanımının yanı sıra Amerikan Test ve Malzemeler Derneği (İng. ASTM) tarafından standart hale de getirilen testte numunenin geometrik şeklinin yassı, dikdörtgen ya da dairesel kesitli olmasına göre değişen geometrik dizaynları vardır.
Şekil 1 : Standart çekme testi numunesi geometrileri [3]
Aynı zamanda ASTM’nin numune geometrisi için getirdiği bazı kurallar da vardır,
1. Numune öylesine dizayn edilmelidir ki çatlama numunenin daraltılmış kesitinde olsun.
2. Numunenin daraltılmış kesiti öylesine seçilmelidir ki max. gerilmenin mutlak değeri deney cihazının çalışma kapasitesinin en az %25’inde, min. gerilmenin mutlak değeri ise cihazın çalışma kapasitesinin en az %2,5’inde oluşsun.
3. Numune boyutları öylesine seçilmelidir ki numunenin doğal frekansı, cihazın frekansının en az iki misli olsun.
Yorulma testine en çok etki eden faktörlerden olan çentik etkisini incelenmek çentikli numunelerde kullanılabilir.
TEST CİHAZI
Yorulma testinde kullanılan cihazlar çok çeşitli olmalarına rağmen kuvvet uygulama türlerine göre 4 ana başlıkta toplanabilirler,
1. Eksenel çekme-basma uygulayan cihazlar
2. Eğme gerilmesi uygulayan cihazlar
2.1. Düzlemsel eğme gerilmesi uygulayan cihazlar
2.2. Dönen eğme gerilmesi uygulayan cihazlar
3. Burma gerilmesi uygulayan cihazlar
4. Bileşik gerilme uygulayan cihazlar
Bu gruplar haricinde çeşitli laboratuvar ve işyerlerinde ihtiyaca uygun cihazlar geliştirilmiştir. Deneyden en etkin sonuçları alabilmek için malzemeye yapıda maruz kalacağı yüke en yakın test düzeneği seçilmelidir.
Yorulma test cihazları çalışma prensiplerine göre de mekanik, elektromekanik, manyetik, hidrolik ve elektro hidrolik olarak sınıflandırılabilirler.
Şekil 2 : Elekro hidrolik eksenel yorulma test cihazının şematik gösterimi [4]
Tüm bu cihazlarda ortak olarak çevrim sayısını kaydedebilen sayaç ve numune kırıldığında otomatik deneyi durduran sistem bulunmalıdır.
TESTİN YAPILIŞI
Test sırasında malzemeye uygulanan gerilme türüne göre seçilen test cihazında uygun teste tabi tutulur;
1. Eksenel Gerilmeli Yorulma Deneyi: Klasik yöntem olan bu yöntemde numuneye eksenel olarak değişen çekme ya da basma gerilmesi uygulanır. Uygulanan bu gerilmelerde malzemede uniform olarak dağılır.
2. Eğme Gerilmeli Yorulma Deneyi:
Düzlemsel Eğme Gerilmeli Yorulma Deneyi; Numune bir düzleme göre tekrarlanan eğme gerilmeleri altındadır.
Dönen Eğme Gerilmeli Yorulma Deneyi; Numune devamlı dönen bir düzleme göre tekrarlanan eğme gerilmeleri altındadır.
3. Burma Gerilmeli Yorulma Deneyi: Numune bir düzleme göre tekrarlanan burma gerilmesi altındadır.
4. Bileşik Gerilmeli Yorulma Deneyi: Yukarıdaki başlıklarda anlatılan testlerden iki veya daha fazlasının bir arada yapıldığı düzeneklerdir. Örnek olarak eğme-burma gerilmeli ve eksenel burma gerilmeli yorulma testi verilebilir.
Şekil 3 : Uygulanan gerilmeye göre test tiplerinin şematik gösterimi a) Tek uçtan yüklemeli dönel eğmeli b) İki uçtan yüklemeli dönel eğmeli c) eksenel gerilmeli [5]
Çiğdem Bilim
KBT Proses ve Kalite Geliştirme Çalışma Grubu
KAYNAKLAR
[1] http://www.asminternational.org/documents/10192/1849770/05224G_Chapter14.pdf
[2] http://www.asminternational.org/documents/10192/1849770/06156G_Sample.pdf/6202c5f3-9ae8-479b-a8bd-d2050d37d534
[3] http://www.bias.com.tr/imgup/Bias_Yorulma_Egitimi_Teori.pdf
[4] http://www.asminternational.org/documents/10192/1849770/06156G_Sample.pdf/6202c5f3-9ae8-479b-a8bd-d2050d37d534
[5] Pürçek G., Metalik Malzemelere Uygulanan Mekanik Deneyler (Ders Notu), Trabzon, 2014
