Harran Üniversitesİ Makİne Mühendİslİğİ YORULMA HASARI Mücahit BOYACI

YorulmaNedir: Normalde tek sefer uygulandığında herhangi bir hasar meydana getirmeyecek seviyede olan ancak tekrarlı şekilde uygulandığında çatlak veya kırılma şeklinde hasar meydana gelme durumudur. Nasıl Oluşur: 1.Yapıda küçük çatlağın oluşumu 2.Çatlağın ucu elastik-plastik gerilme ortamında gelişir. 3.Çatlak makro ölçekte yapıdaki elastik gerilmeler altında büyür. 4.Kırılma meydana gelir.

Özellikle metalik malzemelerin göçmesinin en önde gelen etkeni olması nedeniyle yorulma olayı çok önemlidir. Yorulma kopmasına uğrayan parçalara örnek olarak miller, bağlantı çubukları ve dişliler gibi hareketli parçalar gösterilebilir. Makinelerdeki hasarların yaklaşık % 80’nin yorulma kopmalarından kaynaklandığı düşünülmektedir. Özel durumlar dışında çoğunlukla yorulmaya yol açan gerilme seviyesi malzemenin akma dayanımından düşüktür.

Yorulma Hasarı İle İlgili Temel Büyüklükler

WÖHLER EĞRİSİ Yorulma deneyleri, sabit bir ortalama gerilme için farklı gerilme genlikleri alınarak yapılır ve yorulma kırılmasının görüldüğü kırılma çevrim sayıları saptanır. Deneyler sonucunda Wöhler eğrisi çizilir. Yorulma eğrisi ortalama gerilmenin sıfır olduğu değişken gerilme genliğinde çizilmektedir yani R=-1 (tam değişken yükleme).

Yorulma Eğrisinin Yorumlanması Şekildeki A malzemesinin yorulma sınırının ~445 MPa olduğu görülmektedir. Bunun anlamı bu malzeme bu gerilme ve bunun altındaki gerilme değerlerinde sonsuz süre yorulmadan çalışabilir demektir.

Yorulma Eğrisinin Yorumlanması Ancak bazı malzemelerde (demir dışı malzemeler) özellikle Al alaşımlarında yorulma sınırının olmadığı görülür. Numune üzerine uygulanan gerilme ne kadar azaltılırsa azaltılsın malzeme belli bir gerilme devrinden sonra hasara uğramaktadır. Yorulma eğrisi B malzemesindeki gibi elde edilir.

Yorulma Hasarı Türleri

Çok Kullanılan Malzemelerin Gerilme-Ömür Grafikleri

YORULAN MALZEMENİN KIRILMASI

1.Çatlak Başlangıcı: Genellikle yüksek gerilme yığılmalarının oluştuğu bölgelerde veya kristal yapıdaki hatalı noktalardan çatlak başlar.

2. Çatlak ilerlemesi: Çatlak genellikle yüzeyden başlayıp, kayma hatları ile orta kısımlara iletilir. Ayrıca, malzeme içinde mikro çatlaklar var ise ve çatlak ucunda oluşan gerilme yığılması çatlağı ilerletebilecek seviyede ise çatlak ilerler. Uygulanan gerilme çatlağın ilerlemesi için yeterli değilse malzeme yorulmaz. Gerilme çatlağın ilerlemesini sağlayacak kadar büyük ise çatlak gevşek yerlerden ilerler. Böylece yıpranma yavaş yavaş tüm keside yayılır.

Çevrimli Yükleme Altında Oluşan Hasarın İlerleyişi

a) Keskin çatlak ucu b) Çekme yükü altında 45º açıda kayma ile birlikte iki küçük çentik oluşur. c) Çatlak ucu açılarak körleşmeye başlar. d) Yük basmaya dönerken kayma yönü de terse döner e) Yeniden keskin bir çatlak ucu oluşur. f) Tekrar yeni çevrim başlar Çatlak İlerlemesi

3. Kırılma: Yıpranma nedeniyle ayrışma yeter derecede ilerledikten sonra kesidin geri kalan kısmı yükü taşıyamaz hale gelir ve malzeme aniden kopar. Yorulma olayı malzemede önemli bir plastik şekil değişimi yapmadığından ve uyarı vermeden elastik limitin altındaki gerilmelerde malzemenin ani olarak göçmesi nedeniyle tehlikelidir.

Bir alüminyum çubuğun çatlaması. Siyah alan zamanla büyüyen çatlaktır. Beyaz parlak alan ise bir anda kopma nedeniyle oluşmuş çatlaktır.

Çevrimli Yükleme Altında Çatlak Oluşumu ve Büyümesi

Yorulma Kırılması Tipleri

YORULMA HASARLARI YORULMA DAYANIMINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER 1.Gerilmenin Etkisi Eksenel gerilme ile eğme gerilmelerinin yorulma üzerindeki etkileri aynı burma gerilmesi farklı etki yapar.

DENEY KOŞULLARININ YORULMAYA ETKİSİ 1.Sıcaklığın Etkisi Yüksek sıcaklıkta yorulma dayanımı düşer. Sıcaklık düştükçe yorulma dayanımı artar. Sıcaklığın etkisiyle oluşan gerilmeler de yorulma üzerinde etkilidir. σ = α.E.T Sıcaklık farkı arttıkça gerilmelerde artar. Bazen parçanın tümünün sıcaklık değişimine uğraması gerekmez. Parçanın bir kısmı sıcak bir kısmı soğuk olabilir. Bu da çatlak oluşumuna ve ısı nedeniyle yorulma kırılmasına neden olur.

2. Korozyon Yorulma çatlağı için gerekli tekrar sayısı korozyon varsa önemli ölçüde azalacak yoksa artacaktır. Çatlağın ilerleme hızı da korozyon varsa artacak yoksa yavaş ilerleyecektir. Korozyon aynı anda birden fazla yerde çatlak başlatabilir. O zaman çatlaklar yüzeyden başlar çekme gerilmesi yönüne dik olarak ilerler.

YORULMA ÖMRÜNÜ ETKİLEYEN METALÜRJİK FAKTÖRLER 1.Tane Büyüklüğü Taneler büyükse yorulma dayanımı düşer küçükse artar. Bu faktör sıcaklık gerilme ve çentik ile beraber düşünülüp yorumlanmalıdır. 2. Alaşımlandırma a) Karbon çeliklerinde; %C, Mo, Ni, Cr artarsa yorulma dayanımı artar.

b) Yüksek dayanımlı çeliklerde; %Cu artarsa, % P azıcık artarsa yorulma ömrü artar. Fosforun gevreklik yaratacağı unutulmamalıdır. c) Östenitik paslanmaz çeliklerde; %Ni ve Cr artarsa korozyona karşı yorulma artar. d) Titanyum alaşımlarının yorulma ömürleri çeliklerden daha yüksektir. e) Aluminyum ve magnezyum yorulma dayanımını arttırır.

3. Isıl İşlem Çekme gerilmesini arttıran ısıl işlemler yorulma ömrünü arttırır. Temperlenmiş martenzitte yorulma artar. Kalın lamelli perlitik yapıda çentik sebebiyle yorulma düşüktür. Küresel grafitli yapıda yorulma ömrü yüksektir. 4. Tanelerin Yöne Bağımlılığı Yorulma ömrü yöne bağımlıdır. Deformasyon yönüne dik çalışan malzemelerde yorulma ömrü, deformasyon yönündeki ömrün (0,6-0,7) katıdır.

KAYNAKLAR 1. Doç.Dr.Salim ŞAHİN,‘YORULMA VE AŞINMA’ 2. Prof. Dr. Akgün ALSARAN, ‘Yorulma Hasarı HASAR ANALİZİ’ Atatürk Üniversitesi, 3. Aydın Kuntay, ‘YORULMA TEORİSİ BAŞLANGIÇ EĞİTİMİ’ BİAS MÜHENDİSLİK, Nursen Saklakoğlu, ‘MEKANİK TESTLER’ Celal Bayar Üniversitesi 5. Musa ÇİMEN, ‘Yüksek Lisans Tezi, Gaz Türbinli Motorlarda Yorulma Hasarı ve Tı-6Al-4V Malzemesinin Yüksek Sıcaklıktaki Sürtünme Yorulması Davranışının İncelenmesi’ Kırıkkale Üniversitesi, Prof. Dr. İrfan AY, ‘Yorulma Sonucu Doğan Hasarlar’, Balıkesir Ünv., Makine Müh., Balıkesir, (2004). 7. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir, ‘Mukavemet ve Deformasyon Özelliklerinin Belirlenmesi -Yorulma deneyi’, Kocaeli Ünv. 8. Vedat Temiz, ‘Makina Elemanlarının Sürekli Mukavemete Göre Hesabı’ İstanbul Teknik Ünv.