Metallerde Yorulma Nedir?
Yorulma, bir iş veya aktivite sonucunda yeterli fiziksel ve mental dayanıklılığın sağlanamaması durumudur. İnsanlar yorulduklarında normal zamanda kolayca yapabilecekleri işleri yorulduklarında yapamazlar. Metallerde de yorulma buna benzer şekilde çalışır. Metal yorulması oluştuğunda metaller normal şartlarda dayanabilecekleri gerilme ve yüklemelere dayanamazlar ve kırılmaya uğrarlar.
Metaller mekanik özellikler bakımından bazı dayanım sınırlarına sahiptir. Bu mekanik özellikler çeşitli test yöntemleri ile belirlenebilmektedir. Böylece makine elemanları ve parçalar bu dayanım özellikleri göz önüne alınarak tasarlanır ve üretilir. Yani bir metalin akma dayanımı 500 N/mm2 ise, normal koşullarda bu gerilmeden daha az bir gerilme metalde bozulmaya yol açmaz. Eğer böyle bir kırılma ve bozulma meydana geliyorsa akla getirilmesi gereken en önemli durumlardan biri yorulma olacaktır.
Metallerde Yorulma Nasıl Oluşur?
Metallerde ve makine elemanlarında üretim sırasında veya değişken zorlamalar sebebiyle kusurlar meydana gelebilmektedir. Bu kusurlar çatlak, çizik, pürüz vb. olabilir. Meydana gelen bu çatlak değişken yüklerin devam etmesi sebebiyle, malzeme içerisine doğru yayılır. Büyüyen bu çatlak, aynı tahtanın bir kısmının kesildikten sonra daha rahat kırılması gibi, çok daha küçük gerilmeler ile kırılmaya ve bozulmaya uğrar.
Yorulmaya neden olan bu kusurlar farklı şekillerde meydana gelebilir. Makine elemanında meydana gelen ani zorlamalar veya aşırı yüklemeler bunlardandır. Ayrıca yanlış üretim uygulamaları nedeniyle metallerin iç yapısında meydana gelen süreksizlikler, çatlamalara ve kusurlara neden olabilmektedir. Makine elemanının geometrisi de oluşabilecek gerilme yığılmalarından dolayı çatlaklara neden olabilmekte, bunun sonucunda da yorulma meydana gelebilmektedir.
Metallerde Yorulma ve Wöhler Eğrisi
Wöhler eğrisi August Wöhler tarafından bulunmuştur. Vagonların aksları üzerinde çalışma yapan August Wöhler, elde ettiği gerilme değerleri ile bu eğriyi oluşturmuştur. Dönen bir milde veya değişken yüke maruz kalan bir metalde alt gerilme, üst gerilme gibi farklı gerilmeler meydana gelir. Bu gerilmelerin değerlendirilmesi ile de ortalama gerilme ve gerilme genliği kavramları elde edilir. Wöhler eğrisinde bu kavramlardan gerilme genliği kullanılır. Wöhler eğrisinde farklı gerilme genliğine karşı malzemenin ne kadar çok tekrar sayısına ulaştığı gösterilir. Elde edilen eğride belirli bir gerilme genliğinin altında malzemenin yorulmaya uğramayacağı ve sonsuz çevrim sayısını karşılayabileceği kabul edilir.
Metallerde Yorulmayı Etkileyen Faktörler
Yüzey kalitesi: Metallerde yorulmayı etkileyen en önemli faktörlerden birisi yüzey kalitesidir. Yüzey kalitesi yukarıda değindiğimiz yorulmaya neden olan çatlak çizik ve pürüzlülük gibi konular ile doğrudan ilişkilidir. Metal parçanın yüzey kalitesi ne kadar iyi olursa yorulmaya uğraması o kadar düşük ihtimaldir. Fakat diğer faktörler de işin içinde olduğu için yüzey kalitesi iyi olan bir metal hiç bir zaman yorulmaya uğramaz diyemeyiz.
Parça geometrisi: Parça geometrisi gerilmenin dağılımı için önemli bir kriterdir. Eğer makine elemanında gerilme yığılması oluşturacak perçin, cıvata, delik, sivri kenarlar vb. varsa, parçada bir süre sonra bu kısımlardan çatlak oluşumu görülebilir. Gerilme yığılması için ilgili yazımızdan daha fazla bilgi edinebilirsiniz.
Korozyon: Oksitlenme olarak da bilinen korozyon, malzeme yüzeyinde çok ya da az deformasyona neden olmaktadır. Bu nedenle de ilk maddede bahsettiğimiz yüzey kalitesinin bozulması durumu meydana gelmektedir.
Sıcaklık: Tüm metallerin sıcaklığa toleransı farklıdır. Farklı sıcaklıklarda metaller normalde olduklarından daha düşük dayanım gösterebilmektedir. Bu nedenle aşırı sıcaklık değişimlerinde malzemelerde yorulma başlangıcı meydana gelebilmektedir.
Ani değişimler: Makine elemanının normal olmayan koşullarda ani darbe, aşırı yükleme gibi durumlara maruz kalmasıyla yorulmaya neden olacak deformasyonların başlangıcı meydana gelebilir.
Metallerde Yorulma için Önleyici Tedbirler
Metallerde yorulmayı engellemek, yorulmaya neden olan faktörlerin engellenmesi ile sağlanır. Bu yüzden yorulmanın önlenmesi için makine elemanının yüzey kalitesi arttırılır. Makine elemanının çalıştığı ortamdaki parçanın dayanımını etkileyecek faktörler ortadan kaldırılır. Ani darbelere ve değişimlerden etkilenmemesi için daha tok bir malzeme kullanılır. Parça geometrisi, mekanizmaya uygun şekilde ve gerilme yığılmalarının en az olacağı şekilde üretilir. Kalite kontrol sistemleri ile üretilen parçalar kontrol edilmeden kullanılmaz. Periyodik bakımlar düzenli olarak yaptırılır.
Tüm bu önleyici tedbirlerin alınması ürünün belirli bir ömrünün olduğu gerçeğini değiştirmez. Bu önlemler ürün ömründe parça kaybı olmadan ve parça kaybından meydana gelebilecek tehlikeler ile karşılaşmadan makine elemanından yararlanmak içindir. Elbette kullanılan malzeme belirli bir çevrim sayısından sonra yenisi ile değiştirilmek zorundadır.
