Yorulma kırılması neden oluşur?
Yorulma kırılması, tekrar eden yüklerin malzemede küçük hasarlar ve çatlak ilerlemesi oluşturmasıyla gelişir. Tek bir uygulamada parçayı kırmayacak yük, çok sayıda çevrimden sonra kırılmaya yol açabilir. Son aşama ani görünse de öncesinde biriken bir hasar süreci bulunabilir.
Yapı ve çalışma mekanizması
1. Tek yük ile tekrarlı yük farklıdır Bir metal çubuğun bir kez çekilmesiyle belirlenen dayanım, aynı çubuğun değişen yüklerle ne kadar süre çalışacağını tek başına söylemez. Yorulmada yük büyüklüğü kadar yükün kaç kez tekrarlandığı ve nasıl değiştiği de önemlidir. Bir parçanın dönmesi, titreşmesi veya tekrar tekrar eğilmesi belirli noktaları çevrimli gerilmeye maruz bırakabilir. Bu yükler bazen parçanın tamamında görünür kalıcı eğilme oluşturmaz. Buna rağmen yüzey yakınındaki küçük bölgelerde birikimli değişiklikler gelişebilir. Dolayısıyla gözle düz duran bir parça hasarsız kabul edilemez; ölçüm ile kullanım geçmişi birlikte gerekir. 2. Çatlak nereden başlayabilir? Yüzey çizikleri, keskin köşeler, delikler, kaynak ayrıntıları veya malzeme içindeki bazı kusurlar gerilmeyi yerel olarak yoğunlaştırabilir. Her kusur mutlaka kırılma oluşturmaz; boyutu, konumu ve yükle ilişkisi önemlidir. Tekrarlı hareket sırasında mikroskobik plastik şekil değişimleri belirli bölgelerde birikebilir ve çatlak başlangıcına katkıda bulunabilir. Bu nedenle yüzey işlemleri ve tasarım ayrıntıları yorulma performansını etkiler. Yalnız daha yüksek çekme dayanımı olan bir metal seçmek bütün yorulma sorunlarını çözmez. Malzemenin mikro yapısı, üretim kalitesi ve gerçek parça geometrisi de değerlendirilmelidir. 3. Çatlak büyüdükçe ne değişir? Başlangıçta küçük olan çatlak her yük çevriminde bir miktar ilerleyebilir. Büyüme hızı, yük aralığına, ortalama yüke, çatlak boyuna ve ortama bağlıdır. Çatlak ilerledikçe yükü taşıyan sağlam kesit azalır ve çatlak ucundaki koşullar değişir. Sonunda kalan bölüm yükü taşıyamazsa hızlı kırılma gerçekleşebilir. Bunun belirli bir takvim gününde olacağı yalnız parçanın yaşından çıkarılamaz. Aynı süredir kullanılan iki parça farklı çevrim sayıları ve yük büyüklükleri yaşamış olabilir. Yorulma ömrü, kronolojik yaş ile eş anlamlı değildir.
Örnekler, ölçüm ve sınırlar
4. Pas, sıcaklık ve çevrenin rolü Korozyon yüzeyde çukurcuklar oluşturarak çatlak başlangıcını kolaylaştırabilir. Bazı kimyasal ortamlar mevcut çatlakların ilerlemesini de hızlandırabilir. Sıcaklık, yükleme sıklığı ve bekleme süreleri belirli malzemelerde sonucu değiştirir. Bu nedenle laboratuvarda kuru havada ölçülen bir değer, deniz ortamında veya başka bir gaz altında çalışan parçaya doğrudan uygulanamaz. Ortam etkisi ile mekanik etki birbirinden bütünüyle ayrı düşünülmemelidir. Bununla birlikte yüzeydeki her pas lekesi yakın kırılmanın kesin işareti değildir. Güvenilir değerlendirme, malzeme ve hizmet koşullarına uygun incelemeye dayanır. 5. Mühendisler nasıl ölçer? Standart numuneler farklı yük seviyelerinde tekrar tekrar yüklenir ve hasara kadar geçen çevrim sayıları kaydedilir. Sonuçlar çoğu zaman gerilme ile çevrim sayısını ilişkilendiren eğrilerle gösterilir. Başka deneyler mevcut bir çatlağın büyüme hızını izler. Bu iki yaklaşım aynı soruya cevap vermez: biri ömrü, diğeri çatlak ilerlemesini sınırlar. Sonuçlarda saçılma olabilir; tek numunenin sonucu bütün parçalar için kesin ömür sayılmaz. Gerçek tasarımda değişken yükler, üretim farkları, güvenlik payları ve inceleme olanakları hesaba katılır. Her malzeme için sınırsız yorulma ömrü varsaymak doğru değildir. 6. Günlük örnek ve güvenli yorum Bir metal teli aynı yerden tekrar tekrar bükünce kopması, tekrarlı biçim değişiminin etkisini görünür kılar. Ancak bu büyük bükülmeli örnek, bir uçak parçasındaki veya rulmandaki bütün yorulma süreçleriyle aynı koşulları temsil etmez. Ses, titreşim, çatlak veya şekil değişimi görülen güvenlikle ilgili parçalar profesyonelce değerlendirilmelidir. Evde daha çok bükerek kalan ömrü ölçmeye çalışmak uygun değildir. Yorulmanın ana dersi, dayanımın yalnız en büyük kuvvetle tanımlanamayacağıdır: kuvvetin geçmişi, tekrar sayısı, yerel geometri ve ortam da kırılmayı belirleyebilir.