Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME
SÜRÜNME Malzemelerin yüksek sıcaklıkta sabit bir yük altında (hatta kendi ağırlıkları ile bile) zamanla kalıcı plastik şekil değiştirmesine sürünme denir. Sürünme her ne kadar yüksek sıcaklıklarda vuku buluyorsa da sürünmeyi tüm sıcaklık aralıklarında gözlemlemek mümkündür.
SÜRÜNME DENEY DÜZENEĞİ Sürünme deneyi, sabir sıcaklık ve sabit gerilme altında yapılır ve birim uzamanın zamanla artışı sürünme eğrisi olarak çizilir.
Gaz türbinleri, fırınlar, (buhar türbinleri 500 C türbin kanatlarında 600 C) ve benzeri yüksek sıcaklıklarda çalışan mühendislik malzemeleri için sürünme yüksek önem arz eder ve hesaplamalarda dikkate alınmalıdır.
SÜRÜNME Yaklaşık 0,4.T m ve üzeri sıcaklıklarda sürünme hızı önemli oranda artış gösterir. T m malzemenin Kelvin cinsinden ergime sıcaklığıdır. Sürünmede etkin olan iki mekanizma vardır. Birisi deformasyon pekleşmesi diğeri toparlanmadır.
Sıcaklık-Dayanım İlişkisi
SÜRÜNME EĞRİSİ VE BÖLGELERİ
A-B Bölgesi (I.Bölge) Yükün etkisiyle numune uzar, burada dislokasyon hareketleri hakimdir. Numunede deformasyon sertleşmesi olur. Diğer taraftan yüksek sıcaklık nedeni ile iç gerilmeler giderilir. Kendine gelme, toparlanma oluşur. Pekleşme hızı toparlanma hızından daha fazladır bu nedenle sürünme hızı yavaşlar.
B-C Bölgesi (II.Bölge) Dislokasyon ağları ve yığılmaları rahatlama mekanizmaları olarak da adlandırılabilecek dislokasyon tırmanması ve dislokasyon kayması ile dengelenir ve bu nedenle gerinim artış oranı sabit kalır. Pekleşme hızı ve toparlanma hızı birbirine eşittir. Sürünme hızı şekildeki gibi ikincil bölgenin eğimidir. Uygulamada çok önemlidir. Mühendislik hesaplarında saatteki, belli sıcaklıktaki sürünme hızı SÜRÜNME MUKAVEMETİ olarak alınır.
C-D Bölgesi (III. Bölge) C`den D`ye olan üçüncü bölgede iç boşluk oluşumları vuku bulur. Boyun oluşumu meydana gelir ve buna bağlı olarak gerilim (stres) artar. Yumuşama hızı pekleşme hızından daha fazla olur ve malzeme kopuncaya kadar sürünme hızı giderek artar. Sürünme testinden sonra düşük bir sıcaklıkta darbe ile kırılmış bir numunenin kırılma yüzeyindeki sürünme boşlukları
MALZEMELERİN SÜRÜNME SICAKLIKLARI Alüminyum ve alaşımları yaklaşık 250 C de sürünme davranışı gösterirken, kalay ve kurşun gibi yumuşak metaller oda sıcaklığında sürünür. Nikel esaslı alaşımlar yaklaşık 650 C de sürünürken, çelik 450 C de sürünür.
Sürünme Kırılması Genellikle oda sıcaklığında tane sınırları tanelerden daha mukavemetlidir. Fakat sıcaklık arttıkça tane sınırlarındaki mukavemette düşmekte hatta artan sıcaklıkla tane sınırları mukavemet düşüş hızı tane içi mukavemetteki azalma hızından daha fazla olmaktadır
Sürünmede taneler arası kırılma örneği
SICAKLIĞIN SÜRÜNMEYE ETKİSİ
GERİLMENİN ETKİSİ
Tane boyutunun etkisi Sürünme dayanımının yüksek olması için tane boyutu büyük olmalıdır.
SÜRÜNMENİN AZALTILMASI
Alaşım elementi ilavesi Alaşım elementi ilavesi ile sürünme dayanımı iyileşir.
SOĞUK ŞEKİLLENDİRME Alaşımların yüksek sıcaklık sürünme gerinmesini dislokasyon hareketliliğini engelleyerek önleyen bir başka mekanizma soğuk şekillendirmedir. Soğuk şekillendirme yeniden kristalleşme sıcaklığını düşürdüğünden sadece %15 ile %20 arası şekillendirme en iyi sonucu verir.
SÜRÜNMEYE DAYANIKLI ALAŞIMLAR Sürünmeye dayanıklı alaşımların geliştirilmesi dislokasyon hareketliliğinin zor olduğu malzemelerin üretilmesi ile mümkündür. Sürünmeye dayanıklı çelikler VC, TiC, NbC, Mo 2 C veya Cr 23 C 6 gibi bir çok çökelme karbürlerden oluşmaktadırlar.
SÜRÜNMEYE DAYANIKLI ALAŞIMLAR Ergime sıcaklığı çok yüksek bazı metaller, örneğin; Tungsten-Volfram`ın (Tm 3377 C) işlenmesi çok zordur, Molibden (Tm 2607 C) uçucu oksitler oluşturur Osmiyum (Tm 3027 C) ise çok pahalıdır. Bu nedenle günümüzde Nikel (Tm 1453 C) ve Kobalt (Tm 1492 C) alaşımları kullanılmaktadır.
Bazı yüksek sıcaklık alaşımları ve kompozisyonları
METALLERDE SÜRÜNME MEKANİZMALARI Dislokasyon kayma ve tırmanması Difüzyon akışı(diffusional flow) Tane sınırı kayması
Dislokasyon kayma ve tırmanması Tırmanma: yüksek sıcaklıkta boş yerlerin yayınması ile dislokasyonunun bulunduğu düzlemi terk etmesi olayıdır. Yüksek sıcaklıklar metalde dislokasyonların tırmanmasını sağlar. Dislokasyon düzensizlikten uzağa tırmandıktan sonra kaymaya devam ederek, uygulanan en düşük gerilmelerde bile numunenin şekil değiştirmesini sağlar.
Dislokasyon kayma ve tırmanması
Tane Sınırı Kayması Yüksek sıcaklıklarda aktif hale gelen bir mekanizmadır Artan sıcaklıkla taneleri bir arada tutan kuvvet azalır ve etki eden gerilmelerin etkisi ile tanelerin birbirleri üzerinde kaymaları mümkün hale gelir
Yayınımlı akış (NABARRO-HERRING TİPİ) Bu tip sürünmede atomlar tane içinde yayınarak olarak, tanelerin uygulanan gerilme doğrultusunda deforme olmasına neden olurlar. Sıcaklık arttıkça atomların difüzyonu kolaylaşacağı için, bu tip sürünme büyük oranda sıcaklığa bağlıdır. Bu tip sürünme oldukça yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Uygulanan gerilmenin ve tane boyutunun bu tip sürünmeye olan etkisi azdır.
Yayınımlı akış (COBLE TİPİ) Bu tip sürünmede atomlar tane sınırları boyunca difüze olarak tanelerin, uygulanan gerilme doğrultusunda deforme olmasına neden olurlar. Tane sınırlarındaki difüzyon, tane içine göre daha kolay olduğu için, bu tip sürünmenin gerçekleşmesi için çok yüksek sıcaklıklara gerek yoktur. Bu yüzden bu tip sürünme, Nabarro-Herring tipi sürünmeye göre daha düşük sıcaklılarda gerçekleşir. Bu tip sürünmede ana etken tane boyutudur. Tane boyutu küçüldükçe, tane sınırlarının sayısı artacağından bu tip sürünmenin etkisi artacaktır.