YORULMA HASARLARI 1
Yorulma nedir? Malzemenin tekrarlı yüklere maruz kalması, belli bir tekrar sayısından sonra yüzeyde çatlak oluşması, bunu takip eden kopma olayı ile malzemenin son bulmasına YORULMA adı verilir 2
3
4
Aşağıdaki yorulma eğrilerinden temel parametreleri cevaplandır? σ Çevrim Gerilme Genliği Gerilme Aralığı Ortalama Gerilme Max Gerilme Min Gerilme t zaman 5
Çevrim : Gerilme-zaman eğrisinin periyodik olarak tekrarlanan en küçük parçası Max Gerilme : Uygulanan gerilmeler arasında en büyük olan gerilmeye (σ max ) denir. Min Gerilme : Uygulanan gerilmeler arasında en küçük olan gerilmeye (σ min ) denir. 6
Gerilme Oranı : R = σ min/ σ max oranıdır ve R= -1 ile +1 arasında değişir. Ortalama Gerilme : Max ve Min gerilmelerin yarısıdır. σ m = (σ max + σ min )/2 Gerilme Aralığı : Max gerilme ile Min gerilme arasındaki farktır. σ r = σ max σ min Gerilme Genliği : Gerilme aralığının yarısıdır. σ g = σ r /2 7
Yorulma olayında kullanılan WÖHLER diyagramını demir olanlar için ve demir olmayanlar için nasıl değerlendirirsin? Gerilme Aral lığı (MPa) 400 300 200 100 Çelik Demir dışı Yorulma dayanım sınırı 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 Çevrim sayısı (N) 8
Yorulma olayında kullanılan WÖHLER diyagramını demir olanlar için ve demir olmayanlar için nasıl değerlendirirsin? Gerilme Genliği (M MN/m 2 ) 500 400 300 200 100 1045 Çelik Yorulma dayanım sınırı 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 2014 T6 Al 10 8 10 9 10 10 Çevrim sayısı (N) 9
Çelikte eğrinin yatay olduğu nokta YORULMA DAYANIM SINIRI dır. 10 6-10 7 de bu başlar. Pratik olarak bu sınır : YDS ± 0,5. σ ç Demir dışı olanlarda : YDS + 1/3. σ ç Yorulma malzemelerde kaç türlü olur? Çatlaklı malzemelerde yorulma Çatlaksız malzemelerde yorulma şeklinde olur. 10
Çatlaksız malzemelerde yorulma hasarı nasıl oluşur? Çatlaksız malzemelerde iki tip yorulma olur: - Uzun ömürlü yorulma - Kısa ömürlü yorulma 11
Uzun ömürlü olanın σ max ve σ min değerleri, σ ak dan küçük, N =10 4 ten büyüktür. Kısa ömürlü olanında ise σ max ve σ min değerleri, σ ak dan büyük, N =10 4 ten küçüktür. Uzun ömürlüye örnek:akslar ve Motor elemanları Kısa ömürlüye örnek:türbin parçaları, Nükleer reaktör parçaları 12
Çatlaklı malzemelerde yorulma hasarı nasıl oluşur? Köprüler, gemiler, kaynaklı yapılar mutlaka çatlak içerir. Çatlak bu malzemelerde kontrol edilir. Çatlak boyu zamanla artar. Burada önemli olan, ÇATLAK BÜYÜME HIZI dır. 13
a a R da 1 dn R 2 da dn R 1 > R 2 N Burada II. Bölgedeki çatlak büyüme hızı da/dn ile, K arasındaki ilişki da/dn =c. K m şeklinde olup ve adı Paris kanunu dur. 14
Yorulma kırılmaları 15
YORULMA DAYANIMINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER NELERDİR? 1. Gerilmenin Etkisi: Eksenel gerilme ile eğme gerilmelerinin yorulma üzerindeki etkileri aynı burma gerilmesi farklı etki yapar. 16
Bir sonraki sayfadaki diyagramda farklı ortalama gerilmelerin yorulmaya etkisi görülmektedir. 17
Gerilme Gen nliği (MN/m 2 ) 50 40 30 20 10 σ m =0 kp/mm 2 σ m =20 kp/mm 2 σ m =40 kp/mm 2 σ m =50 kp/mm 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 Çevrim sayısı (N) 18
2. Çentiğin Etkisi : Malzemede çentiğin olması yorulma ömrünü büyük ölçüde azaltır. Tabloda çentiğin yorulma ömrüne etkisi verilmiştir. Çentik Şekli Ve Boyutu Yorulma Ömrünün % Azalması 250 mm yarıçaplı yiv 0 25 mm yarıçaplı yiv 5 6 mm yarıçaplı yiv 10 Küçük kavisli çıkıntı 25 90 açılı çıkıntı 50 90 açılı V çentik 65 19
3. Yüzeyin Etkisi : Yüzey pürüzlülüğünün etkisi çentik etkisine benzerdir. Pürüzlülük ne kadar fazla olursa yorulma ömrü de o kadar düşük olur. Yüzey etki sa ayısı 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Parlatılmış Taşlanmış Hassas işlenmiş Kaba işlenmiş Tufallı 500 1000 1500 Çekme Mukavemeti σ ç (N/mm 2 ) 20
4. Bilya Püskürtmenin Etkisi: Bu yöntemle yüzeyde önemli miktarda basma gerilmesi oluşur. Aşağıda bilya püskürtmenin yay çeliğinin ömrüne etkisi görülmektedir. Gerilme Genliği (MN N/m 2 ) 1000 800 600 400 200 Bilya püskürtülmüş Bilya püskürtülmemiş 200 400600 80010001200 Ortalama Gerilme N/mm 2 21
5. Tane Boyutunun Etkisi : Taneler küçük olunca yorulma dayanımı artar. 6. Çekme Dayanımının Etkisi : Yorulma Dayanı ımı Düzgün parça Çentikli parça Çekme Dayanımı 22
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. 23
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. 24
DENEY KOŞULLARININ YORULMAYA ETKİSİ 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. 25
2. Korozyon aynı anda birden fazla yerde çatlak başlatabilir. O zaman çatlaklar yüzeyden başlar çekme gerilmesi yönüne dik olarak ilerler. 26
YORULMAYA ÖMRÜNÜ ETKİLEYEN METALURJİK 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. 27
a) Yüksek dayanımlı çeliklerde; %Cu artarsa, % P azıcık artarsa yorulma ömrü artar. Fosforun gevreklik yaratacağı unutulmamalıdır. b) Östenitik paslanmaz çeliklerde; %Ni ve Cr artarsa korozyona karşı yorulma artar. c) Titanyum alaşımlarının yorulma ömürleri çeliklerden daha yüksektir. d) Alüminyum ve magnezyum yorulma dayanımını arttırır. 28
YORULMAYA ÖMRÜNÜ ETKİLEYEN METALURJİK FAKTÖRLER 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. 29
4. Tanelerin Yöne Bağımlılığı : Yorulma ömrü yöne bağımlıdır. Deformasyon yönüne dik çalışan malzemelerde yorulma ömrü, deformasyon yönündeki ömrün (0,6-0,7) katıdır. 30