Malzemenin değişken yüklere maruz kaldığı zaman ortaya çıkan kırılmanın tehlikeli bir şekline malzeme yorulması denir. Yorulma, çatlağın gelişmesi ve ilerlemesi ile olur ve yorulma kırılmasını iki özelliği şunlardır:
Birincisi, statik yükleme ile hasar gereken yükten çok daha düşük yüklemede meydana gelebilir ve ikincisi çatlak için son başarısızlığın noktasını oluşturmak için gereken daha uzun veya daha kısa zaman periyodunda çatlağın meydana geldiğinin göstergesi olamayabilir.
Yorulma çatlaklarının başlangıcı, kristalografik kaymadan dolayıdır ve çoğunlukla parçanın yüzeyine çok yakın yerden veya yüzeyinde başlar. Çünkü, mühendislik malzemeleri genellikle çok kristallidir, parçanın yüzeyindeki taneler deforme etmeye hacmi içerisindekilerden daha fazla uygundur.
Yorulma Dayanımının Değerlendirilmesi
Genellikle çevrimsel yükleme hasar meydana getirir, bunu için düşük gerilme olmalıdır. S-N eğrisinde seviye sabitse sınırlı bir gerilme beklenir, buna “yorulma sınırı” denir ve sonsuz ömür beklenir. Yorulma sınırının deformasyon yaşlanması ile ilgili olduğu düşünülür. Böylece, çekme gerilmesi 1100 MPa’ı geçmeyen bütün ferritik çelikler yorulma sınırı gösterir. Titanyum alaşımlarıda yorulma sınırı gösterir (sonsuz ömürlü). Genellikle Al alaşımları ve demir dışı metaller, yorulma sınırı göstermediği halde (yani sonsuz ömürlü değiller) ısıl işlem verilemeyen Al-Mg alaşımları yorulma sınırı gösterir.
Metallerin Yorulmasına Etki Eden Faktörler
1. Mekanik Bağlantılar
Mekanik bir bağlantı mille, perçinle ya da civatalarla yapılmış olabilir, ama hangi metot kullanılmış olursa olsun, montajın yorulma kuvveti tüm olarak bağlı elemanların düzlem yorulma kuvvetlerinin küçük bir fraksiyonuna dönüşür. Örneğin S-N eğrisini göze alarak, mil parçaları için yüksek mukavemetli alüminyum alaşımları ve çelik parçaları için 107 çevrimi civarında bulunmuştur. S, burada çeliklerin çekme mukavemetinin %4’üne, Alüminyum ise %2.5’una eşittir.
2. Kaynak Bağlantıları
Bir kaynak bağlantısının yorulma dayanımı, statik mukavemetleri eşit olmasına rağmen kaynaksız malzemeninkinden daha azdır.
3. Yüzeylerin İşlenmesi
Malzemenin yüzeyi sertleştirildiğinde yorulma dayanımı artar. Bunun tersi olarak da yüzeydeki yumuşama yorulma dayanımını azaltır.
4. Soğuk Şekil Verme
Yüzeyin soğuk şekil verilmesi, yorulma çatlaklarının oluşturulmasına yol açarak dayanımı arttıran gerilme oluşturur.
5. Yüzey Sertleştirme
Yüzey sertleştirme usulleri alev, endüksiyon, semantasyon ve nitrürasyondur. Çelikler için yorulma limitini, özellikle eğme ve burulma mukavemetlerini arttırır. Çatlaklar genellikle sertleşmiş tabakanın hemen altında başlar.
6. Yüzey Yumuşatma
Yumuşak yüzey tabakaları, yorulma performansına oldukça zararlıdır.
7. Levha Kaplamalar
Nikel, krom, kadmiyum ve çinko gibi metaller ile kaplanan çeliklerde genel olarak, bu uygulamanın yorulma dayanımına zararlı olduğu görülmüştür. Kaplamaların çatlakların ilerlemesine yardımcı olması ve kalıntı gerilmelerin malzeme içinde kalması sonucuna bağlı olarak çatlakların giderilmemesi durumunda zararlı olabilmektedirler.
Dikkat Edilecek Hususlar
Gerilme konsantrasyonun tümüyle ortadan kaldırılması genellikle imkansız olduğundan yüzeylerin ve bütün dış hatların zımparalanması ve parlatılması gibi uygulamalara yer verilmelidir. İlave gelişmeler nitrürasyon, alevle sertleştirme ve haddeleme ile sağlanabilir.
Alıntı yapılan kitap: Malzeme Seçimi ve Uygulamaları (Tasarım-Seçim Diyagramı-Pratik Uygulama) – Seçkin Kitapevi – Prof.Dr. Fehim Fındık, Prof.Dr. Sefer Cem Okumuş, Yrd.Doç.Dr. Murat Çolak