Her ne kadar mukavemet, tasarımın başlıca geleneksel parametresi olsa da, tek veya en önemli özelliği değildir. Bir malzemenin, sadece tek bir özelliğe sahip olması sebebiyle kullanımına uygun olması düşünülemez. Genellikle uygun bir özellikler kombinasyonu göstermelidir. Mühendislik yapıları konusunda mukavemetin toklukla bağlantılı incelenmesi önemlidir, çünkü deneyler göstermiştir ki, sürünmenin oluşturuğu sıcaklığın altında oluşan kullanım hasarı genel plastik distorsiyonun bir sonucu değil fakat, genel akmanın altında oluşan nominal gerilmeler sebebiyledir.
Eski tasarım prosedürleri tokluğu önemli ölçüde dikkate almazlardı. Geçmişte büyük yapılardaki hatalar az görülen bir olay değildi, ancak sıklıkla da oluşmazdı, çünkü;
- Düşük tasarım gerilmeleri oluşturulduğunda yüksek emniyet faktörleri kullanmak yaygındı,
- Birleştirme metotları mekanikti, cıvatalama ve perçinleme gibi, böylece büyük bir yapının bir kısmındaki hasarın bütün yapıya yayılması önlenirdi,
- Oldukça zayıf malzemelerin kullanımı, bölgesel plastik deformasyonları tarafından karşılanan gerilme yoğunluklarına olanak tanırdı. Bu durum, yıllar süresince kademeli olarak değişti. Mükemmel bilgisayar tasarımlarının, artan kullanımı, düşük emniyet faktörlerinin kullanımını da beraberinde getirdi; örneğin şimdilerde kaynak en önemli birleştirme metodudur.
Gerçekte, istenilen tokluğu sağlanması ancak, tüm kullanım sıcaklıklarında tok olan bir malzeme elde edilebilir. Sorun şunları bilmektir:
- Makul bir maliyetle tatminkar performans elde etmek için hangi tokluk derecesi aranmalıdır?
- Derecelendirerek nasıl sınıflandırabiliriz? Belirli bir mukavemet derecesinde, artan tokluk demek artan maliyet demektir ve tasarımcı istenilen tokluktan da yüksek tokluğu arzu etmez.
Tokluk Nedir?
Tokluk, kırılmaya karşı gösterilen dirençtir. Tokluğun yokluğu “gevreklik” terimiyle tanımlanır. Ayrıca bir malzeme küçük bir kuvvet sarfiyatı ile de kırılabiliyorsa aynı şekilde tanımlanır.
Hataların kırılma sebebiyle oluşmasından önce, hatanın başlayabileceği bir kusur olması gereklidir. Sünek kırılma, ikinci faz partiküllerinin veya metal dışı malzemelerin çevresinde yüksek enerjili ortak yüzeylerde oluşan ayrılmalarla oluşturulan boşluklardan başlar; eğer ikincil faz partiküllerinin belirli bir malzeme türünde hacimsel kırılması azalırsa, bunu takiben sünek kırılmaya dayanım artar. Bu durum, malzemenin ne kadar temiz olursa kırılmaya o kadar dayanıklı olması sonucunu doğurur. Yüksek mukavemetli malzemelerde de, malzemeyi daha temiz hale getirmekle yorulma dayanımı arttırılmıştır.
Gevrek kırılma halinde başlangıç kusuru, verilen bir gerilme derecesinde hızlı yayılma oluşmadan önce, belirli bir kritik boyuttan daha büyük olmalıdır. Bu çatlak, hızlı soğumadan dolayı oluşan bir çatlak veya bir kaynak çatlağı gibi önceden var olan bir hata olabilir veya mikro boşlukların birleşmesi ile meydana gelen bir sünek kırılma oluşturabilir.
Düşük mukavemetli malzemelerin kullanımı mümkün olduğunda durum çok daha basitleşir. Bunlar genellikle doğal olarak yumuşak ve sünektir. Yorulma mukavemeti düşüktür. Düşük sıcaklıktaki çelikler hariç, yüksek mukavemetli malzemelerde problem daha zordur. Bu malzemeler de, benzer şekilde düşük tokluğa sahiptir, böylece kırılma hızlı ve muhtemelen kötüdür.
Bu tür saptamalar ile yapı malzemelerinin mukavemetinin 300 MPa gibi bazı limit değerlerini asla aşmayacağını ileri sürer, çünkü bu mukavemet düzeyinde elastik zorlamalar %2’yi aşabilir ve böylece kararlı olmayan çatlak yayılması için geniş bir elastik zorlama enerjisi rezervuarı sağlayabilir.
Kaynak 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