Yorulma Deneyi

Yorulma deneyi, Bir malzeme kullanıldığı yerde deforme olmadan çalışması istenir. Bu nedenle o malzeme akma gerilmesinin altıdan kullanılmak zorundadır. Ancak bazı makine parçalarında olduğu gibi akma gerilmesinin altında bir gerilmede çalıştırılsa bile sürekli olarak tekrarlı gerilmelere maruz kalabilir. Örneğin krank milleri, dikiş makinesi masura ve iğnesi ya da bir uçağın kanadı sürekli bir tekrarlı gerilme atında çalışırlar.

Genel anlamda tekrarlı gerilmeler altında çalışan malzemelerde meydana gelen hasar o malzemenin yorulması sonucu ortaya çıkar. Bu yorulma olayı belirtildiği gibi o malzemede her hangi bir plastik deformasyon olmadan tamamen elastik deformasyon şartlarında meydana gerilir. Bu elastik deformasyon sürekli olarak tekrarlandığında zamanla malzemenin atomları arası bağların zayıflamasına neden olmaktadır. Bu durumda o malzeme belli bir süre sonra plastik deformasyon olmaksızın hasara uğraması kaçınılmaz olmaktadır.

Bu nedenle kritik malzemelerin laboratuvar şartlarında hızlandırılmış yorulma ömürleri ve yorulma dayanımları belirlenmeye çalışılır. Yorulma deneyi için de yine diğer mekanik testlerde olduğu gibi standartlara göre hazırlanan yorulma deney numuneleri kullanılır. Şekil 1’de yorulma deney numunesinin şematik resmi verilmiştir.

Numune ölçüleri

Şekil 1 Yorulma deney numunesi geometrisi

Şekildeki gibi geometriye sahip numunenin bir ucu motora bağlanır. Diğer uçtan bir F yükü uygulanır. Numunenin üstü çekme alt yüzeyi basma gerilmesi altıda kalır. Numune 90 ° döndürüldüğünde ise bu gerilmeler ye değiştirecektir. Ve numunenin ortasında sürekli çekme basma gerilmesi olacaktır. Uygulanan F kuvvetine bağlı olarak numuneye etki eden gerilme

dir. Burada F, numuneye uygulanan kuvvet, l; numune boyu, d; numunenin çapı

Malzemenin yorulma ömrünü ve yorulma sınırını tespit etmek için birkaç seri numune hazırlanmalıdır. Uygulanan gerilmeye bağlı olarak numune kopuncaya kadar geçen dönme devir sayısı grafiği elde edilir. Şekil 2 deki gibi grafik elde edilir.

Şekil 2 Bir malzemenin yorulma eğrileri

Şekildeki herhangi iki malzemeye ait tipik bir yorulma eğrileri verilmiştir. Şekildeki A malzemesinin yorulma sınırının ~445 MPa olduğunu görebilirsiniz. Bunun anlamı bu malzeme bu gerilme ve bunun altındaki gerilme değerlerinde sonsuz süre yorulmadan çalışabilir demektir. Ancak bazı malzemelerde (demirdışı malzemelerde) özellikle Al alaşımlarında yorulma sınırının olmadığı görülür.

Numune üzerine uygulanan gerilme ne kadar azaltılırsa azaltılsın malzeme belli bir gerilme devrinden sonra hasara uğramaktadır. Yorulma eğrisi B malzemesindeki gibi elde edilir. A malzemesine 500 MPa yorulma gerilmesi uygulandığında bu malzemenin yorulma ömrü ~105 (100000) devirdir. 460 MPa gerilme uygulanırsa yorulma ömrü 1000 000 devirdir. 450 MPa gerilme uygulanırsa yorulma ömrü sonsuz devirdir. Yani bu malzeme kritik yerde kullanılacaksa 450 MPa gerilme değerinin altında çalıştırılmalıdır.

Örnek:

3000 dev/dk hızda dönen A malzemesine 4000 N luk bir yük uygulanıyor. Malzemenin çapı 28 mm ve 250 mm uzunluğunda olduğunda

  1. Bu malzemeye etkiyecek gerilme değeri ve kopma zamanını hesaplayınız.
  2. Bu malzemenin yorulma kopmasını önleyecek min çapını hesaplayınız.

Çözümü:

  1. d: 20mm, l:250mm, F:4000N dir.

yorulma gerilmesi,

bu gerilme değerinde A malzemesi 1000 000 devir sonra kopacaktır. 3000 dev/dk lık bir dönüş hızında,

1000000/3000 =333 dk lık bir yorulma ömrü ortaya çıkar.

2. Bu A malzemesi 450 MPa gerilme altında yorulma gerçekleşmemektedir. Buna göre

Bulunur.

Bir malzemenin yorulma ömrünü mikroyapısı ve yüzey kalitesi önemli ölçüde etkiler. Malzemenin  yüzeyinde izler çentikler varsa malzemenin yorulma ömrünü kısaltır. Aynı zamanda artan sıcaklık da yorulma ömrünü azaltır. Çünkü sıcaklığın artması malzemenin dayanımını düşürmektedir. Yorulma oranı malzemenin çekme dayanımına bağlıdır.

Diğer mekanik deneyler;

Çekme DeneyiDarbe DeneyiSürünme Deneyi

İbrahim KÜÇÜK hakkında 17 makale
Makine Mühendisi

İlk yorum yapan olun