Metal Yorgunluğu Nedir?

        Hemen hemen her gün televizyonlarda, gazetelerde sürekli görüyoruz; “helikopter düştü, tren raydan çıktı, uçak düştü, arabalar çarpıştı” vb. Bu kazaların bazılarına metal yorgunluğunun sebebiyet verdiğini çoğumuz duymuştur. Bize de üniversite yıllarımızdan anlatılan metal sektörüyle uğraşan çoğu kişinin karşılaştığı, bazılarının sıkıntının neden kaynaklandığını anlayamadığı bu konu hakkında dilim döndüğünce bildiklerimi sizleri sıkmadan anlatmaya çalışacağım, yazılarımı çok teknik detaya girip de zaten okuyucusunun az

olduğunu düşündüğüm teknik yazılar sınıfından biraz uzaklaştırmak istiyorum. Yazılarımı sürekli okuyanların bildiği gibi kısa ve öz bilgileri formüllere, hesaplara girmeden herkesin anlayabileceği gibi anlatmayı tercih ettiğimi görmüşlerdir. Zaten kimseye evrenin sırrını hesaplatmak veya ışık hızının formülünü buldurmak gibi bir niyetim yok.

      Sürekli olarak çalışan veya belirli bir miktar yükün sürekli uygulanması sonucu metal malzemelerin istenilen dayanım özelliğini yitirmesi metal yorgunluğu olarak açıklanabilir. Örnek vermek gerekirse; bir teli sürekli olarak yukarı ve aşağı bükersek tel büküldüğü noktadan ısınır ve bir süre sonra kopar. Kopma olayı, metal yorgunluğunun son noktasıdır. Bir başka örnekle anlatmak gerekirse; bir köprü zamanla içten içe yıpranır. Görünüşte onun yıprandığını fark etmek çok zordur. Uzun zaman zorlu şartlara dayanır ama bir bakmışız, köprü durduk yere yıkılıvermiş. Bu durum da metal yorgunluğuna güzel bir örnektir.

Metal ne zaman yorulur? 

          Metalin cinsine ve uygulanan basıncın türüne göre, metal yorgunluğunun belirtisinin ortaya çıkış süresi değişir. Uçak, helikopter gibi yüksek basınç altında çalışan cihazlarda çok fazla görüldüğünden dolayı bu tarz işlerde kullanılan malzemelerde daha dirençli alaşımlar kullanılmaktadır. Her parçanın belli bir yıl kullanım ömrü vardır. O süre sonrası görünüşte sağlam, olsun olmasın sökülüp yenilenmesi gerekir. Kanatlar, iniş takımları, gövde parçaları, pervane vs.

     Metal yorgunluğunun sebeplerinden biride titreşim ve sürekli tekrarlanan hareketlerdir. Yukarıdaki örnekte belirttiğimiz üzere; telin aynı noktadan sürekli olarak aşağı yukarı bükülmesi ve ısınarak kopması olayında telin nasıl bir süreçten geçtiğini anlamaya çalışalım. Öncelikle tel, tek bir nokta üzerinden bükülmeye çalışıldığında o nokta üzerinde gerilimler(bükülmeye karşı koyan güç) meydana gelir. Bu gerilimlerden daha fazla güç uyguladığımızda tel bükülmüş olur. Bükülen telde gerilimler tamamen yok olmaz bir miktarı parça içerisinde depolanır. Oluşan gerilimler ve şekil değişimi(bükülme hareketi) neticesinde parçanın içyapısında hatalar(dislokasyon) oluşur. Teli ters yöne büktüğümüzde benzer gerilimler ters yöne doğru oluşur ve tekrar depolanır. Hatalar her bükme hareketi için artarak çoğalır. Hatalar üst üste biriktikçe birbiriyle çakışma ve malzeme içyapısında sürtünmeye başlar. Bu sürtünme esnasında belirli bir sıcaklık oluşur. Teli ne kadar hızlı bükersek hataların oluşma hızı, miktarı, telde oluşan ısının derecesi, gerilimler artar. Malzeme içerisinde oluşan hatalar hareket edecek yer bulamadığında, bir noktadan kopma işlemi başlar. Genelde bu kopma işlemi, tel üzerinde gözle görülemeyecek kadar küçük mikro çatlaklardan başlayarak ilerler.

Metaller yorulmasına ana neden olarak,

Malzeme üzerine kapasitesi üzerinde yük yüklenmesi diyebiliriz. Yine köprüden örnek verecek olursak 20ton yük taşıma kapasiteli bir köprü üzerinden 20ton yük geçirirseniz belki köprü hemen çökmez, fakat yıpranır. Bu işlem birkaç kez tekrar edilirse köprünün taşıma elemanları yıpranmakla beraber, ne zaman çökeceği öngörülemez. Malzemenin ne zaman kırılacağını ön göremeyeceğimiz için tehlikeli bir durum söz konusudur. 

Malzeme yorulmasına engel olabilmek adına alttaki özelliklerin bilinmesinde fayda vardır;

• Malzeme boyutu arttıkça yorulma dayanımı düşmektedir. Mesela bir vinç kolu ne kadar uzunsa maruz kalacağı yük ve gerilim o oranda artacaktır.

• Yüzeyde pürüz ne kadar az ise yüzeydeki kılcal ve mikro çatlaklar o kadar azdır, çatlak miktarı az olduğu için çatlak ilerlemesi de en az düzeyde olacaktır. 

• Yüzeye yapılan işlem yüzey dayanıklılığını da arttırdığı gibi yorulmayı da asgari düzeye çekecektir. Nitrürleme ve karbürleme gibi işlemler uygulanabilir.

• Malzemelerde yiv, yağ deliği, kama kanalı gibi boşluklar varsa gerilmeler boşlukların etrafına toplanırlar. Bu da yorulma dayanımını azaltan etkilerden bir tanesidir.

• Malzeme korozyon oluşturucu bir ortamda çalışıyorsa yüzey kalitesini düşüreceği gibi yorulma dayanımını da azaltır.

• Sıcaklık arttıkça malzemenin yorulma dayanımı da azalmaktadır.

       Yorulma belirtileri daha çok, çelik köprülerde, uçak kanatlarında ve fazla engebeli yollarda giden arabalarda(arazi araçlarında) görülür. Bu yüzden, belli zaman aralıklarında kontrol edilmeleri, eğer yorulma belirtileri var ise değiştirilmeleri gerekir. Bu şekilde çok fazla çalışan, belli bir zamanı dolduran malzemelerin kazaya sebebiyet vermeden zamanında değiştirilmesi hayati öneme sahiptir. Bu önlemler alınmazsa dönüşü güç sorunlara yol açabilir.