Sürünme Deneyi Nedir? Sürünme Deneyi Nasıl Yapılır?

Mühendislik malzemelerinde hasarın meydana gelmesi can kayıplarının yanı sıra ekonomik kayıplara da neden olmaktadır. Aynı zamanda bir malzemenin hasara uğraması; bir ürünün ya da bir işin tamamlanamaması anlamına gelmektedir. Bu yüzden mühendislerin en istemediği durumların başında malzemelerin deforme olması gelir. Böyle hasarlara uğramamak için bazı önlemler alınmalıdır. Tasarımda kullanılacak malzemenin çalışma şartları sağlanarak kullanılacak malzeme kontrollü olarak hasara uğratılır. Test amaçlı yapılan bu işlemlerle malzemenin çalışma şartlarında ne gibi bir reaksiyon vereceği tespit edilir. Sürünme deneyinin yapılış amacı da buna dayanmaktadır. Bu yazımda sizlere sürünme deneyi nedir ve sürünme deneyi nasıl yapılır sorularının cevabını vermeye çalışacağım.

Sürünme Deneyi Nedir?

Sürünme deneyi nedir sorusunun cevabını vermeden önce sürünmenin ne olduğunu anlatmak istiyorum. Sıcaklık ile birlikte statik yükler vasıtasıyla malzemede oluşan deformasyona sürünme denir. Sürünme olayı normal şartlar içinde istenmeyen bir durumdur ve bütün malzemelerde görülür. Özellikle metallerde, ergime derecesinin 0.4 katı ve üzeri çalışma sıcaklıklarında önem arz etmektedir. Sürünmeye dayanıklı malzemeler, uçak türbin kanatçıklarında ve jet motor nozzle bölgelerinde sıklıkla kullanılır.

Malzemelerin belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir yük altında davranışının incelenmesi amacıyla yapılan deneye sürünme deneyi denir. Belirli bir sıcaklıkta tutulan malzemenin kopmadan önce belli zaman periyotlarından yaptığı uzamalarla sürünme sınırı tayin edilir. Metalik malzemelerde 1000-2000 saat teste tabii tutulmuş ve bu test sonucunda %1 plastik deformasyona uğramışsa test sona erdirilir. Sürünme deneyi nedir sorusuna bu şekilde cevap verebiliriz.

Sürünme diyagramı aşağıda görüldüğü gibi üç bölgede incelenir:

Birincil sürünme: Sürünmenin ilk evresidir. Bu aşamada dislokasyon hareketleri oldukça fazladır. Dislokasyon hareketlerinin fazla olmasının sebebi, deneye başlarken ilk yük uygulandığında malzemenin şekilsel olarak kararlı hale gelene kadar şekil değişimine uğrayacak olmasıdır. Bu sebeple dislokasyon hareketleri artar. Dislokasyon hareketlerinin artması dislokasyon yığılmasına neden olur ve bu da malzemenin mukavemetini artırır. Bir yandan da sıcaklığın etkisi ile gerilmelerde azalma gözlemlenir. Bu evrede kararsız plastik şekil değişimi olduğu için hesaplarda dikkate alınmaz.

İkincil sürünme: Sürünmenin ikinci evresi olup sürünme hızı bu aşamada sabit şekilde devam etmektedir. Bu bölgede dislokasyonların aktif hale getirdiği pekleşme mekanizması ile toparlanma mekanizması birbiriyle dengeli haldedir. Bu yüzden sürünme hızı sabittir. Bu bölgenin diğer bir ismi ise kararlı sürünme bölgesidir. Sürünmenin en uzun olduğu bölgedir. Bu bölgeden oluşan lineer doğrunun eğimi malzemenin sürünme hızını vermektedir.

Üçüncül sürünme: Sürünmenin üçüncü ve son evresidir. Üçüncül sürünme aşamasının başında boyun vermenin başlamasıyla birlikte sürünme hızı artışa geçer ve kopma meydana gelir. Bu bölge aralığı güvenli olmadığı için üçüncül sürünme bölgesinde çalışma yapılması tavsiye edilmez.

Sürünme hesaplamaları özellikle gaz türbinleri, fırınlar ve benzeri yüksek sıcaklık altında çalışan mühendislik malzemeleri için oldukça önem arz etmektedir. Alüminyum alaşımları yaklaşık 250 derece de sürünme davranışı göstermektedir. Kalay ve kurşun gibi yumuşak metaller oda sıcaklığında bile sürünme özelliği gösterebilirler. Nikel esaslı alaşımlar 650 derece de sürünürken, çelik 450 derece de sürünür.

Sürünme Deneyi Nasıl Yapılır?

Sürünme deneyi yukarıdaki resimde görülen sistem ile yapılır. Öncelikle sürünme özellikleri belirlenmek istenen malzemelerden alt ve üst çeneye uygun numuneler alınır. Daha sonra bu numune, fırının kapağı açılarak alt ve üst çeneye yerleştirilir. Yerleştirildikten sonra fırının kapağı örtülürerek sıcaklık verilir. İstenilen sıcaklığa ulaşınca numuneye yük uygulanır ve kronometre vasıtası ile süre tutulur. Uzama verileri bilgisayardan takip edilir. Aynı zamanda deney süresi çok uzun olacağı için anlık güç kesintisine karşı kesintisiz güç kaynağı çalıştırılmalıdır. Aksi takdirde çalışma çöp olacaktır.

Tavsiye Yazı: Pekleşme Nedir? Pekleşme Üssü Formülü

Sürünmeyi Etkileyen Faktörler

Sürünmeye etki eden dört ana parametre sayabiliriz. Bunlar;

• Tane boyutu: Tane boyutu büyük olan yani kaba taneli malzemelerin sürünme dayanımı ince taneli malzemelerin sürünme dayanımına göre yüksektir. Bunun sebebi; ince taneli malzemelerin mikroyapısını incelediğimizde tane sınırının, kaba taneli malzemelerin tane sınırından fazla olmasıdır. Yüksek sıcaklıkta tane sınırlarının mukavemeti düşeceği için bir malzeme ne kadar çok tane sınırına sahipse o derece yüksek sıcaklıklarda düşük mukavemet sergileyecektir.
• Alaşımlandırma: Alaşım elementi ilavesi ile malzemede sert karbürlerin oluşumu sağlanarak dislokasyonların hareketleri engellenmiş olur. Sürünmeye dayanıklı birçok çelikte; VC, TiC, NbC gibi karbürler oluşur.
• Ergime sıcaklığı: Ergime sıcaklığı yüksek olan malzemelerin aktivasyon enerjisi daha yüksek olacağı için yüksek sıcaklıklarda tane sınırları daha dayanıklıdır. Bu yüzden ergime sıcaklığı yüksek malzemelerin sürünme dayanımı daha yüksektir.
• Mikroyapı: Sürünmeye dayanıklı malzeme tasarımı yaparken mikroyapıyı eş eksenli taneler yerine yönlü katılaştırma yöntemi ile üretilmiş yönlü taneli mikroyapı olarak seçilmelidir. Özellikle en yüksek sürünme dayanımının sağlandığı mikroyapı şekli, tek kristalli yönlü katılaştırılmış malzemelerdir.

Metallerde Sürünme Mekanizmaları Nelerdir?

Metallerin sürünme mekanizmalarından bahsetmek istersek üç başlıkta inceleyebiliriz.

• Dislokasyon kayma ve tırmanması
• Difüzyon Akışı
• Tane Sınır Kayması

Dislokasyon Kayma ve Tırmanması

Yüksek sıcaklıklarda dislokasyonların, tane içindeki boş yerlere yayılmasıyla beraber bulunduğu düzlemi terk etme olayına dislokasyon tırmanması adı verilir. Dislokasyon tırmanması ancak yüksek sıcaklık altında mümkündür. Dislokasyonlar düzensiz bölgelerden uzağa tırmanırken aynı zamanda kaymaya da devam eder. Bu sayede uygulanabilecek en küçük gerilmede dahi malzemenin şekil değiştirmesi söz konusu hale gelir.

Difüzyon Akışı

Difüzyon akışı, tıpkı dislokasyon tırmanmasında olduğu gibi yüksek sıcaklık koşullarında meydana gelen bir sürünme mekanizmasıdır. Artan sıcaklıkla birlikte taneleri bir arada tutan kuvvet azalır ve malzeme üzerindeki gerilme ile taneler difüzyon yolu ile birbirlerinden ayrılırlar.

Tane Sınırı Kayması

Tane sınırı kayma mekanizması da yüksek sıcaklık şartlarında aktif hale gelen sürünme mekanizmalarından biridir. Sıcaklığın artmasıyla beraber taneleri bir arada tutan kuvvetler azalır ve etki eden gerilme şiddeti ile taneler birbirlerinin üzerinden kayarlar.

Bu yazımda sürünme deneyi nedir ve sürünme deneyi nasıl yapılır sorularına elimden geldiğince cevap verip ardından sürünmeyi etkileyen faktörlerden bahsettim. Umarım faydalı bir yazı olmuştur. Soru ve görüşlerinizi yorum kısmında benimle paylaşabilirsiniz.