Metal kırılma mekanizmalarını anlamak, tahribatsız muayene (NDT) profesyonelleri için kritik öneme sahiptir. Bu teknik kılavuz, endüstriyel uygulamalar için önleme stratejileri ile birlikte altı temel kırılma türünü kapsamaktadır.
Gerilme Korozyon Kırılması
Özellikleri
Gerilme korozyon kırılması, çekme gerilimi ve belirli korozif ortamların birleşik etkisi altında meydana gelen bir kırılmadır. Kırılma süreci genellikle belirgin uyarı işaretleri göstermez ve ani olur. Kırılma yüzeyi genellikle gevreklik kırılma özellikleri gösterir, ancak bazen hafif plastik deformasyon eşlik edebilir.
Korozif ortamlarda, metal yüzeyinde bir korozyon ürünü filmi oluşur. Metal çekme gerilimine maruz kaldığında, korozyon ürünü filmi yırtılır ve taze metal yüzeyi açığa çıkar. Taze metal yüzeyi hızla aşınır ve yeni korozyon ürünü filmi oluşturur. Bu döngü tekrarlanır ve çatlakların metalin içinde sürekli yayılmasına neden olur, sonuçta kırılmayı tetikler.
Etkileyen Faktörler
Gerilme durumu, korozif ortam ve malzeme duyarlılığı, gerilme korozyon kırılmasını etkileyen ana faktörlerdir. Çekme gerilimi, gerilme korozyon kırılmasını başlatmak için gerekli bir koşuldur; farklı korozif ortamlar, farklı metal malzemeler üzerinde farklı korozyon etkilerine sahiptir; belirli metal malzemeler, belirli korozif ortamlara karşı yüksek duyarlılığa sahiptir.
Önleme Yöntemleri
Malzemeleri uygun şekilde seçin, gerilme korozyonuna duyarlı olmayan malzemeleri seçin;
bileşen gerilme seviyelerini azaltın, artık gerilmeyi gidermek için tavlama ve diğer işlemleri kullanın;
çevresel koşulları iyileştirin, örneğin korozif ortam konsantrasyonunu azaltmak ve sıcaklığı kontrol etmek;
kaplamalar ve elektrokaplama gibi yüzey koruma önlemleri kullanın.
Önerilen NDT yöntemi
Sıvı penetrant testi, ultrasonik çatlak tespiti
Sürünme Kırılması
Özellikleri
Sürünme kırılması, yüksek sıcaklık ve sabit gerilim altında zamanla meydana gelen yavaş plastik deformasyon ve kırılmadır. Sürünme süreci genellikle üç aşamadan oluşur: başlangıç sürünme aşaması, kararlı durum sürünme aşaması ve hızlandırılmış sürünme aşaması. Sürünme kırılma yüzeyi genellikle belirgin oksidasyon rengi ile pürüzlüdür.
Yüksek sıcaklıklı ortamlarda, metal içindeki atomik aktivite artar ve dislokasyonlar kolayca tırmanır ve kayar. Sabit gerilim altında, dislokasyonlar sürekli hareket eder ve metalin yavaş plastik deformasyonuna neden olur. Zamanla, deformasyon birikir ve belirli bir seviyeye ulaştığında, çatlak oluşumunu ve yayılmasını tetikler, sonuçta kırılmaya yol açar.
Etkileyen Faktörler
Sıcaklık, gerilim ve zaman, sürünme kırılmasını etkileyen ana faktörlerdir. Daha yüksek sıcaklıklar metal sürünme oranlarını artırır; daha büyük gerilimler daha belirgin sürünme deformasyonuna neden olur; daha uzun süreler sürünme kırılması olasılığını artırır. Ayrıca, malzeme kimyasal bileşimi ve mikro yapısı da sürünme özelliklerini etkiler.
Önleme Yöntemleri
Yüksek sıcaklığa dayanıklı ve sürünmeye dayanıklı malzemeler seçin;
çalışma sıcaklığını ve gerilim seviyelerini rasyonel olarak kontrol edin, uzun süreli yüksek sıcaklık ve yüksek gerilim durumlarından kaçının;
sürünme direncini artırmak için malzeme mikro yapısını optimize edin.
Önerilen NDT yöntemi
Ultrasonik kalınlık ölçümü, metalografik analiz
Yorulma Kırılması
Özellikleri
Yorulma kırılması, değişen gerilim altında belirli sayıda döngüden sonra meydana gelen bir kırılmadır. Kırılma süreci genellikle üç aşamadan oluşur: çatlak başlangıcı, çatlak yayılması ve son kırılma. Yorulma kırılma yüzeyi genellikle pürüzsüz ve pürüzlü bölgelerden oluşur; pürüzsüz bölge, yavaş çatlak yayılma alanıdır ve pürüzlü bölge, son hızlı kırılma alanıdır.
Değişen gerilim altında, metal yüzeyindeki tane sınırları ve inklüzyon kenarları gibi bazı zayıf alanlar, küçük çatlaklar üretir - çatlak başlangıcı. Döngü sayısı arttıkça, çatlaklar gerilim altında sürekli olarak genişler ve makroskopik çatlaklar oluşturur. Çatlaklar belirli bir ölçüde yayıldığında, kalan kesit dış kuvvete dayanamaz ve sonuçta son kırılmaya neden olur.
Etkileyen Faktörler
Gerilim genliği, ortalama gerilim, döngü sayısı ve malzeme yorulma limiti, yorulma kırılmasını etkileyen ana faktörlerdir. Daha yüksek gerilim genliği ve ortalama gerilim, çatlak yayılmasını hızlandırır ve yorulma ömrünü kısaltır; daha fazla döngü, yorulma kırılması olasılığını artırır; daha yüksek malzeme yorulma limiti, yorulma kırılmasına karşı daha güçlü direnç gösterir.
Önleme Yöntemleri
Gerilim yoğunlaşmasını azaltmak için bileşen yapılarını rasyonel olarak tasarlayın; yüksek yorulma limitli malzemeler seçin;
yüzey yorulma dayanımını artırmak için bilyalı dövme ve haddeleme gibi yüzey güçlendirme işlemleri uygulayın;
malzeme yorulma limitlerini aşmamak için yük büyüklüğünü ve döngü sayısını kontrol edin.
Önerilen NDT yöntemi
Girdap akımı testi, manyetik parçacık muayenesi
Gevrek Kırılma
Özellikleri
Gevrek kırılma, metalin kırılmadan önce neredeyse belirgin bir plastik deformasyona uğramadığı bir kırılma modudur. Kırılma süreci aniden meydana gelir, düz ve pürüzsüz bir kırılma yüzeyi ile genellikle metalik parlaklığa sahip kristal veya balıksırtı desenleri gösterir.
Gevrek kırılma, esas olarak metalin içinde çatlak veya kusurların varlığından kaynaklanır. Dış kuvvet altında, çatlak uçlarında gerilim yoğunlaşması meydana gelir. Gerilim yoğunlaşması malzemenin kırılma tokluğuna ulaştığında, çatlaklar hızla yayılır ve metal kırılmasına yol açar. Bu kırılma modu genellikle malzeme kristal yapısı, safsızlık içeriği ve gerilim durumu ile ilgilidir.
Etkileyen Faktörler
Malzeme gevrekliliği çeşitli faktörlerden etkilenir. Daha yüksek karbon içeriği ve safsızlık içeriği, metal tokluğunu azaltır ve gevrekliliği artırır; düşük sıcaklıklı ortamlar metal kristal yapısını değiştirir, tokluğu azaltır; üç eksenli çekme gerilimi durumları da gevreklik kırılmasını teşvik eder.
Önleme Yöntemleri
Malzeme kimyasal bileşimini sıkı bir şekilde kontrol edin ve safsızlık içeriğini azaltın;
mikro yapıyı iyileştirmek ve tokluğu artırmak için uygun ısıl işlem uygulayın;
üç eksenli çekme gerilimi durumlarından kaçınmak için bileşen yapılarını rasyonel olarak tasarlayın;
düşük sıcaklıklı ortamlarda kullanıldığında ön ısıtma önlemleri uygulayın.
Önerilen NDT yöntemi
Akustik emisyon testi, faz dizili ultrason
Sünek Kırılma
Özellikleri
Sünek kırılma, metalin kırılmadan önce belirgin plastik deformasyona uğradığı bir kırılma modudur. Kırılma süreci sırasında, metal malzeme önce boyun verme olgusunu yaşar, burada yerel kesit önemli ölçüde azalır, ardından boyun verme konumunda kırılma meydana gelir. Kırılma yüzeyi genellikle lifli veya fincan ve koni şeklinde görünür, donuk bir renge sahiptir ve belirgin bir parlaklık göstermez.
Sünek kırılma, esas olarak metal içindeki dislokasyon hareketi ve çoğalmasından kaynaklanır. Metal dış kuvvete maruz kaldığında, dislokasyonlar kayma düzlemlerinde kayar ve kristallerin plastik deformasyonuna neden olur. Deformasyon devam ettikçe, dislokasyonlar dolaşır ve birikir, dislokasyon duvarları ve alt tanecik sınırları oluşturur. Yerel gerilim yoğunlaşması belirli bir seviyeye ulaştığında, mikro boşlukların oluşumunu ve büyümesini tetikler. Mikro boşlukların birbirine bağlanması, sonuçta metal kırılmasına yol açar.
Etkileyen Faktörler
Malzemelerin kimyasal bileşimi, mikro yapısı ve sıcaklığı, sünek kırılma üzerinde önemli etkilere sahiptir. Örneğin, uygun alaşım elementleri içeren çelik genellikle daha iyi tokluğa sahiptir;
ince taneli yapı, metal tokluğunu iyileştirebilir;
düşük sıcaklıklı ortamlarda ise metal tokluğu önemli ölçüde azalır ve sünek kırılma olasılığı artar.
Önleme Yöntemleri
İyi tokluk sağlamak için malzemeleri uygun şekilde seçin;
ısıl işlem süreçleri aracılığıyla malzeme mikro yapısını optimize edin ve taneleri inceltin;
düşük sıcaklığa duyarlı metal malzemeleri düşük sıcaklıklı ortamlarda kullanmaktan kaçının.
Önerilen NDT yöntemi
Termal desorpsiyon analizi, ultrasonik test
Metal Kırılma Türleri Özet Tablosu
| Kırılma Türü |
Özellikleri |
Oluşum Mekanizması |
Önleme Yöntemleri |
NDT Test Yöntemleri |
| Gerilme Korozyon Çatlaması (SCC) |
Gevrek görünüm, ortama özgü, öngörülemez |
Korozyon filmi yırtılması → lokalize saldırı → çatlak yayılması |
Malzeme seçimi, gerilim giderme, çevresel kontrol |
Sıvı penetrant testi, ultrasonik çatlak tespiti |
| Sürünme Kırılması |
Pürüzlü oksitlenmiş yüzey, zamana bağlı deformasyon |
Dislokasyon tırmanması → tane sınırı kayması → boşluk oluşumu |
Yüksek sıcaklık alaşımları, gerilim azaltma, ömür değerlendirmesi |
Ultrasonik kalınlık ölçümü, metalografik analiz |
| Yorulma Kırılması |
Pürüzsüz + pürüzlü bölgeler, plaj işaretleri, aşamalı arıza |
Çatlak başlangıcı → kararlı büyüme → hızlı kırılma |
Yüzey sertleştirme, gerilim azaltma, malzeme seçimi |
Girdap akımı testi, manyetik parçacık muayenesi |
| Gevrek Kırılma |
Düz, kristal yüzey, minimum plastik deformasyon, ani arıza |
Kusurlardaki gerilim yoğunlaşmasından çatlak yayılması |
Safsızlık azaltma, ön ısıtma, gerilim durumu optimizasyonu |
Akustik emisyon testi, faz dizili ultrason |
| Sünek Kırılma |
Lifli/fincan-koni yüzey, görünür boyun verme, koyu görünüm |
Dislokasyon hareketi → boşluk çekirdeklenmesi → birleşme → arıza |
Tane inceltme, alaşım optimizasyonu, sıcaklık kontrolü |
Ultrasonik test, radyografik muayene |
Referans:
Zhou, Hongyu & Li, Jian & Liu, Jie & Yu, Peichen & Liu, Xinyang & Fan, Zhiyang & Hu, Anqing & He, Yinsheng. (2024). Kısa süreli hizmetten sonra anormal bir mikro yapı nedeniyle P91 buhar borusu dirseğinin sürünme ömründe önemli azalma. Bilimsel Raporlar. 14. 10.1038/s41598-024-55557-w.
https://nte.mines-albi.fr/SciMat/en/co/SM6uc1-4.html
https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Mechanical/NotchToughness.xhtml
https://eengineerkey.com/creep-and-creep-fracture
Mesajınız 20-3.000 karakter arasında olmalıdır!