ASTM E139 Metalik Malzemelerin Sürünme, Sürünme-Kırılma ve Gerilme-Kırılma Testleri

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından geliştirilen “ASTM E139 Metalik malzemelerin sürünme, sürünme-kırılma ve gerilme-kırılma testlerinin yapılmasına ilişkin standart test yöntemleri“ standardında, sabit sıcaklıkta ve sabit çekme kuvvetleri altında bulunan malzemeler için, zamanın bir fonksiyonu olarak deformasyon miktarının belirlenmesi (sürünme testi) ve yeterli kuvvet mevcut olduğunda kırılmanın meydana gelme süresinin ölçülmesine (kopma testi) yönelik test yöntemleri açıklanmaktadır. Bu standart ayrıca test ekipmanı için gerekli şartları da içerir. İstenen test sayısı ve süresinin belirlenmesinde yardımcı olacak bilgiler için ürün spesifikasyonuna başvurulmalıdır.

Bu test yöntemleri, test raporlarında yer alması gereken bilgileri listeler. Amaç, tüm yararlı ve kolayca ulaşılabilir bilgilerin ilgili taraflara iletilmesini sağlamaktır. Raporlar şu nedenlerle özel önem taşır:

• Farklı, kabul görmüş prosedürlerden elde edilen sonuçlar önemli ölçüde farklılık gösterir, bu nedenle, kullanılan yöntemlerin belirlenmesi önemlidir.
• Önemli değişkenleri belirlemek için yapılan sonraki çalışmalar, yayınlanan raporlarda ayrıntılı bilgi eksikliği nedeniyle sıklıkla engellenir.
• Uzun süreli testlerin doğası, yeniden test yapmayı genellikle pratik olmaktan çıkarır ve aynı zamanda bazı kontrollü değişkenlerin önerilen varyasyonları içinde kalmayı zorlaştırır. Ayrıntılı bir rapor, elde edilmemiş bir kontrol düzeyini ima etmeden test sonuçlarının iletilmesine olanak tanır.

Çentikli numuneler üzerindeki testler bu standardın kapsamı dışındadır. Bu testler ASTM E292 standardında ele alınmıştır. Kısa süre koşullarındaki testler de bu standardın kapsamı dışındadır. Bu testler ASTM E21 standardında ele alınmıştır.

Doğru yorumlandığında, kırılma testleri bir malzemenin zamana bağlı olarak nihai yük taşıma kapasitesini ölçer. Sünme testleri ise sınırlı deformasyonlar için yük taşıma kapasitesini ölçer. İki test, bir malzemenin yük taşıma kapasitesini tanımlamada birbirini tamamlar. Yüksek sıcaklıklarda kullanılacak malzemelerin seçimi ve tasarımı yapılırken, kullanılan test verilerinin türü, malzemenin kullanım amacını daha iyi tanımlayan yük taşıma kapasitesi kriterine bağlıdır.

Malzeme mühendisliğinde, özellikle yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan bileşenler için, sürekli yükler altında uzun vadeli davranışın tahmin edilmesi kritik önem taşır. ASTM E139 standardı, metalik malzemelerin sürekli yük ve yüksek sıcaklıklar altında uzun süreler boyunca nasıl deforme olduğunu ve arızalandığını değerlendirmek için prosedürler sağlar.

ASTM E139 standardı, sabit çekme yükü ve sabit sıcaklık altında, genellikle zamana bağlı deformasyonun önemli hale geldiği yüksek seviyelerde yapılan testler için geçerlidir.

Bu testler, yüksek sıcaklıklarda (genellikle mutlak erime sıcaklığının 0,4-0,5 katının üzerinde) metallerin zamana bağlı plastik deformasyonunu ve kırılmasını değerlendirir. Bu sıcaklıklarda anlık elastik / plastik deformasyon, viskoz benzeri davranışa dönüşür.

• Sünme testi: Sabit bir gerilim altında bir malzemenin zaman içindeki yavaş deformasyonunu (gerinimini) ölçer. Bir malzemenin kırılmadan ne kadar sündüğünü veya uzadığını değerlendirir. Temel çıktılar arasında sünme gerinimi, sünme hızı (sabit durum sünmesi) ve belirli bir deformasyon sınırına ulaşma süresi bulunur. Sünme tipik olarak üç aşamada gerçekleşir:
• Birincil (azalan hız)
• İkincil (sabit hız)
• Üçüncül (kırılmaya doğru hızlanan)
• Gerilme-kırılma testi (veya kısaca kırılma testi): Numune kırılana kadar sabit bir gerilim uygular ve kırılma süresini (kırılma ömrü) ölçer. Zaman içinde nihai yük taşıma kapasitesi hakkında veri sağlar, ancak deformasyonu ayrıntılı olarak izlemeye gerek duymaz.
• Sürünme-kırılma testi: Hem deformasyonun sürekli olarak izlendiği hem de kırılma süresinin kaydedildiği bir kombinasyondur. Uygulamada yaygındır, çünkü birçok test arıza meydana gelene kadar devam eder.

Kırılma testleri, zamanın bir fonksiyonu olarak nihai yük taşıma kapasitesini ölçerken, sürünme testleri bunu sınırlı deformasyonlar için değerlendirir. Bu iki test birbirini tamamlar, seçim tasarım kriterlerine bağlıdır (örneğin izin verilen deformasyon veya arıza olmaması gerekliliği).

Sünme, özellikle yüksek sıcaklıklarda, sabit yük altında bir malzemenin sinsi, zamana bağlı deformasyonudur. Anlık elastik gerilmenin aksine, sünme yavaşça ortaya çıkar ve kontrol edilmezse felaketle sonuçlanabilecek arızalara yol açabilir. Türbin kanatlarında süper alaşımlar veya kazanlarda çelik gibi metaller, sünme sorunları için başlıca adaylardır.

Standardın kapsamı, sabit çekme yükleri altında bulunan malzemeler için, zamana bağlı deformasyon miktarının belirlenmesi (sünme testi) ve yeterli kuvvet mevcut olduğunda kırılmanın meydana gelmesi için geçen sürenin ölçülmesini (kopma testi) kapsamaktadır. Sonuçlar malzemeye özgüdür ve diğer formlara veya koşullara doğrudan aktarılamaz.

Havacılık (türbin kanatları), enerji üretimi (kazanlar, süper ısıtıcılar), petrokimya (basınçlı kaplar) ve otomotiv (egzoz sistemleri) gibi endüstrilerdeki yüksek sıcaklık uygulamaları, sünme ve kırılmaya karşı dirençli malzemelere dayanır. Örnekler arasında nikel bazlı süper alaşımlar, paslanmaz çelikler ve titanyum alaşımları bulunur.

Sünmeyi hesaba katmamak, jet motoru bileşenlerinde deformasyon veya nükleer reaktör parçalarında çatlama gibi arızalara yol açabilir. ASTM E139 standardı, şu sayılanlar için tekrarlanabilir ve karşılaştırılabilir veriler sağlar:

• Malzeme seçimi ve nitelendirmesi.
• Tasarım toleransları
• Kalite kontrolü ve ömür tahminleri

Testler saatlerden yıllara kadar sürebilir (genellikle daha yüksek gerilimlerde / sıcaklıklarda hızlandırılır), bu nedenle güvenilir ekstrapolasyon için standardizasyon şarttır.

Genelde test süreci şu adımları izler:

• Numune hazırlığı: Hassas ölçü uzunluğu ve kesit ölçümlerine sahip yuvarlak veya düz çekme numuneleri kullanılır. Numuneler temiz ve yüzey kusurlarından arındırılmış olmalıdır.
• Ekipman:
• Sabit yükü koruyabilen yükleme sistemleri (dar toleranslar dahilinde, örneğin artı/eksi yüzde 0,5).
• Düzgün ısıtma bölgelerine sahip yüksek sıcaklık fırınları.
• Doğru gerinim ölçümü için ekstansometreler (ASTM E83 standardı ile uyumlu).
• Sıcaklık kontrolü için termokupllar (tipik olarak artı/eksi 2 derece doğruluk).
• Zaman, sıcaklık, yük ve uzama için veri kaydı.
• Prosedür:
• Numune test sıcaklığına ısıtılır ve stabilize edilir.
• Sabit yük hızlı ancak düzgün bir şekilde uygulanır.
• Uzama sürekli olarak (sürünme için) veya kopana kadar izlenir.
• Minimum sürünme hızı, üçüncül sürünmenin başlangıç zamanı, kopma ömrü, kopmadaki uzama ve kesit alanındaki azalma gibi parametreler kaydedilir.
• Raporlama: Uzun test süreleri ve değişkenlik nedeniyle detaylı raporlara önem verilmektedir. Malzeme detayları, kesin koşullar, sapmalar ve tam eğriler (gerilim-kopma süresi, sürünme eğrileri) dahil edilmelidir.

Testler genellikle servis koşullarını simüle etmek için hava, vakum veya inert atmosferlerde gerçekleştirilir. Sonuçlar, aylarca süren testlerden elde edilen verilerle 10-30 yıllık performansı tahmin eden modellere aktarılır.

Kuruluşumuz, yıllardır yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere ASTM E139 standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.