ASTM E399 Metalik Malzemelerin Doğrusal-Elastik Düzlem Gerilme Kırılma Tokluğu

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından geliştirilen “ASTM E399 Metalik malzemelerin doğrusal-elastik düzlem gerilme kırılma tokluğu için standart test yöntemi” standardında, 1,6 mm veya daha büyük kalınlıkta, yorulma ön çatlatılmış numuneler kullanılarak, esas olarak doğrusal elastik, düzlem gerilme koşulları altında metalik malzemelerin kırılma tokluğunun belirlenmesine yönelik bir test yöntemi açıklanmaktadır.

Bu yöntemde numuneler, yavaşça veya özel (seçmeli) durumlarda hızla artan çatlak yer değiştirme kuvvetine maruz bırakılır. Test cihazı, numune konfigürasyonu ve deneysel prosedürün ayrıntıları bu standartta verilmiştir. Deneysel verileri kullanarak kırılma tokluğu değerlerini hesaplamak için iki prosedür özetlenmiştir:

• KIc test prosedürü: Bu test prosedürü, numune genişliğinin yüzde 2’sine kadar çatlak büyümesine dayanmaktadır. Bu, daha büyük numunelerin daha yüksek kırılma tokluğu sonuçları üretmesiyle, numune boyutuna bağlı olarak artan bir kırılma tokluğu direnç eğrisine yol açabilir.
• KIsi test prosedürü: Bu test prosedürü, 0,5 mm’lik sabit bir çatlak uzama miktarına dayanmaktadır ve sonuç olarak KIsi, KIc’den daha az numune boyutuna duyarlıdır. Bu daha az boyuta duyarlı kırılma tokluğu (KIsi), bu test yöntemi boyunca boyuta duyarsız olarak adlandırılır.

1,6 mm’den daha ince ve yeterince kırılgan malzemelerin düzlem gerilme kırılma tokluğu testleri, diğer numune türleri kullanılarak yapılabilir. Bu kadar ince malzemeler için standart bir test yöntemi yoktur.

ASTM E399 standardı, metalik malzemelerin doğrusal-elastik düzlem gerilme kırılma tokluğunu belirlemek için geliştirilen, yaygın olarak kullanılan bir kırılma mekaniği standardıdır. Test ile ölçülen temel özellik, şiddetli çekme gerilimi altında keskin bir çatlak mevcut olduğunda metalin kararsız çatlak büyümesine karşı direncini tanımlayan KIc’dir.

Kırılma tokluğu özellikle önemlidir çünkü bir bileşen, yeterince büyük bir çatlak veya kusur mevcutsa, nominal gerilimi malzemenin geleneksel çekme veya akma dayanımının altında olsa bile kırılabilir.

ASTM E399 standardı, ağırlıklı olarak doğrusal elastik, düzlem gerilme koşulları altında kırılma tokluğunu ölçmek için gereksinimler belirler. Bu yöntem, yorulma ön çatlağı içeren bir numune kullanır ve kırılma meydana gelene kadar artan bir çatlak yer değiştirme kuvveti uygular.

Bu standart, öncelikle çatlak ucu plastik bölgesinin ilgili numune boyutlarına kıyasla yeterince küçük olduğu durumlarda metalik malzemeler için tasarlanmıştır. Bu, kırılma davranışının doğrusal elastik kırılma mekaniği kullanılarak karakterize edilmesini sağlar.

ASTM E399 standardı, KIc’yi kapsar ve ayrıca belirtilen koşullar altında KIsi’yi belirlemek için isteğe bağlı bir prosedür sunar.

Kırılma tokluğu, bir malzemenin çatlak yayılmasına direnme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Bu, çekme dayanımından farklıdır. Çekme dayanımı, bir malzemenin çekme kırılmasına kadar ne kadar gerilime dayanabileceğini tanımlarken, kırılma tokluğu şunların birleşik etkisini dikkate alır:

• Uygulanan gerilim
• Çatlak boyutu
• Çatlak geometrisi
• Malzeme özellikleri
• Çatlak ucundaki gerilim yoğunlaşması

Yüksek kırılma tokluğuna sahip bir malzeme, düşük kırılma tokluğuna sahip bir malzemeye kıyasla, felaket niteliğinde kırılma olmadan nispeten büyük çatlaklara dayanabilir.

KIc sembolü, bir malzemenin düzlem gerilme kırılma tokluğunu temsil eder. Bu değer, malzeme keskin bir çatlağa ve doğrusal-elastik, düzlem gerilme davranışına yaklaşan koşullara maruz kaldığında, nötr bir ortamda kırılmaya karşı direnci karakterize eder. Bu standart, amaçlanan KIc yorumu için çatlak ucu plastik bölgesinin çatlak boyutuna, numune kalınlığına ve kalan bağ dokusuna göre küçük kalması gerektiğini açıklamaktadır.

Gerilim yoğunluğu, geçerli düzlem gerilme koşulları altında malzemenin kritik kırılma tokluğuna ulaştığında, kararsız çatlak büyümesi meydana gelebilir.

ASTM E399 standardı prosedürü genellikle şu temel aşamaları izler:

• Numune hazırlığı: Uygun numune konfigürasyonuna göre uygun şekilde işlenmiş metalik bir numune hazırlanır.
• Çentik hazırlığı: Numune keskin bir başlangıç çentiği içerir.
• Yorulma ön çatlağı oluşturma: Başlangıç çentiğini uzatmak ve keskin bir yorulma çatlağı oluşturmak için döngüsel yükleme kullanılır.
• Boyut ölçümleri: Önemli numune boyutları ve çatlak boyutları ölçülür.
• Kırılma yüklemesi: Numune, kontrollü koşullar altında yüklenirken kuvvet ve yer değiştirme kaydedilir.
• Yük-yer değiştirme kaydının analizi: Geçici tokluğu hesaplamak için kullanılan karakteristik yük belirlenir.
• KIq veya Kq) hesaplaması: Geçici bir kırılma tokluğu değeri hesaplanır.
• Geçerlilik değerlendirmesi: Numune boyutları, yükleme davranışı, çatlak geometrisi ve diğer gereksinimler kontrol edilir.
• Raporlama: Geçerlilik gereksinimleri karşılanırsa, sonuç KIc olarak raporlanabilir.

ASTM E399 standardı, çeşitli numune konfigürasyonları için gereksinimler sağlar. Son sürüm özellikle şunları içerir:

• Kompakt çekme numunesi: Kırılma tokluğu testinde en yaygın kullanılan konfigürasyonlardan biridir. Numunenin çatlak ağzına yakın deliklerden yükleme yapılır ve bu da çatlak açılmasını teşvik eden çekme yüklemesi oluşturur.
• Tek kenarlı eğilme numunesi: Numune tipik olarak üç noktalı yükleme düzeni kullanılarak eğilmeye tabi tutulur. Düzlem gerilme kırılma tokluğunu belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir diğer geometridir.
• Disk şekilli kompakt numune: Numune, numune malzemesi veya geometrisi disk şekilli bir numuneyi desteklediğinde kullanışlı olabilecek alternatif bir konfigürasyon sağlar.
• Yay şekilli numuneler: Bu standart ayrıca yay şekilli çekme ve yay şekilli eğilme numuneleri için de gereksinimler içerir.

Seçilen numune konfigürasyonu, malzemeye, mevcut malzeme hacmine, bileşen geometrisine ve laboratuvar gereksinimlerine bağlıdır.

ASTM E399 standardının en önemli yönlerinden biri, nihai kırılma testinden önce yeterince keskin bir çatlak oluşturmaktır. İşlenmiş bir çentik, doğal olarak oluşan bir çatlağın keskinliğini ve gerilme konsantrasyonunu mutlaka yeniden üretmez. Bu nedenle, numune, çentik genişletmek ve yorulma ön çatlağı oluşturmak için kontrollü döngüsel yüklemeye tabi tutulur. Bu, kırılma mekaniği testleri için daha gerçekçi bir çatlak ucu koşulu sağlar.

ASTM E399 standardında birkaç ölçüm kritik öneme sahiptir:

• Uygulanan yük: Kırılma testi sırasında numuneye uygulanan kuvvet sürekli olarak izlenir.
• Çatlak uzunluğu: Gerilme yoğunluğu hesaplaması çatlak geometrisine büyük ölçüde bağlı olduğundan, ilk yorulma çatlağı uzunluğu doğru bir şekilde belirlenmelidir.
• Numune boyutları: Kalınlık ve genişlik gibi boyutlar hem kırılma tokluğu hesaplaması hem de geçerlilik değerlendirmesi için önemlidir.
• Çatlak ağzı açılma yer değiştirmesi: Çatlak ağzına yakın yer değiştirme, yükleme sırasında numunenin davranışı hakkında önemli bilgiler sağlar.

ASTM E399 standardı önemlidir çünkü kırılma tokluğu, çatlak ve kusur içeren veya potansiyel olarak içerebilen yapılar için kritik bir mühendislik özelliğidir. Bu standart, bu özelliği değerlendirmek için kontrollü ve tekrarlanabilir bir yöntem sağlar. Uygulama alanları şunlardır:

• Havacılık ve uzay yapıları
• Uçak bileşenleri
• Otomotiv bileşenleri
• Basınçlı kaplar
• Enerji üretim ekipmanları
• Nükleer bileşenler
• Petrol ve gaz ekipmanları
• Köprüler ve yapısal bileşenler
• Ağır makineler
• Savunma ekipmanları
• Yüksek mukavemetli metal yapılar
• Yüksek mukavemetli metalik yapılar

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 E399 standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.