Otomotiv Sektöründe Yorulma (Fatigue) Testlerinin Önemi

 

Yorulma Testi (Fatigue Testing) Nedir?

Yorulma; dönüşümlü veya döngüsel, gerilme veya gerilmeyi içeren herhangi bir şeydir ve bu yükleme, malzeme veya bileşenin akma dayanımının çok altındaki gerilmelerde hasara veya çatlamaya neden olabilir.

100 ila 10.000 arası döngülere düşük çevrimli yorulma (LCF), 10.000'den fazlası ise yüksek çevrimli yorulma (HCF) olarak adlandırılır. Arabaların veya bileşenlerinin milyonlarca çevrimi olabileceği düşünüldüğünde bu testler önemli olabilir.

 

Otomotiv Sektöründe En Yaygın Yorulma Testi Uygulanan Malzemeler Hangileridir?

Otomotiv sektörü; öncelikle yapısal parçalar için çelik, silindir blokları ve kafalar için dökme alüminyum ve krank milleri için dökme demir malzemelerini kullanır. Alüminyum, araçların gövde panellerine ve yapısal parçalarına giderek daha fazla dahil edilmektedir. Bununla birlikte, kamyonlar gibi daha büyük araçlar, içerdiği yükler ve sıcaklıkların bir sonucu olarak kafa ve blok gibi parçalarda dökme demir kullanabilir. Öte yandan, çelik ve alüminyum yeni tasarımlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır. Borulu parçalar oluşturmak için hidroforming, eski katı çubuk veya levha yapılara kıyasla malzemelerin ağırlığını azaltmayı amaçlamaktadır.

Yorulma testinin uygulama amacını, malzemelerin kullanımlarını aracın yapısal parçalarına ve aktarma organlarına ayırabiliriz. Otomobilin yapısal kısmı, kapılar ve yan basamaklar için merkez sütunları içerir. Diğer yapısal parçalar arasında şasiler, tamponlar, braketler, motor kızakları, koltuk parçaları, koltuk arkalıkları ve tekerlekler yer alır. Bunların tümü, çarpışma dayanıklılığı kadar titreşim açısından da malzeme ve bileşen seviyesinde test edilir. Masrafı artırması ve karmaşıklık nedeniyle, kafalar ve bloklar genellikle yorulma testine tabi tutulmaz. Kafalar ve bloklar parçalardan kesilip işlenmiş test numuneleri olan kupon numuneleri ile yorulma testine tabi tutulur. Ayrıca krank milleri ve tüm motorlar, şiddetli aşırı sıcaklık ve yük koşullarında dinamometre testine tabi tutulur.

 

Kompozitler ve Metaller Gibi Farklı Malzemeleri Kullanırken Yorulma Testi Ne Gibi Farklılıklar Gösterir?

Otomotiv üretiminde polimer matris kompozitler (PMC) ve karbon fiber takviyeli polimerler (CFRP) kullanılmaktadır. Metallerle karşılaştırıldığında bu malzemeler, yorulma testi için farklı zorluklar sağlar. Testleri uygulama açısından bakıldığında kompozit malzeme testleri; elyaf kopmasını önlemek için gelişmiş işleme teknikleri, düşük yükleri ölçmek için hassas yük hücreleri ve metallerde meydana gelmeyen kavrama kırılmalarını önlemek için gelişmiş kavrama teknikleri gerektirir.

Anizotropik yapıları nedeniyle PMC'ler başka bir zorluk teşkil etmektedir. Bu malzemelerin özellikleri yöne göre değişir, bu nedenle anizotropiyi ortadan kaldırmak için battaniye yöntemlerini içeren yerleştirme teknikleri tasarlanmıştır. Sonuç olarak, herhangi bir yorulma testi, yerleştirme yapıları için yükleme yönünün dikkate alınmasını gerektirir.

 

Gelecekte Malzemelerde, Teknolojide, Yöntemlerde veya Araçlarda Değişime Neden Olacak Eğilimler Nelerdir?

Yorulma testindeki temel ilkeler son elli yılda değişmemiş olsa da, numune testi kesinlikle önemli bir revizyondan geçmiştir. Gerilme ömrü yorulma bilgisi için test kontrolünün ve analitik verilerin sayısallaştırılması, yorulma testindeki en büyük değişiklik olmuştur.

Sektörde ilgi gören çok önemli bir gelişme, "tam zamanında" üretim yöntemlerinin artan yaygınlığıdır. Doğal olarak, uzun test döngüleri belirli zaman dilimleri gerektirir ve hızlanan yorgunluk testi sıklığı, gerekli sonuçları ve koşulları değiştirebilecek olan yorulma testi numunesinde oluşturulan sıcaklıklar üzerinde sonuçlar alınmasını sağlar.

Test alanındaki nihai hedef, otomotiv sektöründeki uzun vadeli yorulma ömrünü daha doğru bir şekilde tahmin edecek olan mevcut LCF/HCF testine, Çok Yüksek Çevrimli Yorulma (VHCF) testleri eklemektir. VHCF yöntemleri, yorulma testleri kapsamında oldukça radikal bir gelişmedir. VHCF testi, hareketli servo-hidrolik aktüatörlere sahip numunelere yorulma gerilimi uygulayan mevcut tekniklerden ziyade ses dalgalarını numunelerden geçirmeyi içerir.

Üzerinde çalıştığımız bir diğer önemli değişiklik de malzemelerin yorulma testinin modellenmesidir. Modellerin, endüstride büyük bir değişiklik olan sanal döküm ve test süreçlerini sağlayacağı tahmin edilmektedir. Bu sanal süreçler kaçınılmaz olarak mevcut fiziksel metal işleme ve test yöntemlerinde önemli tasarruflar sağlayacaktır. Çünkü malzemelerin sertifikalandırılması hala önemli maliyetler gerektirmektedir.

Ömür tahmini, üreticilerin malzemeler için gelişmiş özellikleri ve ürün ve araçlarının daha iyi performansını hızlı bir şekilde sağlamak için gereken süreçleri revize etmelerine olanak tanıyan büyük bir araştırma alanıdır.

 

3D baskı gibi yeni üretim teknikleri yeni zorluklar ortaya çıkaracaktır. Sonuç olarak, bu aşamada bu malzemelerden çeşitli yorulma direnci avantajlarını veya dezavantajlarını doğru bir şekilde tahmin edemiyoruz. Üretimleri ve performansları hakkında daha fazla bilgi topladıkça, kullanımlarında bir artış göreceğiz.

 

Otomotiv sektöründe yorulma testlerinin önemi ve kullanımı hakkında daha detaylı bilgi almak için hemen Malzeme Test ile iletişime geçin.

 

Otomotiv Yorulma Testleri (PDF)