---
title: "Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı"
description: "Çeliğin kırılma tokluğunun ve çatlak ucu performansının yükleme, sıcaklık, geometri ve kaynak konumuna bağlı olarak nasıl değiştiğini öğrenin."
canonical: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1
language: tr
robots: index, follow
og_type: article
type: wiki-article
language_alternates:
en: https://steelequivalents.com/wiki/reading-a-datasheet/steel-fracture-toughness-and-crack-tip-performance.md
cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materiálový-list/lomová-houževnatost-oceli-a-chování-v-oblasti-čela-trhliny.md
de: https://steelequivalents.com/de/wiki/werkstoffdatenblatt-lesen/bruchzähigkeit-von-stahl-und-rissspitzenverhalten.md
es: https://steelequivalents.com/es/wiki/leer-una-ficha-técnica/tenacidad-a-la-fractura-del-acero-y-comportamiento-en-la-punta-de-la-grieta.md
fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/lire-une-fiche-technique/ténacité-à-la-rupture-de-l-acier-et-comportement-en-pointe-de-fissure.md
hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/anyagadatlap/az-acél-törési-szívóssága-és-a-repedéscsúcsnál-mutatott-teljesítménye.md
it: https://steelequivalents.com/it/wiki/leggere-una-scheda-tecnica/tenacità-alla-frattura-dell-acciaio-e-prestazioni-all-apice-della-cricca.md
nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/materiaaldatablad/breuktaaiheid-van-staal-en-gedrag-aan-de-scheurtip.md
pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materiałowa/odporność-stali-na-pękanie-i-zachowanie-w-rejonie-wierzchołka-pęknięcia.md
pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/ler-uma-ficha-técnica/tenacidade-à-fratura-do-aço-e-desempenho-na-ponta-da-fissura.md
ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/характеристики-стали/вязкость-разрушения-стали-и-характеристики-в-области-вершины-трещины.md
tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1.md
zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/如何读懂材料数据表/钢材断裂韧性与裂纹尖端性能.md
ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼材データシートの読み方/鋼の破壊靭性とき裂先端特性.md
ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/قراءة-ورقة-البيانات/متانة-كسر-الفولاذ-وأداء-طرف-الشق.md
ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강재-물성표-읽는-법/강철의-파괴-인성-및-균열-선단-성능.md
pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/ler-uma-ficha-técnica/tenacidade-à-fratura-do-aço-e-desempenho-na-ponta-da-trinca.md
hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/डेटाशीट-कैसे-पढ़ें/इस्पात-की-फ्रैक्चर-टफनेस-और-दरार-अग्र-प्रदर्शन.md
content_hash: sha256:dd566df5b17e89fc2c0a98cc701f37c4bc7ef207c4e29b33df3f2aef17684596
generated: 2026-09-26
---
> **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page,
> served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML.
> Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1
> Canonical URL: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1
> Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi
> Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything
> below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real
> content change; `generated` moves on every render and is not a change signal.
Teknik veri sayfası nasıl okunur
# Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı
Çeliğin kırılma tokluğunun ve çatlak ucu performansının yükleme, sıcaklık, geometri ve kaynak konumuna bağlı olarak nasıl değiştiğini öğrenin.
**[Anders Bergström](/tr/haberler/yazar/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Teknik veri sayfası nasıl okunur 33 dk okuma Güncellendi 16 Ağu 2026 Kanıta dayalı incelendi
Bu sayfadaBu sayfada
- [Çeliğin Kırılma Tokluğunun Ölçtüğü Özellik](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#çeliğin-kırılma-tokluğunun-ölçtüğü-özellik "Çeliğin Kırılma Tokluğunun Ölçtüğü Özellik")
- [Kırılma Mekaniği Çerçevesi: Griffith, Irwin ve K](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#kırılma-mekaniği-çerçevesi-griffith-irwin-ve-k "Kırılma Mekaniği Çerçevesi: Griffith, Irwin ve K")
- [KIC ve LEFM’nin Çelik İçin Geçerli Olduğu Durumlar](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#kic-ve-lefm-nin-çelik-i-çin-geçerli-olduğu-durumlar "KIC ve LEFM’nin Çelik İçin Geçerli Olduğu Durumlar")
- [Elastik-Plastik Tokluk: J, CTOD ve R-Eğrileri](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#elastik-plastik-tokluk-j-ctod-ve-r-eğrileri "Elastik-Plastik Tokluk: J, CTOD ve R-Eğrileri")
- [Sıcaklık, Sünekten Gevreğe Geçiş ve Çatlak Ucu Plastisitesi](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#sıcaklık-sünekten-gevreğe-geçiş-ve-çatlak-ucu-plastisitesi "Sıcaklık, Sünekten Gevreğe Geçiş ve Çatlak Ucu Plastisitesi")
- [Kaynaklar, Isıdan Etkilenen Bölgeler ve Yerel Çatlak Ucu Performansı](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#kaynaklar-isıdan-etkilenen-bölgeler-ve-yerel-çatlak-ucu-performansı "Kaynaklar, Isıdan Etkilenen Bölgeler ve Yerel Çatlak Ucu Performansı")
- [Yorulma Çatlağı Büyümesi ve ΔK’nin Rolü](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#yorulma-çatlağı-büyümesi-ve-δk-nin-rolü "Yorulma Çatlağı Büyümesi ve ΔK’nin Rolü")
- [Standartların ve Tokluk Verilerinin Çelik Tasarımına Uygulanması](/tr/wiki/teknik-veri-sayfas%C4%B1/%C3%A7eli%C4%9Fin-k%C4%B1r%C4%B1lma-toklu%C4%9Fu-ve-%C3%A7atlak-ucu-performans%C4%B1#standartların-ve-tokluk-verilerinin-çelik-tasarımına-uygulanması "Standartların ve Tokluk Verilerinin Çelik Tasarımına Uygulanması")
## Çeliğin Kırılma Tokluğunun Ölçtüğü Özellik
Kırılma tokluğu, belirli bir yükleme ve kısıtlama durumunda çatlak ilerlemesine karşı dirençtir. Bu tanım, “dayanım”dan kasıtlı olarak daha dardır. Bir tokluk değeri, çatlak ucundaki ilerlemeyi sağlayan kuvvet kritik bir düzeye ulaştığında veya çatlak büyümeye başladığında çatlak içeren bir gövdenin nasıl davrandığını tanımlar. Bir çelik ürününde ortaya çıkabilecek her türlü hasar türünü açıklamaz.
Kırılma parametreleri, çatlak ucuna ilişkin farklı değerlendirme sorularını yanıtlar.
| Parametre | Açıkladığı husus | Tipik uygulama |
|---|---|---|
| KIC | Yeterliliği doğrulanmış düzlem şekil değiştirme koşullarında kritik elastik gerilme şiddeti | Doğrusal elastik kırılma değerlendirmesi |
| JIC | Başlangıç anındaki elastik-plastik çatlak ilerletici kuvvet | Belirgin çatlak ucu plastisitesi içeren kırılma |
| Kritik CTOD δ | Belirli bir kırılma olayı sırasındaki çatlak ucu açılma yer değiştirmesi | Geçiş davranışına duyarlı çelikler ve kaynaklar |
| R-eğrisi | Kararlı çatlak ilerlemesi sürdükçe kırılma direnci | Sünek yırtılma ve çatlak ilerlemesinin kararlılığı |
Bu nedenle raporlanan bir değer; bir deney yöntemine, numune geometrisine, çatlak yönelimine, sıcaklığa, yükleme hızına ve geçerlilik aralığına bağlıdır. K\IC\, J\IC\, kritik CTOD δ ve bir R-eğrisi birbiriyle ilişkili kırılma parametreleridir; ancak birbirlerinin yerine kullanılabilecek sayılar değildir. Birinin diğerine dönüştürülmesi için uygun malzeme davranışı, geometri ve elastik-plastik varsayımlar gerekir.
### Çatlak direnci çekme dayanımı değildir
Çatlaksız bir çekme numunesi, nispeten düzgün bir kesit boyunca deformasyona ve kopmaya karşı direnci ölçer. Akma dayanımı, belirgin plastik deformasyonun başladığı gerilmeyi gösterir; nihai çekme dayanımı, ulaşılan en yüksek nominal çekme gerilmesini kaydeder; kopma uzaması, akmadan sonraki deformasyon kapasitesini gösterir; sertlik ise batmaya karşı direncin ve bazı durumlarda yaklaşık dayanımın dolaylı bir ölçüsünü sağlar. Bu ölçümlerin hiçbiri, mevcut bir çatlağın ilerleyip ilerlemeyeceği sorusunu doğrudan yanıtlamaz.
Daha yüksek akma dayanımı, otomatik olarak daha yüksek kırılma tokluğu anlamına gelmez. Strong evidence
Bu ayrım, ASTM A36 ve ASTM A572 Grade 50 gibi bilinen gösterimlere sahip çelikler karşılaştırılırken bile önemlidir. Daha yüksek akma dayanımı, otomatik olarak daha yüksek kırılma tokluğu anlamına gelmez. Mukavemet artırma mekanizmaları, akma dayanımını yükseltirken, özellikle düşük sıcaklıkta, kısıtlanmış bir çatlak ucunun tolere edebileceği plastik deformasyon miktarını azaltabilir. Levha kalınlığı da çatlak ucu kısıtlamasını artırarak benzer bir etki yaratabilir. Federal Highway Administration’ın 2016 tarihli çelik köprü kılavuzu, bunun pratik sonucunu şöyle açıklar: daha yüksek dayanımlı veya daha kalın bir çelik, çatlak ucundaki gerilme ve kısıtlama arttığı için daha yüksek tokluk gerektirebilir; çünkü kırılma riski yükselir.
Çekme sünekliği de bunun yerine geçmez. Bir çelik, düzgün bir çubukta dikkate değer bir uzama gösterebilir; ancak bir çentik, kaynak kusuru, lameller yapı özelliği veya düşük sıcaklıktaki geçiş koşulu gevrek kırılmaya yol açabilir. Sertlik deneyi çatlak probleminden daha da uzaktır; ısıl işlem farklılıklarının belirlenmesine yardımcı olabilir, ancak K\IC\, J\IC\ veya kritik CTOD değerlerini ortaya koymaz.
Yorulma ömrü farklı bir soruyu yanıtlar. Tekrarlı yükleme altında çevrimsel çatlak ilerlemesini sağlayan parametre, genellikle tek bir monotonik kırılma tokluğu değerinden ziyade gerilme şiddeti aralığı ΔK’dir. NASA-HDBK-5010, Cilt 2 (2023), merkezden çatlaklı bir levha için Mod I bağıntısını şu şekilde verir:
**K = βσ√(πa)**
#### Yorulma ilerlemesini statik kırılmayla karıştırmayın
Statik tokluk değeri, tanımlanmış bir kırılma olayına karşı direnci açıklar. Çevrimsel çatlak ilerlemesi, gerilme şiddeti aralığı ΔK ve bir çatlak ilerleme modeli kullanılarak değerlendirilir.
Burada β geometriyi, σ uygulanan gerilmeyi ve *a*, modelde kullanılan çatlak boyutunu ifade eder. Çevrimsel yükleme sırasında ΔK, gerilme aralığı ve çatlak boyutuyla değişir. Bir çelik belirli bir K değerinde hızlı kırılmaya direnç gösterebilirken binlerce veya milyonlarca çevrim boyunca yavaş yorulma çatlağı ilerlemesi biriktirmeye devam edebilir.
[](/images/uploads/1af23bc7-78e9-4c24-af9b-3374f1f46306/wiki-inline-a-steel-plate-with-a-sharp-crack-and-a-magnified-crack-tip-stress-and-plasticity-2027x2560.avif "Görseli büyüt — Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı")The crack tip concentrates load into a small region where elastic and plastic deformation control fracture.
### Kontrol edici bölge olarak çatlak ucu
#### Temel çatlak ucu terimleri
Gerilme şiddeti faktörü K
Çatlak ucuna yakın gerilme alanının genliğini açıklayan elastik parametre.
J-integrali
Çatlak ilerlemesi için mevcut enerjiyi temsil eden elastik-plastik çatlak ilerletici parametre.
CTOD δ
Çatlak ucuna yakın deformasyonla ilişkili çatlak ucu açılma yer değiştirmesi.
R-eğrisi
Kararlı çatlak ilerlemesi sürdükçe kırılma direncinin kaydı.
Çatlaktan uzaktaki nominal gerilme ılımlı olabilir; ancak çatlak ucundaki yerel gerilme ve şekil değiştirme alanı son derece şiddetli olabilir. Keskin bir çatlak, uygulanan yükü küçük bir bölge üzerinde yoğunlaştırır. A. A. Griffith, çatlak ilerlemesini bir enerji dengesi aracılığıyla açıklamıştır: ilerleme, elastik şekil değiştirme enerjisindeki azalmanın yeni kırılma yüzeyleri oluşturma enerji maliyetini karşılayabildiği zaman gerçekleşir. G. R. Irwin daha sonra elastik çatlak ucu alanını gerilme şiddeti faktörü aracılığıyla ifade etmiş ve yükü, çatlak uzunluğunu, bileşen geometrisini ve yerel çatlak ucu şiddetini ilişkilendirmeyi mümkün kılmıştır.
Kronolojik sırayla atıfta bulunulan kırılma mekaniği çalışmaları, kılavuzlar ve standartlar.
Plastik bölgenin yeterince küçük olduğu durumda, doğrusal elastik kırılma mekaniği K’yı kontrol edici parametre olarak ele alır. ASTM E399-24, ağırlıklı olarak doğrusal elastik, düzlem şekil değiştirmeli koşullar altında yorulma ile ön çatlatılmış metalik numunelerden K\IC\ belirlemek için bu yaklaşımı kullanır. Numune, çatlak ucu plastisitesinin boyutlarına kıyasla küçük kalmasını sağlayacak kadar büyük olmalıdır; aksi takdirde ölçülen değer, geçerli bir düzlem şekil değiştirmeli tokluk yerine koşullu bir sonuç olabilir.
Bu sınırlama, bir çekme kuponunun çatlak içeren bir köprü flanşını, basınçlı kabı veya kaynaklı bir birleşimi neden temsil edemeyeceğini açıklar. Gerçek bileşen bir çatlak boyutuna, çatlak şekline, gerilme gradyanına, kalınlığa, artık gerilme durumuna ve kısıtlama düzeyine sahiptir. Çatlak ayrıca ana metalde, kaynak metalinde veya ısıdan etkilenmiş bölgede bulunabilir. ISO 15653:2018, ilgili kaynak bölgelerine yerleştirilen yorulma çatlaklarıyla K, CTOD δ ve J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanarak kaynak kırılma tokluğunu ele alır.
Çatlak ucu plastisitesi küçük veya düzgün olmadığında elastik-plastik yöntemler gerekir. J, bu tür koşullardaki enerjik ilerleme kuvvetini ölçerken CTOD, belirli bir kırılma olayıyla ilişkili çatlak ucu açılmasını ölçer. NIST, 2008 yılında, çelikte kararsız çatlak ilerlemesini öngörürken elastik-plastik deneylerin düzgün olmayan çatlak ucu plastisitesini ve karmaşık gerilme-şekil değiştirme dağılımlarını hesaba kattığını bildirmiştir.
### Başlangıç, kararlı ilerleme ve kararsız kırılma
Temel mühendislik sorusu yalnızca “Bu çeliğin tokluğu nedir?” değildir. Asıl soru şudur: bilinen bir yük altındaki bilinen bir çatlak kararlı kalacak mı, kararlı biçimde ilerleyecek mi, yoksa hızlı kırılmayı mı tetikleyecek?
Çatlak başlangıcı, önceden var olan çatlaktan gerçekleşen ilk ilerlemedir. Başlangıçtan sonra malzeme, plastik deformasyon ve sünek boşluk oluşumu gibi enerji soğuran mekanizmalar sayesinde kararlı çatlak ilerlemesini sürdürebilir. Çatlak ilerledikçe direnç artabilir; bu davranış bir J-R eğrisi, CTOD direnç eğrisi veya başka bir R-eğrisi ile gösterilir. Uygulanan çatlak ilerleme kuvveti bu direnci aştığında kararsız kırılma meydana gelebilir.
ASTM E1820, K, J ve CTOD kullanarak Mod I kırılma davranışını noktasal değerler veya direnç eğrileri şeklinde ölçer. ISO 12135:2021 de yorulma ile ön çatlatılmış homojen metalik numuneler için K, çatlak ucu açılma yer değiştirmesi δ, J ve R-eğrilerini kullanan kuazistatik yöntemleri belirtir. ASTM E1290, belirli çatlak ilerleme olaylarındaki kritik CTOD değerlerine odaklanır ve sıcaklık düştükçe sünekten gevreğe geçiş açısından özellikle önemlidir.
Bu sonuçlar yöntemleriyle olan bağlamları korunarak değerlendirilmelidir. ASTM E399-24 kapsamında elde edilen bir K\IC\ değeri, gerekçe gösterilmeden J tabanlı bir yapısal değerlendirmeye aktarılmamalıdır; ISO 15653:2018 kapsamında bir kaynak deneyinden elde edilen kritik CTOD ise evrensel bir kalite sınıfı özelliği olarak değerlendirilmemelidir. Numune kısıtlaması, yükleme modu, sıcaklık, çatlağın konumu, yükleme hızı ve “başlangıç” için seçilen tanımın tümü sonucu etkiler. Sayı, yalnızca bu çevresindeki deney bilgileriyle birlikte anlamlıdır.
## Kırılma Mekaniği Çerçevesi: Griffith, Irwin ve K
### Griffith’in enerji dengesi
Bir çelik bileşen, yalnızca nominal gerilmesi bir çelik sınıfı için listelenen akma veya çekme dayanımını aşıyor diye kırılmaz. Bir çatlak problemi değiştirir: çatlak ilerledikçe uygulanan yük elastik şekil değiştirme enerjisini serbest bırakırken, yeni kırılma yüzeyleri enerji tüketir. A. A. Griffith bu rekabeti bir enerji kriteri olarak ifade etmiştir. Çatlak ilerlemesi, enerji salınım hızı G malzemenin kritik değeri olan Gc’ye ulaştığında mümkün hâle gelir:
G≥Gcİdeal gevrek bir katı için Griffith, Gc’yi esas olarak iki yeni çatlak yüzeyi oluşturmak için gereken yüzey enerjisiyle ilişkilendirmiştir. Gerçek çelikler ideal gevrek katılar değildir. Plastik deformasyon, mikroboşluk oluşumu, gevrek ayrılma, çatlak köprüleme, artık gerilme ve diğer süreçler çatlak ucunun yakınında ilave enerji absorbe eder. Bu nedenle ölçülen direnç, hem malzemenin özelliklerini hem de çatlağın test edildiği koşulları yansıtır.
Bu enerji yaklaşımı, yükü, çatlak boyutlarını ve çatlak ilerlemesine karşı direnci birbirine bağladığı için kırılma mekaniğinin temelini oluşturur. Ayrıca yalnızca dayanımın çatlak içeren bir yapıyı neden tanımlayamayacağını açıklar. Yüksek dayanımlı bir çelik yüksek bir nominal gerilmeyi taşıyabilir; ancak şiddetli kısıtlama altındaki yeterince büyük bir kusur, genel akma meydana gelmeden önce kırılmaya yol açabilir. Buna karşılık, çatlak ilerlemesine direnci daha yüksek olan daha düşük dayanımlı bir çelik aynı kusuru daha güvenli biçimde tolere edebilir.
İlgili direnç evrensel bir kalite sabiti değildir. Sıcaklık, yükleme hızı, kalınlık, gerilme durumu, çatlak yönelimi, kaynak konumu ve hangi olayın kırılma olarak seçildiği, ölçülen değerin tümünü değiştirebilir. Kararlı yırtılma ve kararsız gevrek ayrılma, aynı çelik ergitmesinden üretilmiş numunelerde meydana gelseler bile farklı sonuçlardır.
### Irwin’in çatlak ucu gerilme alanı
G. R. Irwin, Griffith’in enerji kavramını çatlak ucunu çevreleyen elastik alanın pratik bir tanımına dönüştürmüştür. Doğrusal elastik kırılma mekaniğinde, uç yakınındaki gerilmeler, uçtan olan r uzaklığının yaklaşık olarak ters kareköküyle artar:
σij≈K2πrfij(θ)Burada fij(θ) gerilmenin açısal dağılımını tanımlarken, K genliğini belirler. Matematiksel tekillik, gerçek bir çelikte sonsuz gerilmeye kadar devam etmez: uçta, ne kadar küçük olursa olsun, bir plastik bölge oluşur. LEFM, bu bölgenin numune boyutlarına, çatlak boyutuna ve geriye kalan taşıyıcı kesite kıyasla küçük olması ve böylece çevredeki alanın ağırlıklı olarak elastik kalması durumunda yararlı olmaya devam eder.
Üç temel çatlak yükleme modu.
| Mod | Çatlak ucu hareketi | Tipik açıklama |
|---|---|---|
| Mod I | Açılma | Çatlak düzlemine normal çekme yüklemesi |
| Mod II | Düzlem içi kayma | Çatlak düzlemi içinde kayma yer değiştirmesi |
| Mod III | Düzlem dışı yırtılma | Çatlak düzlemi dışına doğru kayma yer değiştirmesi |
Mod I, çelik kırılma değerlendirmelerinde başlıca durumdur. Çatlak düzlemine normal çekme yükü uygulanarak çatlak yüzlerini açar. Mod II, düzlem içi kayma oluşturur; Mod III ise düzlem dışı yırtılma meydana getirir. Gerçek yapılar karma modlu yüklemeye maruz kalabilir; ancak birçok tasarım ve test prosedürü, çekme kırılmasını genellikle yönettiği için Mod I ile başlar.
Irwin ayrıca çatlak ucu alanını enerji salınımıyla ilişkilendirmiştir. Doğrusal elastik bir malzeme için:
G=K2E′Burada düzlem gerilmesi altında E′=E, düzlem şekil değiştirmesi altında ise E′=E/(1−ν2) olur. Bu bağıntı, kritik gerilme şiddeti değerinin neden yalnızca elastik kabuller ve kısıtlama koşulları uygun olduğunda kırılma direncini temsil edebileceğini gösterir. ASTM E399-24, yorulma ön-çatlağı oluşturulmuş metalik numuneleri kullanarak ağırlıklı olarak doğrusal elastik, düzlem şekil değiştirmesi koşulları altında KIC’yi belirler. Boyut ve geçerlilik gereklilikleri, KIC’nin anlamlı bir düzlem şekil değiştirmesi kırılma tokluğu değeri olabilmesi için çatlak ucu plastisitesini yeterince küçük tutmayı amaçlar.
Plastisite küçük olmadığında, yalnızca K çatlak ucu durumunu tanımlamayabilir. ISO 12135:2021, homojen metalik numunelerin kuazistatik testleri için K, çatlak ucu açılma deplasmanı δ, J ve direnç eğrilerini kapsar. ASTM E1820 de K, J ve CTOD’yi, kararlı çatlak ilerlemesi sırasındaki direnci gösteren eğriler veya tekil değerler olarak kullanır. Bu büyüklükler kırılma mekaniği aracılığıyla birbiriyle ilişkili olsa da KIC, JIC, CTOD ve bir R-eğrisi birbirinin yerine kullanılabilecek adlandırmalar değildir.
### Gerilme şiddeti, geometri ve çatlak boyutu
NASA-HDBK-5010, Cilt 2, merkezden çatlamış bir levha için Mod I gerilme şiddeti katsayısını şu şekilde verir:
K=βσπaBurada σ uygulanan nominal gerilme, a belirtilen geometri konvansiyonunda kullanılan çatlak boyutu ve β geometri düzeltme katsayısıdır. Merkezi bir geçişli çatlak için a genellikle çatlak uzunluğunun yarısını ifade eder; diğer konfigürasyonlarda çatlak boyutu farklı şekilde tanımlanır. Denklem etkileşimi doğrudan gösterir: gerilmenin iki katına çıkarılması K’yi iki katına çıkarırken, çatlak boyutunun dört katına çıkarılması K’yi iki katına çıkarır.
β bir malzeme sabiti değildir ve çelik sınıfını, sertliği veya tokluğu tanımlamaz. Sonlu genişliği, kenar etkilerini, çatlak şeklini, numune konfigürasyonunu ve yükleme düzenini hesaba katar. Kompakt çekme numunesi, tek kenarlı eğilme numunesi ve merkezi çatlak içeren geniş bir levha; aynı çeliğe, gerilmeye ve nominal çatlak uzunluğuna sahip olsalar bile, geometri düzeltmeleri farklı olduğu için farklı gerilme şiddeti katsayıları üretebilir. AFGROW hasar toleransı el kitabı da aynı ilkeyi açıklar: elastik çatlak ucu tepkisi yüklemeye, geometriye ve çatlak boyutlarına bağlıdır.
Çevrimsel yükleme için NASA, bir yük çevrimi sırasında gerilme şiddetindeki değişim aralığı olan ΔK’yi, ilgili LEFM modeli kapsamında yorulma çatlağı ilerlemesinde kontrol edici parametre olarak tanımlar. Bu nedenle başlangıç gerilmesi nihai statik kırılma seviyesinin altında olsa bile, tekrarlı yükler altında çatlak ilerledikten sonra kırılma meydana gelebilir.
K=KIC koşulu, yalnızca numune ve yükleme ilgili standardın gerekliliklerini karşıladığında anlamlıdır. FHWA çelik köprü el kitabı, K=KIC’nin altındaki çatlak boyutu ve gerilme bileşimlerini evrensel olarak güvenli değil, bu model kapsamında kararlı olarak tanımlar. Kalın kesitler ve yüksek dayanımlı çelikler daha yüksek çatlak ucu kısıtlaması geliştirebilir; bu da plastisitenin çatlağı köreltme yeteneğini azaltır. Kaynak metali, ergime sınırları ve ısıdan etkilenmiş bölgeler ayrı olarak ele alınmalıdır; ISO 15653:2018, K, CTOD δ ve J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanarak kaynak kırılma tokluğunu kapsar. Bu nedenle bildirilen değer; yöntemi, numune geometrisi, çatlak konumu, sıcaklık, yükleme hızı ve geçerlilik sınırlarıyla birlikte değerlendirilmelidir.
## KIC ve LEFM’nin Çelik İçin Geçerli Olduğu Durumlar
### ASTM E399-24 ve düzlem şekil değiştirme koşullarındaki tokluk
ASTM E399-24, metalik malzemelerde düzlem şekil değiştirme koşullarındaki kırılma tokluğunu, KIC, ölçmek için belirli bir yöntem sunar. Bu yöntem, esas olarak Mod I’de ve davranışın büyük ölçüde doğrusal elastik kaldığı koşullarda yüklenen, yorulma ile önceden çatlatılmış numuneleri kullanır. Elde edilen sonuç basitçe “çeliğin tokluğu” değildir. Bu sonuç; yalnızca numune, çatlak, sıcaklık, yükleme hızı ve geçerlilik koşulları düzlem şekil değiştirme modelini desteklediğinde nitelikli bir malzeme parametresidir.
Bu ayrım önemlidir; çünkü KIC, şiddetli çatlak ucu kısıtlaması altında kararsız çatlak ilerlemesinin başladığı gerilme şiddetini tanımlar. Akma dayanımını, sertliği, sünekliği veya yorulma dayanımını ölçmez. Bir çelik yüksek çekme dayanımına sahip olabilir, ancak düşük sıcaklıkta çatlak ilerlemesine karşı direnci yine de zayıf olabilir. Tersine, mikroyapısı ve deney koşulları daha yüksek kırılma direnci oluşturuyorsa, orta düzeyde dayanımı olan bir çelik daha büyük bir çatlağı tolere edebilir.
Temel dayanak, A. A. Griffith’in enerji ölçütüdür: elastik enerjinin, çatlakta küçük bir ilerleme sonucunda açığa çıkan miktarı yeni kırılma yüzeyleri oluşturmak için yeterli olduğunda çatlak ilerler. G. R. Irwin, çatlak ucuna yakın elastik gerilme alanını gerilme şiddeti faktörü K aracılığıyla ifade etmiştir. Merkezi çatlaklı bir levha için NASA-HDBK-5010, Cilt 2, Mod I ilişkisini şu şekilde verir:
K=βσπa,Burada β geometrinin etkisini, σ uygulanan gerilmeyi ve a, seçilen kabule göre kullanılan çatlak boyutunu ifade eder. Denklem, bir tokluk değerinin çatlak boyutundan, gerilmeden ve geometriden ayrı düşünülemeyeceğini gösterir. AFGROW da elastik rejimde çatlak ucu davranışını yükleme, geometri ve çatlak boyutlarının bir fonksiyonu olarak ele alır.
Dolayısıyla geçerli bir KIC sonucu, evrensel bir kalite sabiti değil, sınırlayıcı bir kırılma parametresidir. Sonuç, tanımlanmış bir Mod I, düzlem şekil değiştirme koşulu için geçerlidir. Bu değer doğrudan JIC, CTOD veya R-eğrisi değeri yerine kullanılmamalıdır. ASTM E1820, noktasal değerler ve direnç eğrileri de dâhil olmak üzere, K, J ve CTOD aracılığıyla Mod I tokluğunu değerlendirebilir. ISO 12135:2021 ise K, çatlak ucu açılma yer değiştirmesi δ, J ve direnç eğrilerini kullanan yarıstatik yöntemleri kapsar. Bu yöntemler, elastik-plastik çatlak ucu davranışının önemli olduğu durumları ele alır.
[](/images/uploads/7e05d89f-f771-451a-80e2-b5a22ea454e4/wiki-inline-a-comparison-of-small-scale-yielding-and-extensive-crack-tip-plasticity-in-steel-1920x1094.avif "Görseli büyüt — Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı")LEFM is appropriate only when crack-tip plasticity remains small relative to the specimen and ligament.
### Küçük ölçekli akma ve plastik bölge sınırları
#### Geçerlilik sınırı
Çatlak ucu plastik bölgesi, numune kalınlığına, kalan kesite, çatlak uzunluğuna ve deneyi belirleyen diğer boyutlara kıyasla küçük değilse bir sonucu KIC olarak adlandırmayın. Böyle bir sonuç, yeterliliği doğrulanmış düzlem şekil değiştirme tokluğu yerine koşullu bir değer olabilir.
LEFM, numunenin büyük bölümünün elastik kaldığını ve plastikliğin çatlağın hemen önündeki küçük bir bölgeyle sınırlı olduğunu varsayar. Yaygın olarak çatlak ucu plastik bölgesi olarak adlandırılan bu bölge; numune kalınlığına, ligamente, çatlak uzunluğuna ve deneyi belirleyen diğer boyutlara kıyasla küçük olmalıdır. Bölge aşırı büyürse, ölçülen yük artık ağırlıklı olarak elastik bir çatlak ucu alanını temsil etmez. Sonuç yine de denenen geometriyi tanımlayabilir, ancak nitelikli bir düzlem şekil değiştirme KIC değeri değildir.
Bunun fiziksel nedeni açıktır. Plastik deformasyon çatlak ucunu köreltir, gerilmeyi yeniden dağıtır ve Irwin’in çözümüyle öngörülen tekil elastik alanı gevşetir. Küçük ölçekli akma koşullarında bu değişikliğe uğramış bölge yeterince sınırlı olduğundan, K çevredeki alanı hâlâ karakterize edebilir. Plastik bölge ligamentin veya kalınlığın önemli bir bölümünü kapladığında ise tek bir elastik parametre çatlak ucu durumunu doğru biçimde tanımlayamaz.
Daha yüksek uygulanan gerilme plastik bölgeyi büyütür. Daha düşük akma dayanımı da aynı etkiyi yaratır. İnce bir numune ayrıca kalın bir numuneye kıyasla kalınlık boyunca daha fazla deformasyona ve plastik gevşemeye izin verir. Bu etkiler, sonuç daha yüksek bir çatlak ilerlemesine karşı özsel direnci değil, azalmış kısıtlamayı yansıtsa bile görünüşte daha yüksek bir kırılma yükü oluşturabilir. Standardın geçerlilik koşulları karşılanmadan böyle bir sonucu KIC olarak adlandırmak, deneyin kanıtladığı şeyi olduğundan fazla göstermektir.
Olayı elastik-plastik davranış belirlediğinde, J, CTOD veya bir direnç eğrisi genellikle daha bilgilendiricidir. ASTM E1290, belirli çatlak ilerleme olaylarındaki kritik CTOD değerlerine odaklanır ve sıcaklık düştükçe sünekten gevreğe geçiş gösteren çelikler için özellikle yararlıdır. ISO 15653:2018, kaynak metali ve ısıdan etkilenmiş bölgelerde bulunan yorulma çatlakları da dâhil olmak üzere, kaynaklara yönelik ilgili kırılma tokluğu yöntemlerini kapsar. Çatlağın konumu, nominal levha tanımı kadar önemli olabilir.
### Kısıtlama, kalınlık ve numune geçerliliği
Kısıtlama **Kısıtlama** Çevredeki malzemenin çatlak ucundaki plastik deformasyonu sınırlama derecesi; daha yüksek kısıtlama genellikle üç eksenli gerilmeyi artırır ve görünür kırılma toleransını azaltabilir.
Kısıtlama, çevredeki malzemenin çatlak ucundaki plastik akışı ne ölçüde engellediğini ifade eder. Genellikle daha fazla kalınlık ve yeterince büyük bir kalan ligament ile desteklenen düzlem şekil değiştirme, düzlem gerilmesine kıyasla daha fazla kısıtlama oluşturur. Daha yüksek kısıtlama plastik gevşemeyi bastırabilir ve deney sırasında ölçülen görünür kırılma toleransını azaltabilir. Bu nedenle aynı çelik, ince ve kalın kesitlerde veya çatlak yönelimi ile ligament boyutları farklı olan numunelerde farklı tokluk değerleri verebilir.
Kalınlık, yalnızca ikincil bir deney ayrıntısı değildir. Kesit boyunca gerilme durumunu değiştirir ve çatlak ucunun düzlem şekil değiştirme yorumunun gerektirdiği üç eksenli kısıtlamayı yaşayıp yaşamadığını etkiler. Numune geometrisi de önemlidir: kompakt çekme ve tek kenarlı eğilme numuneleri; çatlak uzunluğu, ligament, eğilme ve kısıtlamanın farklı bileşimlerini oluşturabilir. Bir geometriden elde edilen sonuç, ilgili çatlak ucu koşulları kontrol edilmeden yapısal bir ayrıntıya aktarılamaz.
FHWA’nın çelik köprülerle ilgili kılavuzu tasarım açısından sonucu doğrudan ifade eder: uygulanabilir kırılma mekaniği modeli içinde çatlak boyutu ve gerilme bileşimleri K=KIC değerinin altında kaldığında kararlıdır; buna karşılık, daha yüksek dayanımlı ve daha kalın çeliklerde gerilme ile çatlak ucu kısıtlaması arttığından daha yüksek tokluk gerekebilir ve kırılma riski artar. Kılavuz, her köprü ayrıntısına uygulanabilecek, kaliteye özgü tek bir sayısal sınır belirlemez. Mühendisler gerçek kusur boyutunu, gerilme aralığını, geometriyi, kalınlığı, çelik dayanımını, sıcaklığı ve muayeneye ilişkin kabulleri değerlendirmelidir.
Bu nedenle bildirilen bir değer, statüsü belirtilerek sunulmalıdır. Nitelikli bir KIC, ilgili düzlem şekil değiştirme ve numune geçerliliği koşullarını karşılar. Genellikle KQ olarak tanımlanan koşullu bir değer, bu koşulların karşılandığını göstermemiş ölçülmüş bir kırılma sonucudur. Geometriye bağlı elastik-plastik bir değer, söz konusu numune ve yükleme düzeni için yararlı olabilir; ancak KIC ile birbirinin yerine kullanılamaz. Kararsız kırılma meydana gelmeden önce sıcaklık, yükleme hızı, çatlak yönelimi, kaynak konumu ve kararlı çatlak ilerlemesi belirleyici sonucu değiştirebilir. Bu nedenle çatlak ucu performansı, tasarımda kullanılan parametre ve geçerlilik modeliyle uyumlu olmalıdır.
## Elastik-Plastik Tokluk: J, CTOD ve R-Eğrileri
Lineer-elastik kırılma mekaniği (LEFM), çatlak ucu plastik bölgesi numuneye ve kalan kesite kıyasla küçük olduğunda geçerlidir. Bu koşullar altında gerilme şiddeti faktörü K, elastik çatlak ucu alanının şiddetini tanımlar ve KIC, düzlem şekil değiştirme kırılma tokluğunu temsil edebilir. ASTM E399-24, ağırlıklı olarak lineer-elastik ve düzlem şekil değiştirme koşulları altında, yorulma ön çatlağı oluşturulmuş metalik numuneler kullanarak KIC değerini belirler. Standardın geçerlilik koşulları idari ayrıntılar değildir: plastiklik kalan kesitin çok büyük bir bölümüne yayılırsa, raporlanan KIC değeri düzlem şekil değiştirme koşullarındaki geçerli bir malzeme sınırı değildir.
Bir çatlak çevresindeki çelik akmaya başladığında çatlak ucu alanı düzgünlüğünü kaybeder ve uygulanan yük artık yalnızca K ile yeterli biçimde ifade edilemez. Plastik deformasyon enerji soğurur, çatlak ucu kısıtlamasını değiştirir ve kararsız kırılmadan önce kararlı yırtılmaya yol açabilir. NIST’in çelik kırılması üzerine 2008 tarihli değerlendirmesi, elastik-plastik deneylerin bu karmaşık gerilme-şekil değiştirme dağılımlarını hesaba katmanın ve kararsız çatlak ilerlemesine ilişkin öngörüleri iyileştirmenin bir yolu olduğunu açıklar. Bu durumda ilgili sonuç, tek bir KIC değeri yerine bir J değeri, bir CTOD değeri veya eksiksiz bir direnç eğrisi olabilir.
### ASTM E1820 ve J-tabanlı direnç
J-integrali, elastik-plastik çatlak ilerleme parametresidir. Fiziksel olarak, yeni oluşturulan çatlak alanının birim alanı başına çatlağın ilerlemesi için mevcut olan enerjiyi ifade eder; birimleri genellikle kJ/m2 veya N/mm cinsinden enerjinin alana oranıdır. Yeterli ölçüde kısıtlanmış bir çatlak için ve J alanının çatlak ucuna yakın deformasyonu karakterize ettiği koşullarda J, hem elastik hem de plastik çatlak ucu yüklemesinin şiddetini tanımlayabilir. J, basitçe K’nın başka bir adı değildir.
Sınır durumdaki lineer-elastik durumda,
J=K2E′gibi bir bağıntı bu parametreleri ilişkilendirir; burada düzlem gerilmesi için E′=E, düzlem şekil değiştirme için ise E′=E/(1−ν2) olur. Bu denklem, genel olarak J ile K’nın birbirinin yerine kullanılabileceği anlamına gelmez. Denklem, belirli varsayımlar altında elastik katkıya uygulanır; plastik iş, numune geometrisi, çatlak ilerlemesi ve kısıtlama, ölçülen büyüklüklerin farklı davranmasına neden olabilir.
ASTM E1820, K, J ve CTOD kullanılarak gerçekleştirilen ve noktasal değerler veya direnç eğrileri biçiminde raporlanan Mod I prosedürlerini sağlar. Kompakt çekme veya C(T) ve tek kenar çentikli eğme veya SE(B) numuneleri yaygın konfigürasyonlardır. Deney, yorulma ön çatlağı oluşturulmuş bir numune ile başlar; ardından çatlak yüklenirken yük ve yer değiştirme kaydedilir. Uygunluk değişimleri, boşaltma prosedürleri veya deney sonrası ölçümler, çatlak ilerlemesini tahmin etmek ve J’ye ilişkin elastik katkıları plastik katkılardan ayırmak için kullanılabilir.
Bu nedenle JIC gibi bir değer koşullara bağlıdır. Değer; standardın başlatma, numune boyutu, çatlak hazırlama, veri indirgeme ve geçerlilik tanımlarına bağlıdır. Küçük bir numune yararlı bir tarama sonucu sağlayabilir, ancak aktarılabilir bir başlatma tokluğu için gerekli boyut veya kısıtlama koşullarını karşılamayabilir. Aynı dikkat kaynaklar için de geçerlidir: ISO 15653:2018, kaynak metali ve ısıdan etkilenmiş bölgelerde bulunan çatlakları ele alır ve K, CTOD δ ile J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanır. Ana metal değerleri bu bölgelerin yerine otomatik olarak kullanılamaz.
### Çatlak ucu yer değiştirmesi olarak CTOD
CTOD, δ ile gösterilir ve çatlak ucu açılma yer değiştirmesini ölçer. Çatlak şiddetini bir enerji akışı veya elastik gerilme alanı genliği olarak ifade etmek yerine, başlangıçtaki çatlak ucunun yakınında iki çatlak yüzeyinin ne kadar ayrıldığını tanımlar. Akmanın meydana geldiği bir çelikte bu açılma, çatlak ucu körelmesi ve plastik deformasyonun etkilerini içerir. Belirlenmiş bir kırılma veya çatlak ilerlemesi olayı meydana geldiğinde kritik CTOD değerine ulaşılır.
Bu özellik, CTOD’yi özellikle plastikliğin önemli olduğu ve yer değiştirmeye dayalı bir tanımın gözlemlenen yırtılmayla yakından örtüştüğü durumlarda yararlı kılar. ASTM E1290, belirlenmiş çatlak ilerlemesi olaylarındaki kritik CTOD değerlerine odaklanır ve sıcaklık azaldıkça sünekten gevreğe geçiş gösteren çelikler için özellikle önemlidir. Düşük sıcaklıktaki bir deney, gevrek kopmadan önce çok az kararlı yırtılma gösterebilirken daha yüksek sıcaklıktaki bir deney, körelmenin ardından sünek ilerleme gösterebilir. Seçilen olay önem taşır.
CTOD ve J, kırılma mekaniği modelleri ve standarda özgü dönüştürme prosedürleri aracılığıyla ilişkilidir; ancak farklı büyüklükleri ölçerler. Çatlak ucu alanı, akma dayanımı, geometri ve deformasyon rejimi hakkında varsayımlar yapılmadan bir CTOD değeri otomatik olarak JIC’ye dönüştürülemez. CTOD, KIC’ye de eşit değildir. ISO 12135:2021, homojen metalik numuneler için K, CTOD δ, J ve direnç eğrilerini tek bir kuazistatik çerçeve içinde ele alır; ancak bu ortak çerçeve, bunların birbirinden farklı tanımlarını ortadan kaldırmaz.
### Tek nokta değerlerine karşı direnç eğrileri
Bir R-eğrisi, çatlak ilerledikçe kırılma direncini kaydeder. Yatay değişken genellikle kararlı çatlak ilerlemesi olan Δa’dır; dikey değişken ise J, CTOD veya izin verilen başka bir kırılma parametresi olabilir. Çatlak köreldiği, plastik olarak deforme olduğu ve ardından yırtılmayı sürdürmek için giderek daha büyük bir ilerletici kuvvet gerektirdiği için eğri yükselebilir. Eğrinin eğimi, tek bir başlatma değerinin sağlayamayacağı bilgiler içerir.
Bu ayrım, sünek yapı çeliklerinde önemlidir. Noktasal bir değer, önemli çatlak ilerlemesinin başlangıcını belirleyebilirken R-eğrisi, uygulanan ilerletici kuvvet eğriye ulaşmadan önce numunenin ek kararlı yırtılmayı tolere edip edemeyeceğini gösterir. Uygulanan J veya CTOD ilerletici kuvvetinin yükselen direnç eğrisiyle kesişmesi kararlı ilerlemeye işaret edebilir; ilerletici kuvvet ile direnç arasındaki ayrımın daha sonra kaybolması ise kararsız kırılmaya işaret edebilir. Sonuç geometriye ve kısıtlamaya bağlıdır; bu nedenle evrensel bir kalite sabiti değildir.
Sıcaklık, yükleme hızı, kalınlık, kaynak bölgesi, çatlak yönelimi ve numune geometrisi eğrinin tümünü etkiler. Aynı çelik ergitmesinden kesilmiş olsalar bile bir C(T) sonucu ile bir SE(B) sonucu farklı olabilir. Parametresi, çatlak ilerlemesi tanımı, deney sıcaklığı, yükleme hızı ve geçerlilik sınırları belirtilmeden raporlanan bir “tokluk” eksiktir. ASTM E1820, ISO 12135:2021 ve ISO 15653:2018 prosedürler sağlar; J, CTOD, K ve R-eğrisi verilerinin birbirinin yerine kullanılmasına izin vermez.
## Sıcaklık, Sünekten Gevreğe Geçiş ve Çatlak Ucu Plastisitesi
### Sıcaklığa bağlı kırılma davranışı
Sıcaklık, çelik kırılma davranışını sünek yırtılma ile gevrek klivaj arasında değiştirebilir. Strong evidence
Çelik, tüm çalışma koşullarında geçerli tek bir sabit kırılma tokluğuna sahip değildir. Sıcaklık, çatlak ucundaki plastik deformasyon ile klivaj arasındaki dengeyi değiştirir. Sıcaklık düştükçe, birçok ferritik ve düşük alaşımlı çelikte dislokasyon hareketi zorlaşır. Daha önce plastik akma yoluyla körelebilen bir çatlak ucu, bunun yerine hızlı klivaj için kritik gerilmeye ulaşabilir. Bunun sonucunda, kararlı sünek yırtılmadan kararsız gevrek kırılmaya, görece dar bir sıcaklık aralığında keskin bir geçiş meydana gelebilir.
Bu davranış genel olarak sünekten gevreğe geçiş (DBT) olarak tanımlanır. Bu geçiş, köprülerde, basınçlı ekipmanlarda, boru hatlarında ve yapısal imalatta kullanılan birçok kalite dâhil olmak üzere, hacim merkezli kübik ferritik çelikler için özellikle önemlidir. Östenitik paslanmaz çelikler, yüzey merkezli kübik yapılarının düşük sıcaklıklarda daha yüksek sünekliği koruması nedeniyle, normal çalışma koşullarında genellikle aynı ölçüde belirgin bir geçiş göstermez. Bununla birlikte alaşım durumu, kaynak ısıl geçmişi, yükleme hızı ve çevre, kırılma tepkisini yine de etkiler.
Dolayısıyla oda sıcaklığında ölçülen bir tokluk değeri, sıfırın altındaki sıcaklıklarda çalışan bir yapıya otomatik olarak aktarılamaz. Çatlağı ilerleten itici kuvvet de dikkate alınmalıdır. NASA-HDBK-5010, Cilt 2, merkezî çatlağa sahip bir levha için Mod I gerilme şiddeti faktörünü şu şekilde ifade eder:
K=βσπaBurada a çatlak boyutu, σ uygulanan gerilme ve β geometri düzeltme faktörüdür. Sıcaklık bu denklemde açıkça yer almaz; ancak K ile karşılaştırılan malzeme direncini değiştirir. Bir yapı, iki farklı sıcaklıkta aynı nominal gerilmeye ve çatlak boyutuna maruz kalabilir; buna karşın kırılmaya karşı güvenlik payları büyük ölçüde farklı olabilir.
Sıcaklığın etkisi aynı zamanda hıza bağlıdır. Daha hızlı yükleme, plastik uyum için daha az zaman bırakır ve görünür geçiş davranışını daha yüksek sıcaklıklara kaydırabilir. Kısıtlama da benzer bir etkiye sahiptir. Kalın kesitler, derin çatlaklar, keskin çatlak cepheleri ve kısıtlanmış kaynak detayları, çatlak ucu deformasyonunu sınırlar; bu da klivaj olasılığını, ince ve sığ çatlaklı bir numune üzerinde yapılan deneyin düşündürebileceğinden daha yüksek hâle getirir.
### Kritik CTOD ve geçişe duyarlı çelikler
Çatlak ucu açılma yer değiştirmesi veya CTOD δ, çatlak ucuna yakın deformasyonla ilişkili açılma yer değiştirmesini tanımlar. Kritik CTOD, genel bir kalite sınıflandırması değildir. Belirli bir kırılma olayı, deney geometrisi, sıcaklık, yükleme hızı ve çatlak konumuyla ilişkili ölçülmüş bir değerdir.
ASTM E1290, belirli çatlak ilerleme olaylarında kritik CTOD’yi ele alır ve sıcaklık düştükçe sünekten gevreğe geçiş gösteren metalik malzemeler açısından özellikle önemlidir. Olay, prosedüre ve yoruma bağlı olarak kararlı yırtılmanın başlamasını, tanımlanmış miktarda çatlak ilerlemesini veya kararsız kırılmayı içerebilir. Bu nedenle bildirilen bir δc değeri, ilgili olayın tanımını da gerektirir; farklı olaylarla ilişkili değerler birbirinin yerine kullanılamaz.
Daha yüksek sıcaklıklarda ferritik bir çelik, kararlı sünek yırtılmayı izleyen belirgin bir çatlak ucu körelmesi gösterebilir. Bu durumda CTOD, çatlak ilerledikçe artan kırılma direncini kaydeden bir direnç eğrisiyle birlikte yorumlanabilir. Daha düşük sıcaklıklarda aynı çelik, klivajdan önce çok az miktarda kararlı ilerleme gösterebilir. İlgili CTOD keskin biçimde düşebilir ve tek bir nokta değeri, yırtılma kontrollü davranıştan klivaj kontrollü hasara geçişi gizleyebilir.
ASTM E1820, K, J ve CTOD kullanılarak Mod I değerlendirmesine, bu parametrelerin nokta değerleri veya direnç eğrileri biçiminde kullanılmasına izin verir. ISO 12135:2021 de yorulma ön çatlağı oluşturulmuş homojen metalik numuneler için gerilme şiddeti, CTOD δ, J-integrali ve direnç eğrilerini kullanan yarıstatik yöntemleri belirtir. Bu parametreler ilişkili çatlak ucu davranışlarını tanımlar; ancak sayısal olarak birbirlerinin yerine kullanılamaz. K, ağırlıklı olarak elastik alanlar için uygundur; J ve CTOD ise belirgin plastisitenin geliştiği durumlarda daha kullanışlıdır.
Bu ayrım kaynaklı çelikte temel önem taşır. ISO 15653:2018, yorulma çatlaklarının kaynak metali veya ısıdan etkilenen bölgelerde bulunduğu kaynak kırılma tokluğu deneylerini kapsar ve K, CTOD δ ile J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanır. Bir kaynak; iri taneli ısıdan etkilenen malzeme, kalıntılar, artık gerilme, sertlik gradyanları ve yerel gevrek bölgeler içerebilir. Bu nedenle, her ikisi de aynı nominal çelik tanımını taşısa bile, kaynağın CTOD sonucu ana levhanın sonucundan önemli ölçüde farklı olabilir.
### Elastik-plastik ve dinamik kırılma
Doğrusal elastik kırılma mekaniği, çatlak ucundaki plastik bölge numune boyutlarına ve ilgili çatlak geometrisine kıyasla küçük kaldığında işe yarar. ASTM E399-24, yorulma ön çatlağı oluşturulmuş metalik numunelerde, ağırlıklı olarak doğrusal elastik ve düzlem şekil değiştirme koşulları altında KIC değerinin belirlenmesi için bu temeli kullanır. Geçerlilik koşulları önemlidir. Bu koşulları karşılamayan bir değer, deney temiz görünümlü bir kırılma yüzeyi meydana getirmiş olsa bile, geçerli bir düzlem şekil değiştirme KIC değeri değildir.
Plastisite önemli ölçüde geliştiğinde, çatlak ucu alanı tek bir elastik gerilme şiddeti değeriyle yeterince temsil edilemez. J-integrali, CTOD ve direnç eğrileri elastik-plastik deformasyonu ve kararlı çatlak ilerlemesini yansıtabilir; ancak bunların yorumu yine kısıtlamaya ve numune boyutuna bağlıdır. Üniform olmayan akma, kalınlık boyunca ve çatlak cephesi boyunca gradyanlar oluşturur. Yerel şekil değiştirme bir bölgede yoğunlaşırken diğer bölgeler büyük ölçüde elastik kalabilir.
NIST’in çelikte dinamik kırılmaya ilişkin 2008 tarihli açıklaması, üniform olmayan çatlak ucu plastisitesi ile karmaşık gerilme-şekil değiştirme dağılımlarının kararsız çatlak ilerlemesini etkilediği durumlarda neden elastik-plastik kırılma tokluğu deneylerine ihtiyaç duyulduğunu açıklar. Darbe veya hızla artan yük altında çatlak ucunun tepkisi, plastik akış, dalga yayılımı, atalet ve çatlak hızının birbirleriyle etkileşmesi nedeniyle yarıstatik bir deneydekinden farklı olabilir. Bu durumda statik tokluk verileri, gerçek olay sırasında mevcut olan direnci olduğundan yüksek veya düşük gösterebilir.
Bu nedenle her anlamlı tokluk sonucu; parametreyi ve standardı, sıcaklığı, yükleme hızını, numune geometrisini, kalınlığı ve kısıtlamayı, çatlak yönelimini ve konumunu, uygulanabildiği durumlarda kaynak koşulunu ve geçerlilik sınırlarını belirtmelidir. Bu ayrıntılar olmadan “çeliğin tokluğu” ifadesi eksik kalır.
## Kaynaklar, Isıdan Etkilenen Bölgeler ve Yerel Çatlak Ucu Performansı
Kaynaklı bir çelik bileşen, otomatik olarak aktarılabilir tek bir tokluk değerine sahip değildir. Ana levha, kaynak metali, ergime sınırı ve ısıdan etkilenen bölge (HAZ); farklı bileşimlere, tane yapılarına, artık gerilmelere ve çatlak ucu kısıtlamalarına sahip olabilir. Bu nedenle levhadan elde edilen bir tokluk sonucu, çatlağın konumu, kaynak prosedürü, termal geçmiş ve deney koşullarının temsili olduğu gösterilmedikçe birleşimi nitelendiremez.
### Kaynak kırılma tokluğu için ISO 15653:2018
ISO 15653:2018, gerilme şiddeti faktörü K, çatlak ucu açılma yer değiştirmesi δ (CTOD) ve deneysel olarak belirlenen J-integral eşdeğerini kullanarak kaynaklı metalik bileşenler için kırılma tokluğu deneylerini belirler. Bu parametreler, çatlak ucu davranışının farklı yönlerini tanımlar. K, deformasyon yeterince elastik kaldığında ve küçük ölçekli plastikleşme geçerli olduğunda en uygundur. CTOD, elastik-plastik çatlak ucu deformasyonuyla ilişkili açılma yer değiştirmesini tanımlar. J, çatlak ilerlemesi için mevcut enerjiyi temsil eder ve plastikleşmenin geçerli bir doğrusal-elastik yorum için fazla kapsamlı olduğu durumlarda yararlıdır.
Standart, yalnızca kaynak kalitesine göre tokluk değerlerinin verildiği bir tablo değildir. Belirli kaynak bölgelerine kasıtlı olarak konumlandırılmış yorulma çatlaklarına sahip numunelerin hazırlanması ve deneyden geçirilmesi için yöntemler sağlar. Bu konumlandırma, sonucun bir parçasıdır. Çatlağı biriktirilmiş kaynak metalinde bulunan bir numune, çatlağı HAZ boyunca ilerleyen veya ergime sınırını örnekleyen bir numuneden farklı bir soruyu yanıtlar.
Bu ayrım önemlidir; çünkü bildirilen bir CTOD veya J değeri, yalnızca deney sıcaklığı, yükleme hızı, numune geometrisi, çatlak yönelimi, çatlak konumu ve geçerlilik değerlendirmesiyle birlikte anlamlıdır. Bir prosedür altında elde edilen kaynak sonucu, aynı nominal çelik tanımıyla yapılan her birleşime otomatik olarak atanamaz. Isı girdisi, paso arası sıcaklık, koruyucu gaz koşulları, sarf malzemeleri, paso sırası, kısıtlama, kaynak sonrası ısıl işlem ve onarım kaynağı, yerel çatlak ucu tepkisinin tümünü değiştirebilir.
Bu nedenle ISO 15653:2018, homojen metaller için kullanılan genel kırılma standartlarıyla birlikte okunmalıdır. ISO 12135:2021, K, δ, J ve direnç eğrilerine dayanan yarı statik yöntemleri kapsarken ASTM E1820, hem noktasal değerleri hem de çatlak ilerlemesine karşı direnç eğrilerini içerecek şekilde, K, J ve CTOD aracılığıyla Mod I davranışını değerlendirir. Bu yöntemler, K, J ve CTOD’yi birbirinin yerine geçebilir hâle getirmez. Belirli bir çatlak uzaması olayındaki kritik CTOD, KIC, JIC veya bir R-eğrisiyle aynı özellik değildir.
[](/images/uploads/7d568a7d-864b-4874-8bcd-bc04bfee2f90/wiki-inline-a-polished-and-etched-steel-weld-cross-section-showing-weld-metal-fusion-boundar-1920x1288.avif "Görseli büyüt — Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı")Weld fracture performance depends strongly on the local region sampled by the crack.
### Kaynak metali ile ısıdan etkilenen bölge arasındaki fark
Kaynak metali, ergimiş havuzdan katılaşır ve kolonsal taneler, segregasyon bantları, inklüzyonlar ve sonraki pasoların oluşturduğu yeniden ısınmış bölgeler içerebilir. Tokluğu yalnızca ana levhanın nominal tanımına değil, biriktirilen bileşime ve kaynak termal çevrimine de bağlıdır. Hidrojen kontrolü, soğuma hızı, seyreltme ve sarf malzemesinin kimyası, oluşan mikroyapıyı ve gevrek kopma veya sünek yırtılma olasılığını etkileyebilir.
Isıdan etkilenmiş bölge (HAZ) **Isıdan etkilenmiş bölge (HAZ)** Kaynağın bitişiğindeki, erimeden kaynak ısısı nedeniyle mikroyapısı ve özellikleri değişen ana metal bölgesi.
HAZ da tek bir malzeme değildir. Ergime sınırından dışa doğru ilerledikçe iri taneli, ince taneli, interkritik ve subkritik bölgeler içerebilir. İri taneli HAZ’da, pik sıcaklıkların tane büyümesini teşvik ettiği ve ardından gerçekleşen soğumanın daha elverişsiz bir dönüşüm yapısı oluşturduğu durumlarda tokluk azalabilir. İnce taneli bir bölge farklı tepki verebilirken interkritik bir bölge, dönüşmüş ve dönüşmemiş alanların bir karışımını içerebilir. Yerel minimum, geniş bir konumlandırmayla açılan yorulma çatlağının örnekleyemediği dar bir bantta bulunabilir.
Sonuç olarak yorulma çatlağının konumlandırılması belirleyicidir. Kaynak metalinin merkezinde bulunan bir çatlak, esas olarak biriktirilmiş metali ve yerel kusurlarını ölçer. HAZ’a yerleştirilen bir çatlak, yorulma ön çatlağının amaçlanan konumda kalması koşuluyla seçilmiş bir termal alt bölgeyi ölçer. Ergime sınırı boyunca yönlendirilen bir çatlak ise bileşimde, tane yöneliminde, sertlikte ve deformasyon davranışında ani değişimler içeren bir arayüzü inceler. Çentik hizasındaki küçük sapmalar, çatlağı farklı bir bölgeye taşıyabilir ve görünen tokluğu değiştirebilir.
Sonuç, deneyin kırılma başlangıcını mı yoksa kararlı çatlak ilerlemesini mi kaydettiğine de bağlı olabilir. Bir kaynak bölgesi başlangıçtaki gevrek kopmaya direnebilir, ancak ilerleme başladıktan sonra hızlı bir sünek yırtılma gösterebilir; başka bir bölge kararlı ilerlemeyi sürdürebilir, fakat düşük bir başlangıç değeriyle kırılabilir. Direnç eğrisi verileri, bu farkı tek bir kritik noktadan daha açık biçimde ortaya koyabilir.
### Mikroyapı, artık gerilme ve çatlak konumlandırması
Kaynak artık gerilmesi, çatlakta başlangıç gerilme durumunu değiştirir. Çekme artık gerilmesi, dışarıdan uygulanan nominal gerilme orta düzeyde olsa bile bir kusurdaki etkin açılma yükünü artırabilir. Ayrıca yorulma ön çatlağının ilerlemesini değiştirebilir ve kalın bir levhanın, rijit bir onarımın veya yakındaki bir kaynağın oluşturduğu kısıtlamayla etkileşebilir. Gerilme giderme, servis sırasında yeniden dağılım ve yerel akma, yorumu karmaşıklaştırır; ancak değerlendirme sırasında artık gerilmenin göz ardı edilmesini haklı çıkarmaz.
Yerel kısıtlama da aynı derecede önemlidir. Aynı nominal çelik; ince bir numunede, kalın ve kısıtlanmış bir birleşimde ve yüksek üç eksenli gerilme durumuna sahip bir yapısal ayrıntıda farklı çatlak ucu davranışı gösterebilir. Doğrusal-elastik terimlerle NASA-HDBK-5010, Cilt 2, merkezden çatlaklı bir levha için geometrinin etkisini temsil eden β ile K=βσπa bağıntısını verir. Bir kaynak, geometriden daha fazlasını değiştirir: elastik modül, akma davranışı, termal gerilme ve çatlak cephesinin şekli numune boyunca değişebilir.
İnklüzyonlar ve ergime eksikliği kusurları, yerel gerilme yığılmaları oluşturabilir veya ana çatlağın önünde mikroboşlukları başlatabilir. Ergime sınırında kristalografik değişimler ve uyumsuz deformasyon, yerel kısıtlamayı artırabilir. Bu etkiler, özellikle çatlak daha tok veya daha zayıf bir komşu bölgeyle karşılaştığında, amaçlanan bölgeden ayrılan kırılma yolları oluşturabilir.
Bu nedenle savunulabilir bir kaynak tokluğu yorumu; kaynak prosedürünü, kaynak konumunu, çatlak yönelimini, sıcaklığı, yükleme modunu, numune boyutlarını ve kırılma olayını tanımlar. Bu bilgiler olmadan sayısal bir sonuç, ana çelikten yapılmış her kaynağı değil, yalnızca deneyden geçirilen tek bir yerel konfigürasyonu tanımlar.
## Yorulma Çatlağı Büyümesi ve ΔK’nin Rolü
[](/images/uploads/95aceee6-33d2-4360-8061-76d0120e11f0/wiki-inline-a-steel-structural-plate-with-a-growing-fatigue-crack-progressing-from-repeated-1920x1434.avif "Görseli büyüt — Çeliğin Kırılma Tokluğu ve Çatlak Ucu Performansı")A crack can grow under repeated loading before the maximum load reaches a critical fracture condition.
### Çevrimsel Yüklemeden Kritik Kırılmaya
Bir çelik yapı, ani kırılma meydana gelmeden önce binlerce veya milyonlarca yük çevrimi boyunca bir çatlağı tolere edebilir. Bu, çatlağın zararsız olduğu anlamına gelmez. Her çekme yükü çevrimi, çatlağı küçük bir miktar ilerletebilir; böylece kalan net kesit kademeli olarak azalır ve çatlak ucundaki gerilme şiddeti artar. Bu nedenle yorulma çatlağı büyümesi kritik-altı bir süreçtir; nihai kırılma ise uygulanan maksimum yükteki çatlak ucu koşulu tarafından yönetilen ayrı bir olaydır.
Bu ayrım, A. A. Griffith tarafından oluşturulan ve G. R. Irwin tarafından geliştirilen çerçeveyi izler. Griffith’in enerji kriteri, çatlak ilerlemesinin ne zaman enerjetik açıdan elverişli hâle geldiğini açıklarken, Irwin’in gerilme şiddeti formülasyonu uygulanan yükü, çatlak geometrisini ve çatlak ucu gerilme alanını ilişkilendirir. Merkezi çatlaklı bir levha için NASA-HDBK-5010, Cilt 2, Mod I ilişkisini verir:
K=βσπaBurada K gerilme şiddeti faktörü, β geometri düzeltme faktörü, σ uygulanan nominal gerilme ve a model tarafından kullanılan çatlak boyutudur. Çatlak şekli, konumu, serbest yüzeyler, kalınlık veya yapısal geometri değiştiğinde, aynı nominal gerilme farklı çatlak ucu koşulları oluşturur.
Çevrimsel yükleme sırasında, K’nin maksimum değeri uygulanabilir kırılma tokluğu sınırının altında kalırken çatlak büyüyebilir. Çatlak yeterince büyüdüğünde veya uygulanan gerilme yeterince arttığında, maksimum yük koşulu KIC, kritik CTOD veya J-temelli bir kırılma kriteri gibi kritik bir değere ulaşabilir. Bunun ardından kararsız ilerleme meydana gelebilir. Bu nedenle bir yapı, kritik K’nin altındaki tekrarlı işletme yüklerine dayanabilirken çatlak ilerlemesi birikmeye devam edebilir. “KIC’nin altında” olmak, “hasar yok” anlamına gelmez.
Bu ayrım, kırılma tokluğunun yorulma dayanımıyla neden aynı özellik olmadığını da açıklar. Yüksek bir KIC değeri kararsız kırılmayı geciktirebilir; ancak tek başına yorulma çatlağı ilerleme hızını belirlemez. Buna karşılık, çatlak büyümesi değerlendirmesi bir tokluk deneyinin yerini tutamaz. ASTM E399-24, yorulma ön çatlağı oluşturulmuş metalik numuneler kullanarak, ağırlıklı olarak doğrusal elastik ve düzlem şekil değiştirme koşullarında KIC’yi belirler; geçerliliği, numune boyutlarına kıyasla çatlak ucu plastikleşmesinin sınırlandırılmasına bağlıdır.
### Yorulmayı Yönlendiren Parametre Olarak ΔK
Minimum ve maksimum yüklere sahip bir çevrim için Mod I gerilme şiddeti aralığı şöyledir:
ΔK=Kmax−Kmin.NASA-HDBK-5010, Cilt 2, uygulanabilir doğrusal elastik yorulma-kırılma modeli kapsamında çevrimsel çatlak büyümesi için ΔK’yi kontrol edici parametre olarak tanımlar. Maksimum değer olan Kmax farklı bir amaca hizmet eder: anlık kırılma için kırılma kriterine göre kontrol edilir. Yorulma ömrünü tahmin etmek için yalnızca KIC’yi kullanmak, bu iki kontrolü birbirine karıştırır.
ΔK hesabında yalnızca nominal gerilme aralığı değil, çatlak geometrisi ve yük aralığı kullanılmalıdır. Sabit geometrili merkezi çatlaklı bir levha için aralık şu şekilde yazılabilir:
ΔK=βΔσπa,ancak β, çatlak uzunluğu, sonlu genişlik, kenara yakınlık, eğilme, delikler, rijitleştiriciler veya kaynak ayrıntılarıyla değişebilir. Yüzey çatlağı, köşe çatlağı, gömülü kusur ve kalınlık boyunca ilerleyen çatlak aynı düzeltme faktörünü paylaşmaz. AFGROW’un 2024 hasar toleransı el kitabı da çatlak ucu tepkisini, yüklemeye, geometriye ve çatlak boyutlarına bağlı bir gerilme şiddeti faktörü aracılığıyla açıklar.
Yük oranı da önemlidir. R=Kmin/Kmax olarak tanımlandığında, aynı ΔK’ye sahip iki çevrim, ortalama gerilmeleri farklı olduğunda farklı büyüme davranışları oluşturabilir. Çatlak kapanması, çekme artık gerilmesi, çatlak ucu plastikleşmesi ve yük sırası etkileri etkin yönlendirici kuvveti değiştirebilir. Negatif veya düşük R’li bir çevrim çatlağı kısmen kapatabilirken, yüksek R’li bir çevrim çatlağı yükleme tarihçesinin daha büyük bir bölümünde açık tutar. Bu nedenle değerlendirmede, bir çelik kalitesi için tek bir evrensel büyüme hızı atamak yerine, yük spektrumu ve çatlak büyümesi modeli belirtilmelidir.
İlgili yükleme modu da belirlenmelidir. Mod I açılması, ΔK için olağan temeldir; ancak kayma ve yırtılma bileşenleri kaynak ayaklarını, kaynak kusurlarını, bağlantı elemanı deliklerini ve karmaşık yapısal birleşimleri etkileyebilir. Çatlak ucu plastikleşmesi, numune veya yapı boyutlarına kıyasla küçük olmadığında J-integrali, CTOD veya direnç eğrisi yöntemleri daha uygun olabilir. ASTM E1820 ve ISO 12135:2021 bu farklı kırılma parametrelerini kapsar; bunların değerleri KIC ile birbirinin yerine kullanılamaz.
### Muayene Aralıkları ve Artık Dayanım
Hasar toleransı; başlangıçtaki varsayılan bir kusurla başlar. Bu kusur çoğu zaman imalat kalitesine, kaynak kusuru verilerine, önceki muayene kabiliyetine veya belirlenmiş kritik tespit boyutuna göre seçilir. Daha sonra çatlak, yük oranı, geometri, artık gerilme, sıcaklık ve kaynak konumu için yapılan düzeltmelerle birlikte, uygun bir ΔK-temelli model kullanılarak işletme yük spektrumu boyunca ilerletilir. Kaynak metali ve ısıdan etkilenmiş bölgeler ayrı özellikler ve çatlak konumları gerektirebilir; ISO 15653:2018, K, CTOD δ ve J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanarak kaynak kırılma tokluğunu özellikle ele alır.
Muayene aralıkları, varsayılan tespit edilebilir çatlak boyutu ile kritik boyut arasındaki öngörülen aralığa bağlanmalı; model belirsizliği ve muayene hatası için pay bırakılmalıdır. Her değerlendirme noktasında artık dayanım, ΔK ile değil Kmax kullanılarak kontrol edilir. Hesaplama, mevcut çatlak boyutunun ve maksimum işletme yükünün uygulanabilir tokluk veya direnç eğrisi sınırının altında kalıp kalmadığını sorgular. Özellikle kalın kesitlerde veya sünek-gevrek geçiş bölgesine yakın yerlerde sıcaklık, kalınlık, kısıtlama, yükleme hızı ve çatlak konumu güvenlik payını azaltabilir.
#### Hasar toleransı sıralaması
1. **Başlangıç kusuru** Üretim kalitesine, kaynak kusuru verilerine, muayene kapasitesine veya belirtilen bir tespit boyutuna dayanarak başlangıçtaki bir kusur varsayın.
2. **Kritik altı ilerleme** Uygun bir ΔK tabanlı model kullanarak çatlağı hizmet yükü spektrumu boyunca ilerletin.
3. **Muayene** Muayene hatasını ve model belirsizliğini dikkate alarak çatlak izin verilen veya kritik boyuta ulaşmadan önce muayene yapın.
4. **Kalan dayanım** Uygulanabildiği şekilde Kmax, CTOD, J veya bir direnç eğrısını kullanarak mevcut çatlağı maksimum yükte kırılma ölçütüne göre kontrol edin.
Sonuç, birbirine bağlı bir dizidir: başlangıç kusuru varsayılır, kritik-altı ilerleme öngörülür, çatlak izin verilen sınıra ulaşmadan önce muayene yapılır ve artık dayanım bir kırılma tokluğu kriterine göre doğrulanır. Bu dizinin her iki bölümünde de kırılma meydana gelebilir. Bir çatlak, muayeneler arasında fazla ilerleyebilir veya daha önce kabul edilebilir olan bir çatlak, yüksek bir maksimum yükle karşılaştığında anında kırılabilir. Bu nedenle yorulma ömrü ve kırılma tokluğu, birbiriyle bağlantılı ancak ayrı nicelikler olarak raporlanmalı ve değerlendirilmelidir.
## Standartların ve Tokluk Verilerinin Çelik Tasarımına Uygulanması
Bir kırılma tokluğu sonucu, nominal akma dayanımının aksine, bir çelik kalitesinin genel bir özelliği değildir. Bu sonuç; tanımlanmış bir çatlağı, numuneyi, yükleme modunu, sıcaklığı ve kırılma kriterini ifade eder. Daha sonra bu sonuç, bileşendeki çatlak ve gerilme alanıyla ilişkilendirilmelidir. Kalın, yorulma ön-çatlağı oluşturulmuş bir numuneden elde edilen KIC değeri, bir kaynak testinden elde edilen CTOD’nin veya sünek bir çelikte ölçülen J-R eğrisinin yerine basitçe kullanılamaz.
### Bir test yöntemi seçme
Tasarım sorusu, geçerli bir düzlem şekil değiştirme koşulundaki doğrusal elastik kritik gerilme şiddeti faktörü KIC ile ilgiliyse ASTM E399-24 kullanılmalıdır. Bu yöntem, yorulma ön-çatlağı oluşturulmuş metalik numuneler kullanır ve yalnızca çatlak ucu plastik bölgesi numune boyutlarına kıyasla küçük kaldığında uygulanabilir. Geçerlilik gereklilikleri idari ayrıntılar değildir: yetersiz kalınlık, aşırı akma veya geçersiz bir numune sonucu, test temiz bir kırılma üretmiş olsa bile bildirilen değerin geçerli bir KIC olmadığı anlamına gelir.
Elastik-plastik davranış için ASTM E1820 veya ISO 12135:2021 seçilmelidir. ASTM E1820, Mod I kırılmasını K, J ve çatlak ucu açılma yer değiştirmesi (CTOD) kullanarak değerlendirir; değerlendirme tek bir nokta değeri veya bir direnç eğrisi şeklinde yapılabilir. ISO 12135:2021, yorulma ön-çatlağı oluşturulmuş homojen metalik numunelerde K, CTOD δ, J ve R-eğrileri için yarı statik yöntemler sağlar. Bu yöntemler, önemli ölçüde çatlak ucu plastisitesi oluştuğunda, kararlı çatlak ilerlemesi önem taşıdığında veya tek bir doğrusal elastik sayı yerine J-integrali ya da bir direnç eğrisi gerektiğinde daha uygundur.
Özellikle belirli bir çatlak ilerleme olayındaki kritik çatlak ucu açılma yer değiştirmesi tasarım ölçütü olduğunda, CTOD odaklı bir değerlendirme için ASTM E1290 kullanılmalıdır. CTOD, sıcaklık düştükçe sünek davranıştan gevrek davranışa geçen çeliklerde çoğu zaman yararlıdır; ancak kritik bir CTOD değeri, olayın tanımına, numune geometrisine ve test sıcaklığına bağlı olmaya devam eder. Bu değer JIC veya KIC ile birbirinin yerine kullanılamaz.
Başlıca standartlar ve ele aldıkları kırılma parametreleri.
| Standart | Başlıca kullanım | Parametreler veya odak |
|---|---|---|
| ASTM E399-24 | Düzlem şekil değiştirme kırılma tokluğu | Ağırlıklı olarak doğrusal elastik, düzlem şekil değiştirme koşullarında KIC |
| ASTM E1820 | Mod I kırılma davranışı | K, J, CTOD ve direnç eğrileri |
| ASTM E1290 | Kritik çatlak ucu açılma yer değiştirmesi | Belirli çatlak ilerleme olaylarındaki CTOD |
| ISO 12135:2021 | Homojen metallerin yarıstatik deneyi | K, CTOD δ, J ve direnç eğrileri |
| ISO 15653:2018 | Kaynak kırılma tokluğu deneyi | K, CTOD δ ve J-integralinin deneysel eşdeğeri |
#### Kaynak konumu uyarısı
Kaynak tokluğunu çatlak konumuna göre yorumlayın. Kaynak metali, ergime sınırı, iri taneli ısıdan etkilenmiş bölge, interkritik bölgeler ve etkilenmemiş ana levha farklı mikroyapılara, artık gerilmelere ve geçiş davranışına sahip olabilir.
Kaynaklı yapılar kaynağa özgü bir yöntem gerektirir. ISO 15653:2018, yorulma çatlaklarının kaynak metali veya ısıdan etkilenmiş bölgeler içine yerleştirildiği durumlarda, K, CTOD δ ve J-integralinin deneysel eşdeğerini kullanarak kaynaklı birleşimlerin kırılma tokluğu testlerini kapsar. Bu ayrım önemlidir; çünkü kaynak metali, iri taneli ısıdan etkilenmiş bölge malzemesi, interkritik bölgeler ve etkilenmemiş ana levha farklı mikroyapılara, artık gerilmelere, kalıntılara ve geçiş sıcaklıklarına sahip olabilir. Ana levhadan elde edilen bir sonuç, kaynağın her konumu için geçerli değildir.
Seçim, yüklemeye de bağlıdır. Mod I açılma genellikle başlangıç noktasıdır; ancak karma modlu yükleme, darbe veya dinamik yükleme, çevrimsel çatlak ilerlemesi ve çatlak başlatıldıktan sonraki yırtılma ayrı analizler gerektirebilir. NASA-HDBK-5010, Cilt 2, merkezî çatlaklı bir levha için Mod I gerilme şiddetini şu şekilde ifade eder:
K=βσπa,burada β geometri düzeltme faktörü, σ uygulanan gerilme ve a model tarafından kullanılan çatlak boyutudur. Çevrimsel yükleme altında yorulma çatlağı ilerleme hızını KIC değil, ΔK belirler. Statik bir kırılma tokluğu testi, yorulma ilerleme yasası sağlayamaz.
### Bir tokluk raporunu doğru şekilde okuma
Çelik tanımı ve ürün biçimiyle başlayın: örneğin ASTM A572/A572M Grade 50 levha, otomatik olarak bir kaynak sarf malzemesine, haddelenmiş bir profile veya başka bir tanıma sahip su verilmiş ve temperlenmiş bir levhaya eşdeğer değildir. Isıl işlemi, kalınlığı ve verildiyse dayanım ile geçiş sıcaklığı verilerini kaydedin.
#### Bir tokluk raporundan saklanması gereken asgari bilgiler
- **Malzeme** Çelik tanımı, ürün biçimi, kalınlık, ısıl işlem ve yönlenme.
- **Numune** Numune türü, boyutlar, çatlak geometrisi ve yorulma ön çatlağı oluşturma işlemi.
- **Deney koşulları** Sıcaklık, yükleme hızı, yükleme kontrolü ve uygulanan yükleme modu.
- **Kırılma sonucu** Geçerlilik beyanıyla birlikte KIC, koşullu KQ, JIC, CTOD δ veya bir J-R eğrisi üzerindeki bir nokta.
- **Hasar mekanizması** Klivaj, sünek yırtılma, ani sıçramalı ilerleme, kararlı ilerleme veya karma kırılma.
Raporda, kompakt çekme veya tek kenar çentikli eğme gibi numune tipi ve boyutlarının yanı sıra yönlenme de belirtilmelidir. “L-T” ve “T-L”, çatlak yönü ile ürünün haddeleme yönü arasındaki farklı ilişkileri tanımlar; bu yönlenmeler farklı sonuçlar verebilir. Bir kaynak söz konusuysa çatlağın kaynak metalinde, ergime hattında, iri taneli ısıdan etkilenmiş bölgede veya hedeflenen başka bir konumda olup olmadığını belirleyin.
Ayrıca yorulma ön-çatlağı oluşturma prosedürü, son çatlak uzunluğu ölçümü, test sıcaklığı, yükleme hızı ve yükleme kontrolü de istenmelidir. Sıcaklık yalnızca oda sıcaklığı olarak tanımlanmamalı, hizmet koşuluyla ilişkilendirilmelidir. Raporda kırılma parametresi —KIC, koşullu KQ, JIC, CTOD δ veya J-R eğrisindeki bir nokta— belirtilmeli ve standardın geçerlilik açıklaması yer almalıdır. Koşullu bir KQ, düzlem şekil değiştirme ve boyut gereklilikleri karşılanmadıkça geçerli bir KIC değildir.
Son olarak kırılma biçimini inceleyin. Klivaj, sünek yırtılma, pop-in, kararlı ilerleme ve karma kırılma farklı sonuçlar doğurur. Kırılma görünümü ve çatlak ilerleme kaydı olmadan verilen sayısal bir değer, sonucu kontrol eden mekanizmayı gizler.
### Laboratuvar numunesinden yapısal değerlendirmeye
Laboratuvar numunesi, belirli bir kısıtlama durumu altında malzeme karakterizasyonuna ilişkin bir sonuç sağlar. Yapının ise kendine özgü çatlak geometrisi, kalınlığı, üç eksenli gerilme durumu, artık gerilmesi, kaynak detayı, yük geçmişi ve sıcaklığı vardır. Yapısal değerlendirme bu iki unsuru birbirine bağlamalıdır.
Çatlak boyutu ile K = KIC değerinin altındaki gerilmenin birleşimi, geçerli kırılma mekaniği modeli içinde kararlı kalabilir. Limited evidence
Baskın olarak doğrusal elastik bir durum için bileşen gerilme şiddetini gerçek çatlak şekli ve geometri faktörünü kullanarak hesaplayın; ardından sonucu, ilgili sıcaklık ve yönlenme için geçerli bir tokluk değeriyle karşılaştırın. FHWA çelik köprüleri kılavuzu temel koşulu açıklar: uygulanabilir kırılma mekaniği modeli kapsamında, K = KIC değerinin altındaki çatlak boyutu ve gerilme birleşimleri kararlı kalabilir. Akmanın yaygın olduğu durumlarda bu karşılaştırma yeterli değildir. Kararlı yırtılma ve çatlak ilerlemesi davranışın bir parçasıysa J, CTOD veya bir direnç eğrisi kullanın. NIST’in çelikte dinamik kırılma üzerine 2008 tarihli değerlendirmesi, düzgün olmayan çatlak ucu plastisitesi ve karmaşık gerilme-şekil değiştirme alanlarının kararsız ilerlemeyi etkilediği durumlarda neden elastik-plastik testlerin gerekli olduğunu açıklar.
Bu yaklaşım, A. A. Griffith’in enerji kriteri ve G. R. Irwin’in çatlak ucu gerilme alanıyla ortaya koyduğu temellere dayanır. Bu yaklaşımların hiçbiri tokluğu geometri ve yüklemeden bağımsız olarak ele almaz. Bu nedenle pratik bir değerlendirme; çatlak tespit sınırlarını, olası kusur şeklini, muayene aralığını, artık ve ikincil gerilmeleri, kısıtlamayı ve kırılmanın başlatma mı yoksa kararlı ilerleme mi olduğunu dikkate almalıdır.
“Bu çeliğin tokluğu nedir?” sorusuna verilen herhangi bir yanıtı kabul etmeden önce şunları sorun:
1\. Hangi standart ve kırılma parametresi kullanıldı: ASTM E399-24 KIC, ASTM E1820 J veya CTOD, ISO 12135:2021, ASTM E1290 CTOD ya da bir kaynak için ISO 15653:2018? 2. Çeliğin tanımı, ürün biçimi, kalınlığı, yönlenmesi, numune tipi ve çatlak konumu nedir? 3. Yorulma ön-çatlağı oluşturma prosedürü, sıcaklık, yükleme hızı ve kırılma biçimi neydi? 4. Bildirilen değer belirtilen standarda göre geçerli mi, yoksa koşullu mu? 5. Yapısal hesapta gerçek çatlak geometrisi, kısıtlama, yükleme modu ve hizmet sıcaklığı kullanılıyor mu? 6. Belirleyici konu başlatma, kararlı yırtılma, gevrek kırılma veya çevrimsel çatlak ilerlemesi mi?
Bu tanımlar ve hizmet koşulları olmadan “çeliğin tokluğu” eksik bir sorudur.
**Genel bakış**
Birincil kırılma parametreleri
KIC, JIC, kritik CTOD δ ve R-eğrileri
Temel belirleyici değişkenler
Yükleme, sıcaklık, geometri, kısıtlama, kalınlık ve çatlak konumu
Başlıca yükleme modu
Mod I çatlak açılması
Çevrimsel yorulma parametresi
ΔK
[Geri dön Teknik veri sayfası nasıl okunur](/tr/wiki/teknik-veri-sayfası "Teknik veri sayfası nasıl okunur — Steel Wiki")