Canlıların çokça efor sarf etmesi, enerji kaybetmesi veya zihnen çok çalışması sonrası herkesten duyulan bir ifadedir “Off çok yoruldum!” sözü. İster bedenen ister zihnen ortaya çıkan bu duruma yorulma denildiğini hepimiz biliriz. Diğer yandan mühendislerin kullandığı pek çok malzeme de yorulmaktadır. Betondan kompozitlere, kompozitlerden seramiklere ve seramiklerden metalik malzemelere kadar pek çok mühendislik malzemesi yorularak hasara uğramaktadır. Ancak toplumda sanki sadece metalik malzemelerde bu tür hasarın görüldüğü düşünülerek, yanlış olarak, “metal yorgunluğu” ifadesi kullanılmaktadır. Biyolojik anlamda yorulma insanlıkla yaşıt olmalı. Günümüzde tıp literatüründe süregelen bir rahatsızlık olarak kronik yorgunluktan çok sık bahsedilmektedir. Mühendislik kavramı olarak “yorulma” anahtar kelimesi kullanarak yaptığım literatür taramalarında fiziksel ve/veya zihni yorulma ile ilgili çok sayıda makaleye rastlamaktayım. Şu hâlde insanlar açısından yorulma veya yorgunluk da oldukça önemlidir.
Teknik anlamda yorulma dinamik yükler altında çalışan veya ısıl çevrimlerin söz konusu olduğu mühendislik uygulamalarında ortaya çıkan bir hasar türüdür. Hasar terimi yine çok kullanılan bir kelime olarak karşımıza çıkmakta ancak bazen yanlış şekilde kullanımları da dikkat çekmektedir. Hasar denildiğinde mutlaka bir makine parçası veya sistemin kırılması, parçalanması anlamını içermez. Eğer herhangi bir şekilde makine parçası veya sistem görevini yerine getiremeyecek duruma gelmişse hasara uğramış demektir. Ancak yorulma hasarı mutlaka kırılma ile sonuçlanır. Endüstriyel anlamda yorulma hasarı pratik olarak oldukça önemli bir seviyede karşılaşılan istenmeyen bir durumdur. Yapılan istatistiki çalışmalarda endüstride görülen hasarların tamamının %50’si ile %90’ının yorulma hasarı olduğu belirlenmiştir. Bu rakamlar oldukça yüksektir. Bundan dolayı yorulma üzerinde çok araştırma veya çalışmanın yapılmasını normal karşılamak gerektiği açıktır.
Endüstriyel anlamda yorulma buhar makinalarının kullanılmaya başlanması, değişken yüklemelerin ortaya çıkması, makine parçalarının veya bir sistemi/makinayı oluşturan parçaların birlikte çalışması, moment, güç veya hareket iletmesi 19. Yüz yılda yoğunlaşmaya başlamıştır. Yorulma terimi ilk defa Alman demiryolu mühendisi Agust Wöhler tarafından kullanılmıştır. 19. Yüzyılın ortalarında demiryollarında kullanılan vagonların akslarında hep aynı bölgelerden kırıkların ortaya çıkması mühendis Wöhler’in dikkatini çeker. Aksların belli bir süre görevlerini yerine getirdikten sonra ani olarak kırılarak hasara uğramasından dolayı bu gelişmeye, canlılarda belli bir efor sarf etme sonrası ortaya çıkan yorulmaya benzerlik kurularak, “yorulma” denilmiştir. Daha sonraki yıllarda yapılan sistematik ve ileri araştırmalar göstermiştir ki aslında mühendislik malzemelerinde ortaya çıkan bu tür hasarların canlılardaki yorulma ile pek ilgisi ve benzerliği yoktur. Ancak bu tür hasarlar ilk belirlenmelerinden hemen sonra “yorulma” olarak adlandırıldıkları için bu isimlendirme değiştirilmemiş ve kullanılmaya devam edilmiştir. Mühendislik malzemelerin bazılarının kullanıma sunulması izafi olarak daha yeni olduğundan ilk defa metalik malzemelerin yorulması incelendiğinden yorulma “metallerde yorulma” olarak anılagelmiştir. Bu isimlendirme son dönemlerde kamu oyunda “metal yorgunluğu” olarak yaygın hale gelmiştir. Ancak yorgunluk kelimesi de bu tür hasar türü için uygun bir terim olmadığı açıktır.
İsim benzerliği olmasına rağmen mühendislik malzemelerinde servis esnasında veya bir başka ifade ile kullanımları esnasında ortaya çıkan yorulma ile canlılarda görülen yorulma birbirinden tamamen farklıdır. Canlılarda ister fiziksel ister zihinsel yorulma olsun geri dönüşümlüdür. Bununla neyi kastettiğimi birazcık açmam gerekmektedir. Canlılar yorulduğunda dinlenerek ve gıda alımı yoluyla enerji kazanarak yorulma öncesi haline geri dönmüş olacaktır. Halbuki metalik malzemelerdeki yorulma farklıdır. Yorulma başladıktan sonra geri dönüş söz konusu olamayacaktır. Bunun nedeni yorulma mekanizmasının kendi karakteristiğidir. Yorulma başladıktan sonra ne kadar uzun çalışmaya ara verilirse verilsin, malzeme dinlendirilirse dinlendirilsin, yeniden çalışmaya başladıktan sonra yorulma kaldığı yerden devam eder. Mühendislik malzemelerinde yorulma denilen hasar türü üç aşamadan oluşur. Birinci aşama makine parçasının yüzey bölgesinde veya yüzeyin hemen altında çatlak oluşumu aşamasıdır. İkinci safha ise çatlağın ilerlemesi olarak bilinir. Üçüncü ve son aşama ise kırılma olarak ortaya çıkar. Her makine parçası ve/veya sistem tasarımcılar tarafından tasarlanırken parça malzemesinin mekanik özellikleri dikkate alınır. Tasarım bölgesi elastik bölgedir. Bunun anlamı şudur: Malzemenin ancak elastik şekil değiştirmesine izin verilir. Buna rağmen zaman içerisinde makine parçası çalışırken çatlak oluşur ve ilerler. Çatlağın ilerlemesi ile parçanın enine kesiti küçülmeye başlar. Kesitin küçülmesi ile makine parçası üzerinde etkili olan gerilme değeri artmaya başlar. Çatlak ne kadar ilerlerse gerilme de buna paralel olarak artar. Öyle kritik bir noktaya gelinir ki artık malzeme ayrılma kırılmasına uğrar ve ani olarak makine parçası kırılarak hasara uğrar. Bu tür bir karakteristiğin canlılardaki yorulmayla uzaktan yakından ilgisi ve benzerliği olmadığı kolaylıkla anlaşılabilir.
Metalik malzemelerde yorulmanın olabilmesi için bazı şartların yerine gelmesi gerekir: Makine parçası değişken gerilmeye maruz kalmalıdır, mutlaka çekme türü gerilme uygulanmalıdır. Bunların yanı sıra yorulmaya etki eden çok fazla faktörün olduğundan bahsetmek gerekmektedir. Bu kadar çok sayıda faktörün etkili olmasından dolayı parçaların ve bunların malzemelerinin yorulma dayanımlarını tam olarak belirlemek zorluk çıkarmaktadır. Metalik malzemelerin en önemli cinsi olan demir esaslı malzemelerde bir yorulma dayanımı veya yorulma ömrü mevcuttur. Bilindiği gibi dünyada en çok kullanılan ikinci malzeme çeliktir. Bu nedenle çelikler için bu tür bir sınırın olması tasarımcılar açısından büyük bir kolaylık sağlamaktadır. Pek çok firmanın ürünlerinde belli bir çalışma süresinin garanti süresi olarak verilmesinin altında yatan gerçek budur. Demir dışı malzemelerde böyle bir sınır değer yoktur ve bu tür malzemeler çalışma süreleri çok uzun da olsa mutlaka yorulur. Demir esaslı malzemelerde bir yorulma sınırı deneylerle belirlenebildiği için bu tür malzemelerde makine parçasına uygulanan gerilme tasarımcı tarafından daha düşük bir değer olarak öngörülürse yorulma hasarı ortaya çıkmaz. Diğer bir ifade ile bu tür parçalar asla yorulmaz.
Çok fazla teknik detaya girmeden anlatılmaya çalışılan yorulma mühendislik uygulamalarında çok karşılaşılan bir hasar türü olup ani kırılma karakteristiği mühendisleri ve teknikerleri endişeye sevk etmektedir. Bu nedenle yorulma özellikleri dikkate alınmadan bir makine parçasının tasarlanması oldukça eksik kalır. Her ne kadar canlılardaki yorulmaya benzediği varsayılsa veya canlılardaki yorulmaya benzetilerek yaklaşık 180-190 yıl önce verilen isim yanlış veya eksik olmakla beraber kullanılmaya devam edilmektedir. Hele hele insanlarda görülen herhangi bir yetersizlik ve performans düşüklüğünün metal yorgunluğu olarak adlandırılmasının ne kadar yerinde olduğunu yukarıdaki bilgiler ışığında siz değerli okuyuculara bırakıyorum.