Materialen 2
Eigenschappen van materialen
Mechanische eigenschappen
De mechanische eigenschappen van materialen hebben betrekking op hun gedrag
onder invloed van uitgeoefende krachten. Dit kunnen trekkrachten, drukkrachten of
afschuifkrachten zijn en afzonderlijk of in combinatie op een materiaal inwerken. Om
deze eigenschappen te beoordelen worden er verschillende mechanische proeven
uitgevoerd waarbij het krachtpatroon zo eenvoudig mogelijk word gehouden.
Laboratoriumproeven vormen steeds het uitgangspunt bij de studie van de
mechanische eigenschappen. één van de belangrijkste methoden is het trekspanning-
rekdiagram, de ligging en de vorm van deze curve geeft inzicht hoe een materiaal
reageert op trekbelasting. Bij staal is de trekcurve niet volledig continu, net voorbij de
evenredigheidsgrens begint het te vloeien. Hierbij word er een onderscheid gemaakt
tussen de bovenste vloeigrens (de maximale trekspanning) en de onderste vloeigrens
(de minimale trekspanning). Na het vloeigebied volgt versteviging tot aan de maximale
treksterkte waarna er insnoering en breuk optreed. Kunststoffen gedragen zich anders
dan metalen, hun mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van de tijd en de
temperatuur. Bij thermoplasten bestaan er verschillende types trekspanning-
rekdiagrammen afhankelijk van hun structuur en eigenschappen. Kunststoffen kunnen
stijf of zacht, taai of bros of sterk of zwak zijn. Thermoharders verschillen in hun
mechanisch gedrag doordat ze opgebouwd zijn uit een verknoopte roosterstructuur,
hierdoor tonen ze meestal weinig plastische vervorming. Gewapende thermoharders
zijn composietmaterialen met een kunststofmatrix en een versterking, in hun
trekspanning-rekdiagram vertonen ze enkel een elastisch gebied tot aan de breuk. Hun
mechanische eigenschappen worden bepaald door de vorm van de glasversterking, de
oriëntatie van de vezels en de wijze waarop de versterking in de matrix is aangebracht.
Spanning
de spanning (σ) is de kracht (F) gedeeld door het oppervlak (A) waarop de kracht
werkt. Afhankelijk van de aard van de kracht kunnen we aan de spanning een andere
benaming toekennen:
Een trekspanning kan een voorwerp uitrekken onder invloed van trekkracht.
Een drukspanning kan een voorwerp samendrukken of vergruizen onder invloed van een
drukkracht.
Een schuifspanning kan constructieonderdelen doen splijten onder invloed van een
schuifkracht.
Een torsiespanning kan een voorwerp verwringen onder invloed van een torsiekracht.
Een buigspanning kan een voorwerp doen buigen onder invloed van een buigkracht.
Rek
Rek (ε) is de verlenging gedeeld door de oorspronkelijke lengte en word uitgedrukt in een
percentage.
,Materialen 2
Spannings-rekdiagram
Dit bekomen we als we op de verticale as de spanning uitzetten en op de horizontale as
de rek. Uit het spannings-rekdiagram kunnen we belangrijke materiaaleigenschappen
afleiden:
Treksterkte (σₜ), dit is de verhouding tussen de maximale trekkracht en de
oorspronkelijke doorsnede van de proefstaaf. Dit word bij een materiaalkeuze vaak
gebruikt als indicatie voor de sterkte van een materiaal.
Elasticiteitsgrens (σe), dit is de spanning waarbij er voor het eerst plastische
deformatie optreed, bij een hogere spanning treed er een blijvende rek op. In veel
ontwerpsituaties is dit van groter belang dan de treksterkte omdat de ontwerper
niet wilt dat een constructie-element onder invloed van gebruiksspanning blijvend zal
worden uitgerekt of verbogen.
0,2%-rekgrens, spanning waarbij plastische deformatie inzet kan niet exact bepaald
worden waardoor er meestal een spanning met een blijvende rek van 0,2% word
gebruikt.
Elasticiteitsmodules van Young E, voor het lineair gedeelte is de verhouding van de
spanning tot de rek constant. De elasticiteitsmodule is de maat voor de stijfheid van een
materiaal en is bij een materiaalkeuze vaak van cruciaal belang. Dit is belangrijk omdat
het de plastische doorbuiging van een constructie-element onder belasting bepaald.
Breukrek (εbr), dit word niet bepaald vanuit het spannings-rekdiagram maar vanuit de
gebroken proefstaaf. Het word gevonden door beide delen van de gebroken proefstaaf
weer aan elkaar te passen en dan de totale meetlengte te bepalen. De breukrek is de
maat voor de taaiheid van een materiaal, een taai materiaal is een materiaal dat
slechts na sterk blijvende vervorming breekt. Een bros materiaal is een materiaal dat al
bij minimale blijvende vervorming breekt.
Insnoering (Ψ), dit word gevonden door het verschil tussen de oorspronkelijke
dwarsdoorsnede en de doorsnede op de plaats waar de proefstaaf is ingesnoerd en
gebroken.
Soorten proeven
Trekproef hierbij word op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
onderworpen aan een geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt. Tijdens de
proef word de verlenging van de staaf en de trekkracht op elk moment gemeten en door
een schrijvend instrument opgetekend. De bedoeling is om een trekkracht-
verlengingsdiagram op te stellen van een materiaal. In het begin van de proef is de
verlenging van de staaf recht evenredig met de trekkracht, dit is het lineair gedeelte of
het evenredigheidsgebied. Als de trekproef word onderbroken keert de staaf naar zijn
oorspronkelijke lengte terug, de trekstaaf is niet blijvend vervormd. We spreken van
plastische vervorming als de trekstaaf een blijvende verlenging heeft.
, Materialen 2
Trekkracht-verlengingsdiagram: tot punt A bevind
het materiaal zich in het elastisch gebied, hier is
het verband tussen de kracht en verlenging
rechtlijnig. Als de proef hier word onderbroken
keert het materiaal terug naar zijn oorspronkelijke
vorm. Voorbij punt A verloopt het diagram in een
gebogen lijn wat aantoont dat de verlenging sneller
toeneemt dan in gebied 0A. Als we de proef in punt
C stoppen begint het materiaal geleidelijk te
ontlasten, dit volgt niet de oorspronkelijke gebogen lijn maar er ontstaat een rechte lijn.
Deze lijn is evenwijdig met de belasting van 0A en loopt tot punt D op de horizontale
as. Punt D dit stelt de blijvende verlenging voor. Punt B dit is de maximale waarde van de
trekkracht. Hier word de dwarssectie van de proefstaaf aanzienlijk kleiner en in het
midden ontstaat er insnoering, als dit inzet daalt de belasting op de proefstaaf.
Kerfslagproef hierbij geeft de slagvastheid van een materiaal aan in welke mate het
bestand is tegen schokbelasting, de meest gebruikte proef is de kerfslagproef van
Charpy. De slagvastheid is de energie die nodig is om een volume of materiaal te doen
breken. Bij de kerfslagproef word de proefstaaf voorzien van een inkerving en word het
door een slaghamer in één slag gebroken, uit het gemeten hoogteverschil berekent met
de kerfslagwaarde. Bij het begin van de proef word de slaghamer tot op een bepaalde
hoogte boven de proefstaaf opgetrokken en van daaruit losgelaten, na het breken zwaait
de hamer verder tot een lagere hoogte. Het kerfslaggetal definieert men als de
slagarbeid gedeeld door de doorsnede en hoe hoger het getal hoe beter een materiaal
bestand is tegen schokbelasting.
Hardheidsproeven hierin zijn twee soorten proeven de krasproef en de indringingsproef.
Krasproef met deze proef word de weerstand tegen krassen gemeten. In de
hardheidsproef van Mohs staan 10 standaardmineralen waaraan men een hardheid van
1 t.e.m. 10 geeft, 1 is het minst bestand tegen krassen en 10 het meest.
Eigenschappen van materialen
Mechanische eigenschappen
De mechanische eigenschappen van materialen hebben betrekking op hun gedrag
onder invloed van uitgeoefende krachten. Dit kunnen trekkrachten, drukkrachten of
afschuifkrachten zijn en afzonderlijk of in combinatie op een materiaal inwerken. Om
deze eigenschappen te beoordelen worden er verschillende mechanische proeven
uitgevoerd waarbij het krachtpatroon zo eenvoudig mogelijk word gehouden.
Laboratoriumproeven vormen steeds het uitgangspunt bij de studie van de
mechanische eigenschappen. één van de belangrijkste methoden is het trekspanning-
rekdiagram, de ligging en de vorm van deze curve geeft inzicht hoe een materiaal
reageert op trekbelasting. Bij staal is de trekcurve niet volledig continu, net voorbij de
evenredigheidsgrens begint het te vloeien. Hierbij word er een onderscheid gemaakt
tussen de bovenste vloeigrens (de maximale trekspanning) en de onderste vloeigrens
(de minimale trekspanning). Na het vloeigebied volgt versteviging tot aan de maximale
treksterkte waarna er insnoering en breuk optreed. Kunststoffen gedragen zich anders
dan metalen, hun mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van de tijd en de
temperatuur. Bij thermoplasten bestaan er verschillende types trekspanning-
rekdiagrammen afhankelijk van hun structuur en eigenschappen. Kunststoffen kunnen
stijf of zacht, taai of bros of sterk of zwak zijn. Thermoharders verschillen in hun
mechanisch gedrag doordat ze opgebouwd zijn uit een verknoopte roosterstructuur,
hierdoor tonen ze meestal weinig plastische vervorming. Gewapende thermoharders
zijn composietmaterialen met een kunststofmatrix en een versterking, in hun
trekspanning-rekdiagram vertonen ze enkel een elastisch gebied tot aan de breuk. Hun
mechanische eigenschappen worden bepaald door de vorm van de glasversterking, de
oriëntatie van de vezels en de wijze waarop de versterking in de matrix is aangebracht.
Spanning
de spanning (σ) is de kracht (F) gedeeld door het oppervlak (A) waarop de kracht
werkt. Afhankelijk van de aard van de kracht kunnen we aan de spanning een andere
benaming toekennen:
Een trekspanning kan een voorwerp uitrekken onder invloed van trekkracht.
Een drukspanning kan een voorwerp samendrukken of vergruizen onder invloed van een
drukkracht.
Een schuifspanning kan constructieonderdelen doen splijten onder invloed van een
schuifkracht.
Een torsiespanning kan een voorwerp verwringen onder invloed van een torsiekracht.
Een buigspanning kan een voorwerp doen buigen onder invloed van een buigkracht.
Rek
Rek (ε) is de verlenging gedeeld door de oorspronkelijke lengte en word uitgedrukt in een
percentage.
,Materialen 2
Spannings-rekdiagram
Dit bekomen we als we op de verticale as de spanning uitzetten en op de horizontale as
de rek. Uit het spannings-rekdiagram kunnen we belangrijke materiaaleigenschappen
afleiden:
Treksterkte (σₜ), dit is de verhouding tussen de maximale trekkracht en de
oorspronkelijke doorsnede van de proefstaaf. Dit word bij een materiaalkeuze vaak
gebruikt als indicatie voor de sterkte van een materiaal.
Elasticiteitsgrens (σe), dit is de spanning waarbij er voor het eerst plastische
deformatie optreed, bij een hogere spanning treed er een blijvende rek op. In veel
ontwerpsituaties is dit van groter belang dan de treksterkte omdat de ontwerper
niet wilt dat een constructie-element onder invloed van gebruiksspanning blijvend zal
worden uitgerekt of verbogen.
0,2%-rekgrens, spanning waarbij plastische deformatie inzet kan niet exact bepaald
worden waardoor er meestal een spanning met een blijvende rek van 0,2% word
gebruikt.
Elasticiteitsmodules van Young E, voor het lineair gedeelte is de verhouding van de
spanning tot de rek constant. De elasticiteitsmodule is de maat voor de stijfheid van een
materiaal en is bij een materiaalkeuze vaak van cruciaal belang. Dit is belangrijk omdat
het de plastische doorbuiging van een constructie-element onder belasting bepaald.
Breukrek (εbr), dit word niet bepaald vanuit het spannings-rekdiagram maar vanuit de
gebroken proefstaaf. Het word gevonden door beide delen van de gebroken proefstaaf
weer aan elkaar te passen en dan de totale meetlengte te bepalen. De breukrek is de
maat voor de taaiheid van een materiaal, een taai materiaal is een materiaal dat
slechts na sterk blijvende vervorming breekt. Een bros materiaal is een materiaal dat al
bij minimale blijvende vervorming breekt.
Insnoering (Ψ), dit word gevonden door het verschil tussen de oorspronkelijke
dwarsdoorsnede en de doorsnede op de plaats waar de proefstaaf is ingesnoerd en
gebroken.
Soorten proeven
Trekproef hierbij word op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
onderworpen aan een geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt. Tijdens de
proef word de verlenging van de staaf en de trekkracht op elk moment gemeten en door
een schrijvend instrument opgetekend. De bedoeling is om een trekkracht-
verlengingsdiagram op te stellen van een materiaal. In het begin van de proef is de
verlenging van de staaf recht evenredig met de trekkracht, dit is het lineair gedeelte of
het evenredigheidsgebied. Als de trekproef word onderbroken keert de staaf naar zijn
oorspronkelijke lengte terug, de trekstaaf is niet blijvend vervormd. We spreken van
plastische vervorming als de trekstaaf een blijvende verlenging heeft.
, Materialen 2
Trekkracht-verlengingsdiagram: tot punt A bevind
het materiaal zich in het elastisch gebied, hier is
het verband tussen de kracht en verlenging
rechtlijnig. Als de proef hier word onderbroken
keert het materiaal terug naar zijn oorspronkelijke
vorm. Voorbij punt A verloopt het diagram in een
gebogen lijn wat aantoont dat de verlenging sneller
toeneemt dan in gebied 0A. Als we de proef in punt
C stoppen begint het materiaal geleidelijk te
ontlasten, dit volgt niet de oorspronkelijke gebogen lijn maar er ontstaat een rechte lijn.
Deze lijn is evenwijdig met de belasting van 0A en loopt tot punt D op de horizontale
as. Punt D dit stelt de blijvende verlenging voor. Punt B dit is de maximale waarde van de
trekkracht. Hier word de dwarssectie van de proefstaaf aanzienlijk kleiner en in het
midden ontstaat er insnoering, als dit inzet daalt de belasting op de proefstaaf.
Kerfslagproef hierbij geeft de slagvastheid van een materiaal aan in welke mate het
bestand is tegen schokbelasting, de meest gebruikte proef is de kerfslagproef van
Charpy. De slagvastheid is de energie die nodig is om een volume of materiaal te doen
breken. Bij de kerfslagproef word de proefstaaf voorzien van een inkerving en word het
door een slaghamer in één slag gebroken, uit het gemeten hoogteverschil berekent met
de kerfslagwaarde. Bij het begin van de proef word de slaghamer tot op een bepaalde
hoogte boven de proefstaaf opgetrokken en van daaruit losgelaten, na het breken zwaait
de hamer verder tot een lagere hoogte. Het kerfslaggetal definieert men als de
slagarbeid gedeeld door de doorsnede en hoe hoger het getal hoe beter een materiaal
bestand is tegen schokbelasting.
Hardheidsproeven hierin zijn twee soorten proeven de krasproef en de indringingsproef.
Krasproef met deze proef word de weerstand tegen krassen gemeten. In de
hardheidsproef van Mohs staan 10 standaardmineralen waaraan men een hardheid van
1 t.e.m. 10 geeft, 1 is het minst bestand tegen krassen en 10 het meest.
