Contents
Samenvatting materialenleer................................................................................. 1
Inleiding............................................................................................................... 1
Probleemstelling............................................................................................... 1
Materiaalgroepen............................................................................................. 2
Hoog aantal vrije elektronen => korrelstructuur.............................................2
Materiaalselectie.............................................................................................. 3
Materiaalbeproeving............................................................................................ 3
Doelstellingen materiaalbeproevingen.............................................................3
Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen............................................3
Beproeving op bewerkingseigenschappen.....................................................19
Structuuronderzoek........................................................................................ 21
Non-destructief materiaalonderzoek en kwaliteitscontrole............................21
Keramieken....................................................................................................... 26
Inleiding......................................................................................................... 26
Toepassingen.................................................................................................. 27
Materialen...................................................................................................... 28
Sintertechnieken............................................................................................ 28
Poederfabricage............................................................................................. 29
Samenvatting materialenleer
Inleiding
Probleemstelling
Materiaalkeuze – Hoe?
- Uitgaan van ervaring => onverstandig
1
, - Keuze maken op basis van voldoende kennis => technisch en economisch
verantwoorde keuze
- Rekening houdend met strenge eisen zoals milieuwetgeving en
productaansprakelijkheid
- Er zijn duizenden uitvoeringen van sommige materialen
Materiaalgroepen
Vaste stoffen: metalen, polymeren(kunststoffen), keramieken, composieten en
(biomaterialen)
Indeling gebaseerd op de chemische samenstelling en atoomstructuur
Metalen
- Metaalrooster: kubisch ruimtelijk gecenterd, kubisch vlakken gecenterd en hexagonaal
- Hoog aantal vrije elektronen => korrelstructuur
- Sterke metaalbinding
- Permanent/plastisch vervormbaar
- Warmte- en elektrische geleiding
- Corrosiegevoelig => alle metalen corroderen!
- Onbeperkt recycleerbaar
- Homogene structuur
Polymeren (kunststoffen) = meestal organische verbindingen samengesteld uit
koolstof, waterstof en andere niet-metallische elementen
- Zeer lange moleculaire structuren
- Primaire covalente bindingen in ketens/ secundaire bindingen tussen ketens
- Al dan niet met crosslinks
- Lage dichtheid
- Weinig stijf, lage sterkte
- Lage thermische en elektrische geleiding
- Mechanisch gedrag sterk beïnvloed door temperatuur: thermoplasten
thermoharders
- Beperkt tot niet recycleerbaar
- Niet corrosiegevoelig, maar degraderen wel
- Chaotische structuur
Keramieken = mengsels van metallische en niet-metallische elementen, meestal
oxides, nitrides en carbides
- Moleculaire structuur
- Hoofdzakelijk ionische bindingen tussen elementen met covalent karakter
- Geordende opbouw, mits uitzonderingen
- Bestand tegen hoge temperaturen en agressieve mileus
- Dichtheid tussen kunstoffen en metalen
- Relatief stijf, sterk in druk (bros in trek)
- Slechte geleidbaarheid
- Hard en bros
- Duurzaam
- Niet corrosiegevoelig
Composieten = samengesteld uit twee of meer materialen om nieuwe
eigenschappen te verkrijgen die niet aanwezig zijn in de individuele
componenten wanneer afzonderlijk gebruikt
- Hoge sterkte in vezelrichting
- Lage sterkte in richting loodrecht op vezelrichting
- Vezels = glasvezels / koolstofvezels (carbon)
- Organische vezels = Kevlar vezels
- Laag gewicht = > worden gebruikt wanneer transport belangrijk is
- Uiterst beperkte recycleerbaarheid
2
, Materiaalselectie
Vooraf bepalen aan welke eisen het uiteindelijk product moet voldoen
Primaire eisen = sterkte en stijfheid = mechanische eigenschappen
Laten in 95% van de gevallen toe om de materiaalgroep te bepalen
Secundaire eisen
- In welke omgeving(chemicaliën, hitte,...) moet product functioneren?
- Zijn er veiligheidsaspecten (vlamwerendheid)?
- Wat zijn de beste verbindingstechnieken (schroeven, lassen, lijmen,...)?
- Kunnen oppervlaktebehandelingstechnieken (lakken, metalliseren,
laserbehandelingen,...) worden vermeden?
- Kan er energie bespaard worden door lichtere constructies?
- Kan poedermetallurgie gebruikt worden of gieten?
- Moeten op eindproduct spaanloze of verspanende bewerkingen uitgevoerd worden?
- Kwaliteit
- Aard van het materiaal
Materiaalbeproeving
Doelstellingen materiaalbeproevingen
Doel ?
Beproevingen moeten ervoor zorgen dat onnodige kosten vermeden worden, zoals een
kostbare bewerking op een kwalitatief minderwaardig product of onderdelen met fouten
die worden afgeleverd.
Men wil waardes bekomen over de sterkte, stijfheid, vervorming,...
Waar ?
Onderzoekslabo’s, overheidinstellingen, bedrijven,... moeten de oorzaak van breuk,
abnormale vervorming of vroegtijdige slijtage kunnen vaststellen.
Waarom ?
1. Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen
Vb. Trekcurves TRIP staal => treksterkte, stijfheid, breukrek,...
2. Bepalen bewerkingseigenschappen
Vb. Kan bepaalde staalsoort worden diepgetrokken?
3. Bepalen chemische samenstelling en structuur
Vb. TRIP staal bestaand uit 3 fazen => kubisch ruimtelijk/vlakken gecenterd +
hexagonaal
4. Opzoeken van inwendige fouten in ruw materiaal en afgewerkte producten
Vb. Inclusies, holtes
Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen
Waarom ?
- Bepalen materiaaleigenschappen nodig voor ontwerp en dimensionering van de
constructies of constructieonderdelen
- Controle ruw materiaal en verwerkingsprocessen
- Verzamelen gegevens nodig voor de bewerking
Hoe ?
Belasten van het proefmateriaal
3
Samenvatting materialenleer................................................................................. 1
Inleiding............................................................................................................... 1
Probleemstelling............................................................................................... 1
Materiaalgroepen............................................................................................. 2
Hoog aantal vrije elektronen => korrelstructuur.............................................2
Materiaalselectie.............................................................................................. 3
Materiaalbeproeving............................................................................................ 3
Doelstellingen materiaalbeproevingen.............................................................3
Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen............................................3
Beproeving op bewerkingseigenschappen.....................................................19
Structuuronderzoek........................................................................................ 21
Non-destructief materiaalonderzoek en kwaliteitscontrole............................21
Keramieken....................................................................................................... 26
Inleiding......................................................................................................... 26
Toepassingen.................................................................................................. 27
Materialen...................................................................................................... 28
Sintertechnieken............................................................................................ 28
Poederfabricage............................................................................................. 29
Samenvatting materialenleer
Inleiding
Probleemstelling
Materiaalkeuze – Hoe?
- Uitgaan van ervaring => onverstandig
1
, - Keuze maken op basis van voldoende kennis => technisch en economisch
verantwoorde keuze
- Rekening houdend met strenge eisen zoals milieuwetgeving en
productaansprakelijkheid
- Er zijn duizenden uitvoeringen van sommige materialen
Materiaalgroepen
Vaste stoffen: metalen, polymeren(kunststoffen), keramieken, composieten en
(biomaterialen)
Indeling gebaseerd op de chemische samenstelling en atoomstructuur
Metalen
- Metaalrooster: kubisch ruimtelijk gecenterd, kubisch vlakken gecenterd en hexagonaal
- Hoog aantal vrije elektronen => korrelstructuur
- Sterke metaalbinding
- Permanent/plastisch vervormbaar
- Warmte- en elektrische geleiding
- Corrosiegevoelig => alle metalen corroderen!
- Onbeperkt recycleerbaar
- Homogene structuur
Polymeren (kunststoffen) = meestal organische verbindingen samengesteld uit
koolstof, waterstof en andere niet-metallische elementen
- Zeer lange moleculaire structuren
- Primaire covalente bindingen in ketens/ secundaire bindingen tussen ketens
- Al dan niet met crosslinks
- Lage dichtheid
- Weinig stijf, lage sterkte
- Lage thermische en elektrische geleiding
- Mechanisch gedrag sterk beïnvloed door temperatuur: thermoplasten
thermoharders
- Beperkt tot niet recycleerbaar
- Niet corrosiegevoelig, maar degraderen wel
- Chaotische structuur
Keramieken = mengsels van metallische en niet-metallische elementen, meestal
oxides, nitrides en carbides
- Moleculaire structuur
- Hoofdzakelijk ionische bindingen tussen elementen met covalent karakter
- Geordende opbouw, mits uitzonderingen
- Bestand tegen hoge temperaturen en agressieve mileus
- Dichtheid tussen kunstoffen en metalen
- Relatief stijf, sterk in druk (bros in trek)
- Slechte geleidbaarheid
- Hard en bros
- Duurzaam
- Niet corrosiegevoelig
Composieten = samengesteld uit twee of meer materialen om nieuwe
eigenschappen te verkrijgen die niet aanwezig zijn in de individuele
componenten wanneer afzonderlijk gebruikt
- Hoge sterkte in vezelrichting
- Lage sterkte in richting loodrecht op vezelrichting
- Vezels = glasvezels / koolstofvezels (carbon)
- Organische vezels = Kevlar vezels
- Laag gewicht = > worden gebruikt wanneer transport belangrijk is
- Uiterst beperkte recycleerbaarheid
2
, Materiaalselectie
Vooraf bepalen aan welke eisen het uiteindelijk product moet voldoen
Primaire eisen = sterkte en stijfheid = mechanische eigenschappen
Laten in 95% van de gevallen toe om de materiaalgroep te bepalen
Secundaire eisen
- In welke omgeving(chemicaliën, hitte,...) moet product functioneren?
- Zijn er veiligheidsaspecten (vlamwerendheid)?
- Wat zijn de beste verbindingstechnieken (schroeven, lassen, lijmen,...)?
- Kunnen oppervlaktebehandelingstechnieken (lakken, metalliseren,
laserbehandelingen,...) worden vermeden?
- Kan er energie bespaard worden door lichtere constructies?
- Kan poedermetallurgie gebruikt worden of gieten?
- Moeten op eindproduct spaanloze of verspanende bewerkingen uitgevoerd worden?
- Kwaliteit
- Aard van het materiaal
Materiaalbeproeving
Doelstellingen materiaalbeproevingen
Doel ?
Beproevingen moeten ervoor zorgen dat onnodige kosten vermeden worden, zoals een
kostbare bewerking op een kwalitatief minderwaardig product of onderdelen met fouten
die worden afgeleverd.
Men wil waardes bekomen over de sterkte, stijfheid, vervorming,...
Waar ?
Onderzoekslabo’s, overheidinstellingen, bedrijven,... moeten de oorzaak van breuk,
abnormale vervorming of vroegtijdige slijtage kunnen vaststellen.
Waarom ?
1. Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen
Vb. Trekcurves TRIP staal => treksterkte, stijfheid, breukrek,...
2. Bepalen bewerkingseigenschappen
Vb. Kan bepaalde staalsoort worden diepgetrokken?
3. Bepalen chemische samenstelling en structuur
Vb. TRIP staal bestaand uit 3 fazen => kubisch ruimtelijk/vlakken gecenterd +
hexagonaal
4. Opzoeken van inwendige fouten in ruw materiaal en afgewerkte producten
Vb. Inclusies, holtes
Bepalen karakteristieke materiaaleigenschappen
Waarom ?
- Bepalen materiaaleigenschappen nodig voor ontwerp en dimensionering van de
constructies of constructieonderdelen
- Controle ruw materiaal en verwerkingsprocessen
- Verzamelen gegevens nodig voor de bewerking
Hoe ?
Belasten van het proefmateriaal
3
