Samenvatting: Materialen
Inhoud
Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving .............................................................................. 4
2.1 Inleiding: concepten ........................................................................................................................... 4
2.2 Soorten belastingen ............................................................................................................................ 4
2.3 Quasi-statisch: de trekproef ............................................................................................................... 5
2.3.2 Alternatieve methodes: vloeirek ..................................................................................................... 6
2.3.3 Engineering trek-rek vs ware trek-rek ............................................................................................. 6
2.3.4 Andere eigenschappen uit trek-rek: ................................................................................................ 6
2.4 Breukmechanica en falen ................................................................................................................... 7
Quasi-statisch: Druk en Buiging ................................................................................................................ 8
2.6 Statisch: Hardheid ............................................................................................................................... 9
2.7 Dynamisch-Impact ............................................................................................................................ 10
2.8 Dynamisch: Kruip .............................................................................................................................. 11
Hoofdstuk 3: Structuur van Materialen .......................................................................................................... 12
3.1 Inleiding: structuur in niveaus .......................................................................................................... 12
3.3 Structuur in metalen ......................................................................................................................... 12
3.3.2 Oriëntatie in kristalroosters: overzicht.......................................................................................... 14
3.3.3 Roosterfouten ................................................................................................................................ 15
3.4 structuur van keramiek: algemeen................................................................................................... 17
3.4 Roosterfouten in keramiek ............................................................................................................... 18
3.4.5 Amorfe Keramiek - glas.................................................................................................................. 18
3.5 Polymeren ......................................................................................................................................... 19
3.5.2 Opbouw van polymeren ................................................................................................................ 19
3.5.3 Moleculaire structuur .................................................................................................................... 19
3.5.4 Ketenstructuur ............................................................................................................................... 20
3.5.5 Kristalliniteit ................................................................................................................................... 21
3.6 Composieten ..................................................................................................................................... 22
Hoofdstuk 4: Metalen: legeringen .................................................................................................................. 23
4.1 Inleiding ............................................................................................................................................. 23
4.2 Fasen in een binaire legering ............................................................................................................ 23
4.3 Fasediagram voor Binair systeem A-B .............................................................................................. 24
4.3.1 Volledige oplosbaarheid in vaste toestand ................................................................................... 24
4.3.2 Geen oplosbaarheid in vaste toestand.......................................................................................... 24
4.3.3 Gedeeltelijke oplosbaarheid in vaste toestand ............................................................................. 25
4.3.4 Fasediagrammen met Intermetallische bindingen ....................................................................... 25
1
, 4.3.5 Allotropie ....................................................................................................................................... 26
4.3.5 Eutectodicum ................................................................................................................................. 26
4.3.6 Overzicht belangrijke invariante punten ....................................................................................... 26
4.3.7 Het ‘lezen’ van fasediagrammen ................................................................................................... 26
4.4 De omgekeerde hefboom-regel ....................................................................................................... 26
Case study: Sn-gebaseerde soldeer ........................................................................................................ 26
Hoofdstuk 5: Metalen: verwerking door plastische vervorming.................................................................... 27
5.1 Inleiding ............................................................................................................................................. 27
5.2.1 Smeden .......................................................................................................................................... 27
5.2.2 Walsen............................................................................................................................................ 27
5.2.3 Extrusie........................................................................................................................................... 27
5.3 plastische vervorming van metalen.................................................................................................. 27
5.3.1 Slip en slipsystemen ....................................................................................................................... 28
5.3.2 Onderlinge interactie dislocaties bij slip ....................................................................................... 29
5.4 Versteviging door legeren ..................................................................................................................... 29
5.4.1 Oplosharden................................................................................................................................... 29
5.5 Versteviging door korrelverfijning ........................................................................................................ 30
5.6 Koudvervormen..................................................................................................................................... 30
5.6.1 structuurwijziging bij koudvervormen .......................................................................................... 30
5.6.2 Versteviging door koudvervormen ................................................................................................ 31
5.6.3 Herstel en herkristallisatie na KV................................................................................................... 31
5.7 Warmvervormen (hot working) ............................................................................................................ 33
Hoofdstuk 6: Structuur-eigenschap relaties van staal .................................................................................... 34
6.1 Nucleatie en groei van kristallen .......................................................................................................... 34
6.1.1 Het vormen van een kristallijne fase bij stollen ............................................................................ 34
6.1.2 Nucleatie van kristallen ................................................................................................................. 34
6.1.3 Transformatie stap 2: groei van kristallen..................................................................................... 35
6.1.4 Overdracht: vaste stof – vaste stof transformatie ........................................................................ 35
6.2 ijzer – transformaties ............................................................................................................................ 36
6.2.1 Korrelstructuur van ijzer ................................................................................................................ 36
6.2.2 Het binair systeem FE-C ................................................................................................................. 37
6.3 Microstructuur van staal ....................................................................................................................... 38
6.3.1 Structuur eutectoïdisch staal ......................................................................................................... 38
6.3.2 Structuur hypo-eutectoïdisch staal ............................................................................................... 39
6.3.3 Structuur hypereutectoïdisch staal ............................................................................................... 40
6.3.4 Primair, secundair, tertiair, … ........................................................................................................ 41
6.4 Eigenschappen van ongeleerd, normaalgloeid staal ............................................................................ 42
2
, 6.4.1 definities voor vloeigrens – metalen ............................................................................................. 43
Hoofdstuk 7: Structuur-eigenschap relaties in polymeren ............................................................................ 44
7.1 Faseovergangen in thermoplasten ....................................................................................................... 44
7.1.1 Amorfe fase .................................................................................................................................... 44
7.1.2 Kristallijne fase ............................................................................................................................... 45
7.1.3 Soortelijk volume Amorf vs Semi-kristallijn .................................................................................. 46
7.2 mechanische eigenschappen: trek-rek ................................................................................................. 46
7.2.1 Typische trek-rek curves ................................................................................................................ 46
7.2.2 Temperatuur → trek-rek ............................................................................................................... 47
7.2.2 Vervormingssnelheid → trek-rek................................................................................................... 47
7.2.3 Structuur en vervorming in trek-rek.............................................................................................. 47
7.3 Viscositeit .............................................................................................................................................. 49
7.4 Visco-elasticiteit .................................................................................................................................... 49
7.4.1 Die Swell ......................................................................................................................................... 49
7.4.2 Ketenoriëntatie .............................................................................................................................. 49
7.4.3 Volumerelaxatie ............................................................................................................................. 49
7.4.4 kruip bij kunststoffen ..................................................................................................................... 49
7.4.5 Kruip bij kunststoffen praktisch ..................................................................................................... 50
Hoofdstuk 8: Vormgeving van polymeren ...................................................................................................... 51
8.1 Inleiding ................................................................................................................................................. 51
8.1.1 Thermoplasten ............................................................................................................................... 51
8.2 (Transfer)Persen.................................................................................................................................... 52
8.3 Extrusie .................................................................................................................................................. 52
8.4 Spuitgieten ............................................................................................................................................ 52
8.4.1 Typische proceseigenschappen ..................................................................................................... 53
8.5 Thermovormen ..................................................................................................................................... 53
8.5.1 Thermovormen: vacuümvormen................................................................................................... 53
8.5.2 Thermovormen: mechanisch ......................................................................................................... 54
8.5.3 Thermovormen vs spuitgieten....................................................................................................... 54
8.6.1 Folieblazen ..................................................................................................................................... 55
8.6.2 Blaasvormen .................................................................................................................................. 55
8.7 Technieken en verwerkingstemperatuur ............................................................................................. 55
3
, Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving
2.1 Inleiding: concepten
• Product- of materiaaleigenschappen
- Materiaaleigenschappen < structuur van het materiaal
- Producteigenschappen < materiaaleigenschappen (en de geometrie van het product zoals
dikte.)
• Materiaaleigenschappen
- Verwijzen naar de functionele eisen
- Definiëren eigenlijk een ‘weerstad tegen’
- B.v.: stijfheid = de weerstand tegen elastische vervorming
• Fabricage-eisen = afgeleide van materiaaleigenschappen
• Norm = gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekeningsmethode, op proefstukken
met gestandaardiseerde afmetingen bij bepaalde temperatuur, belasting snelheid.
• Soorten materiaaleigenschappen
- Fysieke eigenschappen: dichtheid
- Mechanische eigenschappen: sterkte, flexibiliteit
- Thermische eigenschappen: uitzetting, geleiding, smelttemperatuur
- Overige eigenschappen: slijtvastheid, optische eigenschappen, elektrische
geleidbaarheid/weerstand
- Kostprijs
2.2 Soorten belastingen
• Soorten belasting
- De grootte van een belasting wordt uitgedrukt als een spanning σ
- σ = F/A (N/m²)
• Belastingsgevallen
- Trek (a)
- Afschuiving (c)
- Alzijdige druk (g)
- Torsie (d)
- Buiging (e)
- Druk (b)
- Indrukking (f)
• Druk
- Druk = een negatieve trek
- Bij grotere belastingen kan het materiaal tonvormig vervormen en breken
- Een lang en slank profiel kan onderhevig zijn aan knik
• Buiging
- Een staaf onderhevig aan buiging wordt in 1 bepaalde zone verlengt en in een andere
verkort. Tussen de twee zones is een laag die niet wordt verlengd of wordt verkort. De staaf
is dus onderhevig aan trek en druk.
• Afschuiving
- Bij een staaf belast op afschuiving wordt de inwendige dwarskracht gelijkmatig verdeeld over
de doorsnede en geeft aanleiding tot een schuifspanning.
• Statische en dynamische belasting
- Statische belasting = de belasting is constant, zal dus niet veranderen
4
Inhoud
Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving .............................................................................. 4
2.1 Inleiding: concepten ........................................................................................................................... 4
2.2 Soorten belastingen ............................................................................................................................ 4
2.3 Quasi-statisch: de trekproef ............................................................................................................... 5
2.3.2 Alternatieve methodes: vloeirek ..................................................................................................... 6
2.3.3 Engineering trek-rek vs ware trek-rek ............................................................................................. 6
2.3.4 Andere eigenschappen uit trek-rek: ................................................................................................ 6
2.4 Breukmechanica en falen ................................................................................................................... 7
Quasi-statisch: Druk en Buiging ................................................................................................................ 8
2.6 Statisch: Hardheid ............................................................................................................................... 9
2.7 Dynamisch-Impact ............................................................................................................................ 10
2.8 Dynamisch: Kruip .............................................................................................................................. 11
Hoofdstuk 3: Structuur van Materialen .......................................................................................................... 12
3.1 Inleiding: structuur in niveaus .......................................................................................................... 12
3.3 Structuur in metalen ......................................................................................................................... 12
3.3.2 Oriëntatie in kristalroosters: overzicht.......................................................................................... 14
3.3.3 Roosterfouten ................................................................................................................................ 15
3.4 structuur van keramiek: algemeen................................................................................................... 17
3.4 Roosterfouten in keramiek ............................................................................................................... 18
3.4.5 Amorfe Keramiek - glas.................................................................................................................. 18
3.5 Polymeren ......................................................................................................................................... 19
3.5.2 Opbouw van polymeren ................................................................................................................ 19
3.5.3 Moleculaire structuur .................................................................................................................... 19
3.5.4 Ketenstructuur ............................................................................................................................... 20
3.5.5 Kristalliniteit ................................................................................................................................... 21
3.6 Composieten ..................................................................................................................................... 22
Hoofdstuk 4: Metalen: legeringen .................................................................................................................. 23
4.1 Inleiding ............................................................................................................................................. 23
4.2 Fasen in een binaire legering ............................................................................................................ 23
4.3 Fasediagram voor Binair systeem A-B .............................................................................................. 24
4.3.1 Volledige oplosbaarheid in vaste toestand ................................................................................... 24
4.3.2 Geen oplosbaarheid in vaste toestand.......................................................................................... 24
4.3.3 Gedeeltelijke oplosbaarheid in vaste toestand ............................................................................. 25
4.3.4 Fasediagrammen met Intermetallische bindingen ....................................................................... 25
1
, 4.3.5 Allotropie ....................................................................................................................................... 26
4.3.5 Eutectodicum ................................................................................................................................. 26
4.3.6 Overzicht belangrijke invariante punten ....................................................................................... 26
4.3.7 Het ‘lezen’ van fasediagrammen ................................................................................................... 26
4.4 De omgekeerde hefboom-regel ....................................................................................................... 26
Case study: Sn-gebaseerde soldeer ........................................................................................................ 26
Hoofdstuk 5: Metalen: verwerking door plastische vervorming.................................................................... 27
5.1 Inleiding ............................................................................................................................................. 27
5.2.1 Smeden .......................................................................................................................................... 27
5.2.2 Walsen............................................................................................................................................ 27
5.2.3 Extrusie........................................................................................................................................... 27
5.3 plastische vervorming van metalen.................................................................................................. 27
5.3.1 Slip en slipsystemen ....................................................................................................................... 28
5.3.2 Onderlinge interactie dislocaties bij slip ....................................................................................... 29
5.4 Versteviging door legeren ..................................................................................................................... 29
5.4.1 Oplosharden................................................................................................................................... 29
5.5 Versteviging door korrelverfijning ........................................................................................................ 30
5.6 Koudvervormen..................................................................................................................................... 30
5.6.1 structuurwijziging bij koudvervormen .......................................................................................... 30
5.6.2 Versteviging door koudvervormen ................................................................................................ 31
5.6.3 Herstel en herkristallisatie na KV................................................................................................... 31
5.7 Warmvervormen (hot working) ............................................................................................................ 33
Hoofdstuk 6: Structuur-eigenschap relaties van staal .................................................................................... 34
6.1 Nucleatie en groei van kristallen .......................................................................................................... 34
6.1.1 Het vormen van een kristallijne fase bij stollen ............................................................................ 34
6.1.2 Nucleatie van kristallen ................................................................................................................. 34
6.1.3 Transformatie stap 2: groei van kristallen..................................................................................... 35
6.1.4 Overdracht: vaste stof – vaste stof transformatie ........................................................................ 35
6.2 ijzer – transformaties ............................................................................................................................ 36
6.2.1 Korrelstructuur van ijzer ................................................................................................................ 36
6.2.2 Het binair systeem FE-C ................................................................................................................. 37
6.3 Microstructuur van staal ....................................................................................................................... 38
6.3.1 Structuur eutectoïdisch staal ......................................................................................................... 38
6.3.2 Structuur hypo-eutectoïdisch staal ............................................................................................... 39
6.3.3 Structuur hypereutectoïdisch staal ............................................................................................... 40
6.3.4 Primair, secundair, tertiair, … ........................................................................................................ 41
6.4 Eigenschappen van ongeleerd, normaalgloeid staal ............................................................................ 42
2
, 6.4.1 definities voor vloeigrens – metalen ............................................................................................. 43
Hoofdstuk 7: Structuur-eigenschap relaties in polymeren ............................................................................ 44
7.1 Faseovergangen in thermoplasten ....................................................................................................... 44
7.1.1 Amorfe fase .................................................................................................................................... 44
7.1.2 Kristallijne fase ............................................................................................................................... 45
7.1.3 Soortelijk volume Amorf vs Semi-kristallijn .................................................................................. 46
7.2 mechanische eigenschappen: trek-rek ................................................................................................. 46
7.2.1 Typische trek-rek curves ................................................................................................................ 46
7.2.2 Temperatuur → trek-rek ............................................................................................................... 47
7.2.2 Vervormingssnelheid → trek-rek................................................................................................... 47
7.2.3 Structuur en vervorming in trek-rek.............................................................................................. 47
7.3 Viscositeit .............................................................................................................................................. 49
7.4 Visco-elasticiteit .................................................................................................................................... 49
7.4.1 Die Swell ......................................................................................................................................... 49
7.4.2 Ketenoriëntatie .............................................................................................................................. 49
7.4.3 Volumerelaxatie ............................................................................................................................. 49
7.4.4 kruip bij kunststoffen ..................................................................................................................... 49
7.4.5 Kruip bij kunststoffen praktisch ..................................................................................................... 50
Hoofdstuk 8: Vormgeving van polymeren ...................................................................................................... 51
8.1 Inleiding ................................................................................................................................................. 51
8.1.1 Thermoplasten ............................................................................................................................... 51
8.2 (Transfer)Persen.................................................................................................................................... 52
8.3 Extrusie .................................................................................................................................................. 52
8.4 Spuitgieten ............................................................................................................................................ 52
8.4.1 Typische proceseigenschappen ..................................................................................................... 53
8.5 Thermovormen ..................................................................................................................................... 53
8.5.1 Thermovormen: vacuümvormen................................................................................................... 53
8.5.2 Thermovormen: mechanisch ......................................................................................................... 54
8.5.3 Thermovormen vs spuitgieten....................................................................................................... 54
8.6.1 Folieblazen ..................................................................................................................................... 55
8.6.2 Blaasvormen .................................................................................................................................. 55
8.7 Technieken en verwerkingstemperatuur ............................................................................................. 55
3
, Hoofdstuk 2: Eigenschappen en mechanische beproeving
2.1 Inleiding: concepten
• Product- of materiaaleigenschappen
- Materiaaleigenschappen < structuur van het materiaal
- Producteigenschappen < materiaaleigenschappen (en de geometrie van het product zoals
dikte.)
• Materiaaleigenschappen
- Verwijzen naar de functionele eisen
- Definiëren eigenlijk een ‘weerstad tegen’
- B.v.: stijfheid = de weerstand tegen elastische vervorming
• Fabricage-eisen = afgeleide van materiaaleigenschappen
• Norm = gedetailleerde beschrijving van beproevings- en omrekeningsmethode, op proefstukken
met gestandaardiseerde afmetingen bij bepaalde temperatuur, belasting snelheid.
• Soorten materiaaleigenschappen
- Fysieke eigenschappen: dichtheid
- Mechanische eigenschappen: sterkte, flexibiliteit
- Thermische eigenschappen: uitzetting, geleiding, smelttemperatuur
- Overige eigenschappen: slijtvastheid, optische eigenschappen, elektrische
geleidbaarheid/weerstand
- Kostprijs
2.2 Soorten belastingen
• Soorten belasting
- De grootte van een belasting wordt uitgedrukt als een spanning σ
- σ = F/A (N/m²)
• Belastingsgevallen
- Trek (a)
- Afschuiving (c)
- Alzijdige druk (g)
- Torsie (d)
- Buiging (e)
- Druk (b)
- Indrukking (f)
• Druk
- Druk = een negatieve trek
- Bij grotere belastingen kan het materiaal tonvormig vervormen en breken
- Een lang en slank profiel kan onderhevig zijn aan knik
• Buiging
- Een staaf onderhevig aan buiging wordt in 1 bepaalde zone verlengt en in een andere
verkort. Tussen de twee zones is een laag die niet wordt verlengd of wordt verkort. De staaf
is dus onderhevig aan trek en druk.
• Afschuiving
- Bij een staaf belast op afschuiving wordt de inwendige dwarskracht gelijkmatig verdeeld over
de doorsnede en geeft aanleiding tot een schuifspanning.
• Statische en dynamische belasting
- Statische belasting = de belasting is constant, zal dus niet veranderen
4
