1. Eigenschappen van materialen
1. Bespreking van enkele eigenschappen van materialen
mechanische eigenschapen
1.1
1.1.1 inleiding
De mechanische eigenschappen van ene materiaal hebben betrekking op het gedrag van de
materialen oiv krachen
1.1.2 de trekproef:
Bij de trekproef wordt op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
onderworpen aan een geleidelijke toenemende trekkracht tot het breekt.
Ze willen een trekkracht-verlengingsdiagram opstellen:
→ bij het begin van de proef is de verlening van de staaf rechtevenredig met de trekkracht.
Dit is het lineair gedeelte of het evenredigheidsgebied.
→boven of onder punt A is er geen blijvende vervorming = evenredigheidsgrens
→ voorbij A neemt de verlening sneller toe tot aan punt C is er een blijvende vervorming. Dit
is een plastische vervorming ( OD )
→ vervolgens is de trekkracht opnieuw opgevoerd tot een maximale waarde F = punt B
→ na het bereiken van het max punt B stellen we vast dat de dwarssectie van de proefstaaf
kleiner wordt in het midden: insnoering
→ insnoering, daling belasting.
→ de verlening en de insnoering gaan voort tot de staaf breekt.
Spannings-rekdiagram:
- spanning: spanning is de kracht gedeeld door het oppervlak waarop de kracht werkt.
o Trekspanning: VW uitrekken
o Drukspanning: VW samendrukken of vergruizen
o Schuifspanning: delen doen splijten
o Torsiespanning: VW verwringen
o Buigspanning: VW buigen
- Rek: de verlenging gedeeld door de oorspronkelijke lengte ( % )
→ rek en spanning zjjn onafhankelijk van de afmetingen van de proefstaaf.
1
,Materiaaleigenschappen uit spannings-rekdiagram:
- Treksterkte: de verhouding tussen de maximale trekkracht en de oorspronkelijke
doorsnede van de proefstaaf
- Elasticiteitsgrens: de spanning waarbij er voor het eerst plastische deformatie
optreedt. Bij hogere spanning treedt er rek op die niet meer verdwijnt. → dit wil de
ontwerper dus heel hard gaan vermijden.
- Spannings0,2 grens of 0,2% - rekgrens: De grens waar de spanning blijvende rek van
0,2% laat optreden.
- Elasticiteitsmodulus van Young E: voor het lineair gedeelte is de verhouding van de
spanning tot de rek constant. Het is een maat voor de stijfheid van een materiaal !!!
Staal is 3x stijver dan aluminium. Polyester 10x kleiner dan aluminium en 60x kleiner
dan staal
- De breukrek: gevonden door de beide delen van de gebroken proefstaaf weer aan
elkaar te passen en de totale meetlengte te bepalen. Het is een maat voor de
taaiheid !!!
o Taai: materiaal dat slechts na sterke blijvende vervorming breekt. (zacht staal)
o Bros: materiaal dat al bij geringe blijvende vervorming breekt. ( gietijzer )
o Hoge breukrek is taai, blijvende vervorming
- Insnoering: verschil tussen de oorspronkelijke dwarsdoorsnede en de doorsnede van
de plaats waar de proefstaaf is ingesnoerd en gebroken.
o Weinig: bros
o Veel: taai
Opmerking:
Materialen met een breukrek of een insnoering kleiner dan 10% gelden als moeilijk
vervormbaar, dus bros. ( niet ver worden uitgerekt zonder te breken )
Porselein: vervormt niet, breekt wel
1.1.3 de kerfslagproef:
De slagvastheid van een materiaal geeft aan in welke mate dat materiaal bestand is tegen
schokbelasting, ook wel slag of stootbelasting genoemd.
De slagvastheid is de energie nodig om een gegeven volume of een gegeven doorsnede van
een materiaal te doen breken.
Kerfslagproef van Charpy:
Weerstand van een materiaal tegen breuk bij stotende belasting.
Een proefstaaf voorzien van een inkerving wordt door een slaghamer met een slag gebroken.
Uit het hoogteverschil berekent men de kerfslagwaarde Ks
→ bij het begin van de proef wordt de slaghamer tot op een bepaalde hoogte opgetrokken
en van daaruit losgelaten. Na het breken van de staaf zwaait de hamer verder tot op een
kleinere hoogte. Om de staaf te breken was arbeid nodig. Deze slagarbeid is het verschil in
potentiele energie.
Slagarbeid: Epot 1 – Epot 2
Hoe groter Ks, hoe beter een materiaal bestand is tegen een stotende belasting.
2
, 1.1.4 de hardheidsproef:
1.1.4.1 de krasproef, de hardheidsschaal van Mohs:
De weerstand tegen krassen wordt gemeten.
Er staan 10 standaardmineralen waaraan men een hardheid van 1 tot 10 toekent. Elke stof
kan de voorgaande in de lijst doen krassen, maar de volgende niet.
1.1.4.2 de indringsproeven:
de hardheid van het materiaal kan ook bepaald worden door de weerstand die het materiaal
biedt tegen blijvende vervorming door indrukking van een stempel die daarbij geen
vervorming vertoont.
Methode Brinell, Vickers en Rockwell:
Het indringingslichaam wordt met een bepaalde kracht in het werkstuk gedrukt. Aan de
indrukking die hierbij ontstaat wordt een meetwaarde afgelezen, waaruit de hardheid
berekend wordt.
→ Brinell: kogel
→ Vickers: Diamantpiramide
→ Rockwell: diamantkegel, kogel met diameter 1,6mm
Durometer van Shore:
Bepaling van de hardheid van kunststoffen en rubbers. De hardheid wordt daarbij gemeten
met behulp van een naald die door een veer in het materiaal wordt gedrukt.
Hoe harder het hout, hoe hoger de waarde, hoe harder het uitwijkt.
Balsahout: heel licht en toch redelijk sterk. Het is helemaal door te drukken met een naald
dus niet gunstig voor de durometer.
→ elke methode heeft zijn voor en nadelen. Elke meting heeft zijn eigen toepassingsgebied
1.1.5 mechanische eigenschappen van enkele materialen – een vergelijking
tussen verschillende materialen
1.1.5.1 trekspanning-rek diagram
vb. staal
→ staal vloeit voorbij de evenredigheidsgrens.
→ bovenste vloeigrens: max trekspanning
→ onderste vloeigrens: min trekspanning
→ kunststoffen gedragen zich anders dan metalen ( onderling verschillen )
→ mechanische eigenschappen van kunststoffen sterk tijd en temperatuurafhankelijk
Vb. thermoplasten
1. stijf vs zacht: stijf is de elasticiteits modulus groter ( hoek is groter ) ( helling is hoger )
2. bros vs taai: bros heeft weinig vervorming en is minder gevoelig voor breuk dan de
taaie materialen. Bij taai gaat de breukrek stijgen want er is veel vervorming
3. sterk vs zwak: sterk is de spanning hoger daardoor is het sterker. Het staat los van de
breuk
3
1. Bespreking van enkele eigenschappen van materialen
mechanische eigenschapen
1.1
1.1.1 inleiding
De mechanische eigenschappen van ene materiaal hebben betrekking op het gedrag van de
materialen oiv krachen
1.1.2 de trekproef:
Bij de trekproef wordt op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
onderworpen aan een geleidelijke toenemende trekkracht tot het breekt.
Ze willen een trekkracht-verlengingsdiagram opstellen:
→ bij het begin van de proef is de verlening van de staaf rechtevenredig met de trekkracht.
Dit is het lineair gedeelte of het evenredigheidsgebied.
→boven of onder punt A is er geen blijvende vervorming = evenredigheidsgrens
→ voorbij A neemt de verlening sneller toe tot aan punt C is er een blijvende vervorming. Dit
is een plastische vervorming ( OD )
→ vervolgens is de trekkracht opnieuw opgevoerd tot een maximale waarde F = punt B
→ na het bereiken van het max punt B stellen we vast dat de dwarssectie van de proefstaaf
kleiner wordt in het midden: insnoering
→ insnoering, daling belasting.
→ de verlening en de insnoering gaan voort tot de staaf breekt.
Spannings-rekdiagram:
- spanning: spanning is de kracht gedeeld door het oppervlak waarop de kracht werkt.
o Trekspanning: VW uitrekken
o Drukspanning: VW samendrukken of vergruizen
o Schuifspanning: delen doen splijten
o Torsiespanning: VW verwringen
o Buigspanning: VW buigen
- Rek: de verlenging gedeeld door de oorspronkelijke lengte ( % )
→ rek en spanning zjjn onafhankelijk van de afmetingen van de proefstaaf.
1
,Materiaaleigenschappen uit spannings-rekdiagram:
- Treksterkte: de verhouding tussen de maximale trekkracht en de oorspronkelijke
doorsnede van de proefstaaf
- Elasticiteitsgrens: de spanning waarbij er voor het eerst plastische deformatie
optreedt. Bij hogere spanning treedt er rek op die niet meer verdwijnt. → dit wil de
ontwerper dus heel hard gaan vermijden.
- Spannings0,2 grens of 0,2% - rekgrens: De grens waar de spanning blijvende rek van
0,2% laat optreden.
- Elasticiteitsmodulus van Young E: voor het lineair gedeelte is de verhouding van de
spanning tot de rek constant. Het is een maat voor de stijfheid van een materiaal !!!
Staal is 3x stijver dan aluminium. Polyester 10x kleiner dan aluminium en 60x kleiner
dan staal
- De breukrek: gevonden door de beide delen van de gebroken proefstaaf weer aan
elkaar te passen en de totale meetlengte te bepalen. Het is een maat voor de
taaiheid !!!
o Taai: materiaal dat slechts na sterke blijvende vervorming breekt. (zacht staal)
o Bros: materiaal dat al bij geringe blijvende vervorming breekt. ( gietijzer )
o Hoge breukrek is taai, blijvende vervorming
- Insnoering: verschil tussen de oorspronkelijke dwarsdoorsnede en de doorsnede van
de plaats waar de proefstaaf is ingesnoerd en gebroken.
o Weinig: bros
o Veel: taai
Opmerking:
Materialen met een breukrek of een insnoering kleiner dan 10% gelden als moeilijk
vervormbaar, dus bros. ( niet ver worden uitgerekt zonder te breken )
Porselein: vervormt niet, breekt wel
1.1.3 de kerfslagproef:
De slagvastheid van een materiaal geeft aan in welke mate dat materiaal bestand is tegen
schokbelasting, ook wel slag of stootbelasting genoemd.
De slagvastheid is de energie nodig om een gegeven volume of een gegeven doorsnede van
een materiaal te doen breken.
Kerfslagproef van Charpy:
Weerstand van een materiaal tegen breuk bij stotende belasting.
Een proefstaaf voorzien van een inkerving wordt door een slaghamer met een slag gebroken.
Uit het hoogteverschil berekent men de kerfslagwaarde Ks
→ bij het begin van de proef wordt de slaghamer tot op een bepaalde hoogte opgetrokken
en van daaruit losgelaten. Na het breken van de staaf zwaait de hamer verder tot op een
kleinere hoogte. Om de staaf te breken was arbeid nodig. Deze slagarbeid is het verschil in
potentiele energie.
Slagarbeid: Epot 1 – Epot 2
Hoe groter Ks, hoe beter een materiaal bestand is tegen een stotende belasting.
2
, 1.1.4 de hardheidsproef:
1.1.4.1 de krasproef, de hardheidsschaal van Mohs:
De weerstand tegen krassen wordt gemeten.
Er staan 10 standaardmineralen waaraan men een hardheid van 1 tot 10 toekent. Elke stof
kan de voorgaande in de lijst doen krassen, maar de volgende niet.
1.1.4.2 de indringsproeven:
de hardheid van het materiaal kan ook bepaald worden door de weerstand die het materiaal
biedt tegen blijvende vervorming door indrukking van een stempel die daarbij geen
vervorming vertoont.
Methode Brinell, Vickers en Rockwell:
Het indringingslichaam wordt met een bepaalde kracht in het werkstuk gedrukt. Aan de
indrukking die hierbij ontstaat wordt een meetwaarde afgelezen, waaruit de hardheid
berekend wordt.
→ Brinell: kogel
→ Vickers: Diamantpiramide
→ Rockwell: diamantkegel, kogel met diameter 1,6mm
Durometer van Shore:
Bepaling van de hardheid van kunststoffen en rubbers. De hardheid wordt daarbij gemeten
met behulp van een naald die door een veer in het materiaal wordt gedrukt.
Hoe harder het hout, hoe hoger de waarde, hoe harder het uitwijkt.
Balsahout: heel licht en toch redelijk sterk. Het is helemaal door te drukken met een naald
dus niet gunstig voor de durometer.
→ elke methode heeft zijn voor en nadelen. Elke meting heeft zijn eigen toepassingsgebied
1.1.5 mechanische eigenschappen van enkele materialen – een vergelijking
tussen verschillende materialen
1.1.5.1 trekspanning-rek diagram
vb. staal
→ staal vloeit voorbij de evenredigheidsgrens.
→ bovenste vloeigrens: max trekspanning
→ onderste vloeigrens: min trekspanning
→ kunststoffen gedragen zich anders dan metalen ( onderling verschillen )
→ mechanische eigenschappen van kunststoffen sterk tijd en temperatuurafhankelijk
Vb. thermoplasten
1. stijf vs zacht: stijf is de elasticiteits modulus groter ( hoek is groter ) ( helling is hoger )
2. bros vs taai: bros heeft weinig vervorming en is minder gevoelig voor breuk dan de
taaie materialen. Bij taai gaat de breukrek stijgen want er is veel vervorming
3. sterk vs zwak: sterk is de spanning hoger daardoor is het sterker. Het staat los van de
breuk
3
