MATERIALEN
DEEL 1 – INLEIDING TOT DE MATERIAALKEUZE
EIGENSCHAPPEN VAN DE MATERIALEN
1 inleiding – schema/sche overzicht van materiaal eigenschappen
Materialen worden gekozen aan de hand van hun eigenschappen.
(voor elke toepassing bestaat een materiaal met geschikte eigenschappen)
à door onderzoeken in laboratoria worden de materialen op 100den eigenschappen getest om ze nadien
met elkaar te kunnen vergelijken
Schema'sch overzicht van de soorten eigenschappen bij materiaalkeuze Treksterkte, breukrek,
elas-citeitsgrens en
elas-citeitsmodulus
Tabel = schema>sch overzicht van het spectrum van materiaaleigenschappen, waarin voor elk van de 4
hoofdgroepen van materialen de meest relevante eigenschappen zijn vermeld.
De 4 hoofdgroepen van materialen
1. Metalen 2. Kunststoffen 3. Keramische materialen 4. Composieten
4 onderverdelingen eigenschappen
1. Chemische 2. Fysische 3. Mechanische 4. Produc>etechnische
,à voor elke materiaalgroep zijn een aantal eigenschappen opgesomd die vaak een rol spelen bij de
materiaalkeuze
MAAR de opgesomde materiaaleigenschappen zijn niet voor alle groepen materialen even relevant
Voorbeeld. De ontvlambaarheid (chemische eigenschap) is een belangrijk gegeven in verband met
kunststoffen, maar amper van belang bij metalen/ keramische materialen. (soms uitzonderingen) maar als
de ontwerper een materiaal moet kiezen zal hij in dit geval geen rekening houden met de ontvlambaarheid
van het metaal of keramische materiaal.
Wie is verantwoordelijk voor het vaststellen welke eigenschappen van belang zijn in een gegeven
toepassing? à de ontwerper
Op een verantwoorde manier een materiaal kiezen = weten wat elke eigenschap inhoud en hoe die
gemeten wordt + hoe ze tegenover elkaar moeten worden afgewogen bij het keuzeproces !
In de tabel à rekeigenschappen = treksterkte, breukrek, elas>citeitsgrens, elas>citeitsmodulus
2 bespreking van enkele eigenschappen van materialen
2.1 mechanische eigenschappen
2.1.1 inleiding
De mechanische eigenschappen van een materiaal hebben betrekking op het gedrag van de materialen
onder invloed van krachten
à trekkrachten, drukkrachten of afschuiVrachten
Deze kunnen alleen of in combina>e op een materiaal uitgeoefend worden
! het krachtpatroon dat inwerkt op een materiaal à kan bijzonder ingewikkeld zijn
Voorbeeld. Krachtenpatroon bij een stoel
Mechanische eigenschappen van materialen beoordelen à op verschillende materialen mechanische
proeven uitvoeren ( met een eenvoudig krachtenpatroon)
Voorbeeld. Trekproef met een proefstaaf zal men enkel trekkracht uitoefenen
Opgelet! Hierin schuilt het gevaar dat de resultaten die onder geïdealiseerde voorwaarden in het
laboratorium werden verkregen, niet bruikbaar zijn in een werkelijke situa>e, waar het krachtenpatroon
veel ingewikkelder is
MAAR geïdealiseerde laboratoriumproeven zijn het beginpunt bij iedere studie van de mechanische
eigenschappen!
,2.1.2 de trekproef !
Defini@e:
Bij de trekproef wordt op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afme>ngen onderworpen aan
een geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt
doel: het trekkracht-verlengingsdiagram op spannings-rekdiagram op stellen van het materiaal
>jdens de proef: verlenging Dl van de staaf en de trekkracht F, nodig om deze verlenging te veroorzaken,
wordt op elk ogenblik gemeten en door een schrijvend instrument opgetekend
trekkracht-verlengingsdiagram
Lineaire gedeelte of het evenredigheidsgebied OA
= bij het begin van de proef is de verlening Dl van de staaf recht evenredig met de trekkracht F
Trekproef wordt onderbroken in of onder het punt A
à vaststellen dat de staaf tot zijn oorspronkelijk lengte terugkeert
Trekstaaf = niet blijvend vervormd
Punt A = evenredigheidsgrens van het materiaal
Voorbij punt A (diagram verloopt volgens een gebogen lijn )
à de verlenging neemt sneller toe dan in het gebied OA
Onderbreken van de proef na punt A (voorbeeld in punt C)
à vaststellen dat bij geleidelijke ontlas>ng de oorspronkelijke curve niet meer gevolgd wordt
, Er wordt een ongeveer rechte lijn gevormd (evenwijdig met belas>ng lijn OA) tot in punt D
à trekstaaf behoudt een blijvende verlenging OD = plas>sche vervorming
Trekkracht opnieuw opvoeren à volgend DC
Vanaf punt C verloopt de curve volgens CB (hier zonder tussen ontlas>ng)
Trekkracht neemt toe tot de maximale waarde Fmax in het punt B
Tot punt B verlenging van proefstaaf = +- gelijkma>g verdeeld over de gehele lengte (doorsnede uniform
verminderd
Na het bereiken van het max punt B
à de dwarssec>e van de proefstaaf wordt aanzienlijk kleiner (in het midden = ontstaan van insnoering)
! insnoering = daling van de belas>ng op de proefstaaf
à er is minder kracht nodig om ze uit te rekken
DUS vanaf punt B op de curve een a_uiging naar beneden
De verlengen & insnoering gaan verder tot de staaf breekt (de curve stopt)
Spannings-rekdiagram s
Spanning s
à de spanning s is de kracht (F) gedeeld door het oppervlak (A) waarop de kracht werkt
s= F/A
Andere benamingen aan spanning toekennen door de aard van de kracht
Trekspanning
à kan een voorwerp uitrekken onder invloed van een trekkracht
Drukspanning (druk)
à kan een voorwerp samendrukken/ vergruizen onder invloed van een drukkracht
Schuifspanning
à kan construc>eonderdelen doen splijten onder invloed van een schuiVracht
Torsiespanning
à kan een voorwerp verwringen onder invloed van een torsiekracht
Buigspanning
à kan een voorwerp doen buigen
Rek e
à de verlenging Dl gedeeld door de oorspronkelijke lengte lo
Rek wordt uitgedrukt in een %
e = Dl / lo x 100
= verlenging/ oorspronkelijke lengte x 100
DEEL 1 – INLEIDING TOT DE MATERIAALKEUZE
EIGENSCHAPPEN VAN DE MATERIALEN
1 inleiding – schema/sche overzicht van materiaal eigenschappen
Materialen worden gekozen aan de hand van hun eigenschappen.
(voor elke toepassing bestaat een materiaal met geschikte eigenschappen)
à door onderzoeken in laboratoria worden de materialen op 100den eigenschappen getest om ze nadien
met elkaar te kunnen vergelijken
Schema'sch overzicht van de soorten eigenschappen bij materiaalkeuze Treksterkte, breukrek,
elas-citeitsgrens en
elas-citeitsmodulus
Tabel = schema>sch overzicht van het spectrum van materiaaleigenschappen, waarin voor elk van de 4
hoofdgroepen van materialen de meest relevante eigenschappen zijn vermeld.
De 4 hoofdgroepen van materialen
1. Metalen 2. Kunststoffen 3. Keramische materialen 4. Composieten
4 onderverdelingen eigenschappen
1. Chemische 2. Fysische 3. Mechanische 4. Produc>etechnische
,à voor elke materiaalgroep zijn een aantal eigenschappen opgesomd die vaak een rol spelen bij de
materiaalkeuze
MAAR de opgesomde materiaaleigenschappen zijn niet voor alle groepen materialen even relevant
Voorbeeld. De ontvlambaarheid (chemische eigenschap) is een belangrijk gegeven in verband met
kunststoffen, maar amper van belang bij metalen/ keramische materialen. (soms uitzonderingen) maar als
de ontwerper een materiaal moet kiezen zal hij in dit geval geen rekening houden met de ontvlambaarheid
van het metaal of keramische materiaal.
Wie is verantwoordelijk voor het vaststellen welke eigenschappen van belang zijn in een gegeven
toepassing? à de ontwerper
Op een verantwoorde manier een materiaal kiezen = weten wat elke eigenschap inhoud en hoe die
gemeten wordt + hoe ze tegenover elkaar moeten worden afgewogen bij het keuzeproces !
In de tabel à rekeigenschappen = treksterkte, breukrek, elas>citeitsgrens, elas>citeitsmodulus
2 bespreking van enkele eigenschappen van materialen
2.1 mechanische eigenschappen
2.1.1 inleiding
De mechanische eigenschappen van een materiaal hebben betrekking op het gedrag van de materialen
onder invloed van krachten
à trekkrachten, drukkrachten of afschuiVrachten
Deze kunnen alleen of in combina>e op een materiaal uitgeoefend worden
! het krachtpatroon dat inwerkt op een materiaal à kan bijzonder ingewikkeld zijn
Voorbeeld. Krachtenpatroon bij een stoel
Mechanische eigenschappen van materialen beoordelen à op verschillende materialen mechanische
proeven uitvoeren ( met een eenvoudig krachtenpatroon)
Voorbeeld. Trekproef met een proefstaaf zal men enkel trekkracht uitoefenen
Opgelet! Hierin schuilt het gevaar dat de resultaten die onder geïdealiseerde voorwaarden in het
laboratorium werden verkregen, niet bruikbaar zijn in een werkelijke situa>e, waar het krachtenpatroon
veel ingewikkelder is
MAAR geïdealiseerde laboratoriumproeven zijn het beginpunt bij iedere studie van de mechanische
eigenschappen!
,2.1.2 de trekproef !
Defini@e:
Bij de trekproef wordt op een trekbank een proefstaaf met genormaliseerde afme>ngen onderworpen aan
een geleidelijk toenemende trekkracht tot hij breekt
doel: het trekkracht-verlengingsdiagram op spannings-rekdiagram op stellen van het materiaal
>jdens de proef: verlenging Dl van de staaf en de trekkracht F, nodig om deze verlenging te veroorzaken,
wordt op elk ogenblik gemeten en door een schrijvend instrument opgetekend
trekkracht-verlengingsdiagram
Lineaire gedeelte of het evenredigheidsgebied OA
= bij het begin van de proef is de verlening Dl van de staaf recht evenredig met de trekkracht F
Trekproef wordt onderbroken in of onder het punt A
à vaststellen dat de staaf tot zijn oorspronkelijk lengte terugkeert
Trekstaaf = niet blijvend vervormd
Punt A = evenredigheidsgrens van het materiaal
Voorbij punt A (diagram verloopt volgens een gebogen lijn )
à de verlenging neemt sneller toe dan in het gebied OA
Onderbreken van de proef na punt A (voorbeeld in punt C)
à vaststellen dat bij geleidelijke ontlas>ng de oorspronkelijke curve niet meer gevolgd wordt
, Er wordt een ongeveer rechte lijn gevormd (evenwijdig met belas>ng lijn OA) tot in punt D
à trekstaaf behoudt een blijvende verlenging OD = plas>sche vervorming
Trekkracht opnieuw opvoeren à volgend DC
Vanaf punt C verloopt de curve volgens CB (hier zonder tussen ontlas>ng)
Trekkracht neemt toe tot de maximale waarde Fmax in het punt B
Tot punt B verlenging van proefstaaf = +- gelijkma>g verdeeld over de gehele lengte (doorsnede uniform
verminderd
Na het bereiken van het max punt B
à de dwarssec>e van de proefstaaf wordt aanzienlijk kleiner (in het midden = ontstaan van insnoering)
! insnoering = daling van de belas>ng op de proefstaaf
à er is minder kracht nodig om ze uit te rekken
DUS vanaf punt B op de curve een a_uiging naar beneden
De verlengen & insnoering gaan verder tot de staaf breekt (de curve stopt)
Spannings-rekdiagram s
Spanning s
à de spanning s is de kracht (F) gedeeld door het oppervlak (A) waarop de kracht werkt
s= F/A
Andere benamingen aan spanning toekennen door de aard van de kracht
Trekspanning
à kan een voorwerp uitrekken onder invloed van een trekkracht
Drukspanning (druk)
à kan een voorwerp samendrukken/ vergruizen onder invloed van een drukkracht
Schuifspanning
à kan construc>eonderdelen doen splijten onder invloed van een schuiVracht
Torsiespanning
à kan een voorwerp verwringen onder invloed van een torsiekracht
Buigspanning
à kan een voorwerp doen buigen
Rek e
à de verlenging Dl gedeeld door de oorspronkelijke lengte lo
Rek wordt uitgedrukt in een %
e = Dl / lo x 100
= verlenging/ oorspronkelijke lengte x 100
