SV materialenleer
Hoofdstuk 1: mechanische eigenschappen van materialen
1. Destructief onderzoek
a) De trekproef
Continue trekproef = proefstaaf v/h te
onderzoeken materiaal in trekbank met
constante snelheid gerekt tot breuk optreedt.
Vorm v/d trekkromme afh van begindoorsnede
(A0) en meetlengte (L0).
Grafiek = spanning-rekdiagram (gebogen lijn =
trekkromme)
F L−L0
σ (spanning) = i.f.v. ε (rek) =
A0 L0
Grafiek onnauwkeurig:
Hele proefstaaf verlengt (dus niet enkel deel dat men als meetlengte
genomen heeft)
Trekbank niet onbeperkt stijf
Proefstaaf verplaatst in klemmen
gebruik van extensometer = rechtstreeks verlenging t.o.v. aangeduide
referentielengte meten.
Begrippen:
F
Technische spanning σ = = verhouding v/d kracht tot oorspronkelijke
A0
doorsnede in meetgedeelte v/d proefstaaf
L−L0
Technische rek ε = = verhouding van verlenging v/h meetgedeelte tot
L0
oorspronkelijke lengte v/d proefstaaf
F max
Treksterkte σ max = = sterkte van materiaal in N/mm² of MPa
A0
Oefeningen
1. Een trekproefstaaf met een diameter van 12 mm breekt bij een belasting van
67,82 kN. Bereken de treksterkte van het materiaal.
Oppervlak = π . r² = π . 6² = 113,09 mm²
F = 67,82 kN
F max 67,82 kN
σ max = = = 0,600 kN/mm² = 600 N/mm²
A0 113,09mm ²
1
,2. Een ronde proefstaaf met een diameter van 12 mm heeft een meetlengte van
60 mm. Na de proef is de meetlengte 78 mm. Bereken de breukrek.
Lb−L0 78 mm−60 mm
ε= = . 100% = 30%
L0 60 mm
3. Een ronde proefstaaf met een diameter van 10 mm heeft een meetlengte van
70 mm, de lengte voor breuk bedraagt 90 mm, de lengte na breuk 84 mm.
Bepaal de elastische en de plastische verlenging juist voor de breuk. Bereken
tevens de breukrek.
Elastisch = 90 mm – 84 mm = 6 mm
Plastisch = 84 mm – 70 mm = 14 mm
Lb−L0 84 mm−70 mm
Breukrek = ε = = . 100% = 20%
L0 70 mm
Evenredigheidsgrens =
spanning evenredig met rek -
> voldoet aan wet van Hooke:
σ = cte . ε
Stijfheid = bepaald uit rico
v/d curve in elastisch gebied:
σ
E= . Materiaal dat stijver is
ε
zal bij zelfde kracht een
kleinere verlenging krijgen
dan slapper materiaal.
Elasticiteitsgrens σ
e
(rekgrens) = spanning die
nog net niet-plastische vervorming geeft.
Vloeigrens = spanning plots afneemt en schommelt rond bepaalde waarde
terwijl men blijft trekken. Plots zal spanning opnieuw toenemen.
Taaie breuk (ductiele breuk) = moeilijk stuk te trekken grote breukrek. Bij
materialen die plastisch vervormen voor ze breken. Maat voor taaiheid =
oppervlakte onder trekcurve. Maat voor ductiel materiaal = insnoering.
A 0− A nabreuk
Insnoering = . 100% = maat voor ductiliteit = procentuele verhouding
A0
v/d doorsnede-vermindering tot oorspronkelijke doorsnede.
Brosse breuk = bijna geen voorafgaande plastische vervorming. Materiaal
breekt bij geringe vervorming.
Stugheid (elasticiteit) = weerstand die materiaal biedt tegen blijvende
vervorming (plasticiteit): week = kleine kracht nodig voor blijvende vervorming
en veerkrachtig = na vervorming terug oorspronkelijke vorm.
Hardheid = weerstand die materiaal biedt tegen blijvende indrukking.
2
,Slijtvastheid = weerstand die materiaal biedt tegen vorm- en maatverandering
onder invloed van wrijving met ander voorwerp.
Factoren die spanning-vervormingskarakteristieken beïnvloeden:
Niet enkel afh van verlenging, maar ook: vervormingsnelheid, temperatuur,
voorgeschiedenis v/h materiaal, uitgeoefende druk, aard v/d trekbank,…
Hoe hoger T, hoe lager spanning nodig om kapot te trekken.
b) Buigproeven
E-modulus soms moeilijk te bepalen via trekproef moeilijk vast te klemmen of
klemmen v/d trekbank geplet worden oplossing = buigproef. Uit belasting en
afmetingen van proefstuk kan men E berekenen.
c) Afschuifsterkte
Voorwerpen niet enkel op trek of druk belast ook op schuifspanning. Het is de
interne weerstand die materiaal heeft tegen plastische deformatie door schuif.
Als schuifspanning op materiaal groter is dan schuifsterkte zal het permanent
vervormen.
Afschuifsterkte = 40% v/d treksterkte
Afschuifsterkte = 70% v/d elasticiteitsgrens
d) Hardheidsmetingen
Weerstand v/h materiaal tegen indringen van een harder materiaal.
Hardheidstesten: - Veel gebruikt (treksterkte en elasticiteitsgrens ook veel
gebruikt)
- Aan voorwerp zelf (zonder proefstuk)
- Verschillende testen met eigen toepassingsgebied
Voor metalen is hardheid maat voor slijtvastheid en duurzaamheid (niet altijd
voor andere materialen).
Voor mineralen is hardheid maat voor krasvastheid aangegeven met Mohs-
schaal (mineraal met hoger nummer laat krassen na op mineraal met lager
nummer talk laagste nummer, diamant hoogste nummer). Ook te bepalen met
toestel van Martens kracht nodig om diamantpunt met 0,010 mm brede
kras aan te brengen = maat voor hardheid.
Statische hardheidsmetingen = indruklichaam in materiaal gedrukt
blijvende indrukking = hardheid. 4 methodes:
Brinell = kogel met diameter 10 mm. Met optische meetapparatuur diameter
v/d blijvende indrukking gemeten hieruit Brinell hardheid (HB) bepaald.
3
, Rockwell = andere belastingen en indruklichamen gebruikt
hardheidswaarde (HR) rechtstreeks aflezen op schaal v/h toestel.
Microhardheidsmeter (vickers of knoop) = verfijnder testapparaat.
Diamanten indruklichaam met zeer precieze afmetingen hardheid van
microscopisch kleine deeltjes en metaalfasen bepalen. Breed schaalbereik.
Durometer van Shore = voor kunststoffen en rubbers. Hardheid gemeten
met naald die door veer in materiaal wordt gedrukt.
Dynamische hardheid = shore = balletje (20g) valt op voorwerp en er wordt
terugkaatshoogte gemeten. Voorwerp springt hoog op = minder E in blijvende
vormingsenergie (harder). Voorwerp springt laag op = meer E gekropen in
blijvende vormingsenergie (zachter).
Keuze van test:
Brinell: gemiddeld hardheid, heterogene structuur en oneffen oppervlak.
Rockwell: zeer hard/zacht materiaal, dunne oppervlaktelaag, metaalfasen,
microscopisch kleine deeltjes, zonder te beschadigen en onmiddellijk
afleesbaar. Slecht voor oneffen oppervlak.
Vickers: zeer hard/zacht materiaal, dunne oppervlaktelaag, metaalfasen,
microscopisch kleine deeltjes en zonder te beschadigen. Zeer slecht voor
oneffen oppervlak.
Oefening hardheid: keuze test
e) Slagvastheidstesten
Geeft aan in welke mate materiaal bestand is tegen schokbelasting. Energie
nodig om gegeven volume of gegeven doorsnede materiaal te breken in J,
J/cm³ of J/cm².
CHARPY EN IZOD
Slingerhamer die voor stootbelasting zorgt. Op proefstaaf meestal op voorhand
inkerving aangebracht breuk op die plaats inleiden = kerfslagwaarde (i.p.v.
slagvastheid!!).
Kerfslagwaarde (KSW) ≅ breukarbeid
4
Hoofdstuk 1: mechanische eigenschappen van materialen
1. Destructief onderzoek
a) De trekproef
Continue trekproef = proefstaaf v/h te
onderzoeken materiaal in trekbank met
constante snelheid gerekt tot breuk optreedt.
Vorm v/d trekkromme afh van begindoorsnede
(A0) en meetlengte (L0).
Grafiek = spanning-rekdiagram (gebogen lijn =
trekkromme)
F L−L0
σ (spanning) = i.f.v. ε (rek) =
A0 L0
Grafiek onnauwkeurig:
Hele proefstaaf verlengt (dus niet enkel deel dat men als meetlengte
genomen heeft)
Trekbank niet onbeperkt stijf
Proefstaaf verplaatst in klemmen
gebruik van extensometer = rechtstreeks verlenging t.o.v. aangeduide
referentielengte meten.
Begrippen:
F
Technische spanning σ = = verhouding v/d kracht tot oorspronkelijke
A0
doorsnede in meetgedeelte v/d proefstaaf
L−L0
Technische rek ε = = verhouding van verlenging v/h meetgedeelte tot
L0
oorspronkelijke lengte v/d proefstaaf
F max
Treksterkte σ max = = sterkte van materiaal in N/mm² of MPa
A0
Oefeningen
1. Een trekproefstaaf met een diameter van 12 mm breekt bij een belasting van
67,82 kN. Bereken de treksterkte van het materiaal.
Oppervlak = π . r² = π . 6² = 113,09 mm²
F = 67,82 kN
F max 67,82 kN
σ max = = = 0,600 kN/mm² = 600 N/mm²
A0 113,09mm ²
1
,2. Een ronde proefstaaf met een diameter van 12 mm heeft een meetlengte van
60 mm. Na de proef is de meetlengte 78 mm. Bereken de breukrek.
Lb−L0 78 mm−60 mm
ε= = . 100% = 30%
L0 60 mm
3. Een ronde proefstaaf met een diameter van 10 mm heeft een meetlengte van
70 mm, de lengte voor breuk bedraagt 90 mm, de lengte na breuk 84 mm.
Bepaal de elastische en de plastische verlenging juist voor de breuk. Bereken
tevens de breukrek.
Elastisch = 90 mm – 84 mm = 6 mm
Plastisch = 84 mm – 70 mm = 14 mm
Lb−L0 84 mm−70 mm
Breukrek = ε = = . 100% = 20%
L0 70 mm
Evenredigheidsgrens =
spanning evenredig met rek -
> voldoet aan wet van Hooke:
σ = cte . ε
Stijfheid = bepaald uit rico
v/d curve in elastisch gebied:
σ
E= . Materiaal dat stijver is
ε
zal bij zelfde kracht een
kleinere verlenging krijgen
dan slapper materiaal.
Elasticiteitsgrens σ
e
(rekgrens) = spanning die
nog net niet-plastische vervorming geeft.
Vloeigrens = spanning plots afneemt en schommelt rond bepaalde waarde
terwijl men blijft trekken. Plots zal spanning opnieuw toenemen.
Taaie breuk (ductiele breuk) = moeilijk stuk te trekken grote breukrek. Bij
materialen die plastisch vervormen voor ze breken. Maat voor taaiheid =
oppervlakte onder trekcurve. Maat voor ductiel materiaal = insnoering.
A 0− A nabreuk
Insnoering = . 100% = maat voor ductiliteit = procentuele verhouding
A0
v/d doorsnede-vermindering tot oorspronkelijke doorsnede.
Brosse breuk = bijna geen voorafgaande plastische vervorming. Materiaal
breekt bij geringe vervorming.
Stugheid (elasticiteit) = weerstand die materiaal biedt tegen blijvende
vervorming (plasticiteit): week = kleine kracht nodig voor blijvende vervorming
en veerkrachtig = na vervorming terug oorspronkelijke vorm.
Hardheid = weerstand die materiaal biedt tegen blijvende indrukking.
2
,Slijtvastheid = weerstand die materiaal biedt tegen vorm- en maatverandering
onder invloed van wrijving met ander voorwerp.
Factoren die spanning-vervormingskarakteristieken beïnvloeden:
Niet enkel afh van verlenging, maar ook: vervormingsnelheid, temperatuur,
voorgeschiedenis v/h materiaal, uitgeoefende druk, aard v/d trekbank,…
Hoe hoger T, hoe lager spanning nodig om kapot te trekken.
b) Buigproeven
E-modulus soms moeilijk te bepalen via trekproef moeilijk vast te klemmen of
klemmen v/d trekbank geplet worden oplossing = buigproef. Uit belasting en
afmetingen van proefstuk kan men E berekenen.
c) Afschuifsterkte
Voorwerpen niet enkel op trek of druk belast ook op schuifspanning. Het is de
interne weerstand die materiaal heeft tegen plastische deformatie door schuif.
Als schuifspanning op materiaal groter is dan schuifsterkte zal het permanent
vervormen.
Afschuifsterkte = 40% v/d treksterkte
Afschuifsterkte = 70% v/d elasticiteitsgrens
d) Hardheidsmetingen
Weerstand v/h materiaal tegen indringen van een harder materiaal.
Hardheidstesten: - Veel gebruikt (treksterkte en elasticiteitsgrens ook veel
gebruikt)
- Aan voorwerp zelf (zonder proefstuk)
- Verschillende testen met eigen toepassingsgebied
Voor metalen is hardheid maat voor slijtvastheid en duurzaamheid (niet altijd
voor andere materialen).
Voor mineralen is hardheid maat voor krasvastheid aangegeven met Mohs-
schaal (mineraal met hoger nummer laat krassen na op mineraal met lager
nummer talk laagste nummer, diamant hoogste nummer). Ook te bepalen met
toestel van Martens kracht nodig om diamantpunt met 0,010 mm brede
kras aan te brengen = maat voor hardheid.
Statische hardheidsmetingen = indruklichaam in materiaal gedrukt
blijvende indrukking = hardheid. 4 methodes:
Brinell = kogel met diameter 10 mm. Met optische meetapparatuur diameter
v/d blijvende indrukking gemeten hieruit Brinell hardheid (HB) bepaald.
3
, Rockwell = andere belastingen en indruklichamen gebruikt
hardheidswaarde (HR) rechtstreeks aflezen op schaal v/h toestel.
Microhardheidsmeter (vickers of knoop) = verfijnder testapparaat.
Diamanten indruklichaam met zeer precieze afmetingen hardheid van
microscopisch kleine deeltjes en metaalfasen bepalen. Breed schaalbereik.
Durometer van Shore = voor kunststoffen en rubbers. Hardheid gemeten
met naald die door veer in materiaal wordt gedrukt.
Dynamische hardheid = shore = balletje (20g) valt op voorwerp en er wordt
terugkaatshoogte gemeten. Voorwerp springt hoog op = minder E in blijvende
vormingsenergie (harder). Voorwerp springt laag op = meer E gekropen in
blijvende vormingsenergie (zachter).
Keuze van test:
Brinell: gemiddeld hardheid, heterogene structuur en oneffen oppervlak.
Rockwell: zeer hard/zacht materiaal, dunne oppervlaktelaag, metaalfasen,
microscopisch kleine deeltjes, zonder te beschadigen en onmiddellijk
afleesbaar. Slecht voor oneffen oppervlak.
Vickers: zeer hard/zacht materiaal, dunne oppervlaktelaag, metaalfasen,
microscopisch kleine deeltjes en zonder te beschadigen. Zeer slecht voor
oneffen oppervlak.
Oefening hardheid: keuze test
e) Slagvastheidstesten
Geeft aan in welke mate materiaal bestand is tegen schokbelasting. Energie
nodig om gegeven volume of gegeven doorsnede materiaal te breken in J,
J/cm³ of J/cm².
CHARPY EN IZOD
Slingerhamer die voor stootbelasting zorgt. Op proefstaaf meestal op voorhand
inkerving aangebracht breuk op die plaats inleiden = kerfslagwaarde (i.p.v.
slagvastheid!!).
Kerfslagwaarde (KSW) ≅ breukarbeid
4
