DEEL 1: EIGENSCHAPPEN VAN MATERIALEN
1. INLEIDING – OVERZICHT MATERIAALEIGENSCHAPPEN
Materialen worden gekozen op basis van hun eigenschappen.
- Elke materiaalklasse heeft zijn eigen kenmerken.
- Niet elke eigenschap is relevant voor elk materiaal of elk product.
- De ontwerper kiest dus het geschikte materiaal o.b.v. de nodige
eigenschappen.
Materiaalklassen
• Metalen
• Kunststoffen
• Keramische materialen
• Composieten
Soorten eigenschappen
Eigenschapstype Voorbeelden
Chemische eigenschappen Samenstelling, ontvlambaarheid,
corrosievastheid
Fysische eigenschappen Thermische en elektrische eigenschappen
Mechanische eigenschappen Rekeigenschappen, breuktaaiheid,
drukvastheid
Technologische Maatvastheid, vormbaarheid,
eigenschappen verkrijgbaarheid
2. BESPREKING VAN ENKELE MATERIAALEIGENSCHAPPE
2.1. Mechanische eigenschappen
- Beschrijven hoe een materiaal zich gedraagt onder krachten:
trekkrachten, drukkrachten, afschuifkrachten... individueel of gecombineerd.
In labo’s worden eenvoudige proeven gedaan, waarbij vaak slechts één kracht
tegelijk werkt.
-> In de praktijk kunnen krachten complexer zijn, dus interpretatie vereist inzicht.
De trekproef
,- Opstelling: proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
- De staaf wordt langzaam uitgerekt op een trekbank, tot deze breekt.
Tijdens de proef worden 2 zaken gemeten:
• Verlenging van de staaf onder invloed van kracht (ΔL)
• Trekkracht die nodig is om die verlenging te veroorzaken (F)
Uit deze gegevens ontstaat een trekkracht-verlengingsdiagram:
Fasering van de trekproef
Punt Gedrag van het materiaal
O–A Evenredigheidsgebied: lineair verband tussen kracht en verlenging
(wet van Hooke). Geen blijvende vervorming.
A Evenredigheidsgrens: overgang naar plastisch gedrag begint.
A–C Verlenging stijgt sneller dan kracht – materiaal vervormt plastisch.
C Vanaf hier: blijvende vervorming bij loslaten (volgt lijn CD).
B Maximale kracht bereikt – insnoering begint.
B– Vernauwing in de proefstaaf ➝ steeds minder kracht nodig tot breuk.
breuk
Spannings-rekdiagram
• Spanning (𝜎) = kracht gedeeld door oppervlak
→ 𝜎 = 𝐹 / 𝐴 [eenheid: N/mm² of MPa]
• Rek (𝜀) = relatieve verlenging
→ 𝜀 = (∆L / Lo) × 100 [%]
Dit diagram is materiaalonafhankelijk, want het houdt rekening met afmetingen
Soorten spanningen (volgens soort kracht)
Soort kracht Soort spanning Effect op materiaal
Trekkracht Trekspanning Uittrekken
Drukkracht Drukspanning Samendrukken/vergruizen
Schuifkracht Schuifspanning Splijten
Torsiekracht Torsiespanning Verwringen
Buigbelasting Buigspanning Buigen
,🧪 Afgeleide materiaaleigenschappen uit de trekproef
Eigenschap Definitie / Uitleg
Treksterkte (𝜎𝑡) Max. spanning voor breuk (punt B)
→ 𝜎ₜ = F/ A₀
→ Indicatie van sterkte
Elasticiteitsgrens (𝜎ₑ) Spanning waarbij blijvende rek van 0,2%
optreedt
→ Moeilijk exact te bepalen, dus
vaak 0,2%-rekgrens gebruikt
Elasticiteitsmodulus (E) Verhouding spanning/rek in
evenredigheidsgebied (lijnstuk OA)
→E=𝜎/𝜀
→ Indicatie van stijfheid
Breukrek (𝜀𝑏𝑟)
Mate van blijvende vervorming tot breuk
→ 𝜀ᵦʳ = (L− L₀) / L₀ × 100%
→ Taaie materialen: veel vervorming
→ Brosse materialen: weinig
vervorming
Insnoering (𝜓) Afname van dwarsdoorsnede op
breukplaats
→ 𝜓 = (A₀ − A) / A₀ × 100%
→ Indicatie van ductiliteit
Kruip Langzame vervorming onder constante
spanning
→ Belangrijk bij hogere temperaturen
(vooral bij kunststoffen)
Slagvastheid (Kerfslagproef van Charpy)
Slagvastheid (Ks) Weerstand tegen schokbelasting
→ Ks = slagarbeid
/ A₀
, Proefstaaf met kerf → slaghamer breekt de staaf →
Principe hoogteverschil (h₁ – h₂) = energieverbruik
Hardheidsproeven
Proef Werking Gebruikt voor
Krasproef (Mohs- Standaardmineralen 1–10: elk Vergelijking van
schaal) krast vorige, niet volgende krasweerstand bij
keramiek, mineralen
Hardheidsgraad Hardheid = hoogste mineraal
waarmee net niet gekrast
wordt
Richtwaarden treksterkte & taaiheid van kunststoffen
Kunststofsoort Treksterkte (𝜎𝑡) Taaiheid (breukrek)
Rubbers & zachte 15 – 30 MPa Taaie vervorming
kunststoffen
Harde kunststoffen 30 – 80 MPa Wisselend, vaak bros
Vezelversterkte ≈ metalen (~100 Zeer sterk, vaak bros
thermoharders MPa)
Taaie polymeren PE, PP, PA, PTFE Grote plastische
vervorming
Brosse polymeren PS, PVC, PMMA Breken bij kleine rek
2.2. Thermische eigenschappen van materialen
Wat betekent ‘thermische eigenschappen’?
Thermische eigenschappen beschrijven hoe materialen zich gedragen onder
invloed van warmte. Belangrijk bij het kiezen en verwerken van materialen, zeker
bij temperatuurveranderingen.
Thermische uitzetting
Wanneer een materiaal wordt verwarmd, zet het uit.
- Hoeveel het uitzet, wordt bepaald door de lineaire uitzettingscoëfficiënt (𝛼).
1. INLEIDING – OVERZICHT MATERIAALEIGENSCHAPPEN
Materialen worden gekozen op basis van hun eigenschappen.
- Elke materiaalklasse heeft zijn eigen kenmerken.
- Niet elke eigenschap is relevant voor elk materiaal of elk product.
- De ontwerper kiest dus het geschikte materiaal o.b.v. de nodige
eigenschappen.
Materiaalklassen
• Metalen
• Kunststoffen
• Keramische materialen
• Composieten
Soorten eigenschappen
Eigenschapstype Voorbeelden
Chemische eigenschappen Samenstelling, ontvlambaarheid,
corrosievastheid
Fysische eigenschappen Thermische en elektrische eigenschappen
Mechanische eigenschappen Rekeigenschappen, breuktaaiheid,
drukvastheid
Technologische Maatvastheid, vormbaarheid,
eigenschappen verkrijgbaarheid
2. BESPREKING VAN ENKELE MATERIAALEIGENSCHAPPE
2.1. Mechanische eigenschappen
- Beschrijven hoe een materiaal zich gedraagt onder krachten:
trekkrachten, drukkrachten, afschuifkrachten... individueel of gecombineerd.
In labo’s worden eenvoudige proeven gedaan, waarbij vaak slechts één kracht
tegelijk werkt.
-> In de praktijk kunnen krachten complexer zijn, dus interpretatie vereist inzicht.
De trekproef
,- Opstelling: proefstaaf met genormaliseerde afmetingen
- De staaf wordt langzaam uitgerekt op een trekbank, tot deze breekt.
Tijdens de proef worden 2 zaken gemeten:
• Verlenging van de staaf onder invloed van kracht (ΔL)
• Trekkracht die nodig is om die verlenging te veroorzaken (F)
Uit deze gegevens ontstaat een trekkracht-verlengingsdiagram:
Fasering van de trekproef
Punt Gedrag van het materiaal
O–A Evenredigheidsgebied: lineair verband tussen kracht en verlenging
(wet van Hooke). Geen blijvende vervorming.
A Evenredigheidsgrens: overgang naar plastisch gedrag begint.
A–C Verlenging stijgt sneller dan kracht – materiaal vervormt plastisch.
C Vanaf hier: blijvende vervorming bij loslaten (volgt lijn CD).
B Maximale kracht bereikt – insnoering begint.
B– Vernauwing in de proefstaaf ➝ steeds minder kracht nodig tot breuk.
breuk
Spannings-rekdiagram
• Spanning (𝜎) = kracht gedeeld door oppervlak
→ 𝜎 = 𝐹 / 𝐴 [eenheid: N/mm² of MPa]
• Rek (𝜀) = relatieve verlenging
→ 𝜀 = (∆L / Lo) × 100 [%]
Dit diagram is materiaalonafhankelijk, want het houdt rekening met afmetingen
Soorten spanningen (volgens soort kracht)
Soort kracht Soort spanning Effect op materiaal
Trekkracht Trekspanning Uittrekken
Drukkracht Drukspanning Samendrukken/vergruizen
Schuifkracht Schuifspanning Splijten
Torsiekracht Torsiespanning Verwringen
Buigbelasting Buigspanning Buigen
,🧪 Afgeleide materiaaleigenschappen uit de trekproef
Eigenschap Definitie / Uitleg
Treksterkte (𝜎𝑡) Max. spanning voor breuk (punt B)
→ 𝜎ₜ = F/ A₀
→ Indicatie van sterkte
Elasticiteitsgrens (𝜎ₑ) Spanning waarbij blijvende rek van 0,2%
optreedt
→ Moeilijk exact te bepalen, dus
vaak 0,2%-rekgrens gebruikt
Elasticiteitsmodulus (E) Verhouding spanning/rek in
evenredigheidsgebied (lijnstuk OA)
→E=𝜎/𝜀
→ Indicatie van stijfheid
Breukrek (𝜀𝑏𝑟)
Mate van blijvende vervorming tot breuk
→ 𝜀ᵦʳ = (L− L₀) / L₀ × 100%
→ Taaie materialen: veel vervorming
→ Brosse materialen: weinig
vervorming
Insnoering (𝜓) Afname van dwarsdoorsnede op
breukplaats
→ 𝜓 = (A₀ − A) / A₀ × 100%
→ Indicatie van ductiliteit
Kruip Langzame vervorming onder constante
spanning
→ Belangrijk bij hogere temperaturen
(vooral bij kunststoffen)
Slagvastheid (Kerfslagproef van Charpy)
Slagvastheid (Ks) Weerstand tegen schokbelasting
→ Ks = slagarbeid
/ A₀
, Proefstaaf met kerf → slaghamer breekt de staaf →
Principe hoogteverschil (h₁ – h₂) = energieverbruik
Hardheidsproeven
Proef Werking Gebruikt voor
Krasproef (Mohs- Standaardmineralen 1–10: elk Vergelijking van
schaal) krast vorige, niet volgende krasweerstand bij
keramiek, mineralen
Hardheidsgraad Hardheid = hoogste mineraal
waarmee net niet gekrast
wordt
Richtwaarden treksterkte & taaiheid van kunststoffen
Kunststofsoort Treksterkte (𝜎𝑡) Taaiheid (breukrek)
Rubbers & zachte 15 – 30 MPa Taaie vervorming
kunststoffen
Harde kunststoffen 30 – 80 MPa Wisselend, vaak bros
Vezelversterkte ≈ metalen (~100 Zeer sterk, vaak bros
thermoharders MPa)
Taaie polymeren PE, PP, PA, PTFE Grote plastische
vervorming
Brosse polymeren PS, PVC, PMMA Breken bij kleine rek
2.2. Thermische eigenschappen van materialen
Wat betekent ‘thermische eigenschappen’?
Thermische eigenschappen beschrijven hoe materialen zich gedragen onder
invloed van warmte. Belangrijk bij het kiezen en verwerken van materialen, zeker
bij temperatuurveranderingen.
Thermische uitzetting
Wanneer een materiaal wordt verwarmd, zet het uit.
- Hoeveel het uitzet, wordt bepaald door de lineaire uitzettingscoëfficiënt (𝛼).
