Materialen 3

Materialen 3: Eigenschappen van Materialen, Materiaalonderzoek, Verbeteren van materialen

Eigenschappen van materialen

De eigenschappen van technische materialen zijn in vier groepen te verdelen.

1. Mechanische eigenschappen.
   Dit is een verzameling eigenschappen die met sterkte te maken hebben, zoals:

• Rekgrens, treksterkte, taaiheid, brosheid en hardheid.

2. Technologische eigenschappen.
   Dit zijn de eigenschappen die de bewerkbaarheid van een materiaal beschrijven, zoals:

• Lasbaarheid, gietbaarheid, verspaanbaarheid en omvormbaarheid.

3. Fysische eigenschappen.
   Dit zijn de natuurkundige eigenschappen van een materiaal, zoals:

• Soortelijke massa, smeltpunt, soortelijke warmte, magnetiseerbaarheid en geleidbaarheid van elektriciteit en warmte.

4. Chemische eigenschappen.
   Deze worden ook wel scheikundige eigenschappen genoemd.
   De scheikunde beschrijft processen die niet omkeerbaar zijn.
   Voorbeelden van chemische / scheikundige eigenschappen zijn:

• Brandbaarheid, corrosievastheid en chemische bestendigheid.

Materiaalonderzoek

Om te controleren of bijvoorbeeld materiaal dat je gekocht hebt ook voldoet aan de eisen die jij er aan stelt doe je materiaalonderzoek. Maar ook als je zelf een product gemaakt hebt wil je weten of dat product (wat je aan je klant verkoopt) goed is.

Daarvoor ga je het materiaal onderzoeken.

Er zijn verschillende methoden voor. Deze methoden noem je materiaalproeven.

 

Trekproef

Met de trekproef kun je onderzoeken hoe sterk een materiaal is.

De trekproef bepaal je met een trekbank. Hieruit komt een trekkromme. Een trekkromme is een grafiek waarop je de kracht en de verlenging kunt zien van een materiaal, als je er een met de trekbank aan trekt.

De afbeelding geeft de trekkromme weer van ongelegeerd constructiestaal (S235).
Op de kromme kun je de voornaamste mechanische eigenschappen van een materiaal zien.

 

trekkromme van staal

 

Rekgrens (Re)

• De trekbelasting (Re in Newton / mm²) waarbij een materiaal overgaat van elastische naar plastische verlenging.

Treksterkte (Rm)

• De trekbelasting (Rm in Newton / mm²) waarbij een materiaal begint te breken.

Rek (taaiheid)

• De plastische verlenging (in %) na breuk.

 

Hardheidsmeting

De hardheid van een metaal wordt gemeten met een hardheidstester.
Hierbij wordt een indruklichaam met een voorgeschreven kracht in het materiaal gedrukt.
Na het wegnemen van de belasting wordt de diepte van de indrukking gemeten.
Deze diepte is een maat voor de hardheid.

 

Definitie hardheid

• De weerstand tegen blijvende indrukking na indringen van een ander voorwerp.

Hardheidsmeting

Verbeteren van materiaaleigenschappen

Er zijn verschillende methoden om de eigenschappen van metalen te verbeteren.

Legeren
Hier worden twee of meer metalen (of niet-metalen) in vloeibare toestand samengevoegd.
Er ontstaat een legering met nieuwe, verbeterde eigenschappen.

Deze eigenschappen kunnen zijn:

• hogere sterkte
• hogere slijtvastheid
• betere gietbaarheid
• betere verspaanbaarheid
• betere weerstand tegen corrosie

Voorbeelden

• Messing bestaat uit koper met maximaal 40% zink. Het is sterk, goed te gieten, om te vormen en te verspanen. Er worden, onder andere, fittingen voor de installatietechniek van gemaakt.
• Silumin (giet-aluminium) bestaat uit aluminium met 12% silicium. Dit materiaal is goed te gieten en te verspanen. Het motorblok van motoren en scooters zijn uit silumin gegoten.
• Een bekend gelegeerd gereedschapsstaal bevat 1,5% chroom en enkele tienden procenten vanadium. Deze legering is zeer sterk en kan gemakkelijk worden gehard. Hier worden voornamelijk handgereedschappen van gesmeed, zoals schroevendraaiers en dop- en ringsleutels.
• Roestvast staal (RVS) bestaat uit staal met minimaal 12% chroom. Door het element chroom wordt het roestvast. RVS kent heel veel toepassingen zoals, keukengerei, horloges, afzuigkappen en opslagtanks.

 

Warmtebehandelingen

Aan metalen kunnen verschillende warmtebehandelingen worden gegeven waarmee bepaalde eigenschappen worden verbeterd.

 

Voorbeelden

• Harden: het verhogen van de hardheid en slijtvastheid. Het wordt vooral toegepast op snijgereedschappen, zoals messen, scharen en beitels.
• Veredelen: het verhogen van sterkte en taaiheid. Toegepast op aandrijfassen, omvormgereedschap, tuingereedschap en veren.
• Carboneren en nitreren: het verhogen van de hardheid en slijtvastheid van de buitenlaag van staal. Vooral toegepast op aandrijfassen, krukassen en tandwielen.
• Normaalgloeien: het fijnkorrelig (normaal) maken van gietproducten. Een gietstructuur is namelijk grofkorrelig en daardoor zwak en moeilijk verspaanbaar.
• Spanningsarm gloeien: het verlagen en egaliseren van interne spanningen. Deze spanningen kunnen ontstaan bij verspanen, lassen en omvormen.

 

Koud verstevigen
Veel metalen zijn in hun oorspronkelijke vorm erg zacht en zwak.
Door ze in koude toestand een vormverandering te geven, verstevigen ze.
De sterkte neemt hierbij sterk toe.

Voorbeelden

• Koudtrekken: staal wordt door een treksteen naar een kleinere diameter getrokken. Voorbeelden zijn pianodraad en koudgetrokken profiel.
• Koudwalsen: plaat of band wordt naar een kleinere dikte gewalst. Toegepast op staalplaat voor auto’s en aluminiumfolie.
• Dieptrekken: een vlakke plaat wordt omgevormd tot een hol product. Pannen, frisdrankblikjes en plaatdelen voor auto’s worden op deze wijze vormgegeven.

Dieptrekken