Materiaaleigenschappen

Materiaaleigenschappen

Ieder materiaal heeft unieke eigenschappen. Deze eigenschappen bepalen bijvoorbeeld de sterkte en hardheid, maar ook de corrosieweerstand of soortelijk gewicht. Zelfs kleur, geur en smaak zijn allemaal materiaalkenmerken. Deze eigenschappen zijn onderverdeeld in categorieën. Materialen hebben thermische, elektrische, magnetische en optische eigenschappen, maar ook mechanische en chemische.

Afgeleid van de materiaaleigenschappen is er sprake van functionele- en bewerkingseigenschappen. Functionele hebben invloed op het product en bewerkingseigenschappen hebben invloed op de productiemogelijkheden. Met name deze laatste is in de plaatbewerking en metaalbewerking van groot belang.

Voor metalen – staal, RVS en aluminium – zijn de mechanische en chemische eigenschappen het meest belangrijk. Deze worden uitgebreid behandeld in dit artikel.

Mechanische eigenschappen
Mechanische eigenschappen zijn van grote waarde in de metaalbewerking. Metalen als staal, RVS en aluminium reageren verschillend op diverse belastingen. Om constructies, machines en werktuigen op een juiste en veilige manier te kunnen gebruiken, is het kennen en ook kunnen berekenen van verschillende mechanische materiaaleigenschappen van groot belang.
• Elasticiteit
• Treksterkte
• Brosheid en taaiheid
• Druksterkte
• Buigsterkte
• Kruip
• Hardheid
• Soortelijk Gewicht
• Elasticiteit of Elasticiteitsmodulus

Elasticiteit is de mate waarin een materiaal, bij het wegnemen van een aangebrachte spanning, weer terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. Dit is bijvoorbeeld duidelijk te zien bij een veer, die na het aanbrengen van een kracht weer terugkeert naar zijn oorspronkelijke lengte. Bij elasticiteit is er sprake van een tijdelijke vervorming. Wanneer de vervorming niet meer tijdelijk van aard is, dan is er sprake van plastische vervorming. Materialen kunnen op basis van elasticiteit slap of stijf zijn. Stijve materialen zullen niet snel uitrekken, waar slappe materialen dat wel doen. Meer hierover in ons artikel over het spanning rekdiagram.
In de metaalbewerking is de elasticiteit een belangrijke grens, omdat, na het bereiken van dit punt, er een permanente vervorming optreedt. Om materialen te buigen, bijvoorbeeld door kanten, zetten of walsen, moet de elasticiteitsgrens overwonnen worden.

Treksterkte of tensile strength
Een andere mechanische eigenschap, de treksterkte, is de maximale mechanische belasting die kan optreden in het materiaal. Zodra de treksterkte is bereikt zal het materiaal insnoeren en uiteindelijk breken. Een sterk materiaal kan meer spanning of belasting weerstaan en een zwak materiaal kan weinig belasting weerstaan voordat het scheurt of breekt.

De treksterkte is een belangrijke waarde in de berekening van constructies. Praktisch gezien is de vloeigrens van veel groter belang, omdat er bij de treksterkte reeds sprake is van een grote blijvende vervorming. De treksterkte wordt uitgebreid behandeld in het artikel over het spanning rekdiagram.

Brosheid en taaiheid
Taaiheid en ook brosheid zeggen iets over de manier waarop een materiaal breekt nadat de treksterkte is bereikt. Materiaal met een hoge taaiheid zal na het bereiken van de maximale treksterkte eerst insnoeren en daarna pas breken. Een bros materiaal, zoals glas, zal na het bereiken van de treksterkte direct breken. De taaiheid is terug te vinden in het spanning rekdiagram en kan worden bepaald met behulp van een kerfslagproef.
Materiaal met een hoge taaiheid biedt meer weerstand tegen het doorgroeien van kerven en scheuren. Voor zowel hoogsterkte staal als voor slijtvast staal is dit een gewenste eigenschap.

Druksterkte
De druksterkte is de mate waarin een materiaal bestand is tegen een hoge drukbelasting. Staal heeft een hele hoge druksterkte, hoewel deze waarde praktisch gezien van gering belang is. Bij beton is de druksterkte juist wel een heel belangrijke waarde.

Buigsterkte
De buigsterkte is een combinatie van de drukkracht aan de concave zijde en een trekkracht aan de convexe zijde. Deze vormen samen een krachtenkoppel dat op de plaat of balk werkt. Dit krachtenkoppel wordt ook wel een mechanisch moment of buigmoment genoemd. De krachten werken in tegengestelde richting en zijn, wanneer er geen buiging optreedt, gelijk in grootte. Zodra het krachtenkoppel niet in evenwicht is, dan treedt er een buiging op. Aan de holle zijde zal het materiaal samendrukken, aan de bolle zijde zal het materiaal uitrekken. Lees ook ons artikel over plaat buigen, waarin wij hier dieper op ingaan.

Kruip
Kruip is een aanvullende vervorming die optreedt naarmate een constructie of materiaal langer aan belasting onderhevig is. Dit kan zowel optreden door een druk- of trekbelasting als door buiging. Kruip is een ongewenst eigenschap die vooral bij hout veel gevolgen heeft, maar die bij staal, met een hogere elasticiteitsmodulus, verwaarloosbaar is.

Hardheid
De hardheid is bepalend voor de mate waarin het materiaal bestand is tegen krassen en andere vormen van slijtage. In principe zullen, bij een geringe kracht, beide materialen elastisch vervormen. Wordt de kracht groter, dan zal het materiaal met de hoogste hardheid krassen achterlaten in het voorwerp met de lagere hardheid.
Bij Hardox, Dillidur en Raex is de hardheid mede bepalend voor de slijtvastheid. De hardheid is te bepalen door middel van een hardheidsmeting, zoals Brinell, Vickers of Rockwell.