Eigenschappen

Hardheid

We weten allemaal wel wat de begrippen hard en zacht betekenen. Het is echter een stuk moeilijker om aantoonbaar te maken hoe hard of hoe zacht iets daadwerkelijk is. Om materialen met elkaar te kunnen vergelijken is het belangrijk om de hardheid te meten zodat we er een waarde (getal) aan kunnen geven.

Feitelijk komt het er op neer dat een indruklichaam (kogel of de punt van een piramide of kegel) in het oppervlak van een materiaal wordt gedrukt met een bepaalde kracht. De grootte van de indrukking is maat voor de hardheid. De hardheid wordt uitgedrukt met een getal, gevolgd door de letters van de meetmethode, zoals HV (hardheid Vickers), HB (hardheid Brinell) of HR (hardheid Rockwell).

Kerftaaiheid

De kerftaaiheid (in de volksmond vaak taaiheid genoemd) is een eigenschap die omschrijft of een materiaal bros of taai is. Bros is het tegenovergestelde van taai.
Een bros materiaal zal weinig rek vertonen en breekt zonder veel te vervormen. Een taai materiaal zal veel rek vertonen en breekt met veel vervorming. Of een materiaal taai of bros zal breken hangt af van veel factoren, zoals:

• temperatuur
• hardheid
• chemische samenstelling

De temperatuur heeft grote invloed op de mate waarin een materiaal bros of taai is. Naarmate de temperatuur daalt, wordt een materiaal steeds brosser. Leg maar eens een reep karamel in de diepvries en laat een andere karamel reep gewoon op kamertemperatuur of in de zon. De reep die op kamertemperatuur is kan je gemakkelijk buigen (is dus taai). De bevroren reep zal breken (is dus bros).

Dit gedrag (verbrossing) werd prominent toen, tijdens de tweede wereldoorlog, in Amerika het nieuwe schip USS Shenactady terug was gekomen van een testvaart. Het schip lag in de haven toen, onder ogen van een grote groep aanwezigen, het plotseling en met een luide knal in tweeën brak. Toen was men nog niet bekend met het fenomeen brosse breuk. Tegenwoordig weten we dat het gebruikte ongelegeerd staal (overigens…van slechte kwaliteit) aanzienlijk brosser was geworden door de winterse temperaturen.

Fysische eigenschappen

Dichtheid

Onder dichtheid; verstaan we de massa (gewicht) van een voorwerp per volume-eenheid (zoals kubieke meter; m3). De dichtheid wordt ook wel ‘soortelijke massa’ of ‘soortelijk gewicht’ genoemd.

We nemen als voorbeeld een vierkant blok (kubus) staal van 1 m x 1 m x 1 m. Dit blok heeft een volume van 1 m3. Het gewicht van dit blok is 7800 kg.
We noteren dit als 7800 kg/m3 (kilogram per kubieke meter). Dit is gelijk aan: 7,8 kg/dm3
In tabel hiernaast staan enkele dichtheden voor veelgebruikte metalen (ongelegeerd).
De dichtheid ρ (rho) wordt uitgedrukt in kg/m3 of een afgeleide daarvan. Verwarrend is het feit dat de letter ρ ook wordt gebruikt voor het aanduiden van de elektrische geleidbaarheid.

Elektrische geleidbaarheid

Onder elektrische geleidbaarheid verstaan we het vermogen van een stof om een elektrische stroom te geleiden. We spreken bij metalen meestal niet over hoe goed het de elektriciteit geleidt, maar hoeveel weerstand het metaal biedt tegen het geleiden van de elektrische stroom. Om verschillende metalen te kunnen vergelijken is het ook hier van belang om de weerstand per eenheid te bepalen. We spreken dan van de ‘soortelijke weerstand’. Een metaal dat de elektriciteit goed geleid (een goede geleider) heeft een lage soortelijke weerstand. Bekende goede geleiders zijn o.a. zilver, koper, goud en aluminium. Een metaal dat de elektriciteit slecht geleid heeft een hoge soortelijke weerstand. Slechte geleiders zijn bijvoorbeeld kunststoffen en rubber.

De soortelijke weerstand ρ (rho) wordt uitgedrukt in μΩ.cm (micro-ohm maal centimeter) of een afgeleide daarvan. Verwarrend is het feit dat de letter ρ ook wordt gebruikt voor het aanduiden van de dichtheid.

Thermische geleidbaarheid

Onder thermische geleidbaarheid (ook wel ‘warmtegeleidend vermogen’ genoemd) verstaan we het vermogen van een stof om warmte te geleiden. De geleidbaarheid is afhankelijk van de temperatuur, dichtheid en het vochtgehalte.

Een metaal dat de warmte goed geleid heeft een hoge thermische geleidbaarheid. Bekende metalen met een goede thermische geleidbaarheid zijn: zilver, goud, koper en aluminium. Een metaal dat de warmte slecht geleid heeft een lage thermische geleidbaarheid. Bekende metalen dat een minder goede thermische geleidbaarheid zijn: staal en lood.

Het warmtegeleidend vermogen λ (lambda) wordt uitgedrukt in W/m.K (Watt per meter maal Kelvin) of een afgeleide daarvan.

Uitzettingscoëfficiënt

Onder uitzettingscoëfficiënt verstaan we de toename van het volume onder invloed van temperatuur. De lineaire uitzettingscoëfficiënt α (alfa) wordt uitgedrukt in μm.m/K (micrometer per meter per Kelvin) of een afgeleide daarvan.

De α-waarde geeft dus aan hoeveel micrometer een materiaal met een lengte van 1 meter langer wordt bij een temperatuurstijging van één Kelvin ofwel één graad Celsius (1 K = 1°C). In de meeste gevallen is de α-waarde afhankelijk van de temperatuur. Hierdoor is geen éénduidige waarde aan te geven. Daarom wordt vaak een gemiddelde waarde genomen over een temperatuurstijging van 100°C. Het wordt dan aangeduid als α 0°C – 100°C = 17,3 μm.m/K en staat voor de gemiddelde uitzetting van 0 °C tot 100 °C.

Een metaal dat veel uitzet door opwarming heeft een hoog uitzettingscoëfficiënt. Bekende metalen met een hoog uitzettingscoëfficiënt zijn zink, tin en magnesium. Metalen die weinig uitzetten door opwarming hebben een laag uitzettingscoëfficiënt, zoals Invar (een speciale nikkel-ijzerlegering), wolfraam en molybdeen.

Technologische eigenschappen

Verspaanbaarheid

Onder verspaanbaarheid verstaan we de mate waarin een materiaal goed te bewerken is door een verspanende bewerking. De verspaanbaarheid van een materiaal is afhankelijk van veel factoren, zoals de mechanische eigenschappen. Aan verspaanbaarheid kunnen we geen getal hangen zoals bij de fysische eigenschappen. Een verspanende bewerking is een bewerking waarbij kleine stukjes materiaal van het werkstuk worden verwijderd. De verwijderde stukjes materiaal noemen we ‘spanen’. Voorbeelden van een verspanende bewerking zijn onder andere draaien, frezen en slijpen.

We kunnen in sommige gevallen de verspaanbaarheid van een materiaal verbeteren, door bijvoorbeeld te legeren. Bekende voorbeelden hiervan zijn automatenstaal of de zogenaamde IM kwaliteiten (Improved Machinability; verbeterde verspaanbaarheid). Er zijn ook aluminiumkwaliteiten en koperlegeringen die speciaal gelegeerd zijn voor een verbeterde verspaanbaarheid (automatenkwaliteit).

Lasbaarheid

Onder lasbaarheid verstaan we de mate waarin het materiaal goed te lassen is zonder dat de las bros wordt. Onder lassen verstaan we het verbinden van twee stukken materiaal door de te verbinden oppervlakten bij elkaar te brengen, te smelten en te stollen zodat het één geheel is geworden. Tijdens het smelten wordt in de meeste gevallen extra metaal (zogenaamd lasdraad) mee gesmolten voor een betere lasverbinding (bijvoorbeeld volumineuzer en het toevoegen van legeringselementen).