Samenvatting aterialenleer echanische eigenschappen van materialen INEIDING Wat kan er belangrijk zijn vr de keuze van het materiaal? Chemische eigenschappen ysische eigenschappen echanische eigenschappen Dimensinale eigenschappen DE TREKPROE Krte beschrijving van de pref De prefstaaf Een prefstaaf van vrgeschreven vrm en afmetingen wrdt in een trektestel geplaatst en nder invled van een tenemende kracht, langzaam met cnstante snelheid belast. Del: het berdelen van een materiaal bij belasting p trek. Er zijn srten prefstaven: Rnde prefstaven, Rechthekige prefstaven. Vlgende parameters vinden we terug bij een prefstaaf: de meetlengte mm d de diameter van de rnde prefstaaf mm? de verlenging mm de trekkracht N de rsprnkelijke drsnede mm We kunnen de waarden weergeven in een -? diagram. Vraleer we de grafiek bespreken, verklaren we: De spanning s: σ De rsprnkelijke drsnede: De rek ε : We bespreken de grafiek: ε d π 4 ε (%) 1 OP Op dit stuk is de wet van Hke werkzaam: σ ε ε tanα P nemen we de prprtinaliteitsgrens. E. PE Wrdt de staaf p trek belast en daarna ntlast, dan zal de staaf tt zijn rsprnkelijke lengte terugveren. Er is geen vervrming. 1
E nemen we de elasticiteitsgrens. ( OZ ) blijvende rek ( OY ) elastische rek ( YZ ) ttale rek + V V nemt men de vleigrens. De krmme verlpt zeer nregelmatig. Indien de vleigrens niet waar te nemen is spreekt men van een σ, grens. Dit is de spanning die,% blijvende rek vertnt. V Er treed versteviging p van het materiaal. nemen we de maximale belasting. Vanaf zal de kracht zich in het zwakste deel van het materiaal vestigen. Opmerking: Het s e diagram geeft niet de werkelijke spanning weer die in het materiaal ptreed, mdat wrdt gebruikt in plaats van. KOUDVERVORING Indien we een staaf plastisch gaan vervrmen, zijn we bezig met de staaf aan het kudvervrmen. Eigenschappen: Dezelfde elasticiteitsmdulus (dezelfde a) De elasticiteitsgrens en de treksterkte zijn in belangrijke mate tegenmen De breukrek is gedaald Het materiaal is sterker gewrden Het verschijnsel waarbij de elasticiteitsgrens teneemt bij kudvervrming nemt men k verharding. Reductie van de drsnede % kudvervrming % 1 kvv waarbij : niet kudvervrmde drsnede is. Opmerkingen: Kudvervrming is een plastische vervrming bij een temperatuur lager dan T R : T > T R : warmvervrming. Kudvervrming kan weggewerkt wrden dr gleien bij T R. Vrbeelden van kuververvrming: DRDTREKKEN Draadtrekken is een vrm van metaalbewerking, waarbij draden kudvervrmd wrden met als del een kleinere sectie te bekmen. De vervrming gebeurt in een treksteen. Er meten krachten verwnnen wrden: vervrmingkracht en wrijvingskracht. ONDERSCHEID TUSSEN DN NIET KOUDVERVORDE ETEN Zacht: bij σ1 : plastische vervrming Kud vervrmd: bij σ1 : elastische vervrming KOUDVERVORING VN KOPER SDE aken van kudvervrmde prfielen Walsstraat Praktische betekenis van het s e diagram Een plastisch materiaal is een materiaal met een grte blijvende vervrming. Deze zijn ideaal vr kudvervrming. Een elastisch materiaal is een materiaal dat een grte elastische vervrming bezit.
Een veerkrachtig materiaal is een materiaal dat een grte elastische energie bezit. elastische energie σ vl (resiliëntie) E Een grte s levert een sterk materiaal p. Een brs materiaal vertnt bij breuk zeer weinig blijvende vervrming. Een taai materiaal gaat insneren en vertnt een aanzienlijke breukrek. Een slap materiaal bezit een kleine E mdulus. Zulke metalen zullen meer elastisch vervrmen dan een stijf materiaal vr een zelfde s. Stijfheidheeft te maken met de dimensies van het belaste nderdeel. Bij een hard materiaal zal de elasticiteitsgrens snel tenemen bij kudvervrming. Een hard metaal is dus een metaal dat bij plastische vervrming veel verstevigt. Telaatbare spanning: dr berekenen van de spanning s kan men afleiden he de cnstructie p de aangelegde belasting zal reageren. s > s s, < s < s s s, s < s E breuk van de cnstructie geen breuk, maar ntelaatbare blijvende vervrming de cnstructie zal zeer weinig blijvend vervrmen geen blijvende vervrming σ σ 3 σ nemt men de telaatbare spanning:, Duktiliteit is een maat vr de grtte van de vervrming die een materiaal weerstaat znder breuk. duktiliteit duktiliteit ε br 1 br 1 1 INVOED VN DE TEPERTUUR - REKSNEHEID dε Reksnelheid: dt Een grtere reksnelheid geeft een hgere treksterkte, terwijl de breukrek daalt. v DE DRUKPROE ( ) d dt dε dt Bij de drukpref wrdt de kracht p het prefstuk geleidelijk verhgd. Brsse metalen: breuk Taaie metalen: verkrting vraleer scheuren Vr smmige materialen is de drukspanning veel grter dan de trekspanning De cëfficiënt van Pissn:? f breukdeel. Vr het geval van een cilindrische prefstaaf met straal r en lengte l geldt: r r r DE SCHUIPROE l l η l et de afschuifpref wrdt de schuifkracht v an het metaal bepaald. De maximale afschuifspanning t bij breuk vindt men z: τ is de maximale belasting, en is de rsprnkelijke staafdrsnede. 3
, 8 σ Verband tussen t en s : Tepassingen: HRDHEIDSPROE Knippen van staalplaten: SE 1: elastisch SE : plastisch τ SE 3: breuk (t verschreden) De hardheidsmeting bepaalt de weerstand die het materiaal biedt tegen blijvende indrukken. De hardheidsmeting kan men k bestuderen in een drukvervrmingsdiagram. Hardheid vlgens Brinell: Er wrdt gebruik gemaakt van een zeer harde stalen kgel. Deze wrdt gedurende een bepaalde peride in het materiaal gedrukt. 3N HB (N / mm ) 1 π D( D D ) d ppervlakte van de blkap 1 σ HB 3 Hardheid vlgens Rckwell: In plaats van d te meten, meet men bij Rckwell de diepte van de indrukking d.m.v. een meetklk. Kgeltje van Hardheid vlgens Vickers: 1 (Rckwell Ball) f kegel met tphek van 1 wrdt gebruikt. 16 Indrukking d.m.v. een vierzijdige piramidevrmige diamanten punt met tphek van 136. HV HV 4 ppervlakte van één vierkant cs d Hardheidsmeting met de Pldihamer: Hiermee kunnen we de hardheid ter plaatse meten. Behrt tt HB Sclerscp van Shre: eten vlgens het principe van de terugveerhgte. Hardheid van hs: We kunnen hiermee de weerstand tegen krassen bepalen. DE KERSGPROE Taaie materialen (grte breukrek) kunnen in smmige mstandigheden brs breken. De breuksnelheid plant zich hierbij vrt met de geluidssnelheid. Deze factren kunnen het brs breken bepalen: age temperaturen Grte belastingssnelheid Spanningscncentraties: K σ 4
Naarmate de discntinuïteit scherper is, wrdt K grter. De kerfslagwaarde: G KC KC??? taai KC??:? brs ( H h) De kerfslagwaarde kan k wrden bepaald i.f.v. de temperatuur. en kent k de NDT temperatuur (Nil Ductility Temperature). Dit is de temperatuur waarbij de kerfslagwaarde van het materiaal hger wrdt dan een bepaalde grenswaarde. Onderzek van het breukvlak: Glinsterend, nvervrmd? BROS luwelig, sterk vervrmd? TI Vrbeelden: ascnstructies NG terminal zeekanaal andrijving Het milieuvriendelijk breken van rtsmassa s DE KRUIPPROE Het verschijnsel dat kruip wrdt genemd bestaat erin dat de blijvende vervrming van een materiaal in de lp der tijd teneemt, znder dat de belasting teneemt. De resultaten van een kruippref wrden vrgesteld in een e(t) diagram. We veren een lgaritmische schaal in. Er treedt bij het hangen in de machine direct vervrming p. Deze stemt vereen met de trekpref. Tepassingen vindt men in assen van machines, VEROEIINGSPROE Vermeiingspreven dienen nu m de grtte vast te stellen van de spanningsschmmelingen die een materiaal kan verdragen. We kunnen hierbij nderscheiden: Scheurinitiatie Scheurprpagatie Restbreuk Sprngvermeiing: s G s Wisselvermeiing: s G Willekeurige vermeiingsbelasting. Diagram van Smith: de vermeiingsgegevens van een bepaald materiaal in cmbinatie met de belastingsgevallen: Kerfslagwerking fwerking van het ppervlak Het materiaal VERSPNBRHEID De materialen hebben nderling een verschillende mate van bewerkbaarheid met verspanend gereedschap. Deze wrdt vastgelegd ineen getal van 1. Vb. bren: De diepte van een in een bepaalde tijd en met cnstante druk gebrd gat. 5
De lengte van het aantal gaten dat gebrd kan wrden znder de br pnieuw te wrden herslepen. De energie die ndig is m het gat te bren. Het vermgen. Gemakkelijk bewerkbare materialen: ijne naaldachtige stukjes Redelijk gemakkelijk bewerkbaar: Geen hmgene structuur Spiraal f lsse krullen eilijk bewerkbaar: Uit 1 fase pgebuwd Onnderbrken spiraal Bereiding en verwerking van ruwijzer en staal Versie 3 http://eduserv.kahsl.be/eduhelp 3 N. Pllie 6