In de werktuigbouwkunde en de staalconstructie worden verschillende constructies en machines vervaardigd. Het is belangrijk dat machines en constructies zo zijn geconstrueerd dat ze veilig en sterk genoeg zijn voor de toepassingen die men op het oog heeft. Hierbij is de keuze voor de juiste materialen erg belangrijk. Er wordt in de werktuigbouwkunde veel gebruik gemaakt van metalen. Metalen hebben verschillende eigenschappen die doormiddel van legeringen kunnen worden verbetert. Bij het beoordelen van de sterkte van metalen kan gekeken worden naar de treksterkte en de vloeigrens. Deze termen worden hieronder uitgelegd. Daarnaast wordt nog meer informatiegegeven over onderwerpen van de sterkteleer binnen de werktuigbouwkunde.
Wat is elastische rek?
Elastische rek is de rek waaraan materiaal maximaal kan blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Elk materiaal heeft een bepaalde elasticiteit. Binnen de fase van elastische rek vervormt het materiaal slechts in geringe mate. Het materiaal rekt als het ware een beetje uit. Omdat deze rek nog binnen de grenzen valt van de elasticiteit spreekt men over elastische rek. Materialen keren terug naar de beginvorm wanneer de belasting geheel wordt weggenomen. Materialen hebben een maximale spanning waaraan ze kunnen blootstaan voordat het materiaal onherstelbaar wordt vervormd. Dit wordt ook wel de treksterkte genoemd. Dit onderwerp wordt in de volgende alinea beschreven.
Wat is de treksterkte van metaal?
Metalen hebben een bepaalde treksterkte. Deze treksterkte is de mechanische spanning die een materiaal maximaal kan bereiken voordat het materiaal onherstelbaar van vorm verandert. Wanneer de treksterkte wordt overschreden treed een plastische vervorming op. In dat geval is de ‘rek’ er uit. In tegenstelling elastische vervorming keert materiaal dat plastisch vervormd is niet naar de basisvorm terug. Plastische vervorming treed bij de meeste staalsoorten op voor de vloeigrens. De vloeigrens wordt in de volgende alinea beschreven.
Wat wordt bedoelt met de vloeigrens van metaal?
Wanneer het materiaal door een bepaalde belasting plastisch begint te vervormen wordt de vloeigrens bereikt. Het materiaal rekt verder uit door de belasting en begint ‘te vloeien’. Dit vloeien ontstaat doordat materiaal voortdurend wordt uitgerekt en daardoor langer maar dunner wordt. Wanneer de vloeigrens eenmaal is bereikt en de belasting niet wordt weggenomen is de kans groot dat het metaal breekt en de constructie onherstelbaar wordt beschadigd. Staal met een hoge vloeigrens heeft een hoge taaiheid. Een constructeur ontwerpt geen constructies waarbij materiaal boven de vloeigrens wordt belast.
Is de rekgrens gelijk aan de vloeigrens?
In de werktuigbouwkunde wordt de term rekgrens ook wel gebruikt. De rekgrens is bijna gelijk aan de vloeigrens. De vloeigrens wordt ook wel aangeduid met Rp 0,2. Deze aanduiding houdt in dat naast de elastische rek die is bepaald door de elasticiteitsmodulus nog een supplementaire rek optreed van 0,2%. De rekgrens kan in tabellen worden weergegeven zodat constructeurs goed kunnen zien welke materialen geschikt zijn voor de toepassing die zij voor ogen hebben.
Hoe worden de treksterkte, elastische rek, rekgrens en de vloeigrens bepaald?
Een bekende methode om de bovengenoemde eigenschappen van metalen te bepalen is het doen van een trekproef. Dit is een destructieve beproevingsmethode omdat het proefmateriaal hierbij wordt vernield. Bij een trekproef wordt in feite gekeken naar de eigenschappen van metaal door deze aan een proef te onderwerpen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een genormaliseerde proefstaaf van het materiaal dat getest moet worden. Deze proefstaaf wordt tussen twee klemmen in geplaatst die vervolgens een bepaalde belasting op de proefstaaf uitoefenen. Tijdens de trekproef worden verschillende metingen gedaan. De trekkracht wordt gemeten doormiddel van een zogenoemde krachtmeetcel. De staaf zal op een gegeven moment elastische rek gaan vertonen. Deze verlenging van de proefstaaf wordt gemeten met een extensiometer of een rekmeter. De informatie die uit een trekproef naar voren komt kan gebruikt worden om de eigenschappen van het materiaal in kaart te brengen. Dit is van groot belang voor de constructieleer en het bepalen van de geschiktheid van het materiaal voor een bepaalde toepassing.