Wat is Duplex rvs?

Duplex is een speciale roestvaststaal legering met een hoge sterkte en een grote corrosievastheid. Er zijn verschillende soorten Duplex die allemaal de kenmerkende microstructuur hebben die bestaat uit 50% ferriet en 50% austeniet. Duplex bevat verschillende elementen waaronder chroom en molybdeen. Daarnaast is er in dit materiaal ook een bepaald percentage stikstof aanwezig. Deze samenstelling geeft Duplex een aantal interessante eigenschappen waardoor het materiaal goed gebruikt kan worden in omstandigheden waarin andere metalen en legeringen spoedig zullen worden aangetast en hun sterkte zouden verliezen. Hieronder kun je lezen welke eigenschappen Duplex heeft en waar deze rvs-legering wordt toegepast.

Eigenschappen van Duplex
Duplex is een soort rvs legering. Dat betekent dat Duplex tot de roestvaststaal legeringen wordt gerekend. Het bijzondere van Duplex is dat deze legering een veel betere corrosiebestendigheid heeft dan andere rvs samenstellingen. Ten opzichte van andere rvs-legeringen heeft Duplex een grote weerstand tegen putcorrosie en andere aantastingen die ontstaan door invloeden van buitenaf. Daarnaast heeft Duplex ook een hoge rekgrens. Een ander kenmerk is dat Duplex een laag uitzettingscoëfficiënt heeft. De omvormbaarheid van Duplex is beperkt en bij een lage temperatuur is er sprake van een overgang van een traaie samenstelling naar een bros breukgedrag. Dit zijn echter algemene kenmerken van Duplex. De specifieke eigenschappen van Duplex zorgen er voor dat dit materiaal niet altijd eenvoudig te bewerken is. Lassers die Duplex moeten lassen moeten rekening houden met de specifieke eigenschappen van dit materiaal. Het smeltbad van Duplex is anders dan het smeltbad van gewoon koolstofstaal. Ook dient de lasser gebruik te maken van beschermingsgas en speciaal lasttoevoegmateriaal. De specifieke aspecten waarop gelet moet worden tijdens het Duplex lassen staan in de lasmethodebeschrijving (LMB) of de Welding Procedure Specification (Wps) die is opgesteld door een middelbaar lastechnicus, International Welding Technologist of lasbaas. Er zijn verschillende soorten Duplex op de markt met unieke eigenschappen. Daarover lees je in de alinea’s hieronder meer.

Lean Duplex

In eerste instantie zal je misschien denken: er is toch maar één Duplex op de markt en één Duplex-soort. Was het maar zo eenvoudig. Er zijn verschillende soorten Duplex en de kwaliteit van deze Duplexsoorten verschilt onderling. Zo hoor je op de markt ook wel de term “Lean Duplex”. De term “lean” klinkt natuurlijk interessant vanuit lean management en lean manufacturing. Het woord “lean” betekent echter in dit verband dat men een “afgeslankt” oftewel een vereenvoudigd product in handen heeft. Lean Duplex bevat minder gunstige elementen en minder kwaliteit dan andere Duplexsoorten en is daarom goedkoper. Lean Duplex is echter wel corrosie vaster en sterker dan bijvoorbeeld rvs 316. Dat zorgt er voor dat Lean Duplex in de praktijk toch vaak wordt gebruikt als alternatief voor andere rvs samenstellingen. Er zijn echter ook andere Duplexsamenstellingen op de markt met een veel hogere corrosievastheid en sterkte.

Standaard Duplex 1.4462
De standaard Duplex wordt ook wel aangeduid met Duplex 1.4462. Deze Duplex is al twee keer zo ster als bijvoorbeeld rvs 316. Daarnaast heeft Duplex 1.4462 ook een grotere corrosievastheid dan rvs 316. Duplex 1.4462 is goed beschikbaar op de markt en wordt veel toegepast in bijvoorbeeld de offshore-constructies vanwege de combinatie van de goede corrosievastheid en de grote sterkte van het materiaal. In de offshore komen constructies namelijk onder sterke weersinvloeden te staan en dan is hoogwaardig corrosievast materiaal wel belangrijk en noodzakelijk voor de levensduur en veiligheid van de constructie.

Super Duplex en Hyper Duplex
De termen Super Duplex en Hyper Duplex maken duidelijk dat men niet te maken heeft met vereenvoudigde of ‘afgeslankte’ vormen van Duplex. Super Duplex is bijvoorbeeld nog corrosie vaster dan de hiervoor genoemde Duplex 1.4462. De Hyper Duplex heeft een grotere sterkte die uit komt op 700 N/mm2 of Mpa.

Toepassing van Duplex
Duplex soorten worden in de praktijk vaak toegepast in constructies die te maken krijgen met een sterke corrosieve werking van stoffen maar ook vanuit het weer en het klimaat. Om die reden wordt Duplex vaak gebruikt als alternatief van de gangbare, goedkopere rvs soorten. Duplex wordt bijvoorbeeld toegepast in industrieën en sectoren waarin men te maken krijgt met chemicaliën en bijtende stoffen. Hierbij kun je denken aan de petrochemische sector maar ook aan de voedingsmiddelen industrie waarin het voorkomen van roest een belangrijk aspect is en hoge eisen stelt aan het materiaal. Verder is ook de papierindustrie een belangrijke sector waarin Duplex wordt gebruikt omdat ook in deze industrie wordt gewerkt met chemische stoffen. Ook kan men denken aan een omgeving waarin chloor en zouten inwerken op het materiaal zoals in de zee maar ook in zwembaden. Tot slot wordt Duplex ook in bepaalde onderdelen van gebouwen en complexen toegepast in verband met de stevigheid en duurzaamheid van het materiaal.

Wat is patroongelast staal?

Patroongelast staal is staal dat bestaat uit verschillende samengestelde laagjes die aan elkaar zijn bevestigd doormiddel van verhitting. Door deze verschillende laagjes staal ontstaat een bepaald patroon vandaar dat men het heeft over patroongelast staal. Het lassen van deze laagjes staal gebeurd echter niet doormiddel van een lasproces in plaats daarvan wordt het lassen gedaan door staal te verhitten waardoor het aan elkaar gesmeed kan worden. Daarbij kan het staal ook doormiddel van uitsmeden gevouwen worden. Door het staal meerdere keren te vouwen ontstaan veel laagjes waardoor het patroon complexer wordt. Patroongelast staal is in feite een soort damaststaal. Naast het patroongelast staal is ook wootz een variant van damaststaal. In het Engels noemt met patroongelast staal ‘patternwelded steel’.

Damaststaal en samengesteld staal
Patroongelast staal is samengesteld staal en dit klopt in de meest letterlijke zin. Patroongelast staal bestaat namelijk uit verschillende laagjes staal die in de praktijk ook vaak van verschillende staalsoorten of staallegeringen zijn gemaakt. Er kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van staal met meer of minder koolstof of staal dat verontreinigd is met vanadium. Tijdens het verhitten en uitsmeden van het staal worden de lagen heet staal aan elkaar gesmeed en wordt de koolstof gelijkmatig over het staal verdeeld. Daarnaast wordt het koolstof ook voor een deel verbrand. Ook andere onzuiverheden worden tijdens het smeden voor een deel verwijderd uit het staal. De benaming damaststaal is afgeleid van staal dat ongeveer 400 na Christus in India werd geproduceerd en in het Midden-Oosten werd bewerkt tot damaststalen messen en zwaarden.

Smeedijzer
Voor het maken van patroongelaststaal is het belangrijk om te begrijpen hoe smeedijzer ontstaat. Dit begint met het winnen van ijzer uit ijzererts in een schachtoven. Daarbij zal het smeltpunt van ijzer niet worden bereikt. Hierdoor wordt voorkomen dat het ijzer teveel koolstof zou absorberen waardoor er gietijzer zou ontstaan. Gietijzer bevat teveel koolstof en is daardoor te breekbaar. Gietstaal bevat echter veel onzuiverheden en die moeten er doormiddel van smeden uitgeperst worden. Daarbij wordt het smeedijzer meerdere keren dubbel gevouwen en vervolgens met een hamer plat geslagen. Dit zorgde er voor dat het smeedijzer uit meerdere lagen bestaat. Dit gelaagde ijzer bevat lagen van ongeveer dezelfde soorten ijzer met meer of minder verontreinigingen er in. Dat geeft een bepaald patroon dat zichtbaar is. Een groot deel van het ijzer dat gebruikt werd tot in de middeleeuwen was voorzien van deze gelaagdheid.

Hoe ontstaat het patroon in patroongelast staal?
In de vorige alinea’s werd al duidelijk dat door het vouwen en smeden van smeedijzer verschillende lagen ontstaan. Eventueel kan men het staal chemisch behandelen waardoor de laagjes nog beter zichtbaar zijn. Ook kan koolstof worden toegevoegd aan het ijzer om het staal hardbaar te maken. Dit kan onder andere gedaan worden door dunne ijzeren staafjes te gaan verhitten in een omgeving met veel koolstof. Het koolstof uit deze omgeving lost dan op in de oppervlakte van de ijzeren staafjes. Deze koolstofrijke ijzeren staafjes kunnen vervolgens weer ‘gelast’ worden samen met het andere smeedijzer. Vervolgens kunnen ook deze staafjes met de rest van het smeedstaal uitgesmeed worden en gevouwen worden. Daardoor wordt de koolstof weer verder verdeeld door het staal en ontstaat er een nog duidelijker patroon.

Er kunnen echter nog meer interessante patronen ontstaan door te experimenteren met verschillende verontreinigingen. Zo kunnen donkere lijnen ontstaan of juist lichtere lijnen. Vanaf de 3de eeuw werden zwaarden opgebouwd uit staven gelaagd staal die ook nog eens getordeerd werden. Dit houdt in dat deze lagen gelaagd staal tijdens het verhitten gedraaid werden. Daardoor ontstonden verschillende soorten patronen zoals V- N- of W- patronen. Deze patronen ontstaan door resp. 2, 3 of 4 getordeerde staven te smeden. Het torderen van gelaagd staal zorgt tijdens het smeedproces niet voor een betere kwaliteit. Vermoedelijk werd dit smeedproces ingevoerd voor de sier. Ook tegenwoordig worden nog sierobjecten gemaakt van patroongelast staal.

Modern patroongelast staal
Tegenwoordig is het niet meer nodig om patroongelast staal te maken. Er zijn moderne goedkope productiemethoden waarmee hoogwaardig staal kan worden geproduceerd. Daardoor is patroongelast staal voornamelijk staal dat vanwege de sierwaarde wordt vervaardigd. Er zijn een aantal bedrijven die zich hier nog mee bezig houden. Meestal gaat het om messensmeden en andere kleine smederijen die blanke wapens van hoge sierwaarde fabriceren. Dit is vooral handwerk. Blanke wapens is een verzamelnaam voor messen, zwaarden, dolken en andere snij- en steekwapens. Ook vuurwapens werden vroeger deels van patroongelast staal gemaakt maar dat komt tegenwoordig nog maar zeer zelden voor.  

Wat is wootz gietstaal?

Wootz is een speciaal soort hard gietstaal dat ontstaan is door smeedijzer en gietijzer met elkaar te versmelten en te smeden. Wootz is een variant van damaststaal net als patroongelast staal alleen wordt wootz op een andere manier gemaakt. Wootz wordt en werd als damaststaal gebruikt voor de vervaardiging van messen, zwaarden, bijlen en andere scherpe voorwerpen. Naast goede mechanische eigenschappen heeft wootz ook nog een grote sierwaarde. Hieronder kun je meer lezen over de toepassing, eigenschappen en kenmerken van wootz.

Waar komt de benaming wootz vandaan?
Wootz wordt uitgesproken als  “woets” en is oorspronkelijk afkomstig uit India. Volgens de Oxford English Dictionary is het woord ‘wootz’ mogelijk een drukfout voor wook. Het woord ‘wook’ is de Engelse verbastering van ukku, dit woord wordt uitgesproken met een ‘w’ aan het begin. Het woord ukku is in verschillende Zuid-Indische talen het woord dat wordt gebruikt voor staal. Dit zou betekenen dat wootz eigenlijk staal zou betekenen. Op zich is de keuze voor het woord niet bijzonder want wootz werd vanuit de oudheid al in India geproduceerd. Vervolgens werd een deel daarvan geëxporteerd naar het Midden-Oosten. Daar werd het staal uit India in verschillende lagen op elkaar gesmeed waardoor het zogenaamde damaststaal ontstond. Dit staal zou ongeveer rondom het jaar 300 na Christus ontwikkeld zijn. Er zijn echter ook geschiedkundigen die beweren dat damaststaal al veel ouder is en dat het 200 vóór Christus.

Toepassing van wootz
Wootz werd tot het begin van de 19
e eeuw geproduceerd en werd vooral toegepast voor de productie van wapens. De unieke manier van smeden zorgde er voor dat een mes of zwaard van damast zowel scherp als hard was. Ook moeten blanke wapens, zoals zwaarden en messen ook wel worden genoemd,  een bepaalde vorm van elasticiteit hebben. Wootz of damaststaal heeft vaak een elastische kern die er voor zorgt dat het wapen minder snel breekt. Naast messen en zwaarden werden ook sabels en dolken van damast gemaakt. De wapens hebben een bijzondere tekening die ontstaat doordat de ijzercarbide (cementiet) in het staal bij het afkoelen uitkristalliseert in speciale lijnen.

Hoe wordt wootz geproduceerd?
Wootz wordt ook wel een kroezenstaal genoemd. Dit houdt in dat bij de vervaardiging van dit staal een smeltkroes wordt gebruikt. In deze smeltkroes wordt in dit geval smeedijzer, dat een laag koolstofgehalte bevat, samengevoegd bij gietijzer, dat een hoog koolstofgehalte bevat. Het is daarbij belangrijk dat het metaal wordt afgeschermd door een vloeibaar glas. Daardoor neemt het metaal geen extra koolstof op. Als dat wel zou gebeuren dan wordt het metaal verandert in gietijzer door het hogere koolstofpercentage. Naast koolstof bevat wootz ook andere verontreinigingen zoals vanadium. Dit zorgt er voor dat wootz heel hard is.

Het smeedijzer moet zacht en buigzaam blijven en daardoor een laag koolstofgehalte bevatten. Het gietijzer is echter veel harder en daardoor ook breekbaarder. Gietijzer bevat echter wel veel koolstof en kan daardoor ook veel scherper worden gemaakt. Als een ervaren smid de juiste verhouding hanteert kan een sterk staalproduct worden gemaakt namelijk wootz. Door de verschillende lagen is het materiaal zowel elastisch als hard. Het staal is goed hardbaar. Doordat vanadium aanwezig is als verontreiniging kan een deel van de koolstof zich afscheiden in zeer harde carbiden.

Deze carbiden zijn van zichzelf behoorlijk bros maar doordat ze in het wootz damast zijn gesmeed in het flexibele staal worden de kwetsbare plekken verminderd. Zo ontstaat een goede combinatie van hardheid en sterkte. In het wootz kun je de combinatie van staal en carbiden zien in de vorm van donkere en lichte tinten wanneer deze zijn ge-etst.

Wootz als modern smeedproces?
In de alinea over de benaming van wootz werd duidelijk dat wootz een oud proces is dat gebruikt werd voor het maken van blanke wapens. De kennis van het oorspronkelijke proces is niet geheel verloren gegaan. John Verhoeven van de Universiteit van Iowa en een Californische smid, genaamd Alfred Pendray, hebben het vermoedelijke recept voor wootz weer herontdekt. Dit gebeurde rond 1980. Zij trokken de conclusie dat een nauwkeurige verhouding van temperatuur en duur van verhitting van belang ik bij het bij het maken van het wootz-staal. Ook de samenstelling van het erts is van cruciaal belang. Zo moet de erts rijk zijn aan fosfor en vooral,  sporen bevatten van vanadium, molybdeen of andere soortgelijke carbide-vormende elementen.

Tegenwoordig zijn er nog siersmeden die het wootzproces nog goed beheersen. Er zijn echter al veel meer moderne methoden ontstaan om sterk en hard staal te verkrijgen. Wootz is daardoor een proces dat niet veel gebruikt wordt. Het is een arbeidsintensief proces dat behoorlijk kostbaar is. Daarom wordt damaststaal zoals wootz door liefhebbers gefabriceerd in manufacturen oftewel kleine fabriekjes aan huis die voorzien zijn van een smederij.  Er zijn nog steeds wapens op de markt die van wootz zijn gemaakt of damaststaal. Het damasteren kan echter ook op andere manieren worden gedaan. Men kan dus niet zeggen dat elk voorwerp van damast wootz is. Het zou ook patroongelast staal kunnen zijn.

Wat is damaststaal of damast?

Damaststaal of damast is benaming voor gevouwen staal en staal dat uit meerdere lagen gesmeed is. Naast de benamingen damast of damaststaal wordt ook wel de benaming Damascusstaal of damasceens staal gebruikt en heeft met het ook wel over gedamasceerd staal. Door het vouwen of damasteren van staal kunnen de eigenschappen van het staal, of het product dat daarvan gemaakt wordt, verbeteren. Dit is een proces dat doormiddel van verhitten en smeden gebeurd. Door het vouwen en uitsmeden van staal ontstaat een sterk product. Er zijn echter twee verschillende methoden die gehanteerd kunnen worden om damaststaal te verkrijgen. Omdat deze methoden van elkaar verschillen ontstaan er ook bepaalde varianten van damaststaal namelijk wootz en patroongelast staal.

Eigenschappen van damaststaal
De eigenschappen van het staal worden verbeterd door het damasteren van staal. Hierbij werd een stuk ruw staal gesmeed in een brede vorm om vervolgens doormiddel van smeden dubbelgevouwen te worden. Daarna kan het staal desgewenst nog meerdere keren worden gevouwen en uitgesmeed worden. Hierdoor kan damaststaal bestaan uit tientallen dunne laagjes staal. Om die reden heeft men het ook wel over gevouwen staal zoals in de inleiding is benoemd. Damast staal kan verschillende eigenschappen hebben.

Deze zijn afhankelijk van het soort staal dat wordt gebruikt tijdens het smeden. Staal met een hoger koolstofpercentage er in zal harder zijn en scherper gemaakt kunnen worden. Staal met minder koolstof is elastischer. Een smid kan de eigenschapen van damaststaal door het vouwen en smeden van het staal aanpassen aan de wensen van de gebruiker. Damaststaal kan dus verschillende eigenschappen hebben. Ook het uiterlijk van een voorwerp van damaststaal kan verschillen. De verschillende metalen laagjes waaruit het voorwerp is gemaakt zijn meestal wel zichtbaar. Door het chemisch en mechanisch bewerken van damaststaal kunnen de laagjes duidelijker zichtbaar worden gemaakt. Die laagjes vormen een belangrijk kenmerk van damaststaal. De laagjes kunnen uit rechte lijnen bestaan maar ook uit verschillende complexe vormen.

Voordelen van damaststaal
Naast de sierwaarde die ontstaat door de verschillende laagjes staal heeft damaststaal ook nog een aantal voordelen.

  • Tijdens het vouwen en smeden van damaststaal worden de verontreinigingen die in het staal zitten verdeeld over het stuk staal. Daardoor verdwijnen de zwakke plekken uit het staal. Verder wordt ook de kristalstructuur van het staal verfijnd door het smeden van het staal. Door deze fijnere kristaalstructuur is het product sterker en zal het minder snel breken.
  • Het percentage koolstof uit het staal neemt af door het smeedproces. Het staal wordt regelmatig verhit in het vuur waardoor een deel van het koolstof verdwijnt. Verder wordt de koolstof meer verspreid over het product.

Oorsprong van damaststaal
Oorspronkelijk komt damaststaal uit India. Vanuit dit land werd het staal in de vorm van verschillende ingots verscheept naar het Midden-Oosten. Deze ingots zijn gegoten ‘broodjes’ staal die door smeden gebruikt kunnen worden om ze te vervormen tot bijvoorbeeld zwaarden en messen. Damasceense kooplieden verkochten deze damaststalen messen en zwaarden onder andere in Europa. Zo ontstond de benaming Damasceens staal oftewel damaststaal. Tegenwoordig worden de meeste messen op een andere manier vervaardigd omdat de methoden om hoogwaardig staal te verkrijgen zijn veranderd. Damaststaal heeft echter wel aantrekkelijke eigenschappen en ziet er vaak mooi uit. Daarom worden ook tegenwoordig nog steeds voorwerpen gemaakt van damaststaal. De volgende voorwerpen kunnen worden gemaakt van damaststaal:

  • Messen
  • Zwaarden
  • Dolken
  • Sabels
  • Bijlen

Deze producten kunnen worden gebruikt maar zullen in de meeste gevallen vooral voor de sier worden vervaardigd door siersmeden.

Wootz of patroongelast staal
Tegenwoordig wordt de benaming damast als verzamelnaam gebruikt voor twee soorten staal die door twee verschillende productietechnieken tot stand worden gebracht:

  • Wootz wordt ook wel bulat genoemd. Dit is een soort hard gietstaal dat oorspronkelijk uit India komt. Wootz wordt gemaakt door smeedijzer met laag koolstofgehalte in een smeltkroes samen te smelten met gietijzer met zeer hoog koolstofgehalte. Daarbij wordt vloeibaar glas gebruikt om het metaal af te schermen zodat dit geen koolstof opneemt en haar eigenschappen dus niet veranderen. Smeedijzer is zacht en buigzaam en daardoor elastisch en gietijzer is bros en hard en kan daardoor scherp geslepen worden. Door zowel smeedijzer en gietijzer in de juiste verhouding te verwerken tot Wootz ontstaat een staal dat goed hardbaar is.
  • Patroongelast staal dat ook wel ‘patternwelded’ staal wordt genoemd. Dit is staal dat is samengesteld. Hierbij worden verschillende soorten staal aan elkaar gelast. Dit gebeurd niet met een lasapparaat maar door staal te verhitten op een temperatuur waarbij het mogelijk is om staal aan elkaar te hechten. Hierbij kan staal worden uitgesmeed en gevouwen zodat ook bij dit proces de koolstof gelijk wordt verdeeld over het staalproduct.

Door gebruik te maken van twee of meer verschillende staalsoorten kunnen er verschillende patronen en kleurverschillen worden verkregen. Dit kan bijvoorbeeld door staal te gebruiken met een verschillend koolstofgehalte. Het verschil in koolstofgehalte zorgt er ook voor dat het staal een verschillende hardheid en elasticiteit heeft. Damast staal wordt tegenwoordig op verschillende manieren gemaakt daarom hanteert men voor de verduidelijking meestal de termen patroongelast staal of wootz. Hiermee wordt het verschil in de productietechnieken duidelijk.

Wat is metaalindustrie?

Metaalindustrie is een verzamelnaam voor alle bedrijven die metaal uit erts produceren en op industriële wijze verwerken tot basismaterialen, halffabricaten en samengestelde constructies, machines, werktuigen en transportsmiddelen. De metaalindustrie wordt ook wel in verband met de elektrotechnische industrie genoemd. In dat geval heeft men het over metalektro, een voorbeeld hiervan is de metalektro cao.

Indeling metaalindustrie
Als men bovenstaande definitie hanteert dan komt men er achter dat de metaalindustrie een enorme omvangrijke sector is. Men kan de metaalindustrie op verschillende manieren indelen. Een voorbeeld hiervan is de volgende opsomming;

  • Basismetaalindustrie
  • Productie van enkelvoudige metalen producten
  • Productie van samengestelde metalen producten
  • Productie van onderdelen voor apparaten, machines en werktuigen
  • Productie van machines, apparaten, instrumenten en transportmiddelen

Deze verschillende segmenten van de metaalindustrie zijn in onderstaande alinea’s nader omschrijven.

Basismetaalindustrie
Bij de basismetaalindustrie begint de metaalindustrie. In dit deel van de metaalindustrie worden ertsen die ijzer en andere metalen bevatten opgespoord en wordt uit deze ertsen metaal gewonnen. In hoogovenbedrijven wordt ruwijzer geproduceerd. Daarnaast worden ook legeringen gemaakt waardoor de eigenschappen van metalen elkaar kunnen versterken. Verder wordt in de basismetaalindustrie plaatstaal, staafstaal, profielstaal en blik geproduceerd. In walserijen wordt plaatstaal gemaakt. Men kan ook oppervlaktebehandelingen toepassen zoals galvaniseren. Verder wordt staal doormiddel van harden toepasbaar voor specifieke metaalproductiebedrijven.

Productie van enkelvoudige metalen producten
In deze tak van de metaalindustrie worden eenvoudige producten gemaakt van metaal. Dit zijn vaak producten die verder in andere metaalbedrijven worden verwerkt zoals bouten, moeren en assen. Ook producten die in gieterijen worden gemaakt en in smederijen behoren tot de enkelvoudige metalen producten. Deze producten bestaan namelijk uit één geheel.

Productie van samengestelde metalen producten
Samengestelde metalen producten zijn constructies die onder andere worden vervaardigd in staalconstructiebedrijven. Deze constructies worden doormiddel lasprocessen aan elkaar bevestigd. Men heeft het in dit segment ook wel over samenstellers en lassers die constructies op basis van tekening kunnen samenstellen en aflassen. Lassers die niet kunnen samenstellen worden ook wel aflassers genoemd.

Productie van onderdelen voor apparaten en machines
Dit zijn bedrijven die toeleveranciers zijn voor de werktuigenbouw of werktuigbouw. Hier worden onderdelen en halffabricaten voor machines en apparaten geproduceerd. Dit zijn complexere producten dan de producten in het vorige segment van de metaalindustrie omdat ze uit meerdere kunnen onderdelen bestaan. Vaak worden onderdelen vervaardigd doormiddel van machinebankwerken. Er worden onderdelen doormiddel van verspaning vervaardigd. Verspaning is niet alleen draaien en frezen. Ook boren, eroderen en vonkverspaning behoort tot de verspanende technieken. Daarnaast wordt ook in dit segment samengesteld en gelast.

Productie van machines, apparaten, instrumenten en vervoersmiddelen
In dit segment zij machinefabrieken actief evenals bedrijven die zich bezig houden met de productie van transportmiddelen zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De scheepsbouw en de jachtbouw valt hier ook onder. Verder worden in dit segment ook landbouwwerktuigen gebouwd voor de landbouwmechanisatie. Ook huishoudelijke apparaten en elektrische gereedschappen worden hier gemaakt. Dit is een brede sector waar complexere producten worden gemaakt die uit meerdere onderdelen bestaan.

Wat is invar voor legering?

Invar is een legering die bestaat uit nikkel en ijzer. Het percentage nikkel is ongeveer 36 procent en het percentage ijzer is 64 procent. Er kunnen in deze legering ook kleine bestandsdelen van andere elementen aanwezig zijn. Kenmerkend voor invar is dat deze legering een extreem lage uitzettingscoëfficiënt heeft

In 1896 werd invar ontdekt door de Zwitserse natuurkundige Charles-Édouard Guillaume. Mede door de ontdekking van invar kreeg deze natuurkundige een Nobelprijs in 1920. De natuurkundigeCharles-Édouard Guillaume gaf de ijzernikkellegering de naam invar. Het woord invar is afgeleid van het woord invariable dat staat voor constant of niet veranderbaar. De legering die hij deze benaming gaf bestond voor 35,6% uit nikkel, 0,4% uit koolstof en 0,1% uit mangaan. De rest van deze legering bestond uit ijzer. Als men deze legering gaat uitgloeien en koelen in lucht heeft deze legering een uitzettingscoëfficiënt (α) van slechts 1,2 · 10-6 K-1 bij kamertemperatuur. Vanaf de ontwikkeling van deze samenstelling wordt de benaming invar ook breder toegepast voor vergelijkbare legeringen met dezelfde eigenschappen en samenstelling.

Invar zet nauwelijks uit bij een temperatuurstijging. Als een stalen spoortstaaf van 20 meter lengte 20°C wordt verwarmd dan zet deze ruim vijf millimeter uit. Indien men deze spoorstaaf zou maken van invar zou de werking slechts een halve millimeter zijn. Daarom worden in stalen spoorrails altijd voegen gemaakt zodat het spoor niet uit elkaar kan spatten als er sprake is van krimp en rek door temperatuur.

Toepassing van invar
Invar is een materiaal dat nauwelijks krimpt of uitzet door temperatuurswisselingen. Daardoor is het materiaal geschikt voor specifieke toepassingen. Het materiaal wordt bijvoorbeeld gebruikt voor speciale tanks waarin vloeibaar gemaakt gas  (LNG) wordt opgeslagen. Hierbij wordt ivar op de binnenwand van de tank aangebracht. Daardoor zijn de tanks bestand tegen de zeer lage temperatuur bestand van LNG. Men gebruikt invar ook wel voor meetinstrumenten om de exacte maten van een constructie te bepalen.

Wat is putroest en hoe ontstaat putroest?

Putroest is een vorm van corrosie die ontstaat bij staalsoorten. Roest is een andere benaming voor de corrosie van ijzer (ferro). Roest ontstaat bij ferrometalen. Dit zijn legeringen die als hoofdbestandsdeel ijzer hebben. Zuurstof en water in de lucht zijn de belangrijkste veroorzakers van corrosie. Als men ijzer en ijzerlegeringen niet aan de buitenkant beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en water dan treed corrosie op. Men kan ijzerlegeringen zoals staal (staal is ijzer gelegeerd met 0,1 tot 1,7 procent koolstof).

Roestvorming
Daarnaast hebben ook zuren en zouten een sterke invloed op de corrosievorming. Corrosie heeft een zeer nadelige invloed op de mechanische belastbaarheid van een stalen constructie. Corrosie verzwakt het staal en maakt het bros. Door corrosie worden delen van het oppervlak ‘opgevreten’. Het staal wordt daardoor steeds dunner en dat heeft gevolgen voor de sterkte van de constructie. Daarnaast is corrosie of roest ook zeer nadelig voor het uiterlijk van producten en constructies die van staal zijn gemaakt.

Vliegroest is de meest oppervlakkige vorm van corrosie. Deze vorm van corrosie is vaak makkelijk te verwijderen. Als men de oppervlakkige corrosie niet gaat verhelpen kan de roest dieper in het ijzer vreten. Er ontstaan op een gegeven moment blaren. Onder deze blaren gaat het roestproces verder.

Putroest
Als men het roesproces niet stopt gaat het roesten onder de roestblaren steeds verder. Hierdoor kunnen diepe putten ontstaan in het staal. Deze roestvorm noemt men daarom ook wel putroest. Als er putroest ontstaat zijn er zwakke plekken in het staal. Deze zwakke plekken vreten vaak diep in het staal maar kunnen wel verholpen worden als de mechanische belastbaarheid van het staal niet te erg is aangetast. In dat geval kan men de plekken opvullen met plamuur.

Dit gebeurd bijvoorbeeld wel in de autotechniek bij autoschadebedrijven. Als er roestschade aan de carrosserie ontstaat vult men deze op met plamuur als men de roestresten heeft verwijdert. Het plamuur strijkt men glad en laat men uitharden. Vervolgens schuurt men de plamuur op tot deze helemaal glad is. Daarna gaat men de plamuur opspuiten in de gewenste lakkleur.

Wat is een sleutel of een moersleutel voor soort gereedschap?

Steeksleutel

Een moersleutel wordt in de techniek ook wel gewoon sleutel genoemd en wordt gebruikt voor het vastdraaien en losdraaien van bouten en moeren. Een sleutel behoort tot het zogenoemde niet-elektrische handgereedschap. Dit gereedschap wordt door verschillende technische medewerkers gebruikt zoals onderhoudsmonteurs, automonteurs, revisiemonteurs en assemblagemedewerkers. Daarnaast worden sleutels ook voor verschillende werkzaamheden gebruikt bij mensen thuis in bijvoorbeeld een garage of privéwerkplaats.

Hoe zien sleutels er uit?
De vorm van een sleutel is aangepast op de vorm van de bout of moer die daarmee moet worden vastgedraaid. Meestal is aan het uiteinde van de sleutel een uitsparing aangebracht waarin een zeskantige bout past. Er zijn echter ook sleutels die voor vierkante bouten en moeren zijn ontwikkelt. Vroeger werd vooral gebruik gemaakt van vierkante bouten en moeren. Niet alleen de vorm is belangrijk bij de keuze van de juiste sleutel. Ook de afmeting is van groot belang. Een te kleine sleutel past niet en met een iets te grote sleutel kan men de randen van de bouten afronden waardoor de bouten en moeren beschadigd worden.

Steeksleutel met aan de onderkant een ringsleutel
Steeksleutel met aan de onderkant een ringsleutel

Afmetingen van sleutels
De omvang van de kop kan verschillen daarom zijn er sleutels in verschillende maten. Meestal worden deze aangegeven in millimeters. Het is echter ook mogelijk dat men de maat van de sleutel aangeeft in fracties zoals bijvoorbeeld de maat 5/8. Als men deze maataanduiding hanteert past men in feite de maatvoering in Engelse duim toe. Bekende sleutelmaten zijn 10 mm, 13 mm, 15 mm en 17 mm. Voor de grote industrie en de off-shore worden sleutels toegepast die veel groter zijn.

Een standaard ringsleutel
Een standaard ringsleutel

Hoe ontstaat het roestproces?

Roest is ijzer dat verbonden is met zuurstof. Door de binding tussen ijzer en zuurstof in de aanwezigheid van water ontstaat geoxideerd ijzer. Roest heeft een roodbruine kleur en is  een mengsel dat bestaat uit ijzeroxide en hydroxylgroepen. De term roest is een term die vrij algemeen wordt gebruikt voor de corrosie van ijzerhoudende legeringen zoals bijvoorbeeld staal.

Het roestproces
Door roesten ontstaat er een laagje ijzeroxide rondom het ijzerhoudende product. Daarbij wordt een deel van het ijzerhoudende product opgeofferd. Hierdoor wordt het daadwerkelijke product steeds dunner terwijl de roest eromheen juist dikker wordt. IJzerroest heeft een groter volume dan het materiaal waaruit het is ontstaan. Dit zorgt er voor dat roest rondom het ijzerhoudende product druk uitoefent. Deze druk kan er voor zorgen dat bijvoorbeeld de roest rondom het betonstaal er voor zorgt dat het beton gaat barsten of zelfs af gaat breken. Dit wordt betonrot genoemd. Constructies die roestend ijzer bevatten worden uit elkaar gedrukt.

De ontwikkeling van roest op staal en andere ijzerhoudende producten zorgt er daarnaast voor dat het basisproduct dunner wordt. Hierdoor gaan de mechanische eigenschappen van het materiaal achteruit. Uiteindelijk wordt het materiaal zo dun dat het volledig opgevreten is door de roest. Het roestproces moet daarom worden tegengegaan als men het ijzerhoudende materiaal wil behouden.

Roestbestrijding
Het voorkomen van roest is niet eenvoudig. Bij het voorkomen van brand kan men bijvoorbeeld één van de belangrijke factoren die nodig is voor het ontstaat van brand wegnemen bijvoorbeeld zuurstof. Bij het bestrijden van roest is het wegnemen van zuurstof meestal niet voldoende. Het materiaal dat ijzer bevat kan op zichzelf al voor roest zorgen.

Staal is een legering van ijzer met een laag percentage koolstof. Staal wordt in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek veel gebruikt voor uiteenlopende constructies en werktuigen. Staal wordt vervaardigd in hoogovens. Meestal wordt bij de bereiding van staal ook schroot toegevoegd. Het schroot kan bestaan uit delen van bijvoorbeeld autowakken. Schroot bestaat voornamelijk uit metaal maar kan daarnaast ook andere elementen bevatten zoals aluminium, koper, nikkel enzovoort.

Doordat schroot uit verschillende metalen bestaat zal ook het staal dat in hoogovens wordt geproduceerd uit verschillende metalen bestaan. Tussen de kristallen van twee metalen die van elkaar verschillen is altijd een spanningsverschil aanwezig. Dit spanningsverschil wordt ook wel een potentiaalverschil genoemd. Als er een geleidende vloeistof, zoals zure regen, de kristallen met elkaar in contact brengt ontstaat er een kleine elektrische stroom. Het ene metaal wordt tijdens dit proces de anode ten opzichte van het andere metaal, de kathode. Het metaal dat de anode vormt in dit proces in het minst edele metaal. De kathode is dus het meest edele metaal van de twee metalen die met elkaar in contact komen.

Het minst edele metaal zal door het contact met het edeler metaal langzamerhand gaan oplossen. Als zink bijvoorbeeld in contact komt met ijzer dan zal het zink oplossen en het ijzer worden beschermd. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de kathodische bescherming van schepen.

Staal kan echter ook edeler metalen bevatten dan ijzer. Als de legering naast ijzer bijvoorbeeld ook koper bevat zal er een stroompje lopen van ijzer naar koper. In dat geval zal het ijzer langzamerhand oplossen ten opzichte van het edeler koper. De ijzerdeeltjes die opgelost zijn verbinden zich met zuurstof. Tijdens dit proces ontstaat roest en roest bevat altijd water. Het water in de corrosie zorgt er voor dat het roestproces in gang blijft.

Waarom heeft verven over roest geen zin?
Het verven of overschilderen van roest is zinloos. Onder de verflaag of lak is nog voldoende zuurstof en water aanwezig om het roestproces in gang te houden. De expansie van roest zorgt er daarnaast voor dat de verf of laklaag gaat barsten of knappen. Door de barst of scheur in de verflaag kan weer nieuw water naar binnen dringen. Dit water zorgt er voor dat het roestproces weer wordt versneld. Voordat men gaat verven of lakken zal men het staal goed moeten ontroesten. Dit kan doormiddel van schuren of stralen. Zodra dat klaar is zal men zo snel mogelijk een hechtende verflaag moeten aanbrengen op het staal. De ijzerdeeltjes in het staal kunnen zich namelijk ook zonder water aan zuurstof hechten waardoor staal ook in droge toestand kan gaan roesten.

Wat is een puddeloven en waar wordt deze oven voor gebruikt?

De puddeloven is een oven die wordt gebruikt voor het maken van smeedijzer of staal. Het is een liggende vlamoven die is uitgevonden in 1784 door Henry Cort. In een puddeloven wordt ijzer verhit door een vlam die er overheen strijkt. Hierdoor verandert het ijzer in een deegachtige massa die vervolgens in de juiste vorm kan worden gesmeed. Het ijzer wordt dus in een puddeloven niet gesmolten tot een vloeibare massa. Het smeden van het ijzer werd door een smid gedaan voor het vervormen en voor het verwijderen van de slak.

Een puddeloven werd over het algemeen verhit met steenkool. Door steenkool te verbranden ontstaat een groot vuur. De vlammen van het vuur worden gebruikt voor het verhitten van het ijzer dat in de over wordt gebracht. Daardoor wordt de puddeloven een vlamoven genoemd. De puddeloven heeft vroeger de Frischhaard vervangen. De Frischhaard werd vooral gestookt op houtskool. Deze brandstof werd echter steeds schaarser. Steenkool was als brandstof makkelijker verkrijgbaar vandaar dat de puddeloven efficiënter werd dan de Frischhaard.

Puddelstaal
Het verwerkingsproces van gietijzer naar smeedijzer of staal wordt ook wel puddelen genoemd. Het product dat door dit proces wordt vervaardigd noemt men ook wel puddelijzer. Henry Cort vond in 1784 het dry puddling uit. Later werd in 1839 door Joseph Hall het wet puddling-procedé ontwikkelt. Hierbij werd aan het puddelen ook schroot toegevoegd en later ook ijzerschilfers. Door deze toevoeging werd het puddelproces heftiger en verliep het sneller en efficiënter. Er kon meer worden geproduceerd.

Puddelijzer bevatte in eerste instantie meer koolstof dan smeedijzer. Pas sinds 1835 werd het mogelijk om tijdens het puddelen het koolstofpercentage zover om laag te brengen dat puddelstaal ontstond. Puddelstaal heeft een lager koolstofpercentage dan puddelijzer en gietijzer. De bereiding van puddelstaal vond pas sinds 1850 op industriële schaal plaats. Toch is puddelstaalbereiding nooit heel populair geworden. Er werden namelijk nieuwe processen ontwikkelt voor de bereiding van staal.

Bessemerprocedé
In 1855 deed het Bessemerprocedé zijn intrede. Dit proces werd ontwikkeld door Henry Bessemer (1813-1898’. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een convertor die ook wel Bessemerconverter wordt genoemd. Deze wordt met ruwijzer gevuld dat uit hoogovens afkomstig is. Tijdens het Bessemerprocedé wordt dit ruwijzer omgezet in staal. Het koolstofpercentage wordt omlaag gebracht door de koolstof te laten oxideren. Daarvoor wordt lucht door het gesmolten ruwijzer geblazen. Hierdoor verbrand de koolstof en dient de koolstof tevens als brandstof. Dit is een zeer economisch systeem. Als het proces eenmaal in werking werd gezet bleef het op gang.

Vlamoven
Vlamovens werden echter steeds beter en efficiënter. Uiteindelijk zouden vlamovens het Bessemerproces verdringen. Hierbij worden ruwijzer uit de hoogoven vermengd met ijzererts en schroot. De verhoudingen tussen deze verschillende onderdelen van het mengsel dienen zo optimaal mogelijk te zijn. Als dat het geval is verdwijnt een groot deel van de koolstof en zuurstof uit het mengsel in de vorm van koolstofmonoxide. Dit gas werd vervolgens gebruikt om de luchtstroom te verhitten.

Siemens-Martinproces
In 1865 werd het voor het eerst het Siemens-Martinproces toegepast op industriële schaal. Dit is een  raffinageproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een oven. Deze oven wordt op temperatuur gehouden door warmte extern toe te voegen. Hiervoor wordt brandstof in de vorm van olie of gas verstookt. De oven wordt gevuld met schroot, kalksteen en ruwijzer. De kalksteen zorgt er voor dat de silicaten uit het ganggesteente worden gebonden tot een slak. De slak drijft op het vloeibare staal en wordt afgegoten in een slakkenpan. Door de oxidatie en verbranding reduceert het koolstofpercentage van het gesmolten ruwijzer en schroot. Hierdoor ontstaat staal.

Oxystaalproces
Het oxystaalproces heeft in de twintigste eeuw vrijwel geheel het Siemens-Martinproces vervangen. Tijdens dit proces wordt oxystaal vervaardigd. Dit wordt ook wel geschreven als oxistaal. Dit staal wordt vervaardigd in een convector die gevuld is met staalschroot en vloeibaar ruwijzer. Het percentage schroot is vijfentwintig procent en de overige vijfenzeventig procent bestaat uit vloeibaar ruwijzer. Aan de bovenkant van de convector wordt met een lans zuiver zuurstof op het gesmolten schroot en ruwijzer geblazen. Dit zorgt er voor dat de koolstof oxideert en verbrand. Dit gebeurd ook met de magnesium en silicium die zich in het mengsel bevinden. Het oxystaalproces verloopt heel snel. Daardoor kan ik een korte tijd veel oxystaal worden geproduceerd. De snelle productie zorgt er voor dat een groot deel van het staal in de wereld wordt vervaardigd doormiddel van het oxystaalproces.

Wat zijn de verschillen tussen gietstaal en gietijzer?

In de werktuigbouwkunde of de metaalsector worden verschillende materialen en metalen gebruikt. Van alle metalen wordt staal het meeste gebruikt. Dit materiaal is ijzer met een klein percentage koolstof.  Staal kan op verschillende manieren in de gewenste vorm worden gebracht. Hierbij kan gedacht worden aan walsen, smeden en buigen. Ook kunnen producten in de juiste vorm worden gegoten. Er zijn echter een aantal verschillen tussen gietstaal en gietijzer. Deze verschillen zitten niet alleen in het materiaal, ook de verwerkingsprocessen tussen gietijzer en gietstaal zijn verschillend.

Sterkte van het materiaal
Gietstaal is sterker dan gietijzer. Daarom wordt gietstaal gebruikt bij producten die onder een grotere druk of belasting komen te staan. Gietstaal is minder breekbaar dan gietijzer. Hierdoor is gietstaal minder breekbaar en heeft het een smeltpunt van 1450-1550 gr C. Dit smeltpunt is 200 gr C hoger dan het smeltpunt van gietijzer. Hierdoor worden hogere eisen gesteld aan de oeverbekleding, de gietvormen en de smeltkroes.

Vormvullend vermogen
Verder is gesmolten gietstaal ook stroperiger dan gietijzer en is het vormvullend vermogen minder goed. Daardoor is het gegoten product minder strak en zal men rekening moeten houden met nabewerking. Gietstaal moet in ieder geval na het gieten worden gegloeid. Dit wordt ook wel spanningsarmgloeien genoemd en wordt gedaan om de spanning in het materiaal te verminderen. De inwendige spanning van gietstaal ontstaat door de grote krimp die veroorzaakt door het stollen van gietstaal. De krimp van gietstaal is 2 procent en dat is twee keer zo groot als de krimp die ontstaat dor het stollen van grijs gietijzer. Door deze grote krimp kunnen slinkholtes ontstaan in het gietstuk. Deze slinkholtes worden ook wel lunkers genoemd.

Wanddikte van gietstaal
Over het algemeen is gietstaal alleen geschikt voor het gieten van producten van een grote wanddikte. Deze wanddikte moet minimaal 7 millimeter zijn. Gietstaal is goed te bewerken en de sterkte en taaiheid van dit materiaal kunnen doormiddel van veredelen worden verbetert.

De prijs van gietstaal en gietijzer
Over het algemeen is gietstaal duurder dan gietijzer. Dit komt doordat de bewerking van gietstaal duurder is dan de bewerking van gietijzer. De kosten van de bewerking zitten vooral in de hogere verwerkingstemperatuur en de grotere bewerkingtoeslag/ nabewerking.

Wat is gietstaal en waar wordt dit toegepast?

Gietstaal wordt ook wel afgekort met GS is staal dat in verschillende vormen gegoten kan worden. Hierdoor lijkt gietstaal op gietijzer. De eigenschappen van gietstaal zijn echter anders dan de eigenschappen van gietijzer. Oorspronkelijk was gietstaal het welstaal dat uit erts gewonnen werd en vervolgens uit de puddeloven werd omgesmolten in een smeltkroes. Deze methode werd gebruikt om de slak te verwijderen en een hoogwaardiger materiaal te verkrijgen. Door deze methode toe te passen hoefde men niet te smeden.

In omstreeks  1740 werd de omsmeltmethode ontwikkeld door Benjamin Huntsman. De manier waarop gietstaal werd bereid was geheim. De samenstelling van de vuurvaste bekleding van de kroezen werd niet vrijgegeven. Daarnaast werden ook de toeslagstoffen niet bekend gemaakt door bedrijven die gietstaal produceerden. De reden voor deze geheimzinnigheid was de concurrentie. Men wilde deze productieprocessen zo geheim mogelijk houden zodat men in staat was om betere producten te produceren van gietstaal dan de concurrenten. In Duitsland produceerde de Krupp staalfabrieken in 1815 gietstaal en Jacob Mayer in 1836.

In eerste instantie werd gietstaal in coquilles gegoten. Deze werden dan vervolgens in blokken verkocht aan andere bedrijven die hier producten van konden maken. Dit waren bijvoorbeeld de smederijen. Een smid kon van deze blokken gietstaal verschillende gebruiksvoorwerpen maken. Ook gereedschappen en machineonderdelen werden door een smid vervaardigd. Jacob Mayer was er in 1851 in geslaagd om staal rechtstreeks in bepaalde giervormen te gieten. Hierdoor werd het werk van de smid overbodig. Staal hoefde niet meer in een bepaalde vorm gesmeed te worden. Staal kon in de juiste vorm worden gebracht door het gietproces. Toch waren smeden nog steeds nodig omdat niet alle vormen geschikt zijn om gegoten te worden. Staalgieten werd vooral toegepast voor het produceren van wielbanden en schrijven voor spoorwegen. Ook voor het vervaardigen van scheepsonderdelen en onderdelen voor machines werd staalgieten gebruikt.

Tegenwoordig wordt staalgieten nog steeds toegepast. Gietstaal is in verschillende legeringen verkrijgbaar. Daardoor zijn de eigenschappen van gietstaal verschillend. Over het algemeen wordt gietstaal ingedeeld in ongelegeerd gietstaal, laag gelegeerd gietstaal  en hooggelegeerd gietstaal.

  • Ongelegeerd gietstaal bevat maximaal 0,30% Koolstof en 1,5% Mangaan. Dit staal is vooral voor algemeen gebruik geschikt bijvoorbeeld voor de industrie en machinebouw. Vooral in een omgeving, waar hoge mechanische eigenschappen worden gevraagd van onderdelen, wordt gietstaal gebruikt.
  • Laaggelegeerd gietstaal  bevatten verschillende legeringselementen. Het percentage Koolstof is <0,30%. Daarnaast bevat laaggelegeerd gietstaal een percentage Chroom (1 – 5%)  en Molybdeen (max. 1,75%) ook Wolfram, Titanium en Vanadium kunnen worden toegevoegd. De keuze voor deze metalen is afhankelijk van de eisen die aan het product worden gesteld.
  • Hooggelegeerd gietstaal wordt vooral gebruikt voor het vervaardigen van onderdelen en gereedschappen waaraan specifieke eisen worden gesteld. Hierbij kan gedacht worden aan corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hittebestendigheid.

Waar wordt gietstaal toegepast?
Gietstaal wordt vooral toegepast in de industrie en de machinebouw. Het is vooral geschikt voor onderdelen die zwaar belast worden. Verder is gietstaal goed lasbaar. Gietstaal wordt op verschillende manieren aangeduid. De aanduiding geeft aan waar het gietstaal geschikt voor is.

  • G: is gewoon gietstaal
  • GS: gietstaal, de letter ‘S’ staat voor de Engelse term: Sructural steel. Dit is gietstaal voor staalconstructie doeleinden en moeten tegen een zware belasting kunnen.
  • GP: gietstaal, de letter  ‘P’ staat voor de Engelse term: Pressure. Dit gietstaal is vooral geschikt voor drukvaten en pomphuizen. Dit zijn apparaten die onder grote druk komen te staan.
  • GE: gietstaal, de letter ‘E’ staat voor de Engelse term: engineering. GE: gietstaal wordt vooral gebruikt in de machinebouw.

Na de bovengenoemde letters worden in de aanduiding van gietstaal ook cijfers genoemd. Deze cijfers kunnen de Minimum rekgrens in N/mm2 aanduiden, ook kunnen de cijfers worden gebruikt om de legering aan te duiden.

Wat is smeedijzer en hoe wordt smeedijzer gemaakt?

Smeedijzer is ijzer (ferro) dat doormiddel van smeden wordt gemaakt. Het smeden is een oude ambacht die vroeger veelvuldig werd uitgeoefend. Bijna elk dorp of stad had een smederij waar een smid doormiddel van het smeden ijzeren voorwerpen maakte of herstelde. Een smid maakte en herstelde over het algemeen voorwerpen die gebruikt werden door boeren, bedrijven, fabrieken en burgers. Daarnaast maakten smeden ook wel siervoorwerpen en hekwerken. Tegenwoordig zijn er veel minder smeden en smederijen in Nederland. IJzer dat doormiddel van smeden wordt vormgegeven wordt ook wel smeedijzer genoemd.

Hoe komt smeedijzer tot stand?
Voor het maken van smeedijzer is een steenkoolvuur nodig. In dit vuur wordt het ijzer door de smid verhit. Smeedijzer kan goed gesmeed worden omdat het niet snel uithard na verhitting. De verhitting zorgt er voor dat het ijzer vervormd kan worden. Het hete smeedijzer wordt doormiddel van een hamer in de juiste vorm gebracht. Hiervoor gebruikt de smid naast een hamer vaak ook een aanbeeld. Op het aanbeeld werd het smeedijzer geplaatst en vervolgens met een hamer in een bepaalde vorm geslagen. Dit hameren zorgde niet alleen voor de gewenste vorm. Hameren zorgde er namelijk ook voor dat onzuiverheden zoals erts en slak werden verwijderd. Ook het overtollige koolstof kon door het hameren en verhitten worden verbrand. Smeedijzer is door dit proces een betrekkelijk zuivere vorm van ijzer en heeft een veel betere treksterkte dan bijvoorbeeld gietijzer. Smeedijzer heeft echter wel een lager druksterkte. Naast hameren kan het hete ijzer door de smid ook gebogen worden in verschillende vormen.

Smeedijzer tegenwoordig
Het aantal smederijen in Nederland is behoorlijk vermindert. De meeste smederijen zijn verdwenen of zijn verandert in metaalbedrijven of constructiebedrijven. Sommige ambachtelijke smeden hebben een smederij voor de hobby. Deze smederijen werken meestal als siersmeden en maken verschillende sierproducten van smeedijzer. Hierbij kan gedacht worden aan hekwerken en sierpoorten. Ook schoorsteenkappen en hoefijzers kunnen door smeden worden gemaakt. Daarnaast kunnen ze van smeedijzer ook kunstwerken maken. Het beroep smid is tegenwoordig echter in Nederland niet meer zo bekend als vroeger.

Wat is constructiestaal en waar wordt dit staal voor gebruikt?

Constructiestaal is staal dat wordt gebruikt voor de productie van schepen, loodsen, gebouwen, bruggen en andere staalconstructies. Onder de verzamelnaam constructiestaal vallen verschillende laaggelegeerde staalsoorten. Deze staalsoorten hebben verhoudingsgewijs een hoog koolstofgehalten ten opzicht van bijvoorbeeld roestvast staal (RVS). Het hoofdbestandsdeel van staal is ijzer, dit wordt ook wel met de Latijnse naam ferro aangeduid.

Ferro is een scheikundig element met atoomnummer 26 in het periodiek systeem der elementen. Het materiaal heeft een grijze kleur en is een overgangsmetaal. Door aan  ijzer een klein percentage koolstof te voegen worden de mechanische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterd. IJzerlegeringen met een koolstofgehalte van minder dan 1,9% procent worden staal genoemd. Staal heeft een lager koolstofpercentage dan gietijzer. Het laatste materiaal bevat 2,5%-6,67% koolstof en is daardoor brosser.

Constructiestaalsoorten
Staal bestaat uit een legering tussen ijzer een percentage koolstof dat lager is dan 1,9%. Het percentage koolstof in constructiestaal is maximaal 0,25%. Dit is afhankelijk van de toepassing van het materiaal en de chemische samenstelling. Er zijn verschillende soorten staal die onder constructiestaal vallen zoals bijvoorbeeld S235, S275 en S355. Naast deze staalsoorten zijn er nog verschillende andere staalsoorten die als constructiestaal kunnen worden beschouwd. De letter ‘S’ in de staalaanduiding staat voor het Engelse woord ”structural”. Dit woord kan in het Nederlands worden vertaald met staal of constructiestaal. De cijfers die er achter staan geven de vloeigrens aan van 16 mm staal in megapascal in N/mm².  Staal met de aanduiding S275 zal met een trekkracht van 275 megapascal gaan vloeien. Door het overschrijden van de vloeigrens zal het staal plastisch vervormen. Dit houdt in dat het staal dusdanig is opgerekt dat het bij het wegnemen van de belasting niet meer in de oorspronkelijk vorm terugkeert.

Eigenschappen van constructiestaal
Constructiestaal heeft  verschillende eigenschappen die het materiaal geschikt maken voor staalconstructies. Het materiaal heeft een laag koolstofgehalte en heeft een behoorlijk grote treksterkte en rek. Daarnaast kan constructiestaal goed worden gelast en is het materiaal goed te bewerken. Constructiestaal kan goed worden vervormd doormiddel van koude of warme bewerkingen. Verder is constructiestaal goedkoop en is het, ten opzichte van edele metalen, corrosiegevoelig. Daarom moet constructiestaal worden beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en chemische stoffen.

Wat zijn overgangsmetalen en welke overgangsmetalen zijn er?

Overgangsmetalen worden ook wel transitiemetalen óf nevengroepelementen genoemd. Deze groep elementen is ingedeeld in het D-blok van het zogenoemde periodiek systeem der elementen. Overgangsmetalen zijn beperkt aanwezig op aarde. Alleen het overgangsmetaal ijzer, aangeduid met symbool Fe, komt zeer veel voor op aarde. Dit komt omdat ijzer een stabiel element is. Veel overgangsmetalen zijn geschikt voor vormen het van coördinatieverbindingen. Dit komt omdat overgangsmetalen beschikken over vrije atoomorbitalen. Overgangsmetalen worden ook toegepast als katalysator in organische syntheses. Het aantal overgangsmetalen is zeer divers. In de techniek worden overgangsmetalen op verschillende manieren toegepast.

Welke overgangsmetalen zijn er?
Er zijn verschillende overgangsmetalen. Deze metalen worden onderverdeeld in vier groepen, deze groepen zijn als volgt:

  • 3D-overgangsmetalen van scandium tot zink
  • 4D-overgangsmetalen van yttrium tot cadmium
  • 5D-overgangsmetalen van hafnium tot kwik
  • 6D-overgangsmetalen van rutherfordium tot copernicium

Hieronder zijn de verschillende overgangsmetalen per groep benoemd. Hierbij wordt het symbool genoemd en het atoomnummer. Deze atoomnummers komen uit het D-blok van het periodiek systeem der elementen.

3D-overgangsmetalen

  • Scandium, symbool Sc en atoomnummer 21.
  • Titanium of titaan, symbool Ti en atoomnummer 22.
  • Vanadium, symbool V en atoomnummer 23.
  • Chroom of chromium, symbool Cr en atoomnummer 24.
  • Mangaan, symbool Mn en atoomnummer 25.
  • IJzer, symbool Fe (de afkorting is afkomstig van het Latijnse woord voor ijzer: ferrum) en atoomnummer 26.
  • Kobalt, symbool Co en atoomnummer 27.
  • Nikkel, symbool Ni en atoomnummer 28.
  • Koper, symbool Cu en atoomnummer 29.
  • Zink, symbool Zn en atoomnummer 30.

4D-overgangsmetalen

  • Yttrium, symbool Y en atoomnummer 39.
  • Zirkonium of zirkoon, symbool Zr en atoomnummer 40.
  • Niobium, symbool Nb en atoomnummer 41.
  • Molybdeen, symbool Mo en atoomnummer 42.
  • Technetium, symbool Tc en atoomnummer 43.
  • Ruthenium, symbool Ru en atoomnummer 44.
  • Rhodium, symbool Rh en atoomnummer 45.
  • Palladium, symbool Pd en atoomnummer 46.
  • Zilver, symbool Ag en atoomnummer 47.
  • Cadmium, symbool Cd en atoomnummer 48.

5D-overgangsmetalen

  • Hafnium, symbool Hf en atoomnummer 72.
  • Tantaal of tantalium, symbool Ta en atoomnummer 73.
  • Wolfraam, symbool W en atoomnummer 74.
  • Renium voorheen ook wel rhenium,  symbool Re en atoomnummer 75.
  • Osmium, symbool Os en atoomnummer 76.
  • Iridium, symbool Ir en atoomnummer 77.
  • Platina, symbool Pt en atoomnummer 78.
  • Goud, symbool Au en atoomnummer 79.
  • Kwik ook wel kwikzilver, symbool Hg (deze afkorting is afgeleid van van het Griekse hydrargyrum) atoomnummer 80.

6D-overgangsmetalen

  • Rutherfordium, symbool Rf en atoomnummer 104.
  • Dubnium, symbool Db en atoomnummer 105.
  • Seaborgium, symbool Sg en atoomnummer 106.
  • Bohrium,  symbool Bh en atoomnummer 107.
  • Hassium, symbool Hs en atoomnummer 108.
  • Meitnerium, symbool Mt en atoomnummer 109.
  • Darmstadtium, Ds en atoomnummer 110.
  • Copernicium (symbool Cn), werd in het verleden ook wel ununbium (symbool Uub) genoemd. Atoomnummer 112.

Wat is cunifer en waar wordt deze legering voor gebruikt?

Cunifer is een metaallegering die bestaat uit drie hoofdbestanddelen. De samenstelling van cunifer bestaat uit Cu (Koper) Ni (Nikkel) en Fe (IJzer). Deze samenstelling wordt ook wel aangeduid met CuNiFer. De naam cunifer is in feite een opsomming van de Latijnse naam van de verschillende bestandsdelen van de metaallegering:

  • Cuprum is het Latijnse woord voor koper. Het scheikundige symbool van dit element is Cu. Koper heeft een goede corrosiebestendigheid en is makkelijk verwerkbaar. Daarnaast heeft dit metaal een goede elektrische geleidbaarheid.
  • Nickel is het Latijnse woord voor nikkel. Dit elementen heeft als scheikundig symbool de letters Ni. Dit metaal is goed bestand tegen corrosie en heeft goede eigenschappen bij hoge temperaturen. Daarnaast zet nikkel bij hoge temperaturen nauwelijks uit en is het materiaal goed lasbaar.
  • Ferrum is het Latijnse woord voor ijzer. Dit materiaal is minder goed tegen corrosie bestand dan de hiervoor genoemde metalen. Door de toevoeging van een klein percentage koolstof ontstaat staal. Staal is zeer sterk en daarnaast goedkoop. Dit maakt het materiaal zeer geschikt voor constructies en werktuigen.

De onderlinge verhouding tussen de metalen waar cunifer uit bestaat verschilt.  De meest gebruikelijke verhouding tussen koper en nikkel in deze legering zijn Cu/Ni 90/10 of Cu/Ni 70/30. De onderlinge verhouding van de elementen waaruit de legering bestaat zorgt er voor dat cunifer over een unieke combinatie van zowel sterkte als corrosievastheid beschikt. Tot zover de beschrijving van de bestandsdelen van cunifer. Hieronder is in een alinea vermeld waar cunifer voor wordt gebruikt.

Waar wordt cunifer voor gebruikt?
Cunifer is door de samenstelling van de metaallegering goed bestand tegen corrosie. Zelfs na het lassen van cunifer is het materiaal goed bestand tegen corrosie. Deze corrosievastheid zorgt er voor dat cunifer wordt toegepast in een omgeving waar gemakkelijk corrosie kan ontstaan. Een voorbeeld van een corrosiegevoelige omgeving is een omgeving die blootgesteld is aan zeewater. Daarom wordt cunifer vaak toegepast in de maritieme sector bijvoorbeeld voor leidingsystemen en flenzen aan boord van schepen en jachten. Cunifer wordt ook gebruikt voor appendages, koelwatersystemen en brandblusinstallaties. Daarnaast wordt cunifer ook gebruikt voor warmtewisselaars en condensors.

Wat is oxystaal en hoe verloopt het oxystaalproces?

Oxystaal en het oxystaalproces hebben te maken met de productie van staal uit ruwijzer. Voordat men staal heeft moet men ruwijzer zuiveren. Ruwijzer komt uit hoogovens. Dit is echter nog niet geschikt op producten van te vervaardigen. De reden hiervoor is dat ruwijzer een te hoog koolstofgehalte heeft. Het koolstofpercentage van ruwijzer ligt tussen de 3 tot 4,5 procent. Dit hoge koolstofpercentage zorgt er voor dat ruwijzer veel te breekbaar en te bros is om in constructies te verwerken. Daarnaast bevat ruwijzer nog andere elementen die de kwaliteit van dit ijzer nadelig beïnvloeden. Voorbeelden van deze elementen zijn magnesium, zwavel, silicium en fosfor. Deze ongunstige elementen moeten uit het ruwijzer worden verwijdert daarnaast moet het koolstofpercentage omlaag worden gebracht.

Toevoegen van zuurstof
Voor het reduceren van het koolstofpercentage en het verwijderen van ongunstige elementen laat men zuurstof op het vloeibare en hete ruwijzer inwerken. De toevoeging van zuurstof kan op twee verschillende manieren gebeuren.

  • De eerste manier is het toevoegen van zuurstof in een reactievat. Dit vat wordt ook wel convector genoemd. Bij deze zuurstoftoevoeging vind geen warmtetoevoer plaats van buitenaf.
  • De tweede manier waarop zuurstof kan worden toegevoerd is in een oven. Hierbij wordt wel uitwendige warmte toegevoerd.

De eerste methode van zuurstoftoevoeging wordt gebruikt voor de vervaardiging van oxystaal.

Hoe verloopt het oxystaalproces?
Oxystaal wordt ook wel geschreven als oxistaal en is het product dat ontstaat na de toepassing van het oxystaalprocedé. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een convector. Deze convector wordt gevuld met vloeibaar ruwijzer en staalschroot. De verhouding die hierbij wordt toegepast is 75 procent vloeibaar ruwijzer en 25 procent schroot. Na het vullen en rechtzetten van de convector wordt de volgende stap in het oxystaalproces uitgevoerd. Dit is het toevoegen van zuurstof. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een watergekoelde holle lans. Met deze lans wordt aan de bovenkant van de convector zuivere zuurstof geblazen op het mengsel dat zich in de convector bevind. Hierdoor oxideert en verbrand een groot deel van het koolstof dat zich in het mengsel bevindt. Ook het magnesium en het silicium verbranden door de toevoeging van zuiver zuurstof. Bij het oxystaalproces komt door de toevoeging van zuiver zuurstof zeer veel warmte vrij. De temperatuur is zo hoog dat het niet nodig is om van buitenaf warmte toe te voegen om het mengsel in de convector vloeibaar te houden. Het schroot wat is toegevoegd zorgt er tevens voor dat de temperatuur in de convector niet te hoog wordt.

Wat is staal
Staal wat vervaardigt is volgens het oxystaalproces wordt oxystaal genoemd. Staal heeft betere eigenschappen dan ruwijzer. Er zitten minder ongunstige elementen in omdat deze door het oxystaalproces zijn verwijdert. Daarnaast is het koolstofpercentage gereduceerd waardoor de mechanische eigenschappen zijn verbetert. Staal bevat in tegenstelling tot ruwijzer een laag koolstofpercentage. Het koolstofpercentage van staal is 0,1 tot maximaal 1,7 procent. Hierdoor is staal sterk, goed smeedbaar en taai. Staal wordt in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek veel toegepast in uiteenlopende constructies, machines en werktuigen. Staal bevat ijzer (ferro)  daardoor kan staal wel oxideren. Vaak wordt op staalprofielen en staalproducten een beschermlaag aangebracht die het staal beschermen zodat het geen reactie kan aangaan met zuurstof. Dit zorgt er voor dat staal niet oxideert en de levensduur van staalproducten aanzienlijk langer wordt.

Oxystaalovengas
Het oxystaalproces wordt gebruikt voor het produceren van staal. Het belangrijkste product is staal. Daarnaast komt tijdens het oxystaalproces veel koolmonoxide vrij. Dit komt doordat de aanwezige koolstof in het vloeibare ruwijzer slechts gedeeltelijk kan worden geoxideerd en verbrand. De koolstofmonoxide die vrijkomt tijdens het oxystaalproces wordt ook wel oxystaalovengas genoemd. Dit gas kan worden teruggewonnen. Het oxystaalovengas wordt verstookt en kan daarbij worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit of proceswarmte. Daarbij wordt oxystaalovengas meestal gemengd met hoogovengas en cokesovengas.

Voordeel van het oxystaalproces
Het oxystaalproces heeft een belangrijk voordeel. Het proces verloopt zeer snel. In een tijdsbestek van 20 minuten kan 200 ton oxystaal worden geproduceerd. Wanneer men echter ook het inladen en het aftappen van de convector meerekent kan men in minder dan een uur tijd ongeveer 250 ton staal van goede kwaliteit produceren via het oxystaalproces. In 1958 ging in Nederland bij de Koninklijke Hoogovens de eerste oxystaalfabriek in productie. Daarna heeft het oxystaalproces het gebruikelijke Siemens-Martinprocedé vervangen. Tegenwoordig wordt ongeveer 70 procent van al het staal dat wordt gefabriceerd via het oxystaalproces gedaan.

Wat is pelletiseren en waarom wordt dit proces toegepast voor de ijzerertsverwerking?

Het belangrijkste metaal dat wordt gebruikt in de werktuigbouwkunde is staal. Dit bevat voor 0,1 tot 1,7 procent koolstof. Het grootste bestandsdeel van staal bestaat uit ijzer. Dit wordt gewonnen uit ijzererts dat minimaal voor een derde van de totale massa ijzer bevat. Er zijn verschillende processen die worden toegepast om uit ijzererts ruwijzer te halen. Metallurgie is het vakgebied binnen de werktuigbouwkunde dat zich bezig houdt met het winnen van metalen uit erts. Een metallurg die kennis heeft van ijzererts weet hoe ijzer uit deze erts gewonnen moet worden. Hierin zijn door de jaren heen verschillende nieuwe ontwikkelingen en technologieën toegepast. In het verleden werd erts vermalen tot brokken ter grote van ongeveer een tennisbal. Deze brokken werden direct tot ruwijzer verwerkt. Tegenwoordig wordt eerst nog een extra bewerking toegepast op de ijzererts. Dit is het pelletiseren.

Wat is pelletiseren?
Pelletiseren is een proces dat kan worden toegepast voor het winnen van ruwijzer uit ijzererts. Het ijzererts wordt tijdens het pelletiseren eerst fijngemalen. Vervolgens wordt de vermalen erts vermengd met water. Daarna wordt de vermalen erts en het water in een ronddraaiende pelletiseertrommel gebracht. Deze pelletiseertrommel draait rond en zorgt er voor dat de ertsbrokjes door het schuren en draaien in de trommel tot kleine balletjes worden gevormd. Deze kleine ertsballetjes hebben een doorsnee van ongeveer één tot anderhalve centimeter.

Deze ertsballetjes worden uit de trommel gegooid door een zeef. Vervolgens worden ze gedroogd en voorverwarmd op een bandmachine. Deze bandmachine transporteert de balletjes naar een draaioven. Deze ronddraaiende oven bakt ze op ongeveer 1300 graden Celsius. De ertsballetjes gaan nadat ze gebakt zijn in een koeler. Het product dat uit de koeler wordt gehaald noemt men pallets.

Waarom wordt pelletiseren toegepast?
Bij het pelletiseren worden zoals je hebt gelezen verschillende bewerkingen uitgevoerd op ijzererts. Het doel van deze bewerkingen is het verhogen van het rendement van ijzererts. Wanneer ijzererts zonder voorbewerking wordt verwerkt tot ruwijzer is het rendement lager dan wanneer men het pelletiseren als voorbewerking toepast. Het percentage ijzer dat in de pellets zit is namelijk hoger dan in een gemiddelde brok ijzererts.

Wat zijn ferrometalen en nonferrometalen?

Metalen kunnen op verschillende manieren worden onderverdeeld. Hierbij kan gekeken worden naar de eigenschappen van de metalen en de toepasbaarheid ervan. In de praktijk komt de verdeling tussen ferrometalen en nonferrometalen veel voor. Deze onderverdeling is gebaseerd op het al dan niet aanwezig zijn van het bestandsdeel ijzer.

Wat is Ferro?
IJzer is een element uit de scheikunde. In het Latijns wordt ijzer ferrum genoemd. Daarvan is het woord ferro afgeleid. Ferro wordt in de scheikunde aangeduid met het symbool Fe wat staat voor de eerste twee letters van Ferrum. IJzer is een grijskleurig metaal met atoomnummer 26. Het wordt veel toegepast binnen de werktuigbouwkunde maar ook binnen andere technische vakgebieden. Meestal wordt ijzer gelegeerd met andere elementen zoals met koolstof (C). Wanneer aan ijzer 0,1 tot 1,7 procent koolstof wordt toegevoegd spreekt men van staal. Metalen die onder Ferro vallen zijn magnetisch en bevatten minimaal 50 procent ijzer.

Wat is Nonferro?
Nonferro metalen bevatten geen ijzer. Wanneer nonferro metalen worden gelegeerd mag het percentage ijzer dat wordt toegevoegd niet hoger zijn dan 50 procent om de legering onder nonferro te laten behoren. De metalen die onder nonferro vallen zijn divers. Een aantal voorbeelden van nonferrometalen zijn: koper, zink, chroom, goud, zilver, tin, aluminium en titaan. Omdat er zoveel metalen onder nonferro vallen wordt er vaak een onderverdeling gemaakt. De onderverdeling tussen pure metalen en  non-ferrometaallegeringen is gebruikelijk.

Onder pure metalen vallen de volgende categorieën:

  • Edelmetalen: deze metalen worden nauwelijks door oxidatie aangetast. Voorbeelden hiervan zijn goud en platina. Ook zilver valt onder edelmetalen hoewel het iets meer gevoelig is voor oxidatie.
  • Zware metalen: deze hebben een hoge atoommassa en zijn zwaarder dan ijzer. Voorbeelden hiervan zijn: kwik, lood en cadmium.
  • Lichte metalen: dit zijn metalen die lichter zijn dan ijzer bijvoorbeeld aluminium.

Onder non-ferrometaallegeringen vallen de volgende categorieën:

  • Gegoten legeringen zoals bijvoorbeeld brons.
  • Gesmede legeringen dit zijn legeringen die doormiddel van een smeden zijn ontstaan.

Binnen de werktuigbouwkunde wordt gebruik gemaakt van ferrometalen en nonferrometalen. De eigenschappen van metalen lopen sterk uiteen. Doormiddel van legeringen kunnen de eigenschappen van metalen worden gecombineerd. Legeringen worden in de praktijk zeer veel gebruikt.

Wat zijn de verschillen en overeenkomsten tussen staal, ijzer en metaal?

Dit artikel gaat over de verschillen en overeenkomsten tussen staal, ijzer en metaal. Deze materialen worden onder andere genoemd in de werktuigbouwkunde. Het is belangrijk om de eigenschappen van deze materialen te kennen omdat ze daardoor effectief kunnen worden toegepast in bijvoorbeeld een constructies, machines en voertuigen. Elk materiaal heeft eigenschappen die het uniek maken. De eigenschappen waar vooral op wordt gelet zijn de sterkte, de taaiheid, de bewerkbaarheid en de smeedbaarheid van een materiaal. Deze eigenschappen zijn unieke kenmerken voor materialen en bepalen of een materiaal wel of niet geschikt is voor een bepaalde toepassing. Hieronder worden de materialen ijzer, staal en metaal uitgelegd.

Wat is IJzer?
IJzer is een metaalsoort en wordt als element aangeduid met Fe dit staat voor Ferro. IJzer valt onder de metalen net zoals bijvoorbeeld koper, goud, zilver en tin metalen zijn. IJzer wordt gewonnen uit erts. Deze ijzererts kwam vroeger veel voor in Duitsland, Zweden, Engeland, Noord-Amerika en Rusland. Ook tegenwoordig wordt in die landen nog veel ijzererts gewonnen. Wanneer uit ijzererts de verontreiniging zoals kalksteen, leem, zand en mergel zijn verwijdert ontstaat ruwijzer. Dit ruwijzer is afkomstig uit hoogovens en bevat 3 tot 4,5 procent koolstof. Dit hoge koolstofpercentage zorgt er voor dat het ruwijzer nog heel bros  is en daardoor geen goede mechanische eigenschappen heeft om het in constructies te verwerken. Daarnaast bevat ruwijzer ook andere elementen zoals zwavel, fosfor en silicium. Om de mechanische eigenschappen van ruwijzer te verbeteren moet het koolstofpercentage omlaag worden gebracht. Wanneer het koolstofpercentage tussen de 0,1 en 1,7 procent is worden de eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterd en ontstaat staal.

Wat is staal?
Staal is ijzer met een toevoeging van 0,1 tot 1,7 procent koolstof. Het is daardoor een legering tussen IJzer (Fe) en koolstof (C). Staal kan ook andere elementen bevatten maar het hoofdbestandsdeel blijft ijzer. De reden waarom soms andere elementen worden toe gevoegd heeft te maken met het toepassingsgebied van het materiaal. Doormiddel van legeringen kan de kwaliteit van staal worden beïnvloed. Ook thermische behandelingen kunnen er voor zorgen dat de eigenschappen van staal worden beïnvloed. Doormiddel van thermisch ‘harden’ kan de slijtvastheid en daarmee de hardheid van een legering worden verbeterd. Dit is een proces waarbij staal (of ander metaal of legering) eerst wordt verhit en vervolgens wordt afgekoeld (temperen). Doormiddel van deze behandelingen kunnen de mechanische eigenschappen van staal worden aangepast aan de eisen die aan het product, dat er mee vervaardigd moet worden, zijn gesteld. De eigenschappen die staal heeft zijn goed op het gebied van sterkte, taaiheid en smeedbaarheid.

Wat is metaal?
Metaal is een verzamelnaam voor elementen die overeenkomsten met elkaar hebben. Zo geleiden metalen en legeringen die gemaakt zijn van metaal, elektrische stroom uitstekend. Metalen worden ingedeeld in twee groepen: de ferrometalen en de non-ferrometalen. De naam van deze indeling maakt duidelijk dat ferrometalen als belangrijk bestandsdeel ferro hebben oftewel ijzer (Fe) . Non-ferrometalen hebben ijzer niet als bestandsdeel. In een nonferro legering kan wel ijzer worden toegevoerd. Alleen wanneer het percentage ijzer lager is dan 50 procent blijft men van een nonferro legering spreken. Wanneer we metalen onderverdelen in deze twee groepen ontstaat het onderstaande overzicht.

Ferrometalen hoofdbestandsdeel ijzer
IJzer en legeringen die bestaan uit minimaal 50% ijzer. Daarnaast zijn deze magnetisch. Bijvoorbeeld:

  • Gietijzer
  • Kobalt
  • Nikkel
  • Staal (bijvoorbeeld constructiestaal en gereedschapstaal)

Nonferrometalen bevatten geen of nauwelijks ijzer
Non-ferrometalen bestaan uit minder dan 50% ijzer. Daarnaast zijn deze metalen niet magnetisch. Deze groep bevat in feite alle metalen die niet onder de ferrometalen vallen. Hieronder worden een aantal voorbeelden gegeven:

  • Koper
  • Chroom
  • Zink
  • Tin
  • Aluminium
  • Magnesium
  • Titaan
  • Goud
  • Zilver

Toepassing van metalen
Hierboven werd duidelijk dat ijzer het hoofdbestandsdeel is van staal. De toevoeging van 0,1 tot 1,7 procent koolstof aan ijzer zorgt er voor dat de kwaliteit wordt verbeterd en er staal ontstaat. De toepassing van staal is breed. Hieronder volgen een aantal voorbeelden van vervoersmiddelen, producten en constructies waarin staal kan worden gebruikt:

  • Spoorlijnen
  • Bruggen
  • Loodsen
  • Auto’s
  • Vrachtschepen
  • Kranen
  • Boorplatformen

Deze opsomming kan enorm worden uitgebreid. Bijna overal wordt staal gebruikt. Ook nonferro metalen worden toegepast in verschillende constructies. Hierbij moet goed gekeken worden naar de eigenschappen van het materiaal. Vaak worden er legeringen gemaakt om tot een optimale mix te komen van eigenschappen. Brons is een voorbeeld van een legering tussen koper en tin. Door deze combinatie kan brons worden gegoten. Brons gieten wordt al heel lang gedaan, nog voor het gebruik van ijzer zijn intrede deed in de menselijke beschaving.

Aluminium is een materiaal wat in verhouding tot staal weinig weegt. Daardoor is het geschikt voor constructies die niet te veel mogen wegen zoals bijvoorbeeld vliegtuigen. Ook voor de bouw van jachten wordt aluminium gebruikt. Het winnen van aluminium uit Bauxiet kost echter zeer veel energie waardoor de aluminiumproductie kostbaar en milieubelastend is. Zo heeft elke metaalsoort zijn toepassingsgebied. Kennis van metalen en hun eigenschappen vormt daardoor een belangrijk onderdeel van de werktuigbouwkunde.