Product Functionaliteit

De functionaliteit van het gietstuk en de toepassing waarvoor het product gebruikt wordt is een belangrijk uitgangspunt bij de ontwikkeling van een nieuw onderdeel. Hiervoor is het nodig om de volgende vragen stellen:

  • Waartoe dient het product?
  • Hoe sterk of hard moet een product zijn?
  • Moet het product bestand zijn tegen extreme temperaturen?
  • Moet het materiaal bestand zijn tegen corrosie?
  • Welke maatvoering moet behaald worden en welke maten zijn kritisch?
  • Hoe moet het product ingebouwd worden?

Door vanuit de functionaliteit te redeneren krijgt men de beste technische oplossing tegen de meest gunstige productiekostprijs. Alleen elementen die functioneel noodzakelijk zijn worden in het ontwerp geïntegreerd.

Materiaalkeuze voor een specifieke toepassing

Op basis van de functionaliteit van een product wordt de materiaalkeuze bepaald. Elke staallegering heeft specifieke eigenschappen. Op grond van deze eigenschappen wordt een staalsoort gekozen die geschikt is voor de toepassing. Bij elk product is het van belang dat het duurzaam is en niet snel breekt. De eigenschappen die dit bepalen worden de mechanische eigenschappen van een materiaal genoemd. Naast de mechanische eigenschappen spelen ook thermische- en chemische eigenschappen een belangrijke rol bij de keuze van het materiaal.

Onze metallurgen kunnen u ondersteunen om de meeste geschikte staallegering te kiezen voor uw toepassing.

Mechanische eigenschappen

Elasticiteit

De elasticiteit van een materiaal geeft aan hoe gemakkelijk het van lengte kan veranderen door het aanbrengen van kracht. Een materiaal is elastisch als er een kracht op wordt uitgeoefend en het daardoor vervormd. Deze vervorming is een niet-permanente vervorming. Dit betekent dat het materiaal terugkeert in zijn oude vorm wanneer het krachtenveld wordt opgeheven. De elasticiteit van een materiaal wordt uitgedrukt in de elasticiteitsmodules E (N/mm²), ook wel Youngs modulus genoemd.

Treksterkte & Rekgrens

Het is belangrijk om te weten hoe sterk een product is en onder welke belasting het zal breken. Eerst vervormd het onderdeel elastisch tot aan de rekgrens (Re). Daarna vervormd het blijvend (‘plastische vervorming’) totdat het breekt. De mechanische spanning die bij het breken optreedt word de treksterkte genoemd. De treksterkte wordt uitgedrukt in MPa.

Praktisch gezien is de (0,2%) rekgrens belangrijker, want boven de rekgrens (Re) zal het materiaal plastisch gaan vervormen. Het vervormen van een onderdeel is ongewenst omdat de functionaliteit, kracht en veiligheid van het product niet meer gegarandeerd kan worden. De rekgrens wordt weergegeven in N/mm².

Hardheid

De hardheid van een materiaal is de weerstand die het materiaal biedt tegen permanente mechanische vervorming. En is dus bepalend in welke mate een materiaal bestand is tegen slijtage. Er zijn verschillende methodes om de hardheid te bepalen, de meest gangbare meetmethodes zijn:

  • Brinell (eenheid: HB)
  • Vickers (eenheid: HV)
  • Rockwell (eenheid: HRb of HRc)

De hardheid wordt gemeten door een harde punt of kogel met gestandaardiseerde afmetingen met een gedefinieerde kracht tegen een materiaal aan te drukken. Vervolgens wordt gemeten hoe groot het deukje is dat in het geteste materiaal is gevormd. Terwijl het meetpunt in het materiaal gedrukt wordt, neemt het contactoppervlak geleidelijk toe. Hierdoor neemt de druk van de punt op het materiaal af. Tot op het moment dat de punt niet verder in het materiaal doordringt. De mate van indrukking geeft de waarde van hardheid weer.

Slijtvastheid

Een slijtvast staal is een staalsoort met een hoge weerstand tegen slijtage door wrijving. De slijtvastheid wordt verhoogd door het materiaal te harden. Een materiaal met hoge hardheid zal een materiaal met lagere hardheid doen slijten.

Brosheid & Taaiheid

Brosheid en taaiheid zeggen iets over de manier waarop een materiaal onder mechanische belasting breekt. Een bros materiaal breekt zonder veel rek. Een taai materiaal daarentegen zal onder toenemende mechanische belasting langere tijd plastisch vervormen voordat breuk optreedt. De taaiheid geeft tevens de weerstand aan tegen het doorgroeien van kerven en scheuren.

In de praktijk wordt de gewenste taaiheid van een materiaal aangegeven door de kerfslagwaarde. Deze kerfslagwaarde is de energie die wordt gebruikt om het materiaal te breken. Taaie materialen hebben dus een hogere kerfslagwaarde dan brosse materialen. De kerfslagwaarde wordt uitgedrukt in Joule (J).

Chemische eigenschappen

Corrosiebestendigheid

Corrosie, ook bekend als ‘roest’, is de aantasting van metalen doordat de omgeving erop inwerkt. Zodra metalen worden blootgesteld aan de lucht zullen zij een chemische verbinding aangaan met zuurstof. Dit proces noemt men oxideren. Roest is het roodbruine materiaal dat ontstaat wanneer ijzer reageert met zuurstof in de aanwezigheid van water. Roesten is de veelgebruikte term voor een vorm van corrosie van ijzerhoudende materialen zoals staal. Corrosie leidt tot sterkteverlies. Gecorrodeerde producten brokkelen af en worden dunner. Er kunnen zelfs gaten vallen in de producten.

Een roestvaststaal, ook wel RVS of SS (stainless steel) genoemd, is een staallegering die bestand is tegen corrosie. RVS legeringen bestaan o.a. uit nikkel (Ni) en chroom (Cr). Door de toevoeging van chroom in een staallegering wordt er aan het oppervlak een chroomoxide laag opgebouwd. Hierdoor is het oppervlak beter bestand tegen corrosie.

Zuurbestendigheid

De zuurbestendigheid is het maximale zuurgehalte waartegen een materiaal bestand is zonder dat er slijtage optreedt. Denk hierbij aan de bestendigheid tegen vloeistoffen als bijvoorbeeld natriumchloride (zout) of zwavelzuur. Onze metallurgen kunnen adviseren welke staallegeringen het meest geschikt zijn voor gebruik in een agressief milieu. Daarnaast bekijken zij of er nog aanvullende oppervlaktebehandelingen noodzakelijk zijn.

Thermische eigenschappen

Uitzettingscoëfficiënt

De mate waarin een materiaal krimpt of uitzet onder invloed van temperatuur wordt aangegeven met de thermische uitzettingscoëfficiënt. De uitzettingscoëfficiënt wordt uitgedrukt per ˚C.

De meeste materialen zullen bij het opwarmen uitzetten, ook wel een positieve uitzettingscoëfficiënt genoemd. Bij een hogere temperatuur trillen de moleculen sneller, waardoor ze een grotere ruimte innemen (het volume wordt groter). Hoe sterker de atomen aan elkaar gebonden zijn, hoe lager de uitzettingscoëfficiënt. Stalen hebben over het algemeen een hoge uitzettingscoëfficiënt.

Hittebestendigheid

Hittebestendigheid is de mate waarin een materiaal zijn mechanische eigenschappen behoud onder invloed van een hoge temperatuur. Hittebestendige staalsoorten zijn goed bestand tegen oxidatie en tegen de invloed van hete gassen en verbrandingsproducten bij temperaturen boven 600 °C. Hierdoor blijven hittebestendige producten hun vorm, functionaliteit en maatvoering behouden na aanraking met hoge temperaturen. Legeringselementen die de hittebestendigheid bevorderen zijn o.a. nikkel (Ni) en chroom (Cr).