Mechanische eigenschappen zijn essentieel bij het beschrijven van het gedrag van een materiaal wanneer er een belasting op wordt uitgeoefend. Vele proeven, zoals trek-, druk-, slag-, buig-, afschuif-, torsie- en hardheidsproeven, zijn ontwikkeld om de reactie van een materiaal op een uitgeoefende externe kracht waar te nemen. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor ontwerpers om geschikte materialen voor verschillende toepassingen te selecteren.
Wat is de rek van een materiaal?
Verlenging is een maat voor de vervorming die optreedt voordat een materiaal uiteindelijk breekt wanneer het wordt onderworpen aan een trekbelasting. Bij het uitoefenen van deze laatste vindt een toename van de lengte en een gelijkmatige afname van de dwarsdoorsnede plaats, terwijl het materiaal een constant volume behoudt. Rek door uitzetting kan ook optreden wanneer een materiaal een temperatuursverhoging ondergaat, of wanneer zowel een axiale kracht als een hoge temperatuur gelijktijdig op een materiaal inwerken.
Hoe wordt rek gemeten?
De meting van de rek van een materiaal door axiale kracht wordt gewoonlijk uitgevoerd met een standaard trekproef. Een strook of staaf met een bepaalde lengte en een gelijkmatige dwarsdoorsnede, die aan één uiteinde is bevestigd, wordt langs de as van het proefstuk onderworpen aan een trekbelasting. Op het proefstuk, dat in de handgrepen van de beproevingsmachine wordt geplaatst, worden maatstrepen gekerfd om de lengte van de maat aan te geven. De axiale belasting wordt stapsgewijs opgevoerd en de rek wordt geobserveerd tot het materiaal mechanisch breekt of breekt. Deze test is gewoonlijk genormaliseerd, wordt uitgevoerd bij constante belastingssnelheid, en is destructief. De lengte van het meetinstrument of de kalibratielengte moet lang genoeg zijn om ervoor te zorgen dat de trekspanning gelijkmatig wordt overgebracht.
Afbeelding 1 ter referentie. Bron- https://www.admet.com/wp-content/uploads/2017/07/ductile-specimen-shape-during-testing.png
Een typisch verloop van een trekproef begint met het proefstuk in de afwezigheid van een belasting. Bij het begin van de belasting kan een gelijkmatige rek en vermindering van de dwarsdoorsnede worden waargenomen. Dit gaat door tot een maximale belasting is bereikt. Dan treedt er een insnoering op, waardoor de volgende vervorming niet-uniform wordt en slechts ter hoogte van de insnoering optreedt. De plaatselijke werkelijke spanning blijft toenemen naarmate het oppervlak van de hals afneemt, totdat breuk wordt bereikt.
De formule voor rek bij een willekeurige lengte L tijdens trekproeven is:
waar,
δ = rek, (in of mm)
L0 = aanvankelijke meetlengte tussen de merktekens, (in of mm)
L = lengte tussen de merktekens op enig punt tijdens de gelijkmatige rek, (in of mm)
Tijdens een trekproef worden gelijktijdig de toegepaste belasting en de rek van de lengte van het meetlint afgelezen. Deze gegevens kunnen worden uitgezet in een grafiek die de spanning-rek kromme wordt genoemd. De spanning-rek kromme is essentieel voor het begrijpen van de materiaaleigenschappen, omdat het de basisrelatie tussen de technische spanning en de technische rek laat zien.
De formule voor de technische spanning, die de invloed van de toegepaste belasting op de oorspronkelijke doorsnede aangeeft, is:
waar,
σ = technische spanning, (lb/sq. in of MPa)
P = toegepaste belasting, (lb of N)
A0 = oorspronkelijke dwarsdoorsnede, (sq. in of sq. mm)
De technische rek daarentegen wordt gemeten als de verhouding van de rek tot de lengte van het rekstrookje:
waar,
ε = engineering strain, (eenheidsloos)
δ = rek op elk punt tijdens uniforme rekfase, (in of mm)
L0 = initiële meterlengte tussen de merktekens (in of mm)
Wat is procentuele rek?
Voorstel dat we een staaf hebben die een trekproef heeft ondergaan. Met behulp van een rekmeter kunnen we de oorspronkelijke kaliberlengte Lo en een uiteindelijke kaliberlengte Lf na hals en breuk meten. De verhouding van het verschil tussen de uiteindelijke lengte en de oorspronkelijke lengte tot de oorspronkelijke lengte zelf staat bekend als procentuele rek (%δ).
waar,
%δ = procentuele rek, (%)
Lf = uiteindelijke lengte van het proefstuk, (in of mm)
Lo = oorspronkelijke lengte van het proefstuk, (in of mm)
Deze meting vertegenwoordigt een materiaaleigenschap die ductiliteit wordt genoemd.
Waarom de rek van een materiaal berekenen?
Het uitvoeren van een trekproef om de rek van verschillende materialen te bepalen is belangrijk om hun mogelijke toepassingen te evalueren. Bijvoorbeeld, materialen met een hoge rek – d.w.z. goede vervormbaarheid – zijn van cruciaal belang in componenten die energie-absorptie door plastische vervorming vereisen, zoals vangrails en bumpers.
Voor fabricageprocessen is het kennen van deze eigenschap essentieel voor het implementeren van kwaliteitscontrolemetrieken.
Voor materiaal- en fabricage-ingenieurs worden dergelijke eigenschappen bestudeerd om materiaalzwakte en -beperkingen te beoordelen voor verbetering en verkenning van alternatieven.