Het periodiek systeem, of voluit het periodiek systeem der elementen, is een tabel met daarin de elementen, geordend volgens hun atoomnummers (aantal protonen in de atoomkern), De tabel bevat vier rechthoekige blokken: de s-, p-, d- en f-blokken. Over het algemeen zijn binnen één rij (periode) de elementen die aan de linkerkant staan, metalen, en die aan de rechterkant niet-metalen.
Ferrometalen zijn die materialen waarbij ijzer het voornaamste bestanddeel is. Op grond van hun magnetische eigenschappen worden kobalt, nikkel ook tot de ferrometalen gerekend. Alle overige metalen worden tot de non-ferrometalen gerekend.
Als Ferrometaal heb een stalen H-balk genomen voor ondersteuning .(constructiemetaal)
Een non-ferrometaal is een metaal dat geen ijzer bevat of waarin de legeringen ijzer niet als hoofdbestanddeel hebben (bijvoorbeeld koper, lood, aluminium, zink, brons en messing).
Non-ferrometalen kennen veel toepassingen in het dagelijks leven.
Voorbeelden hiervan zijn:
Met een thermoplast bedoelen we een polymeer( polymeer is een organische verbinding) die bij een bepaalde temperatuur week wordt en daardoor gemakkelijk vervormbaar is.
Voorbeelden van thermoplasten zijn onder andere:
Eigenschappen Thermoplasten:
Als voorbeeld heb ik genomen PVC-afvoerbuizen.(b.v. riolering)
PVC buis hoort tot de amorfe kunststoffen De ketens van moleculen liggen door elkaar heen zijn niet geordend. Dat is ook de reden dat het vervormd kan worden naar verwarming.
Een thermoharder is in tegenstelling tot de thermoplasten een polymeer die bij verhitting zijn vorm behoudt en niet smelt.
Voorbeelden van thermoharders zijn onder andere:
Eigenschappen thermoharders:
Het woord elastomeer komt van de woorden ‘elastisch’ en ‘mer’ (in het Grieks betekent het deel, zoals in bijvoorbeeld ‘polymeer’’) Een elastisch materiaal neemt weer zijn oorspronkelijke vorm aan na verwijdering van een externe belasting.Indien de belasting gedurende lange tijd wordt aangehouden ontstaat een fenomeen dat men kruip noemt, de rek neemt toe onder constante belasting en dit resulteert in een permanente vervorming van het elastomeer. (Dit treedt bijvoorbeeld op als men een elastiek gedurende lange tijd opspant)
Voorbeelden van elastomeren zijn:
Verreweg de meeste stoffen bestaan in vaste toestand uit kristallen: ze zijn kristallijn.
In een kristalrooster zitten de kleinste deeltjes (atomen, ionen of moleculen) op vaste plaatsen en op regelmatige afstanden van elkaar. De regelmatige stapeling op het niveau van de kleinste deeltjes komt op macroscopisch niveau tot uiting in het regelmatige uiterlijk van een kristal. De wijze waarop de deeltjes in een stof ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt noemen we de structuur van een stof.
Voor een beschrijving van kristalroosters komt de ruimtelijke meetkunde van pas. Geometrisch blijken er zeven hoofdtypen kristalroosters te bestaan, meer niet. Daarvan is het kubische kristalrooster het regelmatigst en het meest bekend: de kleinste deeltjes vormen een kubisch patroon, ze nemen als het ware de hoekpunten van een kubus in.
(Bron:http://materiaalleer1em.weebly.com)
Op de hoeken bevinden zich de ijzeratomen en in het midden het koolstofatoom.
In vaste (kristallijne) stoffen onderscheiden we vier soorten kristalroosters, afhankelijk van het soort binding tussen de deeltjes waaruit het kristal is opgebouwd: ionroosters, metaalroosters en molecuulroosters.
|
Soort stof |
Kristalrooster |
Bindingstype |
Soort deeltjes |
|
Zout |
ionrooster |
ionbinding |
ionen |
|
Metaal |
metaalrooster |
metaalbinding |
metaalatomen |
|
Moleculaire stof |
molecuulrooster |
molecuulbinding / vanderwaalsbinding |
moleculen |
Er bestaan ook stoffen waarin de deeltjes net niet regelmatig genoeg zijn geordend om kristallen te vormen. We noemen dit glasachtige of amorfe stoffen (amorf = vormeloos). Voorbeelden zijn glas, plastics en rubber.
Het meest kenmerkende verschil met kristallijne stoffen is dat amorfe stoffen geen scherp smeltpunt hebben, maar langzaam week worden bij toenemende temperatuur.
Draagbalk.
Roosterstructuur (kristalstructuur) ferrometaal.
Constuctiestaal heeft een kubische kristalrooster dit komt het regelmatigst en is het meest bekend: de kleinste deeltjes vormen een kubisch patroon, ze nemen als het ware de hoekpunten van een kubus in.
(Bron:http://materiaalleer1em.weebly.com)
Op de hoeken bevinden zich de ijzeratomen en in het midden het koolstofatoom.
PVC-buis
Roosterstructuur (kristalstructuur) kunststof.
De deeltjes zijn net niet regelmatig genoeg zijn geordend om kristallen te vormen. We noemen dit glasachtige of amorfe stoffen (amorf = vormeloos).
Het meest kenmerkende verschil met kristallijne stoffen is dat amorfe stoffen geen scherp smeltpunt hebben, maar langzaam week worden bij toenemende temperatuur.
(bron:https://www.tosec.nl)
Constuctiestaal zoals in mijn voorbeeld van de H-balk heeft een laag koolstofgehalte.
Koolstof speelt een belangrijke rol bij de structuurvorming van ijzer. IJzer (Fe) en Koolstof (C) vormen een kubisch rooster. Op de hoeken van deze roosters bevinden zich IJzeratomen.
(zie paragraaf kristalroosters - roosterstructuur constructiebalk)
Koolstof is het belangrijkste legeringselement in staal. De hoeveelheid koolstof bepaalt de hardheid van het materiaal en daarmee ook de bruikbaarheid.
Veelgebruikte staalsoorten zijn b.v. S235, S275 en S355.
(afbeelding; Spanningsrekdiagram)
Horizontaal staat de rek uit (hoeveel het materiaal uitrekt in mm tijdens de proef).
Verticaal staat de trekspanning uit die ontstaat door een constante kracht op het werkstuk uit te oefenen.
Het spanning rek diagram is een methode om de belastbaarheid van materialen af te lezen. Voor veel constructies en materialen, waaronder ook metalen is belastbaarheid één van de belangrijkste eigenschappen. De belastbaarheid van metalen wordt getest aan de hand van een zogenaamde trekproef. Hierbij wordt een stalen staaf langzaam uitgerekt, totdat deze knapt. Vanaf het startpunt tot het moment van het knappen maakt het metaal verschillende fases door, die geregistreerd worden in het spanning-rekdiagram. Uit het spanning-rekdiagram zijn de elastische vervormingsgrens, plastische vervormingsgrens, maximale treksterkte en breukgrens af te lezen die die belangrijk zijn bij het construeren en ontwerpen van metalen constructies.
In de eerste fase van het spanning-rekdiagram is er sprake van elastisch gedrag. Zodra de spanning wordt weggenomen zal het materiaal weer zijn oorspronkelijke lengte terugkrijgen. Er is sprake van volledig herstel.
Hoe minder rek het materiaal heeft hoe stijver het materiaal is zal de grafiek steiler gaat lopen. Bij slap materiaal zal de grafiek minder steil gaan lopen.
Aan het einde van fase 1 (proportionaliteitsgrens) Vanaf de proportionaliteitsgrens tot aan de elasticiteitsgrens is ook nog sprake van plastische vervorming (einde fase 2 ) de benodigde spanning om het materiaal te rekken neemt af totdat het laagste vloeipunt is bereikt.(begin fase 3)
Hoe hoger de vloeigrens hoe stugger het materiaal. Anders geldt ook hoe lager de vloeigrens hoe weker het materiaal
Een kleine toename aan spanning boven de elasticiteitsgrens zorgt ervoor dat het materiaal begint te vloeien. De benodigde spanning om het materiaal te laten vloeien wordt vloeispanning of vloeipunt genoemd. Dit punt ligt vlak boven de elasticiteitsgrens. Als de spanning bij het bereiken van de vloeigrens niet verder opgevoerd word zal het materiaal toch verder uitrekken. Anders gezegd: bij een vasthoudende spanning zal er toch verlening optreden van het materiaal. Zodra het vloeien is opgehouden wordt de vierde fase ingeluid: versteviging.
Als de belasting na de vloeigrens wordt opgevoerd zal het materiaal verder vervormen. De structuur van het materiaal zal zodanig veranderen dat het materiaal sterker wordt. Dit gebeurt vanaf begin fase 4 tot einde fase 4. tot de maximale trekspanning (treksterkte).
Hoe hoger de treksterkte ligt in de grafiek hoe sterker het materiaal is . Hoe lager de treksterkte hoe zwakker het materiaal is.
Zodra de maximale spanning bereikt begint de oppervlakte van het materiaal plaatselijk dunner te worden wat insnoering wordt genoemd.Het materiaal zal steeds verder uitrekken totdat de insnoering zo sterk is dat het materiaal breekt.(einde fase 5). Dit wordt de breukspanning genoemd en wordt ook wel aangegeven als het breekpunt.
Hoe langer het duurt voordat het materiaal breekt hoe taaier het materiaal is . Duurt het relatief kort dan spreken we van een bros materiaal
Onderste grafiek laat nogmaals zien waar de eigenschappen van het materiaal liggen in de spannings-rekdiagram .
er zijn verschilende productietechnieken. Onderscheidend in verspanen en niet verspanen.
Bij verspanende bewerkingen wordt gebruik gemaakt van verschillende werktuigmachines. kenmerk is dat er kleine deeltjes van het werkstuk worden weggenomen.
deze kleine deeltjes hebben meestal de vorm van een spaantje of spanen daarom wordt deze bewerking verspanende techniek genoemd.
Verschilende verspanende technieken zijn o.a :
draaien, boren, frezen en zagen. Ook slijpen en schaven kunnen tot de verspanende bewerkingen worden gerekend.
Een niet-verspanende bewerking is een bewerking die wordt gebruikt om basismateriaal in een bepaalde vorm te brengen zonder dat daarbij spanen van het werkstuk worden verwijdert. Dit is het grote verschil met een verspanende bewerking of een verspanende techniek.
Verschillende niet-verspanende technieken zijn o.a :
buigen, walsen, zetten en kanten, lassen en gieten.
Bij boren wordt een rond gat in een product wordt gemaakt met behulp van een boor. 
Wanneer de bewerking wordt uitgevoerd met behulp van een boormachine, dan voert het gereedschap zowel het ronddraaien als de beweging richting het product uit.
Kwaliteitsklassen bij boren.
Dmax minus Dmin is de tolerantiewaarde
De kwaliteitsklasse bij boren liggen tussen klasse H10 t/m H14.
De toleranties bij boren zijn groter dan bv bij frezen en draaien (zie: maattolleranties)
Ruwheden bij boren.
De Ra bij boren zit tussen 0,8 μm en 12,5 μm
Bij draaien wordt het product vastgezet in de klauw van de draaibank. Het product wordt rondgedraaid en door middel van een beitel wordt er materiaal van het product afgehaald.. De beweging in langsrichting en dwarsrichting wordt uitgevoerd door de beitel.
Draaien wordt uitgevoerd op een draaibank. conventionele draaibank of een CNC-draaibank.(Computer Numerical Control) producten kunnen op deze manier snel en nauwkeurig worden gemaakt.
Kwaliteitsklassen bij draaien klasse 4 t/m klasse 10.
De tolerantie is afhankelijk van de de klasse.
Bijvoorbeeld een tollerantie klasse 8 op een maat van 5 mm geeft een tolleranteveld van 18 μm (=0,018mm)Dezelfde tolerantieklasse op een maat van 100mm geeft tollerantie van 54μm(=0,054mm) de kwaliteit is van beiden gelijk.
Ruwheden bij draaien (Ra)
De ruwheid wordt aangegeven met de Ra. De eenheid van Ra is μm.
Bij draaien ligt de ruwheid tussen de 0,4 μm en 12,5 μm.
Bij frezen wordt het werkstuk vastgezet in klemmen en de frees voert de verspannende bewerking uit en is tegenwoordig vaak computergestuurd is (CNC).
Kwaliteitsklasse bij frezen klasse 10 t/m klasse 13
Toleranties bij frezen Bijvoorbeeld een tollerantie klasse 10 op een maat van 5 mm geeft een tolleranteveld van 48 μm (=0,048mm) en bij klasse 13 180μm (=0,18mm) . De toleranties zijn dus groter dan bij draaien.
Ruwheden bij frezen (RA)
Bij frezen ligt de ruwheid tussen de 0,4 μm en 12,5 μm.
waarden zijn vergelijkbaar aan draaien.
Walsen is een niet -verspanende methode waarbij een dikke plaat staal of ander metaal door twee of meer walsrollen wordt omgevormd tot vlakke platen, folies of profielen.
Dit kan warm of koud gebeuren.
hiermee verkrijgt je platen of folies, die je dan later kunnen afwerken. (Walsen met rollen.)
Koud,het staal wordt getrokken of gevormd, waarbij geen hitte aan te pas komt of Warm:er wordt een massief heet stuk staal warm gewalst om de gewenste vorm te verkrijgen. Het grote verschil tussen beide is dat het getrokken staal koud een vervorming is ondergaan.
voordeel: warm walsen vraagt minder energie omdat de vloeigrens lager is.(warmbandwalserij)
het grootste deel staal wordt tot een 22,5 centimeter dikke plak gegoten en vervolgens in de
warmbandwalserij bij een temperatuur van circa 1200 °C in bijvoorbeeld 12 stappen
gewalst tot een dikte tussen de 25 en 1,5 millimeter; aan het einde van de productielijn
wordt het staal opgerold (het warm walsen is dus behoorlijk heet walsen)
Warmgewalst plaatstaal kan worden toegepast als bron voor koudgewalst (koudgevormd)
stalen profielen.
Enkele kenmerken van koudgevormd staal (dat koud gevormd wordt uit warmgewalst staal)
ten opzichte van warmgewalst:
koudgevormd warmgewalst
-blank, metaalkleurig oppervlak -vaak donkerder van kleur
-meestal een glad oppervlak - vaak wat ruwer oppervlak
-heeft geen walshuid - heeft een walshuid
-lichter dan warmgewalst, -vaak zwaarder (dikker) dan koudgewalst
-minimum plaatdikte voor koudwalsen is ca.
0,10 mm
-is sterker (harder) dan warmgewalst staal,
maar de rek (taaiheid) en vervormbaarheid
zijn geringer
Kwaliteitsklassen bij walsen
De kwaliteitsklasse bij walsen liggen tussen de klasse 12 t/m klasse 16 Dat in vergelijking tot de verspannende technieken draaien, frezen hoger dus veel minder nauwkeurig . Nabewerking door een niet-verspannende techniek komt daardoor in de praktijk veel voor.
Toleranties bij Walsen
Ook de tolerantie is bij walsen is groter dan bij de meeste verspanende bewerkingen .
Ruwheid bij Walsen
koud walsen ligt tussen de 0,2 μm en 6,3 μm
warm walsen ligt tussen de 6,3 μm en 50 μm
Losneembaar, voorbeelden:
en bout is een ronde staaf van metaal of ander materiaal waarop schroefdraad is aangebracht en die voorzien is van een kop.In combinatie met een moer is het een middel om twee of meer voorwerpen met elkaar te verbinden.
De kop van een bout kan er verschillend uitzien:
Staalkwaliteit:
Op de boutkop is met een ISO code aangegeven wat de staalkwaliteit is, bijvoorbeeld 8.8 of 12.9 Hierbij is het getal voor de punt de 1% van de treksterkte in N/mm². Het getal achter de punt is het tienvoudige van vloeispanning / treksterkte. Bijvoorbeeld, voor een staalkwaliteit 12.9 :
Berekening treksterkte (met getal vóór de punt):
(Gedemonteerde schijfspie bij een dynamo (de spie ligt op de schroefdraad)
Een spie is een verbinding tussen een naaf en een as. Deze verbinding kan ook weer worden uitgenomen.
Bij een schijfspieverbinding heeft de inlegspie de vorm van een halve schijf. Deze spieis beter dan de gewone inlegspie bestand tegen kantelen. Omdat de diepe spiegleuf de as verzwakt wordt deze verbinding alleen toegepast bij licht belaste assen.
Een schroef drukt de te verbinden delen met kracht tegen elkaar. Zodat de te delen tegen elkaar aan blijven zitten.
Een schroefverbinding van een spoorstaaf en een dwarsligger
Niet losneembaar, voorbeelden:
Een klinknagel is een bevestigingsmiddel, bestaande uit een metalen pen die voorzien is van een verdikt uiteinde; de zetkop genoemd. De meest toegepaste klinknagels hebben een ronde bolle of een verzonken zetkop. De kop die erop wordt geklonken heet de sluitkop, ook deze kan bol of plat uitgevoerd zijn.
Ze worden gebruikt om platen en profielen met elkaar te verbinden door middel van klinken
(Een geklonken bufferbalk van een stoomlocomotief)
Krimpen is een verbindingstechniek die gebruikmaakt van de elastische vervormbaarheid van een of van beide de te verbinden materialen.
In de metaaltechniek is krimpen een bewerking voor het samenvoegen van twee stukken metaal door één of beide stukken zodanig te vervormen dat beide stukken aan elkaar blijven vastzitten. De vervorming noemt men de krimp.
(Een voorbeeld van een (krimp)huls van een staalkabel)
Je hebt een aantal verschillende soorten lasmethoden.
(afbeelding:bron Tosec)
Bij deze vorm van lassen wordt een lasdraad aangevoerd. Deze draad heeft twee functies. Namelijk als elektrode en als toevoegmateriaal.Tijdens het lassen moet het smeltbad beschermt worden tegen zuurstof. Dit gebeurd door het toevoegen van een beschermingsgas. Bij MIG lassen is dat bv argon of een mengsel van argon met helium en waterstofgas. Bij MAG lassen is dat bv koolstofdioxide. Gebruik van koolstofdioxide is veel goedkoper.
Het lassen kan uitsluitend in een gesloten ruimte plaatsvinden
Voordelen:
Nadelen:
(afbeelding:bron Tosec)
TIG-lassen wordt vooral toegepast in dunne plaat van aluminium en RVS, maar kan ook voor staal gebruikt worden.
Bij deze vorm van lassen bevindt zich wolfraam elektrode in het gasmondstuk die echter niet als toevoegmateriaal wordt gebruikt. Deze wordt extra toegevoerd waardoor je bij deze vorm van lassen altijd twee handen nodig hebt in tegenstelling tot het MIG/MAG lassen en het lassen met beklede elektrode. Vanuit het gasmondstuk wordt er een beschermingsgas toegevoerd die de las moeten beschermen tegen invloeden van buitenaf.
Kenmerkend van deze vorm van lassen is dat het veel vaardigheid van de lasser vraagt om hiermee goed te lassen.
Voordelen:
Nadelen:
BMBE-lassen (Booglassen met beklede elektrode)
(afbeelding:bron Tosec)
De elektrode heeft twee functies. Namelijk om de lasboog tot stand te brengen en als toevoegingsmateriaal.
Uit de bekleding van de elektrode ontstaat het beschermingsgas.
Bij deze vorm van lassen wordt een constante stroom gebruikt.
Voordelen:
Apparatuur is licht en compact.
Apparatuur is goedkoop en algemeen verkrijgbaar.
Lasproces is eenvoudig te leren.
Lasproces is buiten met enige wind toepasbaar.
nadelen:
Corrosie is de scheikundige aantasting van materialen door stoffen in hun omgeving.
We onderscheiden vele soorten corrosie o.a.:
De meest bekende corrosiereactie is die waarbij zuurstof in combinatie met water of vocht , reageert met ijzer, koper, of een ander metaal zodat het gaat geoxideerde.
Dus bij zuurstofcorrosie : reageert het metaal op water en zuurstof en wordt daardoor aangetast. Er ontstaat een olielaag die bruin van kleur is . Het roesten van ijzer is een voorbeeld van zuurstofcorrosie.
Zuurstofcorrosie treedt op in een vochtige omgeving .
Voorbeelden van zuurstofcorrosie:
Galvanische corrosie treedt op wanneer we twee metalen aan elkaar bevestigde.Tussen deze twee metalen is dan sprake van een duidelijke verschil in potentiaal.Twee verschillende en aan elkaar gekoppelde metalen vormen een zogenaamd galvanisch koppel waardoor corrosie ontstaat.
voorbeeld van galvanische corrosie:
Zoals de naam aangeeft treedt spleetcorrosie op in spleten en kieren die gevuld raken met water. In deze kieren en spleten kan het water niet voldoende ververst worden, zodat het water een andere samenstelling krijgt . Het materiaal wordt aangetast en gaat corroderen.
voorbeeld van spleetcorrosie:
Dit kan op de volgende manieren:
Constructieve details;
Materiaalkeuze;
Beschermende laag;
Kathodische bescherming.
Door een goede manier van construeren kan corrosie aanzienlijk worden verminderd of zelfs worden voorkomen.
Het ene materiaal is gevoeliger voor corrosie dan het andere. De eerste methode van corrosiepreventie is het kiezen van een corrosiebestendig materiaal.
Als we een beschermende laag aanbrengen kan corrosie worden voorkomen.
Dit kan door:
Dit is een methode om metalen voorwerpen in grond of water te beschermen tegen corrosie.
Er wordt gelijkstroom gezet op metalen voorwerpen die in de bodem of het water zijn geplaatst, met het doel deze voorwerpen te beschermen tegen aantasting door corrosie. Door de stroom te sturen is het mogelijk het spanningsverschil zodanig te veranderen, dat corrosie wordt onderdrukt. Het materiaal krijgt dan een kathodische bescherming .
uitleg katodische bescherming (KB)
één van de grootste kathodische beschermingssystemen ter wereld is de Stomvloedkering Oosterschelde.
Elke van de 62 schuiven heeft een zestal schuifgeleidingen, voorzien van aluminium-bronzen geleideplaten die zich grotendeels onder water bevinden. Als bescherming tegen corrosie worden deze geleideplaten kathodisch beschermd door 24 potentiaal-gestuurde gelijkrichters met een totale capaciteit van 6200 Ampère,
