HC Gebruik van metalen I: Inleiding (H1) en Materiaaleigenschappen
(H2)
Datum: 06 februari 2020
▪ Materiaaleigenschappen worden verdeeld in vier groepen:
▪ fysische eigenschappen;
▪ mechanische eigenschappen;
▪ chemische eigenschappen;
▪ technologische eigenschappen.
▪ Eigenschappen van vliegtuigmaterialen kunnen verdeeld worden in twee groepen:
▪ technische eigenschappen (sterkte, stijfheid, taaiheid, metaalmoeheid,
corrosievastheid);
▪ bedrijfskundige eigenschappen (kosten, calculatie, ontwerp, productie, assemblage,
onderhoud, reparatie).
▪ De materialendriehoek bestaat uit het ontwerp, de materialen en de productie.
▪ Moderne vliegtuigen bestaan uit steeds minder metalen en steeds meer composieten.
▪ Composieten zij lichter, makkelijker te produceren en kennen geen moeheid.
▪ De metalen worden gebruikt voor dragende delen zoals de romp en vleugels.
▪ Metalen kunnen ingedeeld worden in twee groepen:
▪ ferrometalen: metalen waarbij ijzer het voornaamste bestanddeel vormt.
Ferrometalen zijn magnetisch.
▪ non-ferrometalen: een metaal dat geen ijzer bevat of waarin de legeringen ijzer niet
als hoofdbestanddeel hebben.
▪ Ferrometalen:
▪ koolstofstaal en gelegeerd staal: corrosiegevoelig, magnetisch, sterk, zwaar,
goedkoop (in aanschaf, bewerking en reparatie);
▪ gietijzer: weinig last van corrosie, bestand tegen drukbelastingen, bros in
trekbelastingen, zwaar, grote ontwerpvormvrijheid (want gieten), goedkoop bij
serieproductie;
▪ gietstaal: betere eigenschappen in trekbelasting dan gietijzer, maar wel duurder en
moeilijker te bewerken. Koolstofpercentage <2% = staal, koolstofpercentage van >2%
= gietijzer.
▪ Non-Ferrometalen:
▪ aluminium: in legering veel gebruikt in de luchtvaart, lichter en minder sterk dan
staal, duurder dan staal en corrodeert;
▪ titanium: zwaarder dan aluminium, sterker dan aluminium, lage thermische
expansiecoëfficiënt, lichter dan staal, corrosiebestending, duur;
▪ magnesium: lichter dan aluminium, zwakker dan aluminium, corrodeert langzaam,
spanen zijn brandbaar (koelen tijdens productie), moeilijk te vervormen, vaak
gegoten.
▪ koper: goede elektrische geleiding, belangrijk legeringselement in AL 2024;
▪ zink: lage smelttemperatuur, corrosiebestendig, belangrijk legeringselement in AL
7075.
Pagina 1 van 18
,▪ Aluminiumlegeringen worden veel in de luchtvaart gebruikt.
▪ voordelen: lage dichtheid (en dus gewicht), goede prestaties, gemakkelijk te
bewerken;
▪ nadelen: kan niet allemaal gelast worden, gevoelig voor vermoeiing.
▪ Metalen bestaan uit kristallen, die gevormd worden tijdens het stollen. Er zijn een aantal
kristalsoorten:
▪ body centered cubic (BCC);
▪ face centered cubic (FCC);
▪ hexagonal closed packing (HCP).
▪ De kristallen hebben invloed op de dichtheid en de sterkte van het metaal.
▪ Fysische eigenschappen:
▪ smeltpunt en -traject of stolpunt en -traject: wanneer het smelt- of stolproces
tussen twee temperaturen ligt, is dit het smelt- of stoltraject van het metaal.
▪ smelten: vaste naar vloeibare toestand;
▪ stollen: vloeibare naar vaste toestand.
▪ dichtheid;
▪ warmtegeleiding;
▪ thermische uitzetting;
▪ stroomgeleiding;
▪ Mechanische eigenschappen:
▪ sterkte/zwakte: de weerstand die het materiaal biedt tegen bezwijken (stuktrekken):
▪ weinig kracht nodig: zwak
▪ veel kracht nodig: sterk
▪ stijfheid (elasticiteitsmodulus): de mate van vervorming (elastische rek), geeft de
stijfheid van een materiaal:
▪ hoge elasticiteitsmodulus: stijf
▪ lage elasticiteitsmodulus (hoge elastische rek): slap
▪ hardheid/zachtheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen blijvende
vervorming door indrukken:
▪ geringe weerstand: zacht
▪ grote weerstand: hard
▪ taaiheid/brosheid: taaiheid is de eigenschap dat een materiaal goed kan worden
gebogen, zonder te breken:
▪ breken bij geringe doorbuiging: bros
▪ breken bij zeer grote doorbuiging: taai
▪ een hoge treksterke betekent een kleine taaiheid.
Pagina 2 van 18
, ▪ stugheid: plastische vervorming
▪ hoge vloeigrens (veel kracht nodig voor plastische vervorming): stug
▪ lage vloeigrens (weinig kracht nodig voor plastische vervorming): week
▪ vermoeiing: bezwijken bij herhalende kleine en wisselende belastingen
▪ Chemische materiaaleigenschappen:
▪ corrosievastheid: corrosie (elektro)chemische aantasting van metalen uitgaande van
de oppervlakte. Corrosievastheid is de weerstand die het materiaal biedt tegen het
terugkeren naar de oorspronkelijk natuurlijke toestand;
▪ zuurvastheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen inwerking van sterke zuren
en andere bijtende stoffen;
▪ hittevastheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen indringing van zuurstof bij
hoge temperaturen.
▪ Technologische materiaaleigenschappen:
▪ koude vervormbaarheid: de mate waarin het materiaal vervormd kan worden bij
kamertemperatuur (vouwen, persen, dieptrekken, etc.);
▪ warme vervormbaarheid: de mate waarin het materiaal vervormd kan worden na
verwarming. Deze ligt doorgaans hoger dan de koude vervormbaarheid;
▪ verspaanbaarheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen snijdende
bewerkingen (boren, frezen, draaien, etc.):
▪ lage weerstand tegen snijdende bewerkingen: goed verspaanbaar
▪ hoge weerstand tegen snijdende bewerkingen: slecht verspaanbaar
▪ gietbaarheid: de mogelijkheid om het materiaal te smelten tot een dun-vloeibare
vloeistof dan het gebruik voor gieten van gecompliceerd gevormde delen:
▪ op eenvoudige wijze smelten en gieten: goed gietbaar
▪ moeilijk dun-vloeibaar te krijgen of scheuren na stolling: slecht gietbaar
▪ lasbaarheid: mogelijkheid tot lassen:
▪ goed hechtbaar met behoud van sterkte-eigenschappen: goed lasbaar
▪ wel hechtbaar maar verlies van sterkte-eigenschappen: slecht lasbaar
▪ in het geheel niet hechtbaar: niet lasbaar
▪ Belangrijke eigenschappen voor materiaalselectie in de luchtvaart:
▪ dichtheid: lichter vliegtuig;
▪ sterkte: grote belasting opnemen;
▪ stijfheid: zo stijf mogelijk;
▪ corrosievastheid;
▪ vermoeiing: vliegtuigen moeten veel cycli aankunnen;
▪ weerstand tegen belastingwisselingen;
▪ produceerbaarheid.
Pagina 3 van 18
(H2)
Datum: 06 februari 2020
▪ Materiaaleigenschappen worden verdeeld in vier groepen:
▪ fysische eigenschappen;
▪ mechanische eigenschappen;
▪ chemische eigenschappen;
▪ technologische eigenschappen.
▪ Eigenschappen van vliegtuigmaterialen kunnen verdeeld worden in twee groepen:
▪ technische eigenschappen (sterkte, stijfheid, taaiheid, metaalmoeheid,
corrosievastheid);
▪ bedrijfskundige eigenschappen (kosten, calculatie, ontwerp, productie, assemblage,
onderhoud, reparatie).
▪ De materialendriehoek bestaat uit het ontwerp, de materialen en de productie.
▪ Moderne vliegtuigen bestaan uit steeds minder metalen en steeds meer composieten.
▪ Composieten zij lichter, makkelijker te produceren en kennen geen moeheid.
▪ De metalen worden gebruikt voor dragende delen zoals de romp en vleugels.
▪ Metalen kunnen ingedeeld worden in twee groepen:
▪ ferrometalen: metalen waarbij ijzer het voornaamste bestanddeel vormt.
Ferrometalen zijn magnetisch.
▪ non-ferrometalen: een metaal dat geen ijzer bevat of waarin de legeringen ijzer niet
als hoofdbestanddeel hebben.
▪ Ferrometalen:
▪ koolstofstaal en gelegeerd staal: corrosiegevoelig, magnetisch, sterk, zwaar,
goedkoop (in aanschaf, bewerking en reparatie);
▪ gietijzer: weinig last van corrosie, bestand tegen drukbelastingen, bros in
trekbelastingen, zwaar, grote ontwerpvormvrijheid (want gieten), goedkoop bij
serieproductie;
▪ gietstaal: betere eigenschappen in trekbelasting dan gietijzer, maar wel duurder en
moeilijker te bewerken. Koolstofpercentage <2% = staal, koolstofpercentage van >2%
= gietijzer.
▪ Non-Ferrometalen:
▪ aluminium: in legering veel gebruikt in de luchtvaart, lichter en minder sterk dan
staal, duurder dan staal en corrodeert;
▪ titanium: zwaarder dan aluminium, sterker dan aluminium, lage thermische
expansiecoëfficiënt, lichter dan staal, corrosiebestending, duur;
▪ magnesium: lichter dan aluminium, zwakker dan aluminium, corrodeert langzaam,
spanen zijn brandbaar (koelen tijdens productie), moeilijk te vervormen, vaak
gegoten.
▪ koper: goede elektrische geleiding, belangrijk legeringselement in AL 2024;
▪ zink: lage smelttemperatuur, corrosiebestendig, belangrijk legeringselement in AL
7075.
Pagina 1 van 18
,▪ Aluminiumlegeringen worden veel in de luchtvaart gebruikt.
▪ voordelen: lage dichtheid (en dus gewicht), goede prestaties, gemakkelijk te
bewerken;
▪ nadelen: kan niet allemaal gelast worden, gevoelig voor vermoeiing.
▪ Metalen bestaan uit kristallen, die gevormd worden tijdens het stollen. Er zijn een aantal
kristalsoorten:
▪ body centered cubic (BCC);
▪ face centered cubic (FCC);
▪ hexagonal closed packing (HCP).
▪ De kristallen hebben invloed op de dichtheid en de sterkte van het metaal.
▪ Fysische eigenschappen:
▪ smeltpunt en -traject of stolpunt en -traject: wanneer het smelt- of stolproces
tussen twee temperaturen ligt, is dit het smelt- of stoltraject van het metaal.
▪ smelten: vaste naar vloeibare toestand;
▪ stollen: vloeibare naar vaste toestand.
▪ dichtheid;
▪ warmtegeleiding;
▪ thermische uitzetting;
▪ stroomgeleiding;
▪ Mechanische eigenschappen:
▪ sterkte/zwakte: de weerstand die het materiaal biedt tegen bezwijken (stuktrekken):
▪ weinig kracht nodig: zwak
▪ veel kracht nodig: sterk
▪ stijfheid (elasticiteitsmodulus): de mate van vervorming (elastische rek), geeft de
stijfheid van een materiaal:
▪ hoge elasticiteitsmodulus: stijf
▪ lage elasticiteitsmodulus (hoge elastische rek): slap
▪ hardheid/zachtheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen blijvende
vervorming door indrukken:
▪ geringe weerstand: zacht
▪ grote weerstand: hard
▪ taaiheid/brosheid: taaiheid is de eigenschap dat een materiaal goed kan worden
gebogen, zonder te breken:
▪ breken bij geringe doorbuiging: bros
▪ breken bij zeer grote doorbuiging: taai
▪ een hoge treksterke betekent een kleine taaiheid.
Pagina 2 van 18
, ▪ stugheid: plastische vervorming
▪ hoge vloeigrens (veel kracht nodig voor plastische vervorming): stug
▪ lage vloeigrens (weinig kracht nodig voor plastische vervorming): week
▪ vermoeiing: bezwijken bij herhalende kleine en wisselende belastingen
▪ Chemische materiaaleigenschappen:
▪ corrosievastheid: corrosie (elektro)chemische aantasting van metalen uitgaande van
de oppervlakte. Corrosievastheid is de weerstand die het materiaal biedt tegen het
terugkeren naar de oorspronkelijk natuurlijke toestand;
▪ zuurvastheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen inwerking van sterke zuren
en andere bijtende stoffen;
▪ hittevastheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen indringing van zuurstof bij
hoge temperaturen.
▪ Technologische materiaaleigenschappen:
▪ koude vervormbaarheid: de mate waarin het materiaal vervormd kan worden bij
kamertemperatuur (vouwen, persen, dieptrekken, etc.);
▪ warme vervormbaarheid: de mate waarin het materiaal vervormd kan worden na
verwarming. Deze ligt doorgaans hoger dan de koude vervormbaarheid;
▪ verspaanbaarheid: de weerstand die het materiaal biedt tegen snijdende
bewerkingen (boren, frezen, draaien, etc.):
▪ lage weerstand tegen snijdende bewerkingen: goed verspaanbaar
▪ hoge weerstand tegen snijdende bewerkingen: slecht verspaanbaar
▪ gietbaarheid: de mogelijkheid om het materiaal te smelten tot een dun-vloeibare
vloeistof dan het gebruik voor gieten van gecompliceerd gevormde delen:
▪ op eenvoudige wijze smelten en gieten: goed gietbaar
▪ moeilijk dun-vloeibaar te krijgen of scheuren na stolling: slecht gietbaar
▪ lasbaarheid: mogelijkheid tot lassen:
▪ goed hechtbaar met behoud van sterkte-eigenschappen: goed lasbaar
▪ wel hechtbaar maar verlies van sterkte-eigenschappen: slecht lasbaar
▪ in het geheel niet hechtbaar: niet lasbaar
▪ Belangrijke eigenschappen voor materiaalselectie in de luchtvaart:
▪ dichtheid: lichter vliegtuig;
▪ sterkte: grote belasting opnemen;
▪ stijfheid: zo stijf mogelijk;
▪ corrosievastheid;
▪ vermoeiing: vliegtuigen moeten veel cycli aankunnen;
▪ weerstand tegen belastingwisselingen;
▪ produceerbaarheid.
Pagina 3 van 18
