Samenvatting Materials 1
Hogeschool Inholland (2020-2021)
Jesper Dijkstra
,Inhoud
Hoofdstuk 1 Introduction: materials, history and character ............................................................ 3
Hoofdstuk 2 Family trees: organizing materials and processes .................................................... 5
Hoofdstuk 4 Elastic stiffness, and weight: atomic bonding and packing ...................................... 8
Hoofdstuk 6 Beyond elasticity: plasticity, yielding and ductility ................................................... 12
Hoofdstuk 8 Fracture and fracture toughness ................................................................................ 14
Hoofdstuk 9 Cyclic loading and fatigue failure ............................................................................... 17
Hoofdstuk 12 Materials and heat ..................................................................................................... 20
Hoofdstuk 14 Durability: oxidation, corrosion, degradation.......................................................... 23
Hoofdstuk 19 Processing, microstructure and properties............................................................. 27
2
, Hoofdstuk 1 Introduction: materials, history and character
Materialen hebben verschillende eigenschappen, naast gewoon dichtheid zijn er nog veel
meer materiaaleigenschappen.
Mechanical properties
- Elastische modulus E: geeft de stijfheid van een materiaal weer. Hoe hoger hoe
stijver.
- Yield strength 𝝈𝒚 : De hoeveelheid kracht die nodig is om een materiaal permanent
te vervormen. Hoe hoger hoe meer kracht er nodig is
- Tensile strength 𝝈𝒕𝒔 : Het punt waarop een materiaal breekt (dus permanent kapot
gaat).
- Ductility: De oprekking van het materiaal totdat het breekt.
- Fracture toughness 𝑲𝟏𝒄 : De weerstand van materialen tegen scheuren en breken.
Materialen die breken noemen we broos en materialen die niet breken, maar vervormen
noemen we tough.
Thermal properties
- Maximum service temperature Tmax: De temperatuur waarbij het gebruik van een
materiaal niet praktisch is. Het verliest dan namelijk de eigenschappen waar het voor
gekozen is.
- Expansion coëfficiënt: Geeft aan hoeveel een materiaal uitzet.
- Thermal conductivity λ: meet de snelheid waarmee warmte door een materiaal
heen gaat, wanneer 1 kant koud is en 1 kant warm. Hoe hoger λ hoe beter een
materiaal geleid.
- Heat capacity 𝑪𝒑 : Deze eigenschap geeft weer hoeveel warmte er nodig is om de
temperatuur van een materiaal met een bepaalde hoeveelheid te verhogen.
𝛌
- Thermal diffusivity a: kun je berekenen door: 𝑪
𝒑
Chemical properties
Materialen die in de buitenlucht worden gebruikt moeten zo lang mogelijk mee gaan. Daarom
is het belangrijk dat ze zo goed mogelijk worden gecoat met materialen die niet of zo min
mogelijk worden aangetast door de omgeving. De weerstand van materialen voor een
invloed van buitenaf wordt uitgedrukt in een cijfer van 1(slecht) tot 5(goed).
Electrical, magnetic and optical properties
- Electrical conductivity 𝒌𝒆 : Geeft aan hoe goed een materiaal elektriciteit kan
geleiden.
- Resistivity 𝝆𝒆 : Het tegenovergestelde van electrical conductivity; hoe hoger hoe
slechter een materiaal elektriciteit kan geleiden. Materialen met een hoge resistivity
worden dus als isolatoren gebruikt.
- Dielectric constant 𝜺𝑫 : Als deze groot reageert een materiaal op een elektrisch veld,
als deze laag is niet.
Sommige materialen kunnen een elektrisch veld vasthouden, anderen niet. De intensiteit van
het elektrisch veld dat wordt vastgehouden wordt uitgedrukt in de remanence.
3
, Environmental properties
- Embodied energy: De benodigde energie om 1 kg materiaal te produceren
- Carbon footprint: De hoeveel koolstof die vrijkomt voor het produceren van 1 kg van
het materiaal
- Water demand: Is de hoeveelheid water die wordt gebruikt voor de productie van 1
kg materiaal en niet wordt teruggeleid naar de bron.
Design limiting properties
De prestatie van een onderdeel is afhankelijk van alle materialen die worden gebruikt voor
die component. De design limiting properties moeten allemaal een bepaalde waarde hebben.
Als ze deze niet hebben zijn ze dus niet geschikt om te gaan gebruiken.
4
Hogeschool Inholland (2020-2021)
Jesper Dijkstra
,Inhoud
Hoofdstuk 1 Introduction: materials, history and character ............................................................ 3
Hoofdstuk 2 Family trees: organizing materials and processes .................................................... 5
Hoofdstuk 4 Elastic stiffness, and weight: atomic bonding and packing ...................................... 8
Hoofdstuk 6 Beyond elasticity: plasticity, yielding and ductility ................................................... 12
Hoofdstuk 8 Fracture and fracture toughness ................................................................................ 14
Hoofdstuk 9 Cyclic loading and fatigue failure ............................................................................... 17
Hoofdstuk 12 Materials and heat ..................................................................................................... 20
Hoofdstuk 14 Durability: oxidation, corrosion, degradation.......................................................... 23
Hoofdstuk 19 Processing, microstructure and properties............................................................. 27
2
, Hoofdstuk 1 Introduction: materials, history and character
Materialen hebben verschillende eigenschappen, naast gewoon dichtheid zijn er nog veel
meer materiaaleigenschappen.
Mechanical properties
- Elastische modulus E: geeft de stijfheid van een materiaal weer. Hoe hoger hoe
stijver.
- Yield strength 𝝈𝒚 : De hoeveelheid kracht die nodig is om een materiaal permanent
te vervormen. Hoe hoger hoe meer kracht er nodig is
- Tensile strength 𝝈𝒕𝒔 : Het punt waarop een materiaal breekt (dus permanent kapot
gaat).
- Ductility: De oprekking van het materiaal totdat het breekt.
- Fracture toughness 𝑲𝟏𝒄 : De weerstand van materialen tegen scheuren en breken.
Materialen die breken noemen we broos en materialen die niet breken, maar vervormen
noemen we tough.
Thermal properties
- Maximum service temperature Tmax: De temperatuur waarbij het gebruik van een
materiaal niet praktisch is. Het verliest dan namelijk de eigenschappen waar het voor
gekozen is.
- Expansion coëfficiënt: Geeft aan hoeveel een materiaal uitzet.
- Thermal conductivity λ: meet de snelheid waarmee warmte door een materiaal
heen gaat, wanneer 1 kant koud is en 1 kant warm. Hoe hoger λ hoe beter een
materiaal geleid.
- Heat capacity 𝑪𝒑 : Deze eigenschap geeft weer hoeveel warmte er nodig is om de
temperatuur van een materiaal met een bepaalde hoeveelheid te verhogen.
𝛌
- Thermal diffusivity a: kun je berekenen door: 𝑪
𝒑
Chemical properties
Materialen die in de buitenlucht worden gebruikt moeten zo lang mogelijk mee gaan. Daarom
is het belangrijk dat ze zo goed mogelijk worden gecoat met materialen die niet of zo min
mogelijk worden aangetast door de omgeving. De weerstand van materialen voor een
invloed van buitenaf wordt uitgedrukt in een cijfer van 1(slecht) tot 5(goed).
Electrical, magnetic and optical properties
- Electrical conductivity 𝒌𝒆 : Geeft aan hoe goed een materiaal elektriciteit kan
geleiden.
- Resistivity 𝝆𝒆 : Het tegenovergestelde van electrical conductivity; hoe hoger hoe
slechter een materiaal elektriciteit kan geleiden. Materialen met een hoge resistivity
worden dus als isolatoren gebruikt.
- Dielectric constant 𝜺𝑫 : Als deze groot reageert een materiaal op een elektrisch veld,
als deze laag is niet.
Sommige materialen kunnen een elektrisch veld vasthouden, anderen niet. De intensiteit van
het elektrisch veld dat wordt vastgehouden wordt uitgedrukt in de remanence.
3
, Environmental properties
- Embodied energy: De benodigde energie om 1 kg materiaal te produceren
- Carbon footprint: De hoeveel koolstof die vrijkomt voor het produceren van 1 kg van
het materiaal
- Water demand: Is de hoeveelheid water die wordt gebruikt voor de productie van 1
kg materiaal en niet wordt teruggeleid naar de bron.
Design limiting properties
De prestatie van een onderdeel is afhankelijk van alle materialen die worden gebruikt voor
die component. De design limiting properties moeten allemaal een bepaalde waarde hebben.
Als ze deze niet hebben zijn ze dus niet geschikt om te gaan gebruiken.
4
