Materiaaleigenschappen

Materiaaleigenschappen veel toegepaste materialen

Aluminium:
Aluminium is een scheikundig element met symbool Al en atoomnummer 13. Het is een zilverwit hoofdgroepmetaal. Aluminium is licht (slechts een derde van het gewicht van staal of brons), en met 4% koper, 1% magnesium, 1% mangaan en 0,5% silicium even slijtvast en bestendig tegen corrosie, behalve spanningscorrosie. Aluminium corrodeert wel als het in aanraking komt met zuurstof maar de oxidehuid die hierbij gevormd wordt, is egaal en gesloten zodat het onderliggende materiaal niet meer verder kan corroderen. Door inwerking van lucht in combinatie met vocht kan dit corrosieproces echter wel verdergaan, men spreekt dan van "witroest". Het is een goede geleider, het is niet ferromagnetisch, maar kan bij het in contact komen met een heel krachtige magneet wel zijn eigen zwerfstroom en zo een tegengesteld magnetisch veld opwekken. Het vonkt niet, en het laat zich relatief gemakkelijk vormen.

Gietijzer:
Gietijzer is een in vormen gegoten legering van ijzer, koolstof (2,5%-6,67%), mangaan en silicium. Het wordt vervaardigd door omsmelting van ruw ijzer samen met cokes (kooks) en kalk in een koepeloven, inductieoven of trommeloven.
Vanwege de ruwheid van het oppervlak is het uiterlijk van een gietijzeren voorwerp duidelijk als zodanig te herkennen. Gietijzer is zeer goed op druk te belasten, maar de treksterkte is niet erg groot.
Laminair gietijzer (bijv.GG25) is vrij star, in het geheel niet flexibel, dat wil zeggen breekbaar bij verkeerde belasting. Lamellair gietijzer bevat ongeveer 95% ijzer. Verder bevat het ± 2,8 - 3,8% koolstof, 1 – 3% silicium en 0,3 – 1% mangaan. Het is een relatief goedkoop materiaal omdat het makkelijk te gieten en te bewerken is. Warmtebehandelingen voor het verhogen van de hardheid worden niet aanbevolen.
Nodulair gietijzer (bijv. GGG40) is een gietijzersoort waarbij de vrije, ongebonden koolstof in de vorm van nodulen (bolvormen) aanwezig is in het gestolde gietijzer. De nodulen worden gevormd door toevoeging van 0,05% magnesium. De mechanische eigenschappen van dit materiaal benadert de eigenschappen van gietstaal. Door het toevoegen van een aantal andere legeringselementen kunnen de eigenschappen van het materiaal sterk beïnvloed worden. Tevens kan de matrix worden beïnvloed door het toepassen van warmtebehandeling.
Deze materiaalsoort wordt veelvuldig toegepast in hogedruk pompen en pompen die worden toegepast in een explosiegevaarlijke Atex zone.

Brons:
Brons is een legering van koper en tin. Het tingehalte kan variëren van ca. 10 tot 30%. De legering heeft een roodachtige tot gelige kleur, afhankelijk van het tingehalte. Het is een taai en corrosiebestendig materiaal, dat zich goed leent voor bewerking. Brons is door de toevoeging van tin harder en minder buigzaam dan koper en heeft een kleinere buigsterkte, het heeft een grote dichtheid waardoor het makkelijk gegoten worden. Door de toevoeging van tin heeft brons een lager smeltpunt dan puur koper. Door de corrosiebestendigheid wordt het veel toegepast in voorwerpen die in contact kunnen komen met zeewater. Ook wordt het veel toegepast in omgevingen waar explosiegevaar (ATEX) heerst en vonkvorming ongewenst is. Tevens wordt Brons veel toegepast als materiaal voor glijlagers omdat het zeer goede glijeigenschappen heeft. Hierbij zijn er veel legeringen mogelijk zoals CuAl10Ni, CuSn10 en CuSn12. Gedraaide bronzen glijlagers worden doorgaans gesmeerd door vloeistof of vet zodat er een film vormt tussen het glijlager en de as.

Messing:
Messing of geelkoper is een legering van koper en zink. Het percentage zink varieert van 5 tot 45 %. Andere legerende elementen zijn tin (1 tot 5 %), lood (0,1 tot 7 %), nikkel, ijzer en aluminium. Messing is een waardevol materiaal vanwege zijn hardheid en goede zelfsmerende eigenschappen. De toevoeging van zink aan koper verlaagt het smeltpunt, de dichtheid, het warmte- en elektrisch geleidingsvermogen en de elasticiteitsmodulus. Het verhoogt daarentegen de hardheid en de weerstand van het koper. Het elektrisch geleidingsvermogen en het warmtegeleidingsvermogen verminderen met het afnemend percentage koper in de legeringen. Veel kan gedaan worden om de eigenschappen van het normale messing te verbeteren. Een element als aluminium maakt het messing sterker en corrosiebestendig. Het aluminium zorgt voor een zeer dun en doorzichtig, hard laagje dat zelfherstellend is. Het element tin heeft een soortgelijk effect; men vindt het bijvoorbeeld in legeringen die toegepast worden in zeewatermilieus. Combinaties van elementen als ijzer, aluminium, silicium en mangaan kunnen - mits in de juiste combinatie en hoeveelheid aanwezig - voor messingen zorgen met een hoge slijtweerstand.

Roestvaststaal:
Roestvast of roestvrij staal, ook rvs of inox genoemd, is een legering van hoofdzakelijk ijzer, chroom, nikkel en koolstof. Om van roestvast staal te kunnen spreken, is minimaal 11 tot 12% chroom en maximaal 1,2% koolstof nodig. Verder zijn in veel soorten roestvast staal ook de elementen molybdeen, titanium, mangaan, stikstof en silicium aanwezig.
De benaming roestvrij is algemeen ingeburgerd maar wordt door metallurgen liever niet gebruikt, aangezien gewoon staal dat nog niet geroest is, ook 'roest-vrij' is. Zij spreken van een roestvast staal. Overigens kan dit staal onder bepaalde omstandigheden wel degelijk roesten.[1]
De oxidehuid van een roestvast materiaal sluit het onderliggende materiaal goed af, waardoor in bepaalde gevallen geen verdere roestvorming zal plaatsvinden of deze roestvorming vertraagd wordt. In de praktijk zijn er twee gevallen waarbij RVS toch kan roesten: bij de aanwezigheid van chlorides of bij de verontreiniging van het materiaal door 'gewoon' staal dat wel roest.
Industrieel gebruikt men veelal de Amerikaanse normalisatie:

AISI 304 (1.4301) bestaat uit 18% chroom en 8% nikkel. Deze legering is in zachtgegloeide toestand niet-magnetisch en niet hardbaar, in koudvervormde toestand zwak magnetisch. Minder gevoelig voor uitscheiding van chroomcarbiden tijdens lassen.

Een meer corrosiebestendige maar duurdere soort is AISI 316 (EN 1.4401) met 16% chroom en 10% nikkel en 2% molybdeen. Type 316 is beter bestand tegen zoutcorrosie en wordt veel toegepast in de scheikundige industrie. 316L (1.4404, "L" staat voor "low carbon") heeft een laag koolstofgehalte om een gemakkelijker lasbaar roestvast staal te verkrijgen, en de corrosiegevoeligheid na het lassen te beperken. Een andere manier om dit staal lasbaarder te maken is door toevoeging van titaan aan de legering, hetgeen het type 316Ti (1.4571) oplevert. De magnetische eigenschap van rvs wordt bepaald door de kristalstructuur, dus door de samenstelling van het soort rvs. Roestvaste staalsoorten met tussen 6 en 26% nikkel (de 300-reeks uit de AISI) zijn austenitisch en daarom niet-magnetisch in geleverde toestand. Ze zijn uitstekend vervormbaar (plooien, dieptrekken, strekken) en ook schokbestendig door het temperatuursbereik van heel lage tot heel hoge temperaturen. Nikkel zorgt ervoor dat het staal in zijn austenitische toestand blijft tijdens het afkoelen. De overige elementen verhogen de corrosieweerstand en verwerkbaarheid van het staal. Bij sterke koudvervorming verandert de kristalstructuur echter, waardoor wel magnetische eigenschappen optreden bij austenitisch rvs. Martensitische, ferritische en duplex roestvast staalsoorten zijn daarentegen magnetisch.

veelvoorkomendematerialen1.jpg


Duplex staal onderscheidt zich van het klassieke roestvast staal door grotere corrosievastheid en sterkte bij goede taaiheid en redelijke bewerkbaarheid. De chemische samenstelling is zo gekozen dat bij afschrikken van het gewalste staal in water vanaf 1050 gr.C een structuur ontstaat van circa 50% ferriet en 50% austeniet.
De structuur is half ferritisch en half austenitisch. De rekgrens is tweemaal zo hoog als van austenitisch roestvast staal. De legering is moeilijker te vervaardigen en te bewerken dan austenitisch staal en dus duurder. Duplex RVS heeft een lagere koolstofgehalte en een goede weerstand tegen put-, spleet en spanningscorrosie.

Samenstelling van de duplex roestvast staal groep
• Chroom tussen 24% en 27%
• Nikkel tussen 4,5% en 7%
• Molybdeengehalte tussen 2% en 6%
• Laag koolstof max. 0,03%
• Kleine hoeveelheid stikstof, fosfor en soms koper en wolfram

Super Duplex (werkstofnummer 1.4501) is een hogere variant van Duplex.

Hastelloy:
Hastelloy is een legering van kobalt, chroom, nikkel en molybdeen. Hastelloy is heel goed bestand tegen hoge temperatuur (ca 1100 °C) en tegen corrosie. Hastelloy is heel hard en daardoor moeilijk te bewerken. Hastelloy wordt meestal gegoten. Hastelloy is geen eenduidige legering: er bestaan nog ondersoorten in die met letters en cijfers worden aangeduid. Een voorbeeld is hastelloy c22 dat minder dan 2,5 % kobalt bevat, maar wel 56 % nikkel en 22 % chroom.

Titanium:
Titanium is een scheikundig element met symbool Ti en atoomnummer 22. Het is een grijs metallisch overgangsmetaal, het behoort met zirkonium (Zr), hafnium (Hf) en rutherfordium (Rf) tot de titaangroep. Titaan staat bekend om de goede corrosiebestendige eigenschappen (bijna net zo resistent als platina) omdat het bedekt wordt door een dun hard en inert laagje titaanoxide dat minstens enkele nanometers dik is. Titamium is bestand tegen extreme temperatuurverschillen en heeft een gunstige sterkte-massaverhouding. Titaan is net zo sterk als staal, maar heeft slechts 60% van de dichtheid. Titanium bewerken is complex, dat heeft te maken met de atoomstapeling: de atoombolletjes zijn dicht gestapeld. Als je titanium wil verspanen moet je vooral opletten dat het materiaal een slechte warmtegeleider is.

Silicium carbide:
Siliciumcarbide korrels kunnen door sinteren met elkaar worden verbonden om zeer harde keramiek te vormen die veel worden gebruikt in toepassingen die een hoge slijtvastheid vereisen. Het is bestand tegen extreme temperaturen, heeft een goede warmtegeleidbaarheid en heeft een zeer goede chemische resistentie. Het oppervlak is doorgaans glad waardoor het weinig wrijving ondervind. Silicium carbide wordt daarom veel toegepast als materiaal voor glijlagers en glijvlakken voor mechanical seals.

Tungsten carbide:
Tungsten carbide wordt ook wel wolfraamcarbide genoemd. Het is een chemische verbinding die gelijke delen wolfraam en koolstofatomen bevat. In zijn meest basale vorm is wolfraamcarbide een fijn grijs poeder, maar het kan worden geperst en gevormd tot vormen door een proces genaamd sinteren. Wolfraamcarbide is ongeveer twee keer zo stijf als staal en is het dubbele van de dichtheid. Tungsten carbide is doorgaans nikkel- of cobalt gebonden.

veelvoorkomendematerialen2.jpg
 

PVC:
Polyvinylchloride (PVC) is een veelvuldig toegepaste thermoplast die ontstaat na polymerisatie van het monomeer vinylchloride (VCM). PVC is goed bestand tegen vocht. De warmtebestendigheid van PVC is ca. 60°C. Door toevoeging van stabilisatoren zoals loodverbinden is PVC niet geschikt voor de voedingsmiddelen industrie. Het materiaal is goed bestand tegen de meeste chemicaliën. De toepassing van PVC vinden we dan ook veelal in de chemische industrie, laboratoria, als leidingwerk en in de galvanische en elektrotechnische industrie. PVC is goed mechanisch te bewerken, goed te lassen en te lijmen.

Polypropyleen:
Polypropyleen kan zeer zuiver worden gemaakt. Het is goed bestand tegen basen en zuren. Het polymeer kan heet in een vorm worden geperst, maar ook worden gezaagd/gefreesd en gelast. Polypropyleen is relatief hard, sterk en stijf zeker in vergelijking met lage dichtheid polyethyleen. Het is minder hard dan PVC en relatief taai. Het is resistent tegen een temperatuur van max. 80 graden Celsius. Polypropyleen is ook leverbaar in een elektrisch geleidende uitvoering voor in Atex omgevingen.

PVDF:
Polyvinylideenfluoride (PVDF) is een industrieel veel toegepaste High Performance kunststof. Een materiaal dat wordt gebruikt in kritische toepassingen die een uitstekende chemische resistentie, hoge mate van zuiverheid en uitstekende mechanische eigenschappen vereisen. Ten opzichte van andere fluorpolymeren heeft het een zeer goede kruipweerstand. PVDF is ongevoelig voor weersinvloeden, veroudert niet en neemt geen vocht op. PVDF heeft een gebruikstemperatuur die ligt tussen de -50°C en 160°C en heeft een uitstekende thermische stabiliteit. Hierdoor is PVDF een goed alternatief voor PTFE. PVDF heeft een lage ontvlambaarheid en een hoge isolatiewaarde. Het materiaal is geschikt voor direct contact in de levensmiddelen industrie. PVDF heeft een lage wrijvingsweerstand, is vlamdovend, goed te bewerken en is goed toe te passen als glijlagers, pomphuizen, waaiers, leidingen, bekledingen, opslagtanks.

PTFE:
Teflon (PTFE) wordt zowel als zuiver materiaal geleverd als met verschillende toevoegingen, zoals : met Glasvezel voor een hogere mechanische belastbaarheid, met koolstof voor betere glij-eigenschappen en uitstekende warmte afvoer, met brons of keramiek voor een hogere druk- en slijtvastheid. Teflon is ongevoelig voor weersinvloeden, veroudert niet en neemt geen vocht op, stoot dit zelfs af en is uitermate antiklevend. De gebruikstemperatuur is hoog, ligt tussen de -200°C en 260°C. Pas op, boven de 400°C treedt bij Teflon ontleding op, waarbij zeer giftige fluorgassen vrijkomen. Teflon heeft een lage ontvlambaarheid en een hoge isolatiewaarde. Het materiaal is reukloos, smaakloos en gifvrij en daardoor geschikt voor direct contact in de levensmiddelen industrie. Teflon is uitzonderlijk goed bestand tegen chemische stoffen, waardoor het veel wordt toegepast in de chemische industrie. Teflon heeft een zeer lage wrijvingscoëfficiënt over een breed temperatuurbereik, welke met smering nog lager wordt, geen Stick-Slip effect. Het materiaal is goed te bewerken en heeft een groot ”geheugen”. Hierdoor is het goed toe te passen als pakkingen en afdichtingen. Verder wordt het toegepast als isolatiedelen, glijstukken en lagers.

PFA:
PERFLUOROALKOXY (PFA) biedt de hoogste continue gebruikstemperatuur 260˚C van alle meltable Fluorpolymeren. PFA biedt veel van de hoogwaardige eigenschappen van PTFE in een transparante vorm met een lichtblauwe gloed. Kan worden gelast, gemetalliseerd of gelamineerd op diverse materialen. PFA film biedt een combinatie van uitstekende diëlektrische eigenschappen over een breed temperatuur en frequentiegebied, de hoogste chemische bestendigheid en flex life, een uitstekende helderheid, weersbestendigheid en weerstand tegen breuk. PFA heeft een zeer lage wrijvingscoëfficient.

HMPE:
Hoog moleculair polyethyleen (HMPE) is een polyethyleen met een hoge dichtheid waardoor het slijtvast is. Hoog Moleculair Polyetheen is er in HMPE P500 en in Ultrahoog Moleculair Polyetheen UHMPE P1000. Een grotere dichtheid betekent grotere stijfheid, sterkte, hardheid, slijtvastheid en betere bestendigheid tegen hogere temperaturen en chemicaliën. Als de mechanische belasting niet te groot is, kan Polyetheen een temperatuur van circa 70°C verdragen. Polyetheen wordt zeer veel toegepast in de levensmiddelen industrie, omdat er niets aan het materiaal hecht en het smaak- en reukloos is. Polyetheen is vrij taai en beschikt over uitstekende glij-eigenschappen vanwege zijn lage wrijvingscoëfficiënt. Is zeer goed te bewerken en heeft een hoge slagvastheid bij lage temperaturen, brokkelt of splintert niet.
HMPE P500 en P1000 zijn zeer slecht lasbaar.

Peek:
Polyetheretherketon (Peek) behoort tot de groep high performance kunststoffen. Het temperatuurbereik van PEEK loopt van -40°C tot 250°C met kortstondige pieken tot 300°C. Deze kunststof weerstaat een zware belastbaarheid en heeft een uitstekende chemische bestendigheid. Peek is ook leverbaar in een uitvoering geschikt voor de voedingsmiddelenindustrie met FDA certificaat. Voeg daarbij de lage uitzettingscoëfficiënt en hoge materiaalstijfheid en het is duidelijk dat het een uitstekende maatvastheid biedt. Dit materiaal wordt dat ook veel toegepast voor glijlagers en tandwielen.

Neopreen:
Neopreen of Neoprene is ook bekend als CR (Chloroprene) rubber. Deze synthetische elastomeer is van alle commerciële rubber kwaliteiten het meest allround toepasbaar. De maximale gebruikstemperatuur is 80 graden C. Neopreen is breed inzetbaar en heeft een gemiddelde chemische bestendigheid tegen vele media

NBR (Buna-N):
Nitril Butadiene Rubber (NBR) is ook bekend onder de veel gebruikte merknamen zoals Perbunan, BUNA-N en Hycar. Dit synthetische rubber is bij uitstek geschikt voor toepassing met oliën, vetten, smeermiddelen, koolwaterstoffen en een aantal verdunde zuren. NBR rubber is toepasbaar tot 80 graden Celsius en heeft goede mechanische eigenschappen, zeker daar waar het sterkte en slijtage betreft.

EPDM:
Ethyleen-Propyleen-Dieen-Monomeer (EPDM) rubber is zeer goed bestand tegen ozon en ultraviolette (UV) straling. EPDM is toepasbaar voor temperaturen tot 100 °C en geschikt voor applicaties met chemicaliën waaronder alkalische vloeistoffen met een hoge pH waarde maar ook enkele zuren. EPDM afdichtingen hebben een goede weerstand tegen heet water en stoom (tot 130°C) echter is het niet bestand tegen oliën en vetten.

Hypalon (CSM):
Hypalon werd ontwikkeld bij DuPont[en de naam heeft zich ontwikkeld tot soortnaam voor alle CSM. CSM is uitstekend ozon bestendig, kleurhoudend, vlam, olie– en water bestendig. De fysische eigenschappen zijn goed tot uitstekend te noemen. Hiernaast zijn ook een hoge temperatuurbestendigheid (tot +130 graden Celsius), een goede slijtvastheid, een goede chemische resistentie, en zuurbestendigheid sterke eigenschappen van deze rubbersoort.

Santopreen (TPV / TPE):
Santroprene is een handelsnaam voor thermoplastisch vulcanisaat, een PP/EPDM. Het is een sterk en flexibel materiaal. Santoprene ™ heeft het uiterlijk, het gevoel en het gedrag van EPDM-rubber, maar kan worden verwerkt op conventionele thermoplastische verwerkingsapparatuur, waardoor een vereenvoudigd productieproces mogelijk is. Santopreen heeft een hoge resistentie tegen diverse chemicaliën waaronder zuren en logen. De temperatuurresistentie is max. 135°C.

Viton (FKM / FPM):
Viton is een elastomeer van synthetisch rubber en fluorpolymeer dat veel wordt gebruikt in afdichtingen. Viton heeft een goede bestendigheid met betrekking tot hoge temperaturen en chemicaliën. Bovendien is het zeer goed bestand zijn tegen veroudering en ozon, weinig gas doorlaten (zeer geschikt voor vacuüm toepassing). Viton is zeer goed bestand tegen minerale oliën en vetten, alifatische, aromatische en gechloreerde koolwaterstoffen, motorbrandstoffen, de moeilijk ontvlambare vloeistoffen HFD en vele organische oplossingsmiddelen en chemicaliën. Naast standaard Viton zijn diverse speciale compounds verkrijgbaar, die door verschillende samenstelling van de molecuulstructuren en variërende fluorgehaltes (65% tot 71%) uitermate geschikt zijn voor bijzondere toepassingen. Viton is in het algemeen niet bestand tegen heet water, waterdamp, polaire oplossingsmiddelen, remvloeistoffen op glycolbasis en laagmoleculaire organische zuren. De temperatuurresistentie bedraagt van -20°C tot 200°C.

Kalrez (FFKM):
FFKM of perfluorelastomeren zijn elastomeren die meer fluor bevatten dan elk ander gefluoreerd elastomeer zoals standaard FKM. Deze unieke eigenschap zorgt ervoor dat FFKM een bijna universele chemische compatibiliteit heeft. O-ringen en afdichtingen van FFKM-rubber hebben de hoogste chemische en temperatuurbestendigheid van alle elastomeren tot 325 ºC.

veelvoorkomendematerialen3.jpg