Hoofdverschil – vloeigrens vs. treksterkte
In de materiaalkunde zijn vloeigrens en treksterkte twee eigenschappen die kunnen worden gebruikt om een materiaal te karakteriseren. Het belangrijkste verschil tussen vloeigrens en treksterkte is dat de vloeigrens de minimale spanning is waaronder een materiaal blijvend vervormt, terwijl de treksterkte de maximale spanning beschrijft die een materiaal aankan voordat het breekt.
Spanning – vervormingseigenschappen van een materiaal
Wanneer een vast materiaal geen externe krachten ondervindt, trillen alle moleculen waaruit het materiaal is opgebouwd rond hun evenwichtsposities. Dit is de configuratie met de laagste energie voor de moleculen, en als zij van hun evenwichtspositie worden verwijderd, zullen de moleculen proberen terug te keren naar hun evenwichtspositie. Technisch gezien is stress een meting van deze intermoleculaire krachten. Als het materiaal niet versneld wordt, dan zouden de intermoleculaire krachten in evenwicht moeten zijn met de externe krachten die op het materiaal werken. Daarom kunnen wij een indicatie van de spanning krijgen door de externe krachten te meten die op het voorwerp werken. De spanning () op een voorwerp wordt gegeven door de externe kracht op het voorwerp gedeeld door de dwarsdoorsnede van het monster van een materiaal.
Wanneer een voorwerp onder spanning staat, ondergaat het vervorming. Spanning is een maat die de verandering in lengte van een voorwerp geeft, gedeeld door de oorspronkelijke lengte. Spanning wordt meestal aangeduid met het symbool . Als wij een materiaalmonster aan verschillende spanningsniveaus onderwerpen, de overeenkomstige vervormingen meten en dan een grafiek maken van spanning ten opzichte van vervorming, dan verkrijgen wij wat men noemt een spanning-rek kromme, die karakteristiek is voor een bepaald materiaal. De grafiek hieronder toont de spanning-rek kromme voor een typisch vervormbaar materiaal zoals staal:
Spanning-rek kromme voor een vervormbaar materiaal
Wat is de vloeigrens
Wanneer de spanning op een materiaal langzaam wordt opgevoerd, ziet men dat de rek in het begin evenredig toeneemt. Als de kracht die de spanning op het materiaal veroorzaakt wordt weggenomen, dan keert het materiaal terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Wanneer een materiaal hiertoe in staat is, zeggen we dat het materiaal elastisch is (denk aan een elastiekje). Als de spanning op het materiaal blijft toenemen, dan zal het materiaal uiteindelijk een punt bereiken waarop het materiaal zo vervormd raakt dat, zelfs als de vervormende krachten worden weggenomen, het materiaal niet meer in staat is om terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm. De spanning waarbij een materiaal ophoudt zich elastisch te gedragen wordt de vloeigrens genoemd. Wanneer het materiaal niet meer in staat is terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm, zeggen we dat het materiaal plastisch is.
Wat is treksterkte
Voorstel dat je de krachten op het materiaal blijft opvoeren tot voorbij de vloeigrens. Het materiaal blijft vervormen, en uiteindelijk kunnen de krachten tussen de moleculen de externe krachten niet meer tegenhouden en breekt het materiaal. De maximale spanning die het materiaal aankan voordat het breekt, wordt de treksterkte of eindsterkte genoemd.
Als je naar de spanning-rek kromme hierboven kijkt, lijkt de spanning af te nemen naarmate het materiaal langer wordt. Dit komt omdat de definities van spanning en rek die voor het tekenen van deze diagrammen worden gebruikt, geen rekening houden met de veranderingen in het oppervlak die optreden wanneer de krachten op het materiaal worden uitgeoefend. In plaats daarvan wordt hier aangenomen dat de oppervlakte constant blijft. Dit type van definitie voor spanning waarbij geen rekening wordt gehouden met veranderingen in de oppervlakte wordt engineering spanning genoemd. Als de verandering in oppervlakte wel in aanmerking wordt genomen, dan laat de spanning-rek kromme zien dat als het materiaal steeds verder uitrekt, de spanning ook toeneemt. De definitie van spanning die rekening houdt met de voortdurende verandering in de oppervlakte wordt ware spanning genoemd.
Verschil tussen vloeigrens en treksterkte
Definitie:
Opbrengststerkte is de spanning die een materiaal zijn elastische gedrag doet verliezen.
Treksterkte is de maximale spanning die een materiaal aankan voordat het breekt.