Mechanische eigenschappen en chemische samenstelling
De mechanische eigenschappen van staal worden voornamelijk bepaald door de chemische samenstelling van het staal. Doordat staal een aantal gunstige mechanische eigenschappen heeft ten opzichte van andere metalen en hun legeringen, heeft staal een zeer groot toepassingsgebied.
Mechanische eigenschappen
De belangrijkste mechanische eigenschappen van staal zijn:
- Sterkte: de weerstand die staal biedt tegen stuktrekken.
- Taaiheid versus brosheid. Taaiheid is de mate van vervorming die staal kan ondergaan voordat breuk optreedt. Brosheid is de mate waarin het staal zonder rekken breekt wanneer er kracht op wordt uitgeoefend.
- Hardheid: de weerstand die staal biedt tegen blijvende vervorming door indrukking.
Deze staaleigenschappen worden vastgesteld door middel van de trekproef, de kerfslagproef en de hardheidsmeting.
Trekproef
Bij de trekproef wordt met kracht aan het staal getrokken en wordt gemeten hoe het staal zich gedraagt bij geleidelijk toenemende belasting. Bij het bereiken van de elasticiteitsgrens begint het staal (permanent) te vervormen.
Kerfslagproef
Bij de kerfslagproef wordt de hoeveelheid energie gemeten die nodig is om een proefstuk met een vooraf aangebrachte v-vormige kerf door middel van een plotselinge belasting tot breuk te brengen. De energie die nodig is om het proefstaafje te breken is de kerfslagwaarde, uitgedrukt in Joule. Taaie materialen hebben een hoge kerfslagwaarde, brosse materialen hebben een lage kerfslagwaarde.
Vooral in scheepsbouw en in de offshore-industrie is het belangrijk dat de toegepaste materialen over voldoende taaiheid beschikken. In de offshore en in de scheepvaart worden namelijk grote krachten uitgeoefend op constructies. Deze constructies dienen daarom niet breekbaar of bros te zijn maar juist taai.
Hardheidsmeting
Bij de hardheidsmeting wordt een hard voorwerp (kogel of diamanten punt) in het te onderzoeken stalen proefstuk gedrukt. Het voorwerp laat daarbij een afdruk achter. Afhankelijk van de meetmethode wordt de oppervlakte-indrukking of de diepte van de indrukking gemeten. Bij de hardheidsmeting volgens Brinell, wordt een kogel in het proefstuk gedrukt. De grootte van de indrukking is een maat voor de hardheid van het staal en wordt uitgedrukt in Hardheid volgens Brinell (HB).
Chemische samenstelling
De chemische samenstelling van staal is extreem belangrijk. Het is een fundamentele factor die de mechanische eigenschappen en dus ook de toepassing van het staal sterk bepaalt. Vanwege deze fundamentele rol wordt er streng toegezien op de productie van staal volgens de geldende Europese normen. Bij de toepassing van staal moet de engineer of constructeur altijd rekening houden met de exacte chemische samenstelling van het te gebruiken staal.
