Treksterkte

De treksterkte van een materiaal is één van de belangrijkste eigenschappen bij het beoordelen van hoe sterk een materiaal is. Of het nu gaat om staal, kunststof of vezelversterkte materialen, de treksterkte zegt veel over de prestaties en de grenzen van het materiaal. Maar wat houdt treksterkte precies in? En hoe verhoudt het zich tot andere begrippen zoals de vloeigrens of het spanning-rekdiagram?

In dit artikel leggen we op een eenvoudige manier uit wat treksterkte is, hoe het gemeten wordt en waarom het zo belangrijk is in de techniek en materiaalkunde.

Wat is treksterkte?

Treksterkte, ook wel ultimale treksterkte (UTS) genoemd, is de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan voordat het breekt. Met spanning bedoelen we de kracht per oppervlakte-eenheid (zoals N/mm² of MPa) die op het materiaal werkt wanneer het wordt uitgerekt. Zodra de treksterkte wordt overschreden, kan het materiaal geen extra belasting meer aan en treedt breuk op.

De eenheid van treksterkte is meestal MPa (megapascal) of in de Verenigde Staten ook psi (pounds per square inch).

Trekproef en spanning-rekdiagram

De treksterkte wordt meestal gemeten via een trekproef. Hierbij wordt een materiaalmonster langzaam uitgerekt totdat het breekt. De resultaten worden grafisch weergegeven in een spanning-rekdiagram, waarin duidelijk te zien is hoe het materiaal zich gedraagt onder belasting:

• Elastisch gebied: het materiaal keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm als de belasting wegvalt.

• Vloeigebied: hier begint het materiaal plastisch te vervormen, wat betekent dat de vorm permanent verandert.

• Treksterktepunt: het hoogste punt op de grafiek. Hierna treedt insnoering op, en uiteindelijk breuk.

Wat is de vloeigrens?

Hoewel treksterkte belangrijk is, is in de praktijk vaak de vloeigrens belangrijker. De vloeigrens, soms ook 0,2%-rekgrens of Rp 0,2 genoemd, geeft aan bij welke spanning het materiaal begint te vloeien (blijvend vervormen).

Waarom is dit belangrijk? Omdat in veel toepassingen voorkomen moet worden dat het materiaal blijvend vervormt. Denk aan bruggen, auto-onderdelen of machines: je wilt niet dat deze permanent verbuigen bij normaal gebruik.

Treksterkte en brosheid

Niet alle materialen vertonen hetzelfde gedrag bij belasting. Sommige materialen, zoals glas of sommige harde kunststoffen, zijn bros. Ze breken zonder te vervormen of in te snoeren. In dat geval is de treksterkte ook de breukgrens, en valt er geen insnoering waar te nemen op de grafiek.

Andere materialen, zoals staal of koper, vertonen wel plastische vervorming en insnoering voordat ze breken.

Voorbeelden van treksterkte

De treksterkte verschilt sterk per materiaal. Hier enkele voorbeelden:

Zoals je ziet, zijn moderne vezelversterkte materialen zoals koolstofvezel extreem sterk, zelfs sterker dan staal – maar vaak ook veel duurder.

Waarom is treksterkte belangrijk?

Treksterkte wordt gebruikt om te bepalen of een materiaal geschikt is voor een bepaalde toepassing. Denk aan:

• Bruggenbouw: Het staal moet voldoende treksterkte hebben om het gewicht van voertuigen en windkrachten aan te kunnen.

• Luchtvaart: Onderdelen moeten sterk zijn maar ook licht. Daarom worden vaak materialen met een hoge treksterkte-gewichtsverhouding gebruikt.

• Productontwerp: Bij het kiezen van materialen voor producten zoals fietsen, meubels of gereedschap is de treksterkte een belangrijke factor.

Treksterkte is de maximale spanning die een materiaal aankan voordat het breekt. Het is een essentiële eigenschap in de techniek en helpt ingenieurs en ontwerpers bij het kiezen van de juiste materialen. Samen met begrippen zoals vloeigrens en het spanning-rekdiagram geeft treksterkte inzicht in hoe materialen zich gedragen onder belasting.

Door te weten wat de treksterkte is, kun je betere en veiligere constructies maken die niet zomaar falen.

oude tekstTreksterkte.

De treksterkte van een materiaal is een maatstaf om de mechanische eigenschappen van een materiaal te classificeren. Praktisch is de vloeigrens (soms ook de 0,2%-rekgrens of Rp 0,2) van veel meer belang. Immers, als het materiaal tot de treksterkte komt, is het reeds sterk plastisch vervormd.

De treksterkte is de maximale mechanische spanning die een materiaal bereikt als het plastisch vervormd wordt. Voor de meeste staalsoorten vindt dit plaats vóór het vloeien van het materiaal (= vloeigrens), en na de proportionaliteitsgrens (grens waarbij de Wet van Hooke geldig is).

Als het materiaal deze spanning langdurig opgelegd krijgt, dan zal er breuk optreden. Grafisch is dit duidelijk te zien in het zogenaamde spanning-rekdiagram. De treksterkte geeft op deze manier ook aan waar insnoering begint, tenzij het materiaal zo bros is dat er geen insnoering plaatsvindt. Dan breekt het materiaal zodra de spanning gelijk is aan de treksterkte.

De eenheid van treksterkte is MPa (of psi) en kan variëren van 10 MPa en minder voor sommige polymeren tot meer dan 5000 MPa voor koolstofvezels.