Spanning-rekdiagram

spanning-rekdiagram van zacht staal

In het spanning-rekdiagram wordt de spanning σ als gevolg van een trekkracht op een materiaal uitgezet tegen de relatieve rek ε (verlenging als percentage van de oorspronkelijke lengte). Een dergelijke curve kan worden opgenomen met een trekbank.

In de figuur is een spanning-rekdiagram aangeven van een trekproef uitgevoerd op zacht staal.

[bewerk] Legenda

A: proportionaliteitsgrens. Boven dit punt is de rek niet meer lineair afhankelijk van de spanning, zie Wet van Hooke.
B: elasticiteitsgrens, bovenste vloeigrens, boven deze grens vervormt het materiaal plastisch.
C: (onderste) vloeigrens. Hier start het materiaal met vloeien.

Praktisch gezien vallen de punten A, B en C samen: enkel de bovenste vloeigrens wordt gegeven.

D: start verstevigen,
E: treksterkte (σ_UTS: Ultimate Tensile Strength),
F: breuk.

Voor een bros of steenachtig materiaal (een materiaal dat weinig rekt en niet plastisch vervormt maar breekt) zijn D en E niet gedefinieerd; F valt samen met A,B en C. Bij een dergelijk materiaal zal de druksterkte een stuk hoger liggen dan de treksterkte E, bijvoorbeeld beton det een druksterkte van 52 MPa heeft kan een treksterkte van circa 6 MPa hebben.

I: elastisch gebied. Als de trekkracht van het materiaal wordt af gehaald, zal het materiaal weer in de oorspronkelijke toestand terugkeren. De helling van dit stuk is een maat voor de elasticiteitsmodulus.
II: vloeien. In deze fase kan men stellen dat het materiaal als een vloeistof reageert: de rek verandert onder quasi constante spanning.
III: versteviging. In dit gebied zal het materiaal door het lopen van dislocaties verstevigen.
IV: insnoering. In het gebied I+II+III zal het materiaal al zijdelings verkorten (door het poisson-effect), vanaf E zal de proefstaaf op een bepaalde plaats erg binnen insnoeren. In dat gebied zal de spanning blijven stijgen, tot het proefstuk bezwijkt. Buiten de plaats waar de dwarsdoorsnede insnoert, daalt de spanning (zoals op de figuur). Het materiaal echter, bezwijkt wel degelijk op een (ware) spanning hoger dan de σ_UTS!

Verder is de oppervlakte onder de curve een maat voor de taaiheid ofwel hoeveel energie welke het materiaal kan opnemen. Een bros materiaal zal slechts een klein oppervlak, geen insnoering en niet of nauwelijks plastische deformatie hebben. Zoals de grafiek is afgebeeld is standaard voor een taai materiaal.

Een ander materiaal (eveneens een staalsoort) geeft een andere rek-spanningdiagram. De positie van A, B en C is veel minder duidelijk voor dit materiaal. Het elastisch gebied is voor zacht staal maar een fractie van het hele diagram, circa 0,2%, de breukgrens ligt bij ca. 25%.