Slagsterkte:definities, belang en nauwkeurige meettechnieken

Slagsterkte is de maatstaf voor het vermogen van een materiaal om weerstand te bieden aan scheuren, breken of plastische vervorming onder plotselinge en intense schokken of schokbelastingen. Het is een kritische eigenschap die bepaalt in hoeverre het materiaal bestand is tegen plotselinge krachten. Het ontwerpen van componenten die aan hoge stoot- of schokbelastingen worden blootgesteld, hangt af van een goed begrip van deze metingen, om mogelijke storingen mogelijk te maken. De slagsterkte van een materiaal wordt meestal gekwantificeerd met behulp van de IZOD-test of Charpy-tests. Dit zijn indicatieve en gestandaardiseerde tests, gebruikt om materialen te beoordelen. Ze zijn echter niet representatief voor het werkelijke gebruik en bieden beperkte informatie over cyclische of reële belasting. In dit artikel wordt de slagsterkte beschreven, hoe deze wordt berekend, het belang ervan, de factoren die hierop van invloed zijn en de verschillende soorten breuken in de slagsterkte.

Wat is slagsterkte?

Slagsterkte is een maatstaf voor het vermogen van een materiaal om weerstand te bieden aan breuk onder schok- en impulsbelasting. Het is alleen van toepassing op materialen die brosse breuken ondergaan. Het wordt ook gebruikt bij het testen van ductiele materialen die een temperatuurafhankelijke en/of impulsafhankelijke bros-ductiele overgang vertonen. Veel materialen die onder “normale” belastings- en bedrijfsomstandigheden ductiel zijn, kunnen bij koude en/of plotselinge schokken bros gedrag vertonen. Het evalueren van dit gedrag is informatief bij het productontwerp en de materiaalkeuze.

Wat is het belang van slagvastheid?

Het begrijpen van het impactgedrag van materialen is een cruciaal onderdeel van ontwerpinformatie dat zowel de materiaalkeuze als het gedetailleerde ontwerp aanstuurt. Componenten die waarschijnlijk hoge impulseffecten (d.w.z. korte periodes) zullen ondergaan, moeten zo worden gemaakt dat ze weerstand bieden aan de catastrofale effecten die deze kunnen veroorzaken.

Een goed ontwerp van veerkrachtige producten vereist dat naast de basisslagsterkte ook verschillende gedragingen worden begrepen. Het begrijpen van eigenschappen zoals vermoeidheid, microfractuur en gemengd ductiel/broos gedrag draagt ​​ook bij aan het verminderen/vermijden van het maken van producten die voortijdig falen tijdens gebruik. De levensduur is op veel gebieden bijzonder belangrijk. Het maakt preventief onderhoud mogelijk en vergroot het inzicht in inspectieprocessen en -schema's om storingen te voorkomen.

Hoe wordt de impactsterkte berekend of gemeten?

Hieronder vindt u de twee methoden voor het berekenen van de slagsterkte:

1. Charpy-impacttest

De Charpy-test wordt minder vaak gebruikt dan de IZOD-test en resulteert in een meting van de geabsorbeerde Charpy V-impactenergie, in joules. Dit wordt gemeten aan de hand van de slagbeweging van de hamer na de botsing, aangezien de resterende energie wordt gedissipeerd in de voortdurende zwaai van de zwaaihamer.

Raadpleeg onze volledige gids over Charpy Impact Test voor meer informatie.

Wat zijn de factoren die de slagsterkte van materialen beïnvloeden?

Hieronder vindt u de factoren die de slagsterkte van materiaal beïnvloeden:

1. Materiaaldikte

Dikker materiaal zal de sterkte beïnvloeden door meer structuur/verbindingen te bieden die mogelijk moeten worden verbroken om breuk te bereiken.

2. Temperatuur

Veel materialen vertonen aanzienlijke veranderingen in eigenschappen als de temperatuur verandert. Het karakteriseren van deze wijzigingen is een cruciaal onderdeel van het materiaaldefinitie-/testproces, en zowel IZOD- als Charpy-tests worden uitgevoerd bij een reeks standaardtemperaturen.

Vooral metalen hebben een gloeitemperatuur, waarbij ze meer zelfherstellend kunnen worden. Aluminium bijvoorbeeld onthardt bij 570°F, zodat alle kristalgrenzen in elkaar overvloeien en het materiaal zeer taai wordt. Sommige materialen lijden aan verbrossing bij lage temperaturen. Veel materialen worden zwakker naarmate ze heter worden, waarbij ongebruikelijke overgangen zichtbaar worden bij temperaturen zoals het begin van de glasovergang.

3. Inkepingsradius

Spanningsconcentratie is een belangrijke factor in de materiaalsterkte. Een inkeping met een scherpe punt bevordert breuk doordat de spanning op een punt wordt geconcentreerd. De straal van de inkeping is dus van cruciaal belang bij het vergelijken van tests voor soortgelijke materialen.

Wat zijn de verschillende soorten fouten in de slagsterkte?

Hieronder vindt u de verschillende soorten breuken in de slagsterkte:

1. Broze breuk

Een brosse breuk is een breuk waarbij een materiaalmonster in twee of meer delen is verdeeld. Deze onderdelen kunnen weer aan elkaar worden bevestigd om de oorspronkelijke vorm/omtrek van het onderdeel te verkrijgen. Een cracker ondergaat een brosse breuk als hij vers en knapperig is.

2. Ductiele breuk

Een ductiele breuk komt zelden voor. Ductiele faalwijzen doen zich voor wanneer een materiaal onomkeerbaar (d.w.z. plastische vervorming ondergaat) en uitgebreid inhalt. Over het algemeen lijkt een enorme ductiele breuk in een trekproefstuk op plasticine waaraan is getrokken om een ​​nek te vormen. Dit wordt meestal gevolgd door een kleine broze breuk die weer netjes in elkaar past, in plaats van zich uit te strekken tot een haarfijne draad.

3. Opbrengen

Meegeven is een kenmerk van elastische materialen die hun elastische limiet bereiken en vervolgens plastische vervorming ondergaan. Bij krachten onder het vloeipunt zal het materiaal bij het loslaten van de kracht terugkeren naar de oorspronkelijke vorm/afmetingen. Aan de andere kant, wanneer het vloeigrens of de vloeigrens wordt overschreden, zal het materiaal enige plastische (dat wil zeggen permanente vervorming) ondergaan. Wanneer de kracht wordt vrijgegeven, zal het materiaal zijn elastische vervorming herstellen, maar niet het plastic onderdeel.

4. Lichte barsten

Het doel van zowel Charpy- als IZOD-tests, indien correct uitgevoerd, is het scheiden of breken van het materiaalmonster in twee of meer stukken. Als het monster slechts licht beschadigd of gedeeltelijk gebroken is, kan een test met hogere energie of een diepere kerf geschikt zijn. Het falen kan worden bereikt door een combinatie van modi:afschuiving, ductiel en bros. Fouttypen worden weergegeven als:volledige breuk, scharnierende breuk, onvolledige breuk en niet-breuk.

Hoe verhoudt slagsterkte zich tot 3D-printen?

De meeste 3D-geprinte kunststoffen vertonen een aanzienlijk lagere slagsterkte dan een gegoten of machinaal bewerkt blok van hetzelfde materiaal. Dit is een functie van de anisotrope eigenschappen van de constructiemethoden die worden gebruikt voor 3D-printen en kan aanzienlijk verband houden met de bouworiëntatie. FDM-onderdelen bieden bijvoorbeeld over het algemeen betere inter -laagbinding dan intra -laag, dus de modellen hebben een redelijke mate van sterkte in het X-Y-vlak van de constructie, maar zijn veel zwakker langs de Z-as. Deze variatie/directionaliteit geldt in verschillende mate voor andere modeltypen.

Wat is de ideale slagsterkte voor een 3D-geprint materiaal?

De ideale slagsterkte voor een 3D-geprint materiaal varieert afhankelijk van de materiaaleigenschappen. Over het algemeen is de slagsterkte van FDM-geprinte onderdelen in bijvoorbeeld PLA bijna nul over de Z-as en tot 23 kJ/m2 over de X-Y-assen in Charpy-tests.

Wat zijn de toepassingen van slagsterkte?

Hoewel het testen van de slagsterkte geen absoluut referentiepunt kan bieden bij het ontwerp van componenten, is het een noodzakelijke schaalmeting. Hieronder vindt u enkele toepassingen van slagsterkte:

1. De relatieve sterkte van materialen.
2. Foutmodi onder “normale” ongunstige omstandigheden. Deze resultaten kunnen het ontwerpproces informeren, door de stijfheid en energiedissipatie van componenten te verbeteren. Het helpt de prestaties in de echte wereld te verbeteren door bijvoorbeeld ductiele vervorming die voorspelbaar kan optreden beter te tolereren.
3. Inzicht in de temperatuurprestaties, om de selectie van materialen mogelijk te maken die geschikt zijn voor de verwachte werkomstandigheden voor het onderdeel.
4. Inzicht in andere omgevingsfactoren, zoals blootstelling/absorptie van vocht en het effect ervan op onderdelen.

Wat zijn voorbeelden van de slagvastheid van sommige materialen?

Het testen van materiële impact is een gebied met gemengde resultaten. Niet alle tests zijn zo streng als ze zouden moeten zijn. Materiaalproductie kan variabiliteit introduceren die pas zichtbaar wordt als het faalt. Bij metalen kunnen warmtebehandeling en de daaruit voortvloeiende veranderingen in de kristalstructuur verstrekkende gevolgen hebben die moeilijk te begrijpen of te kwantificeren zijn. Legeringsmiddelen zijn eveneens belangrijk, zij het minder verborgen. Ten slotte kunnen productieprocessen de prestaties zo sterk veranderen dat fundamentele materiaaltests niet informatief kunnen zijn. Een goed voorbeeld is het verschil tussen een gesmeed en een gietstalen onderdeel gemaakt van hetzelfde materiaal. De grondstof is identiek, maar het gesmede onderdeel kan ordes van grootte stijver, sterker en breukbestendiger zijn.

Wat is de slagsterkte van kunststof?

De slagvastheid van enkele veel voorkomende polymeren wordt weergegeven in Tabel 1 hieronder: 

Tabel 1:Impactsterkten van enkele veel voorkomende polymeren

Polymeer Min IZOD-waarde (J/m2) Max. IZOD-waarde (J/m2)

Polymeer

ABS - Acrylonitril-butadieen-styreen

Min. IZOD-waarde (J/m2)

200

Max. IZOD-waarde (J/m2)

215

Polymeer

ASA - Acrylonitril-styreenacrylaat

Min. IZOD-waarde (J/m2)

100

Max. IZOD-waarde (J/m2)

600

Polymeer

HDPE - Hogedichtheidpolyethyleen

Min. IZOD-waarde (J/m2)

20

Max. IZOD-waarde (J/m2)

220

Polymeer

HIPS - Slagvast polystyreen

Min. IZOD-waarde (J/m2)

50

Max. IZOD-waarde (J/m2)

350

Polymeer

LDPE - Polyethyleen met lage dichtheid

Min. IZOD-waarde (J/m2)

999

Max. IZOD-waarde (J/m2)

999

Polymeer

LLDPE - Lineair polyethyleen met lage dichtheid

Min. IZOD-waarde (J/m2)

54

Max. IZOD-waarde (J/m2)

999

Polymeer

PA 66 - Polyamide 6-6

Min. IZOD-waarde (J/m2)

50

Max. IZOD-waarde (J/m2)

150

Polymeer

PBT - Polybutyleentereftalaat

Min. IZOD-waarde (J/m2)

27

Max. IZOD-waarde (J/m2)

999

Polymeer

PC - Polycarbonaat

Min. IZOD-waarde (J/m2)

80

Max. IZOD-waarde (J/m2)

650

Polymeer

PET - Polyethyleentereftalaat

Min. IZOD-waarde (J/m2)

140

Max. IZOD-waarde (J/m2)

140

Polymeer

PETG - Polyethyleentereftalaatglycol

Min. IZOD-waarde (J/m2)

50

Max. IZOD-waarde (J/m2)

50

Polymeer

PMMA - Polymethylmethacrylaat/Acryl

Min. IZOD-waarde (J/m2)

10

Max. IZOD-waarde (J/m2)

25

Polymeer

POM - Polyoxymethyleen (acetaal)

Min. IZOD-waarde (J/m2)

60

Max. IZOD-waarde (J/m2)

120

Polymeer

PP - Polypropyleen 10–20% glasvezel

Min. IZOD-waarde (J/m2)

50

Max. IZOD-waarde (J/m2)

145

Polymeer

PTFE - Polytetrafluorethyleen

Min. IZOD-waarde (J/m2)

160

Max. IZOD-waarde (J/m2)

200

Polymeer

PVC stijf

Min. IZOD-waarde (J/m2)

20

Max. IZOD-waarde (J/m2)

110

Tabeltegoed:https://omnexus.specialchem.com/

Veelgestelde vragen over slagsterkte

Wat is het sterkste metaal met impactsterkte?

Uit onderzoeksresultaten blijkt dat de hoogste Charpy-testwaarde ooit werd behaald voor een monster van metaalcomposiet (~450 J). Het was voor een gelamineerd blok van afwisselende platen van warmgewalst ferriet- en martensietstaal.

Welk apparaat wordt gebruikt om de slagsterkte van het materiaal te meten?

In zowel de IZOD- als de Charpy-test wordt het monster getroffen door een schommelhamer waarvan de energie kan worden aangepast met een hoger of lager bobgewicht. Bij IZOD-tests wordt het monster doorgaans aan één uiteinde vastgeklemd, verticaal gemonteerd, en kan het al dan niet (minder vaak) worden ingekerfd. De inkeping kan naar de hamer gericht zijn of omgekeerd zijn. Hoewel de metingen in principe weinig zouden moeten variëren, is consistentie in elke testcyclus belangrijk. Bij Charpy-tests overbrugt het monster de horizontale opening tussen twee steunen waarop het rust. De hamer zwaait tussen deze steunen en is zwaarder voor materialen met een hogere sterkte.

Wat is het verschil tussen slagsterkte en treksterkte?

Slagsterkte definieert het vermogen van een onderdeel om weerstand te bieden aan vervorming en breuk wanneer het zijdelings wordt geraakt en één of beide uiteinden worden ondersteund. Bij trekproeven wordt een longitudinale belasting uitgeoefend op het ene uiteinde van een monster, terwijl het andere uiteinde stevig wordt vastgehouden in een 2D-spantang. Trekvermogen is een duidelijkere maatstaf met een beter gekwantificeerde output, wat zich vertaalt in een eenvoudige, berekenbare treksterkte voor componenten.

Raadpleeg onze volledige gids over treksterkte voor meer informatie.

Samenvatting

Dit artikel presenteerde slagsterkte, legde uit wat het is en besprak wat het betekent in de productie. Neem voor meer informatie over de schoksterkte contact op met een vertegenwoordiger van Xometry.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements