Eigenschappen van metaal
Wanneer we de eigenschappen van een materiaal beschrijven, verdelen we die in drie groepen: mechanische, fysische en technologische eigenschappen. Mechanische eigenschappen bepalen hoe een metaal zich gedraagt onder belasting. Fysische eigenschappen zijn materiaalconstanten die losstaan van de belasting, zoals dichtheid en geleidbaarheid. Technologische eigenschappen zeggen iets over de maakbaarheid: hoe goed laat een metaal zich verspanen, lassen of vervormen.
Die driedeling is meer dan theorie. Bij vrijwel elk project bepaalt de combinatie van de drie groepen welke staalsoort of legering geschikt is. Een materiaal dat sterk genoeg is maar niet lasbaar valt af. Een materiaal dat prima verspaanbaar is maar bij vorst bros wordt valt af zodra de constructie buiten komt te staan. Hieronder staat per eigenschap wat hij betekent, in welke eenheid hij wordt uitgedrukt en hoe hij wordt gemeten.
Mechanische eigenschappen
Mechanische eigenschappen beschrijven hoe een metaal reageert wanneer er kracht op wordt uitgeoefend. Ze worden vrijwel allemaal bepaald met genormeerde proeven, zodat waarden van verschillende leveranciers onderling vergelijkbaar zijn.
Sterkte en treksterkte
Wanneer we een constructie bouwen willen we weten hoeveel belasting die verdraagt voordat hij bezwijkt. Neem twee staaldraden met een diameter van 1 mm. Draad A is van eenvoudig constructiestaal en kan net een fiets optillen. Draad B is een pianosnaar, ongeveer het sterkste staaldraad dat bestaat, en tilt moeiteloos een motorfiets. Draad B is dus sterker. Omdat we aan het draad trekken, spreken we van trekspanning, aangeduid met de Griekse letter sigma.
Producten hebben bijna altijd verschillende vormen en diktes, dus vergelijken op kracht alleen werkt niet. Daarom kijken we naar de maximale kracht per oppervlakte-eenheid die het metaal verdraagt voordat het breekt. Die waarde heet de treksterkte, afgekort Rm van Resistance maximaal, en wordt uitgedrukt in MPa (megapascal). Vroeger was de eenheid N/mm2 en dat maakt het rekenen eenvoudig: 1 N/mm2 is gelijk aan 1 MPa.
De treksterkte wordt bepaald met een trekproef volgens NEN-EN-ISO 6892-1. Een proefstaaf met vastgelegde afmetingen wordt gecontroleerd stukgetrokken, waarbij zowel de kracht als de verlenging continu worden geregistreerd. Ter illustratie loopt de treksterkte van gangbare staalsoorten sterk uiteen: S235 haalt ongeveer 360 tot 510 MPa, S355 ongeveer 470 tot 630 MPa en Hardox 400 komt ruim boven de 1.200 MPa uit.
Vloeigrens en rekgrens
De treksterkte zegt waar het materiaal breekt, maar voor een constructie is een ander punt belangrijker: waar begint het blijvend te vervormen. Dat punt heet de vloeigrens, aangeduid met Re. Bij ongelegeerd staal zoals S235 en S355 is de vloeigrens duidelijk afleesbaar in de trekproef, omdat het materiaal daar zichtbaar begint te vloeien.
Veel metalen hebben geen scherp vloeipunt. Roestvast staal en aluminium vervormen geleidelijk, zonder duidelijke knik in de grafiek. Voor die materialen gebruiken we de rekgrens Rp0,2: de spanning waarbij precies 0,2 procent blijvende rek is opgetreden. Het is dus een afgesproken meetpunt en geen natuurkundig verschijnsel.
Voor constructieberekeningen reken je altijd met Re of Rp0,2 en nooit met Rm. Je wilt namelijk dat de constructie binnen het elastische gebied blijft en na belasting weer terugveert. De treksterkte is het punt waarop het al te laat is.
Elastische en plastische rek
Wanneer we met een bepaalde kracht aan een materiaal trekken, gedraagt het zich eerst als een elastiek. Het wordt langer en veert bij loslaten volledig terug naar de oorspronkelijke lengte. Dat gedrag heet elastische rek of tijdelijke rek.
Trekken we harder en laten we dan los, dan veert het materiaal maar gedeeltelijk terug. Het is blijvend langer geworden. Dat verschil tussen de blijvende verlenging en de oorspronkelijke lengte heet plastische rek of blijvende rek. Elk materiaal rekt dus eerst elastisch en daarna plastisch, waarbij het elastische deel altijd terugveert.
Een goede proef om zelf te doen is het buigen van een grote paperclip. Buig je hem een klein stukje, dan veert hij volledig terug. Buig je hem ver door, dan blijft hij krom. Datzelfde principe geldt op schaal. Een dakconstructie mag doorbuigen onder het gewicht van regenwater of sneeuw, maar moet daarna volledig terugveren. Blijvend doorzakken na ƩƩn hevige bui is precies wat je niet wilt, en daarom moet je weten bij welke belasting het staal plastisch gaat vervormen.

Hardheid
Iedereen weet wat hard en zacht betekent, maar het aantoonbaar maken is lastiger. Om materialen te kunnen vergelijken meten we de hardheid en drukken we die uit in een getal.
Het principe is steeds hetzelfde: een indruklichaam, meestal een kogel of de punt van een piramide of kegel, wordt met een vastgelegde kracht in het oppervlak gedrukt. De grootte van de indrukking is de maat voor de hardheid. Hoe kleiner de indruk, hoe harder het materiaal.
Er zijn drie gangbare methoden en een hardheidswaarde is alleen betekenisvol als de methode erbij vermeld staat. Vickers (HV) werkt met een diamanten piramide en is geschikt voor vrijwel alle materialen, ook voor dunne lagen en coatings. Brinell (HB of HBW) gebruikt een hardmetalen kogel en is bedoeld voor zachtere en grovere materialen. Rockwell (HRC) gebruikt een diamantkegel en wordt veel toegepast op gehard staal. Slijtvast staal wordt vrijwel altijd in Brinell opgegeven: Hardox 400 heeft nominaal 400 HBW en Hardox 500 ongeveer 500 HBW.
Kerftaaiheid
De kerftaaiheid, in de praktijk vaak gewoon taaiheid genoemd, beschrijft of een materiaal bros of taai breekt. Bros is het tegenovergestelde van taai. Een bros materiaal vertoont weinig rek en breekt zonder veel te vervormen. Een taai materiaal rekt juist flink en vervormt zichtbaar voordat het bezwijkt, en waarschuwt daarmee.
Of een materiaal taai of bros breekt hangt af van drie factoren:
- temperatuur
- hardheid
- chemische samenstelling
Temperatuur heeft veruit de grootste invloed. Hoe lager de temperatuur, hoe brosser een materiaal wordt. Leg een reep karamel in de diepvries en houd een tweede op kamertemperatuur: die tweede buigt soepel, de bevroren reep knapt.
Dat dit geen theorie is bleek tijdens de Tweede Wereldoorlog, toen het Amerikaanse schip USS Schenectady na een testvaart in de haven lag en voor de ogen van omstanders met een luide knal in tweeƫn brak. Het fenomeen brosse breuk was toen nog onbekend. Inmiddels weten we dat het gebruikte ongelegeerde staal, van matige kwaliteit, door de winterse temperaturen sterk verbrost was. Hoe kerftaaiheid precies wordt gemeten en welke joulewaarden bij welke staalkwaliteit horen, lees je op de pagina over kerfslagwaarde.
& advies
99% zekerheid voor tijdige leveringen
Snijwerk binnen 72 uur geleverd.
In-house glasparelen, poedercoaten en stralen.
Alle metaalsoorten beschikbaar
Fysische eigenschappen
Fysische eigenschappen zijn materiaalconstanten. Ze veranderen niet door de belasting die je op een onderdeel zet, maar horen bij het metaal zelf. Ze bepalen wel hoe een materiaal zich gedraagt tijdens bewerken, verwarmen en in gebruik.
Dichtheid
Onder dichtheid verstaan we de massa van een voorwerp per volume-eenheid, bijvoorbeeld per kubieke meter. De dichtheid wordt ook wel soortelijke massa of soortelijk gewicht genoemd en wordt aangeduid met de Griekse letter rho.
Neem als voorbeeld een kubus staal van 1 m x 1 m x 1 m. Het volume is 1 m3 en het gewicht ongeveer 7.850 kg. Dat noteren we als 7.850 kg/m3, wat gelijk is aan 7,85 kg/dm3 of 7,85 g/cm3.
| Metaal | Dichtheid (g/cm3) |
| Aluminium | 2,70 |
| Titaan | 4,51 |
| Staal, ongelegeerd | 7,85 |
| RVS 304 (1.4301) | 7,90 |
| RVS 316 en 316L (1.4401 / 1.4404) | 8,00 |
| Messing | 8,4 tot 8,7 |
| Koper | 8,96 |
| Lood | 11,34 |
Het verschil tussen staal en aluminium is bijna een factor drie, en dat is precies waarom aluminium wordt gekozen zodra gewicht een rol speelt. Roestvast staal is juist iets zwaarder dan gewoon staal, waarbij het molybdeen in RVS 316 zorgt voor de hogere waarde ten opzichte van RVS 304. Wil je met deze waarden daadwerkelijk het gewicht van een plaat, buis of profiel uitrekenen, dan vind je de formules per profieltype op gewicht van staal berekenen.
Elektrische geleidbaarheid en soortelijke weerstand
Onder elektrische geleidbaarheid verstaan we het vermogen van een stof om elektrische stroom te geleiden. In de praktijk werken we bij metalen meestal met het omgekeerde begrip: de weerstand die het metaal biedt tegen het geleiden van stroom. Om materialen onderling te kunnen vergelijken bepalen we die weerstand per eenheid, en dan spreken we van de soortelijke weerstand.
Een goede geleider heeft dus een lage soortelijke weerstand. Zilver, koper, goud en aluminium zijn bekende goede geleiders. Materialen die stroom slecht geleiden, zoals kunststoffen en rubber, hebben juist een hoge soortelijke weerstand. De soortelijke weerstand wordt aangeduid met rho en uitgedrukt in micro-ohm maal centimeter. Let op dat dezelfde letter rho ook voor dichtheid wordt gebruikt; welke grootheid bedoeld wordt blijkt uit de eenheid.
Thermische geleidbaarheid
Onder thermische geleidbaarheid, ook wel warmtegeleidend vermogen genoemd, verstaan we het vermogen van een stof om warmte te geleiden. Het warmtegeleidend vermogen wordt aangeduid met lambda en uitgedrukt in W/m.K, watt per meter maal kelvin.
De verschillen tussen metalen zijn groot. Koper zit rond 400 W/m.K, aluminium rond 200, ongelegeerd staal rond 50 en austenitisch roestvast staal op slechts ongeveer 15. Dat is een factor 25 tussen koper en RVS.
Die getallen verklaren veel uit de werkplaats. Roestvast staal voert laswarmte slecht af, waardoor de warmte zich concentreert rond de las. Het werkstuk vervormt daardoor sneller en loopt eerder aan, en om die reden las je RVS met een lagere warmte-inbreng en vaak in kortere trajecten. Koper en aluminium doen precies het omgekeerde: die trekken de warmte zo snel weg van de bewerkingszone dat je juist meer vermogen nodig hebt om het materiaal überhaupt te smelten. Dat speelt zowel bij lassen als bij lasersnijden.
Uitzettingscoƫfficiƫnt
Onder de uitzettingscoƫfficiƫnt verstaan we de toename van afmeting onder invloed van temperatuur. De lineaire uitzettingscoƫfficiƫnt wordt aangeduid met alfa en uitgedrukt in micrometer per meter per kelvin.
De alfawaarde geeft dus aan hoeveel micrometer een materiaal van ƩƩn meter lang uitzet bij een temperatuurstijging van ƩƩn kelvin, oftewel ƩƩn graad Celsius, want 1 K en 1 graad Celsius zijn even groot. De waarde is zelf ook temperatuurafhankelijk, dus wordt meestal een gemiddelde over een bepaald traject opgegeven, bijvoorbeeld genoteerd als alfa 0 tot 100 graden Celsius.
Ongelegeerd staal zit rond 12, austenitisch roestvast staal rond 16 tot 17 en aluminium rond 23. Zink, tin en magnesium zetten sterk uit; Invar (een nikkel-ijzerlegering), wolfraam en molybdeen juist opvallend weinig.
Reken dit door en het wordt tastbaar. Een stalen constructie van tien meter die 40 graden opwarmt wordt bijna vijf millimeter langer. Daarom hebben bruggen, rails en leidingsystemen dilatatievoorzieningen. Het speelt ook bij het combineren van materialen: las je aluminium aan staal, dan zet het aluminium bijna twee keer zo hard uit en bouw je spanning op in de verbinding.
Vraag vrijblijvend een offerte aan
Technologische eigenschappen
Technologische eigenschappen zeggen niets over hoe sterk of hoe zwaar een metaal is, maar over hoe goed het zich laat bewerken. Anders dan bij de fysische eigenschappen kun je er meestal geen exact getal aan hangen; het zijn vergelijkende eigenschappen. Ze zijn wel doorslaggevend, want een materiaal dat op papier perfect scoort maar niet te lassen of te verspanen is, valt in de praktijk gewoon af.
Verspaanbaarheid
Onder verspaanbaarheid verstaan we de mate waarin een materiaal zich goed laat bewerken met een verspanende bewerking, waarbij kleine stukjes materiaal van het werkstuk worden weggenomen. Die stukjes heten spanen. Draaien, frezen en slijpen zijn de bekendste voorbeelden; meer over die processen staat op verspanen.
De verspaanbaarheid hangt af van veel factoren, waaronder de mechanische eigenschappen. Een taai materiaal levert lange, taaie spanen die om het gereedschap kunnen wikkelen; een te hard materiaal slijt het gereedschap snel. In sommige gevallen is de verspaanbaarheid gericht te verbeteren door te legeren. Automatenstaal is daar het bekendste voorbeeld van, en ook binnen aluminium en koperlegeringen bestaan speciale automatenkwaliteiten. In staal wordt daarvoor zwavel of lood toegevoegd, wat de verspaanbaarheid sterk verbetert maar tegelijk de lasbaarheid verslechtert.
Lasbaarheid
Onder lasbaarheid verstaan we de mate waarin een materiaal zich laat lassen zonder dat de verbinding bros wordt of scheurt. Bij lassen breng je twee stukken materiaal samen, smelt je de te verbinden oppervlakken en laat je ze stollen tot ƩƩn geheel. In de meeste gevallen wordt daarbij extra materiaal in de vorm van lasdraad mee gesmolten, zowel om de verbinding te vullen als om legeringselementen toe te voegen.
Het koolstofgehalte is hier de bepalende factor. Koolstof maakt staal sterker en harder, maar tegelijk brosser en slechter lasbaar. Goed lasbare constructiestaalsoorten hebben daarom juist een laag koolstofgehalte. Bij hoger gelegeerde en hoogsterkte staalsoorten wordt de lasbaarheid vaak uitgedrukt in een koolstofequivalent, waarmee de invloed van alle legeringselementen in ƩƩn waarde wordt samengevat. Wat dat betekent voor de praktijk en welke normen daarbij horen, staat beschreven bij lassen.
Vervormbaarheid
Vervormbaarheid beschrijft hoe goed een materiaal zich koud laat vormen zonder te scheuren, bijvoorbeeld bij het zetten van een plaat tot een profiel. De vervormbaarheid hangt samen met de rek: een materiaal met een hoge breukrek laat zich verder doorbuigen voordat er scheurtjes ontstaan aan de buitenkant van de bocht. Hoe krapper de radius, hoe zwaarder de eis. Meer over dit onderwerp, inclusief de minimale radius per materiaal, staat op buigen.
Van eigenschappen naar materiaalkeuze
In de praktijk kiest niemand een materiaal op ƩƩn eigenschap. Je weegt ze tegen elkaar af, en vrijwel altijd is er een uitruil. Meer koolstof geeft sterkte maar kost lasbaarheid. Zwavel geeft verspaanbaarheid maar kost lasbaarheid. Chroom vanaf 10,5 procent maakt staal roestvast doordat zich een passieve chroomoxidelaag vormt, en molybdeen verhoogt daarbovenop de bestendigheid tegen chloriden, wat precies het verschil is tussen RVS 304 en RVS 316. Meer over de verschillen tussen deze materiaalgroepen lees je bij roestvast staal.
De volgorde die in de praktijk werkt is deze: begin bij de mechanische eis van de constructie, controleer daarna of de omgeving corrosiebestendigheid of kerftaaiheid bij lage temperatuur vraagt, en toets pas als laatste of het onderdeel met de beoogde bewerkingen ook echt maakbaar is. Draai je die volgorde om, dan kies je een materiaal dat prettig bewerkt maar de belasting niet aankan.
Per staalsoort, RVS-kwaliteit en aluminiumlegering staan de concrete waarden voor treksterkte, vloeigrens, dichtheid en kerfslagwaarde op de materiaalpagina’s. Twijfel je welk materiaal bij jouw onderdeel past, dan denken we mee vanaf de tekening; dat hoort bij onze metaalbewerking.
Onze actieve industrieƫn
Offerte aanvragen?
- Omschrijf uw aanvraag
- Binnen 1 werkdag een antwoord
- Persoonlijk adviesgesprek