1. Polymeren 

Wat / Naam ? 

•Gr.: poly (veel) + meras (delen) 

• “stoffen die bestaan uit lange ketens van zich herhalende moleculaire groepen” (monomeren) 

•Meeste monomeren : ruggengraat van C‐atomen 

•Andere veel voorkomende elementen (ook in de ruggengraat) zijn H,O,N,(Si, F, Cl) 

Aard van polymeren 

• Natuurlijke polymeren (biopolymeren): 

– Amino‐acids → proteïnen 

– Nucleotiden (aanwezig in de cel) →nucleic acids (DNA, RNA) 

– Gewonnen uit biomassa zoals hout (cellulose) en maïs, tarwe, rijst of aardappelen (zetmeel) 

– Natuurrubber 

– Dennenhars 

• Synthetische polymeren: 

– Monomeren van natuurlijke oorsprong:Gewonnen op biotechnische wijze via chemische, fysische 

of enzymatische omzetting (PLA‐Poly Lactic Acid) 

– Gemaakt door micro‐organismen: m.a.w. gemaakt door bacteriën, gisten of planten (PHA’s: 

Polyhydroxyalkanoates: polyesters door bacteriële fermentatie van suikers of vetten.) 

– Op basis van aardolie 

Polymeren : Enige geschiedenis 

• Celluloid (1869) 

• Caseine (‘kunsthoorn’) (1904) 

• Bakeliet (1909‐1923) 

• WO II : e.g. vinyl (leder), nylon (zijde)  

Polymerisatiereacties 

• Additiepolymerisatie: 

– Additiepolymeren zijn opgebouwd uit onverzadigde monomeren. De dubbele binding “gaat open” 

en reageert met de dubbele binding van het volgend molecuul. Men onderscheidt de initiatiestap 

(door aanwezigheid van een radicaal, of een kation, een katalysator), een propagatiestap en een 

terminatiestap. 

De moleculen worden geheel achter elkaar gekoppeld , als kralen aan een ketting 

Voorbeelden: PE, PVC, PMMA 

‐ Uitgangsmateriaal = monomeer in oplossing, emulsie, dampvorm, of gewoon onverdunde vloeistof 

‐ Schakels in polymeer : zelfde chemische samenstelling als monomeermolecule 

 

• Condensatiepolymerisatie: 

– Condensatiepolymeren ontstaan uit monomeren met aan beide uiteinden een functionele groep 

(bv. –COOH, ‐NH2, ‐OH). In vele gevallen wordt een klein molecuul als water, methanol of 

koolstofdioxide afgesplitst. 

een nieuw molecule hecht zich aan een ander molecule tijdens de vormingsreactie 

‐ Schakels in polymeer : andere chemische samenstelling dan uitgangsmaterialen 

‐ Vorming van bijproduct (water /“condensatie”) Polyesters: 

 

bijzondere gevallen : 

• Polyadditie : (combinatie 1 & 2) condensaat wordt ook in de keten opgenomen op een andere 

plaats. 

• Cross‐linking : vorming van sterke chemische bruggen (‘crosslinks’ / dwarsverbindingen) tussen de 

ketens. Materiaal dat ontstaat is in feite één macromolecule.  

Vb.: Epoxyharsen(e.g. voor PMC composiet‐materialen) 

Co‐polymerisatie 

= Polymerisatiereactie waarbij polymeerketting ontstaat die (twee) verschillende monomeren bevat 

(méér  “terpolymeren”) 

ze verbeteren de eigenschapen van het polymeer aanzienlijk. 

Om dit proces in gang te krijgen moet men vaak gebruik maken van katalysatoren, die niet worden 

opgenomen in het uiteindelijke copolymeer.  

De lengte van het polymeer is afhankelijk van de procesparameters en de katalysator. De lengte 

heeft ook een grote invloed op de eigenschappen. 

 

Er zijn 2 verschillende soorten: 

entcopolymeer 

blokcopolymeer 

 

 

Polymeer ‘blends’ 

Dit is het gebruik van kunststofmengsels en legeringen. Mengsels en legeringen worden gemaakt 

door de fysische vermenging van twee of meer polymeren (homopolymeren). 

Er zijn twee verschillende soorten: 

• Mengpolymeer (homogeen, één fase): Componenten op moleculaire schaal mengbaar; hebben 

identiteit verloren: afzonderlijke eigenschappen niet terug te vinden. 

 

• Polymeer Mengsel (heterogeen, multifasig): Componenten niet mengbaar; componenten 

behouden iets van hun oorspronkelijke eigenschappen (i.e., Tg). Verschillende microstructuren  

Ook : componenten = lamellen (cfr. laagjes triplex, multiplex) 

 

• Praktijk (commerciële prod.) : onderscheid niet altijd duidelijk 

Enkele belangrijke begrippen 

• Homopolymeren: slechts één type van monomeer 

• Copolymeren: bevat twee of meer types van monomeren (random, blok, alternerend). 

• Vertakking en cross‐linking 

• Amorf en (semi)‐kristallijn (bepaalt sterk de mechanische eigenschappen) 

• Tacticiteit: verwijst naar de schikking van de zijgroepen langs de keten (iso‐, syndio‐ en a‐tactisch) 

• Moleculair gewicht 

• Glasovergangstemperatuur Tg 

 

 “Verschillende” polymeren 

Fysisch verschillend : bv. katalysator en/of proces‐parameters (p, T, …)  lengte polymeerketens 

(moleculair gewicht) 

MG  materiaaleigenschappen !!! 

Vb.: PE met hoog of laag MG = andere eigenschappen 

 Chemisch verschillend : cfr. Polyetheen 

 Chemische Samenstelling : substitutie van een of meer H‐atomen door ander element of moleculaire 

groep (vb.: Cl, methylgroep CH3, “R”...) 

(Chemische) Structuur (3D) : atactisch, isotactisch, syndiotactisch 

Moleculair gewicht van polymeren 

In tegenstelling tot kleine moleculen zijn polymeren een mengsel van moleculen met verschillende 

lengten en dus gewichten. Men kan dus maar een gemiddeld gewicht van “een molecule” bepalen. 

• Het moleculair gewicht (M.W.) 

• Gemiddeld gewicht M.W. (Mn): Totaal gewicht van alle ketens gedeeld door het aantal 

ketens 

• Gewichtsgemiddelde M.W. (Mw): Som van de gewichten van de ketens gedeeld door het 

totaal gewicht 

• Viscositeitgemiddelde M.W. (Mv): Gewicht bepaald uit viscositeitsmetingen. Korter bij Mw 

dan Mn 

 

Betekenis van het gewicht 

Mn: ware gemiddelde gewicht 

1 Dalton = 1 g/mole 

 

Gewichtsgemiddelde 

Mw: op basis van het voorgaande voorbeeld 

 

Invloed van MG en R‐substitutie: substituenten 

Een waterstofatoom wordt vervangen door een andere ingewikkeldere groep, dit noemen we een 

substituentgroep. Deze groep kan doordat hij bv een grotere elektronenwolk heeft, ook een grotere 

elektronegativiteit hebben. Er ontstaat zo een dipool. De aantrekingskracht neemt toe en het 

materiaal wordt sterker. 

• Hoger MW maakt materiaal doorgaans taaier, stroperiger, sterker, stijver 

• Hoger MW verhoogt viscositeit: 

– Smeltindex: maat voor de vloei van thermoplastische kunsstoffen uitgedrukt in het gewicht 

van het materiaal dat gedurende een zekere tijd, bij een bepaalde temperatuur en druk, door 

een capillair van een bepaalde diameter kan worden geperst 

• Hoger MW maakt materiaal moeilijker verwerkbaar (gieten, vormen) 

• Andere R kan leiden tot sterkere dipoolvorming, grotere wrijving, sterische hinder (dus sterker en 

stijver) 

Substitutie van een R‐groep (H) door een andere R‐groep 

 

Tg : “Glasovergangstemperatuur” ‐ 

“Glastemperatuur” 

 = “glaspunt” ; “glas‐rubber‐overgangstemperatuur”, verwekingstemperatuur”; 

= temperatuur waarbij polymeer verweekt 

 Bij T > Tg : 

• amorf polymeer = rubberachtige “vloeistof” 

• ketens kunnen over elkaar glijden (vloeien; “plastic”) 

 Bij T < Tg : 

• materiaal = vaste, glasachtige stof 

 Heterogeen Mengsel : beide componenten hebben eigen Tg 

 

Indeling volgens Chemische Samenstelling 

Thermoplasten, Thermoharders, Rubbers/elastomeren 

 

Indeling op basis van temperatuur‐afhankelijk gedrag : 

• thermoplasten: verweken (plastisch) bij hogere temperatuur 

• rubbers, elastomeren: bij kamertemp. al verweekt (+ rubber‐elastisch of viscoelastisch gedrag = 

terugtrekking vertraagd i/d tijd) 

• thermoharders: +/‐ niet verweekt (of zelfs verhardt) bij hogere temperatuur 

A. Thermoplasten: 2D structuur 

(E.: thermoplastics) 

Wat ? : lange keten moleculen met zwakke bindingen tussen ketens; verweken en ev. smelten bij 

verwarming 

Structuur : Amorf of Kristallijn 

Temperatuur effecten : 

Amorfe zones worden visceuze vloeistoffen boven Tg (glastemperatuur) 

Kristallijne zones (indien aanwezig) smelten bij Tm (smeltpunt polymeer)  recycleerbaar 

Eigenschappen : 

Makkelijk (her‐)vormbaar / recycleerbaar boven Tg (Tm indien semi‐kristallijn) 

Gebruik normaliter beperkt tot matige temperaturen 

Verhoging kristalliniteit verhoogt sterkte en stijfheid, verlaagt ductiliteit 

Voorbeelden : 

Polyethyleen (PE), polyvinylchloride (PVC) 

B. Thermoharders: 3D structuur 

(E.: thermosets) 

Wat ? : 3‐dimensionaal netwerk van ketens met vele cross‐links, welk na vorming en verwarming de 

3‐D structuur zal behouden 

Structuur : normaliter Amorf 

Temperatuur effecten : 

(Lichte) verweking boven Tg (glastemperatuur); maar blijft een vaste stof 

Bij hoge temperatuur : desintegratie, verkoling, ...  nier recycleerbaar 

Eigenschappen : 

Hard en rigide, zeker beneden Tg 

Hoge dimensionale stabiliteit 

Resistent aan kruip en vervorming onderbelasting 

Hogere temperatuur capaciteiten dan thermoplastics 

Voorbeelden : 

Fenolen, Expoxyharsen 

C. Elastomeren 

(incl. rubbers) 

Wat ? : Capaciteit tot zeer grote elastische vervorming (> 100%), maar terugkeer tot originele vorm 

na wegnemen belasting 

Structuur : Lange ketens, met enkele cross‐links tussen ketens 

Temperatuur effecten : 

Bros beneden Tg (glastemperatuur) 

Erg elastisch boven Tg 

Eigenschappen : 

Naarmate de cross‐link dichtheid toeneemt stijgen sterkte en stijfheid, doch daalt 

vervormbaarheid. 

Voorbeelden : 

Natuurrubber (poly‐isopreen), Siliconen 

Versterkingsmethoden 

Lineaire polymeren 

Lange dunne ketens; met elkaar verstrengeld, doch afzonderlijke polymeerketens, de eenvoudigste 

vorm. 

Bindingskrachten = vanderwaalskrachten, waterstofbinding, interactie tussen polaire groepen 

De ketens liggen in een vlak van de ruimte. 

Hoger MG (hogere polymerisatie‐graad)  grotere trek‐ & druk‐sterkte 

De buigzaamheid is afhankankelijk van mate van vervlochten zijn en van onderlinge oriëntatie in 

ruimte Het bepaald ook de kristalliniteit/amorf. 

 

 

Vertakte polymeren 

Veel sterker vervlochten polymeerketens Grotere stijfheid 

Speciale katalysatoren en bijzondere procestechnieken voor bevordering vertakkingen 

N.B.: Veel elastomeren na vulkanisatie hebben vertakte structuur. Ze kunnen zo meer rek opvangen. 

 

 

Cross‐linking 

‘Cross‐links’ = chemische brugverbindingen 

Ketens die zich tijdens polymerisatie‐reactie met elkaar verbinden 

Structuur = zeer sterk & stijf 

Meer cross‐links : 

• grotere stijfheid 

• minder chemisch oplosbaar 

• niet of minder hersmeltbaar 

 

Ketenverstijving 

Ketenstijfheid door substitutie met omvangrijke moleculaire groepen. Deze is ook afhankelijk van de 

locatie van de ketens (syndio/iso/atactisch). Deze eigenschap bepaald tevens ook de kristalliniteit. 

We noemen dit ook de sterische verhindering. 

Voorbeeld : PS (polystyreen) 

 

Kristalliniteit 

Ruimtelijke verdeling in polymeer ≠ helemaal willekeuring 

Soort kristallijne structuur indien polymeerketens zich +/‐ evenwijdig oriënteren 

de ketens worden netjes opgevouwen bij het kristalliseren. Enkel bij grote vertakkingen kunnen de 

ketens stijf zijn waardoor ze niet goed opvouwen. Op deze manier krijgen we amorfe polymeren. 

Zie p 128‐129 voor grafieken. 

Het niveau van de kristalliniteit hangt af van de :  

afkoelingssnelheid, toevoeging van additieven (kiemvormingsmiddelen), stereoregelmaat  

Dit wordt bevorderd door: 

• tijdens vormen in matrijzen 

• straling 

• (mechanische) invloed uitoefenen op ketenoriëntatie 

Hoger kristalliniteit = verhoging smeltpunt, afname chemische oplos‐baarheid, vermindering 

slagvastheid, gunstig effect op andere mech. eig. 

Vb: LCP’s: Liquid Crystal Polymers (e.g. Kevlar = p‐fenyleen‐tereftalamide ‐> Weefsels) 

 

Grote ringen in de structuur zorgen voor een grotere stijfheid. 

Toevoegmaterialen 

Vulstoffen in plastics : 

hout (bv. & fenolhars) , asbest, zand, glas 

rol = cfr. aggregaat (grind) in beton 

sterkte, maatvastheid (o.m. chemisch inerte anorgan. mat.) 

Opm.: ev.schurende werking op apparatuur 

Bijz.: Versterkingsmaterialen = 

vezels, matten 

textielweefsels, glasvezel weefsels 

ev.: “anisotropie” 

Additieven : 

ander doel dan mech. eig.‐ schappen 

anti‐oxidantia, UV‐absorbers, kleur‐stoffen, vlamvertragende middelen, cross‐link middelen 

weekmakers & plastificeren 

Weekmakers en plastificeren 

Weekmaker = additief om taaiheid & buigzaamheid te verhogen 

cfr. smeermiddel; laten lange polymeermoleculen makkelijker t.o.v. elkaar bewegen 

2 soorten : 

organisch chemicalien (met hoog kookpunt) 

interne plastificering : ‘blend’ of copolymerisatie met ander polymeerdat uit zeer grote 

moleculen bestaat  grotere afstand tussen ketens 

Opm.: veroudering ! (migratie weekmaker); vaak niet geschikt als duurzaam constructiemateriaal 

 

Mengpolymeren 

Cfr. supra 

Megpolymeren: 

homogeen mengsel 

1‐fasig 

Vb.: PVC + Acrylpolymeer: dunne platen met buigzaamheid v. PVC‐component + sterkte & 

zonlichtbestendigheid van Acrylcomponent 

Polymeermengsels: 

heterogeen 

meerfasig 

Opm.: verschil in Tg tussen verschillende fasen geeft ev. problemen bij het vormgeven 

IPNs 

“Interpenetrerende Netwerken” 

Inleiding : 

° medio / eind ‘80s 

mengsel (2) polymeren; bijzonder synergetisch effect 

Eén v/d polym. (= meestal thermo‐harder) vormt netwerk dat geheel doorvlochten is met ander 

polymeer 

Eerste polymeer (het netwerk) = 3‐dimensionele versterking v/h tweede polymeer (de matrix) 

2 Groepen : 

semi‐IPN materialen 

(totale) IPN materialen 

Eén v/d polym. (= meestal thermo‐harder) en vormt netwerk dat geheel doorvlochten is met ander 

polymeer 

Eerste polymeer (het netwerk) = 3‐deminsionale versterking v/h tweede polymeer (de matrix) 

2 Groepen : 

Semi‐IPN : 2de polymeer (matrix) = lineair polymeer, gepolymeriseerd binnen netwerk van 1ste 

polymeer (Nb.: matrix = grootste volume !) 

Totale IPN : 2de polymeer = eveneens cross‐linked netwerk, ontstaan binnen netwerk van 1ste 

polymeer 

Superieure eigenschappen (mechanisch, chemisch), vergeleken met afzond. componenten 

Vb.: PU (polyurethaan) + isocyanaat 

 

Families Polymeren 

Thermo‐plasten, Thermo‐harders, Elastomeren 

Soorten polymeren 

• Homopolymeren: polymeren zonder additieven en zonder menging met een ander polymeer 

(onderstaande polymeren zijn allen homopolymeren) 

• Er bestaan ongeveer 15000 verschillende polymeren gegroepeerd in een twintigtal groepen. 

• Handelskunststoffen: algemeen gebruik (PE, PP, PVC, PS, PET,..) 

• Technische kunststoffen: meer voor duurzame artikels op basis van betere sterkte, betere 

omgevingsweerstand, betere fysische en chemische eigenschappen (Nylon, PC, PTFE,..) 

• Grootste marktaandeel (ongeveer 80%) gaat naar thermoplasten. 

Thermoplasten 

Ethenen: een koolstof/koolstof dubbele binding (H2C=CH2) 

De basisgrondstof is aardolie. 

De meeste ethenen hebben een lineaire structuur met minimum aantal vertakkingen en cross‐

linking. Ze zijn meestal thermoplastisch (& rubberachtig) & makkelijk tot vormproducten te 

verwerken. Uitzonderingen zijn het Ultrahogedichtheidspolymeer UHMWPE en enkele 

fluorpolymeren 

Polyolefinen : onverzadigde KWS : CnH2n 

Polyetheen 

Variaties van de polymeren wat betreft de kristalliniteit(ketenoriëntatie), 

Molecuulgewicht(ketenlengte), vertakkingseigenschappen(vertakkingen tussen de ketens). 

Bij toenemende dichtheid wordt ook de lineariteit van de ketenoriëntatie groter. De 

hogedichtheidssoorten zijn meer kristallijn. 

• LDPE: hoge druk (200 MPA !) en hoge T (400°); ketens aanzienlijk vertakt; doorzichtig indien dun; 

Toep.: e.g. verpakkingsfolies, coatings 

• HDPE: lage druk / lage Temperatuur/gebruik van katalysator (Ziegler‐Natta); minder vertakt, hogere 

kristalliniteit; spuitgieten; Toep.: e.g. flessen, pijpleidingen, plastiek zakske 

• UHMWPE: lineair, MG = 3 à 5,000,000 ! ; niet makkelijk te vormen  extrusie ;  

Toep.: e.g. slijtvaste onderdelen in machines 

lage dichtheid: 0.910‐0.925 g/cm³ 

medium dichtheid: 0.926‐0.940 g/cm³ 

hoge dichtheid: 0.941‐0.959 g/cm³ 

Zeer hoge dichtheid: 0.959 g/cm³ of hoger 

de polyethenen zijn goed bestand tegen zuren en basen. Ze zijn Buigzaam, hebben Goede chemische 

resistentie (“corrosie‐gedrag”) en hoe hoger het MG, hoe beter chemische resistentie. 

 

Polypropeen 

Polypropeen is een H groep van etheen wordt vervangen door een methylgroep –CH3 

Er zijn minder soorten van en deze zijn sterospecifiek. Er kunnen 3d wijzigingen komen door gebruik 

van katalysatoren. De structurele wijzigingen kunnen van invloed zijn op de 

gebruikerseigenschappen.  

Eigenschappen: 

Stijver, harder en sterker dan PE 

Goede vermoeiingsweerstand 

Hogere gebruikstemperatuur dan PE 

Bij lage temperaturen is het brosser en minder taai dan PE 

Lage dichtheid  uniek, de allerlichtste kunsstof 

Niet oplosbaar bij kamertemperatuur 

stereospecifiek 

Toepassingen: spuitgegoten producten en vezels, scharnieren 

Polyallomeren 

• Kristallijne copolymeren van olefinen (CnH2n) 

• Hoge kristalliniteit, moeilijker vormbaar maar goede buigingsweerstand 

De eigenschappen kunnen worden veranderd door de ketenlengtecombinaties te varieren. Een 

polyallomeer heeft een combinatie van de eigenschappen van een polyetheen en een polypropeen. 

Het is een uiterst lichte kunststof. Het wordt vooral gebruikt als gegoten kunststof. 

Polyvinylchloride: PVC 

Pvc wordt gemaakt door acetyleengas C2H2 te laten reageren met zoutzuur in aanwezigheid van een 

geschikte katalysator. De eigenschappen van PVC kunnen gewijzigd worden door copolymerisatie en 

legeringen.  

Hard PVC : zonder weekmakers; kan doorgaan voor een technische kunststof, geringe taaiheid en 

kerfgevoeligheid, Toep.: e.g. grijze kunststofbuizen 

Zacht PVC : weekmakers; “vinyl”; Toep.: e.g. imitatieleder, bekledingen, 

PVC‐C (of CPVC) : gechloreerd PVC; Toep.: e.g. heetwaterleidingen (max. ca. 80°C); geringe O2 

penetratie 

PVC : goedkoop; +/‐ niet ontvlambaar, zelfdovend, Goede weerstand tegen zuren en basen; 

ondoorlaatbaar, slechte resistentie tegen organische (oplos‐)middelen 

Mechanische Eigenschappen PVC 

Behoorlijk sterk & stijf – goedkoop plastic; Doch: normaliter vrij bros (kerfgevoelig)  weekmakers ! 

of: ABS ! 

PVC – Vinyl 

"vinyl" (V) or polyvinyl chloride 

(PVC) 

•Good transparency (clarity) 

•Chemical and weather resistant 

•Scratch‐proof 

• All PVC polymers are degraded by light and heat, hydrogen chloride is eliminated and oxidation 

occurs 

•Retains water (8%) 

•Chemicals used to make this type of plastic can react with water vapor to form hydrochloric acid 

and quickly damage a paper collection. 

•Uses: "leatherette" fabric, gloves, flying discs, carpet & flooring, pipes, exterior siding, 3‐ring 

binders, bubble wrap. 

•Not recommended for use with silver 

•Used for short‐term business document storage 

•Not suitable for archival storage purposes 

Polystyreen 

PS : polystyreen 

Polystrenen zijn hoofdzakelijk amorf en atactisch, de benzeenringen nemen willekeurige locaties op 

de polymeerketens in . de aanwezigheid van een groot molecule (benzenen) als substituent op een 

koolstofketen veroorzaakt ketenverstijving. Dit sturcturele effect is verantwoordelijk voor de 

brosheid en hardheid. Vergeling onder UV. Minder corrosieresistent dan PE, PP; aantasting door 

meeste oplosmiddelen. Vele verbeteringen door copolymerisatie en/of weekmakers 

Toep.: consumptieartikelen (e.g. wegwerpbestek, eetbakjes, ...) 

SB (styreen‐butadieen copolymeer) slagvast polystyreen 

 

Toep.: meeste PS als gemodifieerd polymeer (e.g. SB); ook in rubber, “latexverven”, … 

EPS : expanded polystyreen (schuimpolystyreen) 

Goedkoop; 20% van alle thermoplasten; wegwerpmateriaal & speelgoed 

Fluorkoolwaterstoffen 

 

Fluoroplastics : een groep van polymeren op basis van de substitutie van een fluoratoom 

Zeer chemisch inerte materialen, duur, niet vervormbaar met gebruikelijke technieken en een 

geringen sterkte en kruipvastheid. Het heeft een relatief hoge maximumgebruikerstemperatuur(280 

graden). Zeer moeilijk te maken dus alternatieven ontwikkeld:  

PTFE : polytetrafluorethyleen (Teflon®, Hostaflon®, Halon®) 

PTFCE: betere vervormbaarheid, lagere gebruikerstemperatuur 

in het (ethyleen‐)monomeer is elk waterstofatoom vervangen door F atoom ! 

FEP : fluor‐ethyleen‐propyleen (Teflon®) ontstaat uit PTFE en hexafluorpropeen, meestal gebruikt in 

chemische behandelingen 

PFA : perfluoralkoxy (Teflon®, Hostaflon®) hogere gebruikerstemperatuur 

PVDF : polyvinylideenfluoride (Kynar®, Solef®) meest vormbaar, lage gebruikerstemperatuur 

E‐CTFE : ethyleenchlorotrifluorethyleen (Halar®) vergelijkbaar met FEP 

Duur; PTFE : niet erg sterk; kruip  minder voor constructie. Zéér goed bestand tegen chemicaliën 

en oplosmiddelen (veruit best. Hoge temperaturen, Lage wrijving 

� PTFE : moeilijkere 

verwerking  

PMMA : polymethylmethacrylaat 

 

• acrylaten = helder transparante materialen met grote stijfheid; Toep.: “plexiglas” (“perspex”); 

transparante laklagen (verven); lenzen, ... 

Polyamiden 

 

Polyamiden PA (nylons) zijn een polycondensatieproduct van een zuur en een amine. Ze bevatten als 

karakterisieke amidegroep CO‐NH.  

Types : Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12 

cijfers wijzen op aantal C‐atomen in uitgangsproducten; “/” = copolymeer, ‘.’ = homopolymeren. 

Kristallijne thermoplastische stoffen ( sterk, slijtvast). Nylon was eenvan de eerste kunststoffen. De 

mechanische eigenschappen zijn zeer goed, het kan in constructieonderdelen worden gebruikt. Het is 

de beste van de technische kunststoffen, maar het absorbeert wel veel vocht (tot 15 procent van het 

gewicht) dit veroorzaakt verlaging treksterkte en stijfheid , maar verhoging taaiheid.Om deze 

problemen te overwinnen worden er nieuwe verstevigingssystemen gebruikt: 

Aramidevezels zijn polyamiden waarvan de monomeerstructuur twee aromatische functionele 

groepen bevat. (kevlar®) 

 

 (extreem) hoge sterkte door stijve structuur van keten met continue gebruikstemp. tot 260°C 

De gebruiksvormen zijn vezels, dunne platen 

Polyacetaal 

 

Polyacetalen hebben, in tegenstelling tot de andere polymeren en koolstof zuurstof verbinding in 

plaats van de normale koolstof koolstof binding. Dit wordt een heteroketen genoemd. 

Polyacetalen zijn sterk kristallijn met mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van 

nylon. Ze absorberen wel vocht en veranderen van grootte, maar in mindere mate. 

Het homopolymeer is sterket dan het copolymeer, maar deze zijn stabieler bij hogere temperaturen. 

Er is wel grote krimp bij spuitgieten. Ze behoren tot de belangrijkste technische kunststoffen. 

Polysulfon 

 

Het basismonomeer bevat een keten van benzeenringen. Hun mechanische eigenschappen zijn 

ongeveer gelijk aan die van nylons. Ze hebben een goede optische helderheid en absorberen minder 

water dan nylons. Het is populair voor containers en kookgerei, printplaten, enz… 

Het materiaal is verkrijgbaar met vezelversterking, maar meestal gebruikt zonder. 

amorf, stijf thermoplastisch materiaal 

Polyetheentereftalaat 

 

PET : polyetheentereftalaat  thermoplastisch polyester 

kristallijn; enigszins kerfgevoelig, sterk; maatvast (stijf), bestand tegen hoge Temperaturen, resistent 

à olie & vetten; niet à sterke zuren (koolzuur = OK), basen, of heet water 

Toep.: PET flessen, verpakkingsfolie, magneetbanden, fotografische film 

meestal maakt men gebruik van PBT (polybuteentereftalaat). Als versterking wordt er vaak glasvezel 

toegevoegd. Deze stoffen hebben dan dezelfde mechanische eigenschappen als nylons, ze zijn 

kristallijn en kerfgevoelig. Er zijn geen vochtabsorptieproblemen. 

Polycarbonaten 

 

Polycarbonaat is een ester van koolzuur en een aromatische bisfenynolverbinding; i.e. = een 

polyester. Ze hebben dezelfde toepassing als de acrylaten. Ze zijn: 

amorf, lineair polyester 

hard, stijf, maatvast, bijzonder slagvast ! 

Doorzichtig (cfr. Acrylaten) 

temp.‐ & weer‐resistent 

Toep.: zoals acrylaten, doch slagvastheid tot 16x hoger 

Duurder dan acrylaten 

UV‐bestendig 

Polyetheretherketon 

 

PEEK : polyetheretherketon 

De benzeenringen zijn gekoppeld aan een zuurstofbinding volgens karakteristieke R‐O‐R 

etherstructuur met elkaar. Ze zijn gering ontvlambaar en ontwikkelen minder rook dan de meeste 

andere kunststoffen. De mechanische eigenschappen zijn even goed en beter als de nylons,ze 

behouden hun afmetingen bij temperaturen. Ze zijn gedeeltelijk kristallijn en bestand tegen zeer 

hoge Temperaturen (continu gebruik tot 315°C !... ) 

Varianten : 

PEEK zonder vulstof 

PEEK met bv. PTFE als smeermiddel 

PEEK met glasvezel of koolstofvezel: 

koolstofvezel‐composiet : stijfheid > Aluminium ≈ Titanium of Cu‐legeringen 

toep. = lucht‐ & ruimtevaart 

Thermoharders 

Polyurethanen 

 

Polyurethanen zijn het reultaat van een condensatie‐reactie tussen een isocyanaat (R=NCO) en een 

alcohol (ROH) (een polyesterpolyol of polyetherpolyol) met een reactieve hydroxyl groep. De meeste 

polyurethanen worden gemaakt van polyethers. De eigenschappen hangen af van de reagerende 

stoffen en de reactiemethoden. Polyurethanen hebben eigenschappen die variëeren van 

thermoplastisch elastomeer rubberachtig) tot onbuigzaam thermohardend i.f.v. de samenstellende 

componenten. Sommige reacties leveren koolstofdioxide op als bijproduct. Hierdoor kunnen 

sommige polyurethanen zelfschuimend zijn. In een matrijsvorm kunnen ze zo een kunststof vormen 

met gesloten huid, maar binnenin leeg. Dit geeft een heel laag gewicht.  schuimplastic. 

Toepassingen: schuimen, kussens, matrassen, warmteisolatie, imiteerhout, dashboards, lakken (zeer 

goede sleetvastheid) 

Ook hard (zelfs vervangmiddel van hout in meubels) 

Fenolharsen 

 

Fenolhars = fenol (aromatisch alcohol) + formaldehyde (CH2O) 

Cross‐links kunnen we verkrijgen door verwarming. Basisproduct is meestal afkomstig van 

oliedistillaten. Er zijn verschillende stadia van polymerisatie bij de thermohardende harsen: 

• A‐stadium nog geen cross‐links 

• B‐stadium overgangsstadium: rubberachtig & kleverig; of: al bros 

 ev. menging met versterking / vulstoffen (ev. als poeder) 

• C‐stadium cross‐linking 

Fenolformaldehyde‐polymeer : bakeliet 

vulstoffen (houtmeel, mineraal poeder) 

elektrische isolator, lage vochtabsorptie, vrij hoge gebruikstemperatuur (200°C) 

bros 

meest gebruikte thermoharder 

• 1/3 : kleefmiddel in multiplex, … 

• elektrische printplaten (o.m. met katoen of glasvezelwapening) 

• stopcontacten, schakelaars, … 

• machine‐onderdelen via verspanende bewerking ! 

• Schuim 

Polyesters 

Polyester staat voor een groep kunststoffen. Er zijn twee groepen in deze categorie: 

• thermohardende polyesterharsen (onverzadigd, vloeibaar, hebben katalysaor nodig om te harden) 

• thermoplastische polyesters (sterk kristallijn) 

Esters zijn reactieproducten door de reactie van een alcohol met een zuur. Ze zijn onverzadigd dwz 

ze kunnen binden aan andere polymeren want er zijn vrije bindingsplaatsen. 

Gebruik : 

• als harsmatrix in composieten: Reinforced thermoset plastics 

• talrijke toepassingen: boten, vishengels, auto’s (corvette, trabant), etc... 

• Als vezel in kledij 

Elastomeren 

“Elastomeren zijn polymeren met “rubberachtige” eigenschappen: 

‐ meer dan 100% reversieble (elastische) vervorming 

‐ met een bepaalde veerkracht (potentiële energie en hystersis) 

Soorten elastomeren 

• Natuurrubbers: product van boomhars na ontwateren en bijvoegen van kleurstoffen, 

hardingsmiddelen, vulmaterialen. Tenslotte vulcaniseren: cross‐linking d.m.v. zwavel (in een vorm bij 

150°C). op deze manier wordt het een bruikbaar product. Meestal wordt er zwavel gebruikt om het 

proces te versnellen. De gevormde polymeerketenbindingen zijn verantwoordelijk voor de 

elastomeereigenschappen.  

– Uitstekende veerkracht (kleine hysteresis) 

– Zeer goede scheurweerstand 

– Gevoelig aan veroudering o.i.v. zonlicht 

• Polyisopreen: eerste synthetische rubber (WOII). Duurder maar milieuvriendelijker 

• Polyurethanen : (zie Thermoharders): kunnen heel sterk variëren afhankelijk van de copolymeren 

• Styreenbutadieenrubber (SBR): copolymeer van polystyreen en polybutadieen. 

– Goedkoop 

– Vooral voor slangen, riemen, pakkingen, stootkussens, de meeste autobanden 

• Chloropreenrubber (ook bekend als neopreen) 

– Betere weerstand tegen weersinvloeden, zonlicht,.. tov natuurrubber 

– Zeer vuurbestendig 

– Slangen in autos, afdichtingen, transportbanden 

• Polybutadieen 

– Redelijk duur 

– Vooral als additief ter verbetering van hysteresis en scheurweerstand 

• Nitrilrubber (buna N): een copolymeer van butadieen en acrylonitril 

– Zwellen niet in petroleumproducten 

– Vooral voor O‐ringen in hydaulische systemen, benzineslangen 

• Butylrubber : copolymeer van isobuteen en isopreen 

– Uitstekende weerstand tegen veroudering 

– Niet goed bestand tegen olie tenzij men chloreert 

• EPM rubber: copolymeer van etheen en propeen 

– Zeer goed bestand tegen weersinvloeden en veroudering 

– Goede warmteweerstand 

– Draadisolatie, tochtstrips, transportbanden 

– Niet bestand tegen petroleumsoorten 

Siliconen 

 

Siliconen zijn anorganische polymeren. In plaats van de normale koolstofruggengraat is er een 

silicium zuurstofbinding. Deze heeft zeer goede thermische stabiliteit. 

• De backbone keten bestaat uit –Si‐O‐ met organische groepen gebonden aan het Si. 

• De courante vorm van siliconen is die waar de zijgroepen CH3 (methyl) zijn. Men spreekt dan van 

poly‐dimethylsiloxaan. 

• CH3 kan gedeeltelijk gesubstitueerd worden door phenyl, vinyl, trifluoropropyl,…(gunstig voor 

cross‐linking) 

• Siliconen kunnen voorkomen als vloeistoffen (laag MW), emulsies, harsen en elastomeren (hoog 

MW). Er zijn 1 en 2componentensystemen. 

• Elastomeren worden bekomen door cross‐linking: 

– Via radicalen 

– Condensatie 

– Additie 

– Vulstoffen (Si02) 

Thermoplastische elastomeren (TPE’s) 

TPE`s vertonen zowel rubberachtige als thermoplastische eigenschappen.  

• Meeste “rubbers” zijn thermohardend, zij vertonen geen smeltpunt na crosslinking. 

• TPE’s kunnen door smelten verwerkt worden. 

• Het zijn blokcopolymeren die stijve thermoplastische en zachte thermohardende 

polymeersegmenten bevatten. De stijve thermoplastische segmenten laten het smelten toe en de 

buigzame (thermohardende) geven de elastomere eigenschappen. 

 

 

 

Fabricageprocessen van polymeren 

Thermoplastische polymeren 

– Gebruik van granulaten 

– Near‐net shape forming 

– Steunt op smeltbaarheid van de polymeren 

– hoge productiesnelheden zijn mogelijk 

Spuitgieten (injection moulding) 

 

De nadelen zijn dat niet alle polymeren op deze wijze kunnen worden verwerkt. Metalen matrijzen 

zijn erg duur. 

co‐spuitgieten: 2e polymeer als omhulling 

Blazen 

 

Polymeer wordt tegen een oppervlak van een matrijs geblazen. 

Extrusie 

 

Het vormen van een continu eindproduct. 

Vaste faze vormen 

 

Het materiaal wordt zacht, maar smelt nog niet en wordt dan in vorm geperst. Dit geeft het materiaal 

een hoge sterkte. 

Warmvormen 

 

Polymeerplaten smelten en zakken op de matrijs. Eventueel vacuum zuigen voor de platen op de 

matrijs te houden tijdens afkoeling. 

Stereolithografie 

 

 

Thermohardende polymeren 

– A‐stadium: viskeuze hars creeren, die dan afkoelen en eerste menging, dan oplossen, afkoelen en 

granuleren. Deze granulaten mengen met vulmaterialen, kleurstoffen, smeermiddelen,... 

– B‐stadium: het mengsel wordt warm gekneed (bv.door rollen geperst) en de cross‐linking start 

maar word ttijdig onderbroken. Dit kunnen we koelen en granuleren tot korrels. 

– C‐stadium: Granulaten uit B‐stadium verwarmen en consolideren in matrijs  

 

Persen 

 

Een afgemeten hoeveelheid materiaal wordt in een matrijsholte geplaatst. Warmte en druk worden 

uitgeoefend om de holte volledig te vullen en het materiaal uit te harden. Dit is het meest 

gebruikelijke proces. 

Spuitgieten 

Gebruikt bij toepassingen waarbij en hoge productie wordt gehaald. Het vloeibare polymeer moet in 

de matrijs worden gebracht als de viscositeit de laagste is. In de matrijs wordt het polymeer 

verwamd om cross linking te bevorderen. 

Schuimen 

Standaardspuitmachines kunnen worden aangepast om schuimen te creeren door er een gas bij in te 

blazen. Neveneffecten: minder krimp en betere toleranties. 

Reactiespuitgieten (RIM: reaction injection molding) 

 

De reactieonderdelen worden onder hoge druk in een mengkamer gepompt en stromen vervolgens 

in een matrijs bij atmosferische druk. De schuimende werking van de reagerende stoffen zorgt voor 

druk in de matrijs. De reactiewarmte laat de vorm ook sneller verharden. Meest toegepast voor grote 

onderdelen. 

Transferpersen 

Materiaal wordt in een open cilinder gebracht, verwarmd en onder druk in de holte voor 

hetonderdeel gebracht. +/‐ persen. 

Gieten 

Vloeibare materiaal zonder druk in de matrijs gegoten en laten uitstollen. Ook: rotatiegieten. 

Sinteren 

Aan elkaar vloeien van contactvlakken van poederdeeltjes door een combinatie van druk en 

temperatuur. 

Composieten 

• Bestaat uit een continue matrix (polymeer, metaal, keramiek) en een gecontroleerde verdeling van 

een versterkend materiaal. 

• Twee of meer materialen gecombineerd tot een nieuw materiaal met andere eigenschappen dan 

de afzonderlijke componenten 

• Versterkingen bestaan uit glas, grafiet, polymeer‐, keramische of metallische vezels 

• Groot voordeel: hoge specifieke sterkte en stijfheid (sterkte resp. stijfheid gedeeld door de 

dichtheid). Dus grote gewichtsbesparingen. 

• Nadelen: recycleerbaarheid, kostprijs, .. 

Geschiedenis Polymeercomposieten 

Composieten 

Soorten versterkingen 

Een polymeer is een materiaal met een continue harsmatrix en een gecontroleerde verdeling van een 

versterkend materiaal. Een composiet heeft een matrix van de volgende materialen: epoxy, 

polyester, thermohardende polymeren en een paar thermoplasten. De versterkingen bestaan uit 

glas, grafiet, aramide, thermoplastische vezels en keramisch materiaal. 

het toevoegen van versterkingen aan polymeren is gewoonlijk bedoeld om de mechanische 

eigenschappen te verbeteren. Discontinue versterkingmaterialen kunnen de mechanische 

eigenschappen op korte termijn versterken. Continue versterkingen kunnen grotere belastingen 

permanent opnemen. Concurentie voor de metalen. 

De gebruikseigenschappen van de composieten hangen af van de polymeermatrix, de versterking, de 

verhouding tussen hars en versterking en van de fabricagemethode. 

1. Matrixmaterialen : het bindmiddel waarin 1 of meer materialen worden verwerkt. 

Thermoplasten 

Het probleem is de hechting tussen vezel en thermoplast. De continue vezels moeten volledig 

bevochtigd worden of te voorzien van een gesloten deklaag thermoplastisch materiaal.Tot eind ’80s : 

(enkel) met korte glasvezels (enkele mm); minder sterk dan lange vezels.Continue wapening : laatste 

10 jaar; De oplossing was om de vezel te bekleden met dun laagje thermoplast.  

Oplossing 1: “prepreg” : vooraf met gewenste matrix materiaal geïmpregneerd weefsel 

Oplossing 2: gebruik maken van polymeren die kunnen worden opgelost in het oplosmiddel. Men 

laat het oplosmiddel verdampen en de versterkingcoating die achterblijft bestaat alleen uit 

polymeer. Probleem: verdamping oplosmiddel. 

Thermohardende harsen (95%) 

De matrix wordt gewoonlijk gemaakt uit vloeistoffen van eem lage viscoziteit, waarin men croos links 

laat ontstaan door het toevoegen van een katalysator, uv licht, of energie. 

fenolhars  

fenolharsen zijn hard en onbuigzaam en hebben een hogere elasticiteitsmodulus.  

een van de voordelen van dit hars is dat het kan worden aangekocht als B‐hars, het gedraagt zich dus 

als een thermoplast totdat ze onder druk verwarmd worden. In het b stadium zijn er nog niet veel 

cross links en de harsen kunnen dus nog worden verwerkt in korrels en verkocht. 

Epoxyhars 

Epoxyharsen zijn in feite polyethers. Het monomeer heeft de structuur van een ether met 

zuurstofbindingen R‐O‐R. = driehoek met 2 C en 1 O ; 

Tijdens het harden vormen deze moleculen cross links waardoor er een driedimensionaal netwerk 

ontstaat en de katalysator of de reagerende stoffen gaan deel uitmaken van de structuur . de 

katalysator zordt opgenomen in de structuur. Zo is er weinig verandering van grootte! 

vóór cross‐linking: korte ketenmoleculen (ca. 10 monomeren) 

uniek : geen condensatieproducten of oplosmiddelen afgestoten 

weinig dimensionele veranderingen bij polymerisatie / crosslinking 

ca. 25 soorten in handel  hoge kwaliteit 

polyester 

bevatten gewoonlijk remmers die het mogelijk maken de hars een jaar lang of langer als vloeistof op 

te slaan. “shelf life” Na katalysatie verstijven de harsen.Ze zijn verreweg het belangrijkste PMC 

matrixmateriaal. Ze zijn iets minder sterk dan epoxy harsen. Onvolledig gepolymeriseerd b stadium 

polyester kan ook als prepreg geleverd worden. Ze zijn de goedkoopste materialen onder de 

composieten. 

2. Wapeningsmaterialen 

Vroeger eerst: papier en katoenweefsel. 

Metalen : komen altijd voor in een honinggraat patroon. Dit patroon wordt gemaakt aluminiummet 

de dikte van een folie. Ze zijn vaak uiterst licht voor een gegeven buigstijfheid. Maar worden minder 

en minder gebruikt. 

Asbest: keramische materialen worden gemaakt als dunne vezels met een vezelstructuur waardoor 

het bevochtigen ideaal is. Che;isch betrekkelijk inert. 

Keramische materialen : worden gemaakt als dunne vezels met kleine diameter, whiskers, of als 

deeltjes die te gebruiken zijn voor de versterking van polymeercomposieten. De whiskers hebben 

een uiterst hoge treksterkte maar worden maar max  mm lang dus geen continue versterkingen. 

Populair in metaalmatrix componenten. Opm.: ‘whiskers’ (éénkristallen; +/‐ zonder roosterfouten; 

enorm sterk) 

Polymeren : liquid cristal polymeren hebben een uiterst hoge sterkte.  

Aramidevezels (kevlar), treksterkte = 3100 MPa !  

gebruik: als continue vezel, geweven materiaal, korte vezel; zowel voor thermoharders als 

thermoplasten 

taaier & lichter dan glasvezel : vb. kano 6 m Kevlar + vinylester = 8 kg 

Alternatief : nylons, (polypropyleen vezels) : qua sterkte ≈ glasvezel ; onbruik, nu: hoog 

kristallijn polyethyleen 

Koolstof‐grafiet: amorfe koolstof wordt verkregen door verhitting van organische materialen, 

gewoonlijk bij afwezigheid van lucht. Bij hogere temperaturen neemt het vezelmateriaal een grafiet 

structuur aan. Dit tweede noemen we wapeningskoolstof. Koolstofvezels worden gebruikt waar 

glasvezel niet de gewenste oplossing biedt. 

Glasvezel: dit is de gebruikelijkste vezelversterking. We noemen het ook wel RP ( reinforced Plastic). 

Het wordt gemaakt door gesmolten glas door kleine gaatjes te stuwen. Er zijn 2 soorten E en S glas. E 

glas is borosilicaatglas dat wordt gebruikt voor elektrische toepassingen. S glas heeft een hogere 

sterkte. Deze vezels worden dan geweven. Op verschillende manieren. Een vezelmat geeft een zeer 

vlak oppervlak, een roving wordt gebruikt voor zware composieten. 

3. Wapeningsschema’s 

Wapening: functie = sterkte, stijfheid, kruipvastheid 

Discontinue wapening (sterkte / korte termijn) 

korte vezels 

schilfers 

korrels 

Continue wapening (lange termijn sterkte, kruip)  

lange vezels 

vezelmat of weefsel 

NB: “Sandwich” & 2.5‐ / 3‐D structuren 

Soorten wapening in polymeercomposieten 

 

 

 

 

 

 

 

Glasvezelvormen 

  

 

 

Fabricage van composieten 

• hand lamineren (thermoharder en prepregs) : een matrijs of een gietvorm bekleed met eem laag 

hars. Daarna wordt een laag glasversterking aangebracht en deze versterking wordtgrondig verzadigd 

met hars. 

• roving spuiten (thermoharders) 

• koud persen (thermoharders): speciale technieken om de glasvezel in het hars te krijgen 

• Spuitgieten en RIM (thermoplasten respectievelijk thermoharders) een pistool waarin de twee 

componenten reeds worden gemengd, gebeurd op dezelfde manier als handlamineren. Wordt op het 

oppervlak van de matrijs gespoten 

• vacuüm infusie and vacuüm injectie (VI‐RTM) 

• Resin Transfer Moulding (RTM van thermoharders, keramiek, met vezel preforms, 3D geweven 

preforms en breisels) 

• compression/sheet moulding (prepregs en thermoplasten, glas matrix, keramiek en metalen) met 

behulp van rollen wordt gekatalyseerde polyester in de glasvezel gedrukt. 

• pultrusie (thermoharder en thermoplasten): met hars geïmpregneerde glasvezels door een 

gietvorm te trekken. Het glas wordt door een harsbad getrokken. 

• filamentwikkelen (thermoharders, thermoplasten en keramiek).: de versterking is een continue 

streng en wordt in een harsbad verzadigd 

• vacuüm bagging/vacuumplaatvormen (nat laminaat / prepregs en uitharding in oven) 

• autoclaaf (prepregs en uitharding onder druk en verhoogde temperatuur, voor thermoplasten, 

thermoharders, technisch keramiek, MMC's, FML's) 

P217‐218 

 

Selecteren van polymeren H7 

Polymeeriegenschappen kunnen gemakkelijk gewijzigd worden met behulp van additieven en 

vulmaterialen. Tegen zonlicht en weer kunnen we ook antioxidanten toevoegen en 

stabiliseringsmiddelen.  

• Uitzettingscoëfficiënt (αpoly >> αmetaal) : uitzetting tot tien maal die van metalen. 

• Stijfheid (Epoly << Emetaal) :staal 30 keer stijver dat het hardste kunststof. De waarde wordt 

bepaald door middel van een trekproef gevonden elasticiteitsmodulus. Voor metalen en keramieken 

is dit eenvoudig, voor polymeren niet. Ze voldoen niet volledig aan de wet van Hooke en kennen dus 

geen recht deel in de curve. Er zijn drie manieren om een elasticiteitsmodulus te vinden.  

1. Neem de hellingshoek in het begin van de curve 

2. De hellinsgshoek nemen van de stijging van de curve tot rek 1 % is. 

3. Over langere tijd de spanning op de rek bepalen. 

• Temperatuur (maximaal 260°C): hoogste gebruikerstemperatuur. 

• Eigenschappen kunnen sterk variëren met kleine temperatuurschommelingen: omdat polymeren 

bestaan uit lange koolwaterstofketens, bijeengehouden door covalente bindingen. 

• Lage dichtheid 

• Doorgaans elektrisch isolerend 

• Slechte warmtegeleiders (goede warmte‐isolatoren) 

• Kruip en spanningsrelaxatie: visco‐elastisch gedrag; polymeren gedragen zich net als metalen op 

een elastische manier bij spanningen onder de elasticiteitsgrens. Bij langdurige rekbelasting en 

hogere temperaturen gaan ze wel kruipen: deze verandering in rek als functie van de tijd noemen we 

kruip of visco elastische vervorming. Als gevolg van deze kruip worden de spanningen op den duur 

minder, dit noemen we spanningrelaxatie. Glasversterking verbeterd de kruipvastheid. De RTI of 

relatieve temperatuursindex wordt vaak gebruikt voor het voorspellen van de maximale 

bedrijfstemperatuur die een polymeer kan verdragen gedurende de levensduur. RTI kunnen we 

gebruiken voor het rangschikken van materialen, niet voor het uieindelijke ontwerp. 

• Ontvlambaarheid en brandsnelheid (toxiciteit): thermohardende harsen zullen niet smelten, 

thermoplaten wel. Terhmoharders branden wel en sommigen branden uit zichzelf nadat de hittebron 

is verwijdert. Copolymerisatie verminderd de verbrandingssnelheid. Vuurremmers kunnen worden 

toegevoegd. 

• Kerfslagwaarde: polymeren zijn brosser dan metalen,in een ductiele breuk vloeit een materiaal 

aanzienlijk voor het breekt. 

• Anisotropie: in vrschillende richtingen zijn de eigenschappen van het polymeer anders. 

• Lage dimensietoleranties en maatstabiliteit: semikristallijne thermoplasten kunnen in de loop van 

de tijd van afmetingen veranderen. Na het vervaardigen van een onderdeel van semikristallijne 

polymeer zijn er zowel amorfe als kristallijne fasen in de polymeer aanwezig. Gewoonlijk verandert 

op den duur een gedeelte van amorfe in kristallijne fase. De ketens rollen op in elkaar en we krijgen 

een volumeverandering. Thermohardende materialen kunnen bij het verharden ook 

volumeverandering ondergaan. 

• Vochtabsorptie (maatstabiliteit) 

• Mechanische eigenschappen: 

– Treksterkte 

– Rekgrens 

– Lage Hardheid (weerstand tegen krassen en abrasieve slijtage) 

– Breuk door veroudering (studie van levensduur is belangrijk) 

– Minder goede vermoeiingseigenschappen: vermoeiingsdefecten worden meestal gecreëerd 

door scheurvorming , door beginnende smelting als gevolg van de temperatuurverhoging 

door wrijving of door een combinatie.  

• Invloed van milieu (omgeving) 

– Oplosbaarheid fluida beïnvloeden levensduur maar vaak zeer goede chemische resistentie 

– Spanningscorrosie 

– Permeabiliteit 

– Foto‐oxidatie (UV) 

• Kunnen vlot gekleurd worden 

• spanningsbreuk en spanningscorrosie: wanneer er langdurige trekspanningen worden uitgeoefend 

op het polymeer kunnen er spanningskerven en of haarscheurtjes ontstaan. Dit defect wordt 

spanningsbreuk genoemd. De invloed van chemicaliën op spanningsbreuk wordt vaak 

spanningscorrosie genoemd. De maximale spanningen worden zo lager dan de rekgrens. We kunnen 

de onderdelen ontlasten van rekspanningen door ze een warmtebehandeling te geven. 

• Verlijmbaarheid 

• (lage) kostprijs 

Slijtage H7 

Adhesieve slijtage: in functie van de glijafstand en de uitgeoefende belasting 

Abrasieve slijtage: harde scherpe oppervlakken of uitsteeksels die op een zachter oppervlak drukken 

Erosie: mechanische wisselwerking tussen een oppervlak en een vloeistof 

Oppervlaktevermoeiing: vermoeiing door herhaalde drukbelasting van een oppervlak. 

Rubbers zijn goed bestand tegen abrasie. Slijtweerstand wordt bevorderd door het vermogen van 

een kunststof oppervlak te vervormen bij het drukken van een abrasieve stof. Kunststoffen zijn met 

groot succes bestand tegen erosie door waterdeeltjes. Kunststof op kunststof veroorzaakt hoge 

slijtage. Kunststof op metaal gaat wel goed om dat kunsstoffen zelfsmerend kunnen zijn.  

Bij hoge temperaturen is het aangeraden kunsstof te gebruiken ipv minerale oliesoorten die in teer 

veranderen vanaf 200 graden . zelfsmering gaat tot 260 graden.  

Fluorkoolstoffen hebben zwakke machanische eigenschappen 

fenolharsen hebben geen goede eigenschappen voor ongesmeerde wrijving en slijtage. 

acetalen worden het meest gebruikt in lagerbussen 

 

Hout 

• Is een composiet bestaande uit de polymeren lignine (15‐25%), hemicellulose (25‐35%) en cellulose 

(38‐50%) 

• Bevat ook minerale componenten en water  

• Eigenschappen sterk bepaald door soort maar ook sterk variabel binnen de soort (10‐20%) 

• Wordt vaak ook behandeld (geïmpregneerd) 

• Eigenschappen sterk anisotroop 

• Visco‐elastisch gedrag 

 

Eigenschappen afhankelijk van: 

• Dichtheid 

• Vochtgehalte 

• Vezeloriëntatie 

• Degradatie door schimmels, insecten, .. 

• Temperatuur 

• Chemische omgevingsinvloeden 

Gevolg: 

waarden van de (mechanische) eigenschappen kunnen tot 30% variëren 

 

 

2. Keramische materialen 

• Keramiek: Gr. “keramos” = drinkhoorn 

• Nu : = anorganische niet‐metallische materialen verkregen door sinterprocessen bij hoge 

temperatuur, het zijn verbindingen die samengesteld zijn uit metallische en niet‐metallische 

elementen met sterke covalente of ionbindingen tussen de atomen. Alle oxiden, boriden, carbiden, 

nitriden en hun combinaties.  constructiekeramiek 

• Vbn. keramiek op kleibasis : Bouwmaterialen: bakstenen, grespijpen, zuurvaste en vuurvaste 

stenen, tegels, … 

• Vbn. moderne keramische materialen : TiC, WC, SiC, BeO, ZrO2, Al2O3, Si3N4, BN, AlN, Sialons 

dwz.: zowel carbiden, oxiden, boriden als nitriden 

Traditionele keramiek: 

Gebaseerd op natuurlijke grondstoffen 

Hebben geen specifieke samenstelling en karakteristieken 

Hoofdzakelijk in het SiO2‐veldspaat‐klei of alumina‐silica‐magnesia systeem 

Geavanceerde, Technische, Fijne, Engineering, Nieuwe, Speciale, enz. 

Gebaseerd op zuivere grondstoffen (hoofdzakelijk synthetisch) 

Specifieke samenstelling en karakteristieken 

Strikt gecontroleerd productieproces 

Specifiek ontwikkeld voor een welbepaalde toepassing 

Keramische materialen: opbouw 

De Metalen: 1, 2 of 3 valentie‐elektronen, de Niet‐metallische elementen: valentie 5, 6, of 7, de 

edelgassen: 8 valentie‐elektronen, de metalloïden zijn elementen met valentie 4. Het voornaamste 

verschil met andere technische materialen is de aard van hun bindingen. De aard van de bindingen 

bepaald ook de brosheid van het materiaal. Dit kunnen covalente of ionbindingen zijn. De binding 

van atomen bestaat grotendeels door de mogelijkheid tot het delen van de elektronen. De 

eigenschappen van de keramiek worden ook al bepaald door factoren op atomair niveau. De 

kristalstructuur, de samenstelling en de aanwezige fasen in de microstructuur heeft een grote 

invloed op de eigenschappen. Voor de gebruiker zijn de belangrijkste aspecten van de microstructuur 

de korrelgrootte, de porositeit, en de aanwezige fasen. Het maakt ook veel verschil of een keramiek 

een hexagonale of kubische structuur heeft ( cfr. Koolstof) 

– “Ionbinding”: een atoom staat valentie‐elektronen af aan andere, zodat positief en negatief 

geladen ionen ontstaan die elkaar elektrostatisch aantrekken.(bv. NaCl, ZrO2, Al2O3, ) 

– “Covalente binding”: valentie‐elektronen zijn gemeenschappelijk “bezit” van 2 atomen (bv.): 

diamant, B4C, SiC, Si3N4 

Eigenschappen van een sterke binding 

• (erg) bros : rekbelasting leidt tot kristalsplijting 

• grote hardheid (weerstand tegen plastische vervorming) 

• geringe chemische reactiviteit 

• gering elektrisch geleidingsvermogen (isolatoren) : valentie‐elektronen zijn onderdeel van binding 

tussen atomen, waardoor zen zich niet vrij door het kristal kunnen verplaatsen 

• Soms: versteviging (niet veel) door toevoeging secundaire fasen, of door wijziging kristalstructuur 

vb: boornitride of grafiet : hexagonaal = zeer zacht; kubisch = extreem hard 

 

Traditionele keramiek 

traditionele keramiek maakt gebruik van de volgende materialen: 

Klei: komplexe gehydrateerde aluminosilicaten zoals Kaoliniet: Al2(Si2O5)(OH)4, Montmorriloniet: 

Al5 (Na,Mg) (Si2O5)6(OH)4 

Veldspaat : K2O.Al2O3.8SiO2, laag smeltpunt 

Kwarts : SiO2, goedkoop, hoog smeltpunt 

Technische keramiek 

Structurele keramiek of “Engineering or Structural Ceramics”: Voor structurele toepassing zoals 

biomaterialen, motorcomponenten, snijgereedschappen, dragers catalysatoren, enz. 

Functionele keramiek of “Functional or Electro Ceramics”: Met een essentiële functie voor bepaalde 

toepassingen zoals elektrische, magnetische, halfgeleiders, piezoelektrische, enz. 

Keramiek als bouwmateriaal 

Bouwmaterialen (Aardewerk & Porselein): (“poreuze keramische materialen”) 

• Grondstof = klei (vele variaties) + Veldspaat + SiO2, 

• Klei‐types: variëren tussen 70% Al2O3 + 25% SiO2 en 10% Al2O3 + 85% SiO2, met enkele % tot 

sporen oxiden van Fe, Ca, Mg, K en Na (% gelden voor watervrije massa, i.e. gebakken vorm), 

Kaolien (Al2O3.2 SiO2.2H2O) 

In natuur : klei watergehalte = 10 à 60% 

• Veldspaat (KAlSi3O8) = goede grondstof voor porselein, is smeltpuntverlagend 

• SiO2: zand 

• Productie: Mengen, Drogen en Sinteren 

– Water‐ en kleigehalte bepalen plasticiteit & vervormbaarheid  relatief eenvoudig allerhande 

vormen makenn (eenvoudige tegels, meest ingewikkelde technische of artistieke voorwerpen) 

– Na vormgeving: voorzichtig drogen (vrije water verdampen) 

– Voorzichtig verhitten: verdwijnen van fysisch‐chemisch gebonden hydraat water 

– Vanaf 900‐1000°C: “sinteren”; d.w.z. echte reactiestap v/h bakken: elkaar rakende poeder‐ & 

korreldeeltjes reageren; bruggen van nieuwe chemische verbindingen ontstaan en/of wederzijdse 

oplossingen i/d vorm v. niet of slechts deels gekristalliseerde massa’s. Door deze reacties ontstaat de 

keramische binding 

– Als resultaat v. drogen & sinteren: +/‐ poreuze structuur: lang, hoge T => minder porievolume, 

doch: grote krimp! 

Ternair Diagramma : 

Al2O3 , SiO2 en enkele % alkali‐ of aardalkali‐oxiden (bv. CaO) 

 ganse serie vuurvaste materialen op de as SiO2 naar Al2O3 

 hogere % alkali‐ en/of aardalkali‐oxiden (bv. K2O of CaO) : snel slechter wordende temp. 

bestendigheid (lager smeltpunt). wel: sinteren en bakken gaat makkelijker 

 

Ternair Diagramma : Al2O3 , SiO2 en bv. CaO 

Ternair diagramma met aanduiding van cementtypes, glastypes, porcelein, en refractaire materialen 

Corrosievastheid 

• Samenstelling van korrels en ‐vooral‐ van de bindende fase bepaalt corrosievastheid 

• Algemeen : SiO2‐rijk = beter zuurbestand; Al2O3‐ rijk = beter alkalibestand 

• Vaak ook zeer corrosievast in agressieve milieus, als zoutzuur, zwavelzuur, fosforzuur (“zuurvaste” 

keramiek; vaak tot 300°C) 

• Soms : bedekken met laagje laag‐smeltend glas  oppervlakte‐poriën gesloten � glad en dicht 

oppervlak (email laag) 

Productie van keramieken 

Het uitgangsmateriaal voor de meeste ceramische en verwante materialen is een poeder dat op de 

een of andere manier moet worden samengevoegd tot een vaste stof. Er zijn twee manieren om dit 

te doen. Sinteren is de poederdeeltjes eenvoudig laten samensmelten met behulp van zelfdiffusie bij 

hoge temperatuur. Dit verwijdert de ruimte tussen de deeltjes. Verglazen is poeders aan glas laten 

hechten.  

betonproducten: cement+ aggregaat+ zand (sio2). 

cermets: gesinterde carbiden worden gemaakt door keramische materiaaldeeltjes aan elkaar te 

hechten. Met kobalt en nikkel noemen we dit cermets. 

eenkristallen: elementen van silicium, borium enz. die groeien door middel van kiemvorming en 

gestuurde stolling. De kristallen ontkiemen/kristalliseren. Door gestuurde stolling ontstaat 

reproduceerbaar elektrisch gedrag. 

glas 

 bakstenen:  gemaakt door klei vorm te geven en deze dan te bakken op hoge temperatuur. 

vuurvaste bakstenen worden gecreerd door mengsels soms wel enige dagen te verhitten. 

koolstof grafiet:  een organisch materiaal dat in afwezigheid van lucht lange tijd bij zeer hoge 

temperatuur verhitten. 

sol‐gel: in opmars. Een of meer vloeistoffen laten geleren en het gel dan laten harden. De gel kan 

worden verhit om er een keramisch product van te maken. Deeltjes kunnen nu heel klein zijn zonder 

kostbare vergruizing  nanodeeltjes. 

verglazing: voor vervaardiging van slijpmateriaal 

Het meest gebruikt fabricageproces voor keramische materialen is compacteren en sinteren. 

1. De gezuiverde keramisch binding wordt fijn gemalen tot de deeltjes de gewenste grootte hebben. 

2. Het poeder kan gemengd met bindmiddelen  groene toestand 

3. De bindmiddelen worden verwijderd door middel van warmtebehandelingen 

het poeder wordt geplaatst in een persvorm van plaatmetaal en wordt isostatisch geperst met een 

heet intert gas. Dit proces heet HIP Heet Isostatisch Persen. 

4. Drogen aan de lucht of in een oven om de bindmiddelen uit te drijven 

5.machinaal bewerken 

6. Sinteren of bakken . bakken bij een temperatuur onder het smeltpunt OF net erboven zodat het 

oppervlak smelt en de porositeit verminderd. 

De productie is Doorgaans op basis van poeders. Poeders kunnen aan elkaar sinteren of smelten bij 

hoge temperaturen waar chemische en/of fysische reacties plaatsgrijpen.  

hierbij: transport door vaste stof diffusie, verdamping / condensatie, of vloeistofdiffusie (visceuze 

vloei)  door wederzijds oplossen, reageren en kristalliseren: ontstaan van nieuwe componenten in 

amorfe of kristallijne toestand. door deze reactie: vaak krimp (porie‐volume, i.e. ruimte tussen 

grondstofdeeltjes wordt kleiner) 

Cermets: metaal matrix met keramisch poeder bv. Co+WC ook genoemd hardmetaal of 

gecementeerd carbide, (handelsnaam Widia), of Ni+TiCN) 

De eigenschappen van de keramische producten worden bepaald door de thermo‐mechanische 

voorgeschiedenis. 

   

 

Eigenschappen van keramieken 

• Sterk bepaald door 

– Samenstelling 

– Kristalstructuur 

– Bindingstype (covalent, ionisch) 

– Aanwezige fazen 

– Poriën 

– Korrelgrootte 

– Aanwezigehid van bindmiddel 

– Gebruik van vezelversterking (bv. SiC vezels) 

Mechanische eigenschappen 

• Geen vloeigrens 

• Lage treksterkte (uitz.: glas‐ & C‐vezels) 

• Hoge druksterkte 

• Geen ductiliteit (plasticiteit) 

• Slechte slagvastheid 

• Heel hoge hardheid (uitz. amorfe C = hard; grafiet = zacht 

• Hoge E‐modulus 

• Uitstekende kruipweerstand (uitgez. Glas) 

• Goede vermoeiingseigenschappen onder drukbelasting 

De treksterkte van keramische materialen meten is niet gemakkelijk. Keramische materialen hebben 

geen vloeisterkte. Ze vertonen geen plstaisch vervorming voor ze hun treksterkte bereiken. Hun 

druksterkte is daarentegen wel beter als die van de meeste andere materialen. 

Fysische eigenschappen 

• Lage dichtheid 

• Heel hoge smelttemperaturen 

• Slechte tot redelijke warmtegeleiding 

• Elektrische geleidbaarheid: 

– geen vrije elektronen � weinig geleiding warmte & elektriciteit; de meeste oxiden, enkele nitriden: 

Si3N4, AlN 

– Een aantal (niet alle) nitriden, carbiden en boriden zijn zeer goed geleiders (FeN, WC, TiC, ..) 

• Lage uitzettingscoëfficiënt 

• Gebruik bij heel hoge temperaturen 

• Geringe waterabsorptie (maar niet noodzakelijk 0!) 

OPMERKING: Gevoeligheid voor thermoshocks 

– Combinatie slechte warmtegeleiding, hoge elasticiteitsmodulus en lage treksterkte (brosheid)  

gevoelig voor thermoshocks 

– Abrupt temp.verschil  thermische uitzetting  plaatselijk hoge trekspanningen door slechte 

warmte‐geleiding  scheurvorming 

– Gevoeligheid voor thermoshocks: “thermische sterkte” F = (Rt / αth . E) . (λ / ρ . Cp) ½ (in °C) 

Rt = treksterkte λ = warmtegeleidingscoëff.  

αth = therm. uitzettingscoëff. ρ = specifieke dichtheid 

E = elasticiteitsmodulus Cp = soortelijke warmte 

keramische materialen kunnen licht zijn ten opzichte van metalen, maar die lichtheid kan wijzen op 

grote porositeit. De smeltpunten behoren tot de hoogste van alle technische materialen. De 

warmteuitzetting varieert, maar meestal minder dan kunststoffen. 

Chemische eigenschappen 

• Kristalliniteit 

• Meerfazig 

• Uitstekende chemische weerstand 

Tegen corosie uitstekende bescherming, qqngezien de meeste keramieken materialen zoals oxiden 

enz bevatten. 

Verwerkbaarheid 

•Niet verwerkbaar door plastische bewerkingen (uitgz. glas) 

•Vooral bewerkt door slijpen 

•Spuitgieten (Injection molding) met bindmiddel 

•Sinteren (vormstabiliteit en densiteit!!!) 

Al2O3: Alumimiumoxide of Alumina 

• Doorgaans gewonnen uit bauxiet (Al‐erts) 

• Verschillende kristalstructuren: alfa‐Al2O3 is hexagonaal, gamma‐Al2O3 is kubisch, beta‐alumina 

(complex) 

• Vaak in poreuze toestand (10 tot 50%) 

• Bij 1000°C behoudt het nog 50% van zijn sterkte bij kamertemperatuur 

• Toepassingen: raketstraalbuizen, pomp‐rotors, kleppen 

Het is tevens bestand tegen de meeste oxiderende en reducerende stoffen. 

Siliciumcarbide 

Dit is een van de hardste traditionele schuurmaterialen. Het product kan met verschillende 

processen worden gemaakt maar meestal: diffunderen van koolstof uit cokes in zand (sio2) door het 

mengsel langdurig te verhitten. De resulterende siliciumcarbidemassa wordt vergruisd en meestal 

verwerkt. Er bestaat alfa (hexagonaal) en beta (kubisch) SiC. De alfavorm heeft de volgende 

procesmethoden: drukloos sinteren ( componenten gemaakt door sic poeder te compacteren en te 

verhitten in een inert gas.), reactiebinding ( sic poeder wordt samengeperst tot de gewenste vorm en 

laat men reageren met de koolstofhoudende gassen bij hoge temperaturen), heet persen ( 

gecompacteerd poeder wordt verdiht door eenassige druk cfr. Isostatisch persen, maar dat is langs 

alle assen) en chemische opdamping ( damp laten reageren met eem substraat  waadoor beta 

siliciumcarbide wordt gevormd) 

 

• SiO2 verhitten samen met cokes 

• Productie van onderdelen door heetpersen bij meer dan 2000°C 

• Gebruik: 

– Schurend materiaal in slijpstenen en schuurpapier 

– Bij 1500°C in oxiderende atmosfeer of zelfs bij 2000°C maar dan in inerte atmosfeer 

– Ruimtevaartoepassingen (ruimtespiegels) 

– LED’s: blue light emitting diodes 

• Heel lage CTE (coëfficiënt thermal expansion) vandaar warmteschokbestendig. 

 

Siliciumnitride 

Er zijn twee soorten: reactiegebonden materiaal dat een porositeit tot 20 procent kan hebben en  

een onder druk gesinterd materiaal ( door heet persen) dat 100 procent theoretische dichtheid 

heeft. Bij verhitting van grootte veranderd het weinig van grootte, het is wel sterk poreus. 

• Sterk bij temperaturen boven 1000°C 

• Lage dichtheid (1/3 van staal) 

• Lage CTE 

• Betere taaiheid dan SiC of Al2O3 

• Gebruik: 

– Ovenonderdelen 

– Snijgereedschap 

– Gasturbineonderdelen 

• Beste thermische schokweerstand (> 1000°C) 

ZrO2: zirconiumoxide of zirconia 

• Verontreinigingen: Fe2O3, SiO2, TiO2, HfO2, ThO2 

• ZrO2 vertoont een kristallijne overgang van tetragonaal naar monoklien (bij ongeveer 950°C). 

Hierbij treedt een volumeverandering op van 4,9% wat kan aanleiding geven tot grote inwendige 

spanningen en zelfs (micro‐)scheuren. Daarom wordt ZrO2 “gestabiliseerd” met CaO, MgO, CeO2 of 

Y2O3. Zodat de volumeverandering wordt tegengegaan. Het is een materiaal met 

transformatievertaaing. 

• ZrO2 heeft een hogere sterkte en een lagere modulus dan Al2O3 maar is minder sleetvast. 

• Taaiste en sterktse technische keramiek 

 

Glas : veelzijdigheid 

Productie van Glasstructuur 

Vaste stoffen die geen driedimensionale periodieke structuur hebben worden amorf of glasachtig 

genoemd. We bespreken op oxide gebaseerde glassoorten. Een glasachtig of amorf materiaal is in 

wezen een supergekoelde vloeistof, door de afkoeling snel genoeg te doen kan kristallisatie 

verhinderd worden. Om een oxide glas te verkrijgen wordt een mengsel van oxiden afgekoeld, dit 

kan meestal gestaag want oxiden kristalliseren niet snel. Er zijn verschillende soorten oxiden die wel 

of geen glas vormen: 

voorwaardelijk glasvormende oxiden 

oxiden met een tussenvorm: kunnen zelf geen glas vormen, maar vormen wel drie dimensionale 

netwerken 

netwerkmodificatoren zijn niet in staat een netwerk te vormen, ze kunnen wel de eigenschappen van 

het glas wijzigen.  hardheid 

De glasachtige toestand is een metastabiele toestand. Er is een drijvende kracht om te veranderen, 

maar die werkt zo traag dat je het niet kunt zien.  ontglazing 

Het vervormingspunt is de hoogste temperatuur waarvoor het glas kan gebruikt worden in 

constructieve toepassingen. Glasvormende processen vinden plaats tussen het verwerkingspunt en 

het vervormingspunt. 

Is een glas eenmaal gevormd dan wordt het afgekoeld tot een temperatuur tot net boven het 

vervormingspunt om het te temperen, niet getemperd glas breekt op kamertemperatuur. Bij 

afkoeling krimpt het volume van het glas. 

• De poederdeeltjes worden gemengd en opgewarmd tot boven het smeltpunt (TM). 

• Bij snelle afkoeling of bv. bij plasma‐spray coating krijgt het materiaal niet de kans om te 

kristalliseren wanneer wordt afgekoeld beneden de glasovergangstemperatuur (TL). (bv. gieten in de 

definitieve vorm) 

Productie door Vitrificatie (liquidphase sintering) 

• De poederdeeltjes worden gemengd en in een vorm geperst (10‐60% poriën). 

• Opwarmen tot T3 en dan afkoelen 

• Korrels worden gecementeerd tot een glasachtige fase terwijl de omgevende vloeistoffase kan 

uitkristalliseren tot zeer fijne korrels die de deeltjes omgeven. Door snel af te koelen kan ook de 

glastoestand behouden worden. 

Productie door sinteren in vaste toestand  

• De poeders worden gemengd en verhit tot een temperatuur beneden de smelttemperatuur 

(bv.T4). Dit kan eventueel onder druk gebeuren. 

Mechanisme van mengen: korrelgrensdiffusie, viskeuze vervorming, kruip 

(oppervlakteenergiegradiënten/dichtheid) 

• Dit proces levert een versterkt materiaal met gecontroleerde porositeit als functie van de 

korrelgrootte, de sintertemperatuur en de sintertijd. 

Productie van glas‐keramiek 

• De poeders worden gemengd en opgewarmd tot in de smelt. 

• Na smelten wordt afgeschrikt. 

• Door nagloeien (curve 5) kan ook partiële kristallisatie (devitrificatie) bekomen worden. 

In de eerste stap (500‐700°C) doet zich kiemvorming voor in de amorfe fase. Bij 600‐900°C treedt 

kristalgroei op (tot 0.1 à 1 μm, kleiner dan bij gewone keramieken) 

• Product: fijnkorrelige kristallen in een glas matrix, geen porositeit, zeer goede mechanische 

eigenschappen (hogere taaiheid, sterkte en thermische schokweersatand dan glas: vb. tandporcelein) 

Boven Tg = onderkoelde vloeistof met beweeglijke wanorde 

Onder Tg = vaste stof met vaste wanorde 

• Samenstelling : meeste glazen vnl. SiO2 ; maar er zijn ook andere verbindingen die glasvorming 

kennen, zelfs metallische glazen ! 

• meeste ‘technische’ (& corrosie‐resistente) glazen = SiO2 basis 

• SiO2 in glas als volledig willekeurige stapeling van (SiO4)4‐ tetraëders, in een open structuur 

verbonden door Si‐O‐Si bruggen 

• “kwartsglas” (hard, moeilijk smeltbaar) = zuiver SiO2 in amorfe glastoestand (<‐> kwartskristal in 

e.g. horloges) 

• Om smeltpunt te verlagen: andere ionen in netwerk ingebouwd: bij gewoon vensterglas Na20 en 

Ca0; voor chemisch resistent glas Boor: “borosilicaat‐glas” …/... 

• Door toevoeging van andere (metaal‐)oxiden met 1, 2 of 3‐waardige kationen (Na2O, CaO, B2O3, 

Al2O3) wordt een deel van Si‐O‐Si bruggen verbroken en onstaan eindstandige neg. geladen O‐

atomen. De vreemde kationen (Na+, Ca++, B+++) vinden een plaats tussen de tetraëders, zodat e‐

neutraliteit behouden blijft. 

• Samenhang is echter verminderd � lager “smelt”‐punt (vloeibaarder), etc…  vormgeving : blazen, 

gieten, persen, trekken, … (nadien T↓: viscositeit ↑) 

 

Viscositeit en volumeverandering als f(T) 

Eigenschappen van glas 

• Bros en hard, lage treksterkte 

• Drukspanningen 

• Drukkrachten in buitenlaag door snel afkoelen ; “temperen” leidt tot “voorgespannen glas”, dat 

sterk is maar als het breekt in vele stukjes uit elkaar valt 

• Corrosievastheid 

• Algemeen : zeer goed 

• Vnl.: borosilicaatglas (≈ 80% SiO2, 13% B2O3, + Na2O, Al2O3) 

• Ev. Aantasting = ionenwisseling van kationen tussen tetraëders, waarna silicaatnetwerk (Si‐O‐Si) 

wordt afgebroken 

• Aantasting = altijd uniform (≠ metalen); s jgt exponen eel met temperatuur; verloopt lineair in de 

tijd => goed extrapoleerbaar ! 

• HF (!!!), Sterke Basen , maar ook water tasten glas aan. 

• CTE en warmtegeleiding veel lager dan metalen 

• Goede elektrische isolatoren 

Toepassingen van glas 

• Vensterruiten: sterk tegen windbelasting en invloed buitenlucht 

• Glasvezel 

• Getemperd & Gelaagd Glas 

• Chemisch resistent glas 

• Email 

– = relatief dunne laag glas, hechtend op metalen ondergrond aangebracht (i.e., laag C‐staal of 

gietijzer) : “glass‐lined steel” 

– corrosievaste, slijtvaste, gladde, diffusiedichte coating op een nietcorrosievaste  ondergrond 

(Toep.: o.m. voor pijpen, pompen) 

– Bij binnenkant voedingscontainers : geen invloed op smaak 

– Apparaten‐ontwerp & ‐bouw � Thermoshocks ! 

Cement & Beton 

Beton is een composiet bestaande uit zand, aggregaat (kiezel) en cement. (Portland‐) cement is het 

bindmiddel tussen zand en aggregaat door toevoeging van water (reactietijd: 30 tot 100 dagen). Het 

zorgt voor een keramiek achtige structuur rond elke zandkorrel. Beton op trekbelasting moet 

gewapend worden. 

• Eigenschappen: 

– Dichtheid: 2435 kg/m³ 

– Druksterkte (na uitharding): 20‐35 MPa 

– Treksterkte: ~ 4 MPa 

– E‐modulus: 30‐150 GPa 

– Breuktaaiheid: ~0.5 MPa.m1/2 

 “Bindmiddelen” 

 niet‐hydraulische (luchtbindmiddelen) : onder toevoeging van water aan lucht verharden 

• luchtkalk (< 5% klei) : Ca(OH)2 + CO2 (lucht) � CaCO3 (onoplosbaar) + H2O 

• niet harden onder water 

 hydraulische : reageert onder invloed van water zowel in lucht als onder water tot een 

onoplosbaar product. 

• hydraulische kalk (6.5 ‐ 20% klei) 

• gips 

• alle cementsoorten 

binding = te danken aan vorming (o.i.v. water) van gehydrateerde calciumsilicaten en ‐aluminaten die 

harde massa’s veroorzaken 

 “Portland Cement” 

 °1818 ‐ F.: Vicat : klei in kalksteen maakt harding van kalk mogelijk onder water : “hydraulische kalk” 

 1824 ‐ E.: Aspdin : neemt octrooi op mengsel van SiO2, Al2O3 en CaO dat na verhitting even sterk is 

als de natuursteen uit de groeven van het schiereiland Portland (Dorset, UK). Vandaar de naam van 

Portland cement. 

 Naam : veralgemeend vr. alle gewone artificiële cementen die CaO + SiO2 + Al2O3 bevatten 

Ternair Diagramma : Al2O3 , SiO2 en bv. CaO 

 

Cement verkregen door “branden”: sinteren van fijngemalen en gemengde minerale grondstoffen, 

i.e. kalksteen + klei +  ev. Hoogovenslakken + ev. nog andere grondstoffen 

• bij 100°C : verwijdering niet‐chemisch gebonden water 

• ca. 500…550°C : verwijdering chemisch gebonden water uit klei en ontbinding van het gevormde 

anhydride 

• kaolien : Al2O3.2SiO2.2H2O � Al2O3 + 2 SiO2 + 2 H2O 

• boven 800°C : ontbinding van kalksteen in “levende kalk” (CaO) 

• bij 1400…1500°C : verbinding van de kalk met het SiO2 en Al2O3, vooral tot 

• tricalciumsilicaat SiO2.3CaO “C3S” sterk hydraulisch 

• β‐dicalciumsilicaat SiO2.2CaO “C2S” hydraulisch 

• tricalciumaluminaat Al2O3.3CaO “C3A” sterk hydraulisch 

en bij aanwezigheid van ijzeroxide in de klei : 

tetracalciumaluminiumferriet 4CaO.Al2O3.Fe2O3 “C4AF” hydraulisch 

Bereiding cement 

Verhoudingsgewijs bijmengen van hoogovenslak, microsilica, puzzolanen, vliegas, gebrande leisteen, 

kalksteen,... levert vijf hoofdtypes van cement: 

CEM I: Portlandcement 

CEM II: Samengesteld Portlandcement 

CEM III: Hoogovencement 

CEM IV: Puzzolaancement 

CEM V: Composietcement 

Uithardingsproces 

Hydratatie : 

 door vermenging met water : hardingsproces 

 OORZAAK : 

 deels oplossen van componenten in water  daarna: reageren met water tot hydraten 

(=waterrijke kristalstructuren), waardoor diverse componenten met elkaar samengroeien + 

zich hechten aan ingebedde vaste bestanddelen (grind, zand, bakstenen, betonijzer) 

uiteindelijk: groot agglomeraat v. hydraatkristallen, doorsneden met netwerk v. met water 

gevulde capillairen; zulk agglomeraat = composiet 

hydratatie‐reacties = langzaam (uren…maanden), afhankelijk v/d hydraterende verbinding en van 

maalfijnheid 

 

Koolstof & Grafiet 

Met een valentie van 4 kan koolstof zich gedragen als een metaal en een niet metaal. In kubische 

vorm is het diamant, in hexagonale vorm is het grafiet. Industriële koolstof wordt meestal gemaakt 

van cokes. Koolstofproducten worden gemaakt door koolstof of koolstof‐grafietmengsels te mengen 

met pek, waarbij een materiaal met deegachtige consistentie ontstaat. Vervolgens wordt dit 

gesinterd op 1000 graden. Het resulterende materiaal is nogal poreus. Koolstof wordt gebruikt voor 

droge glijtoepassingen. 

Grafiet : plaatachtige hexagonale structuur; kan zodanig als smeermiddel dienst doen 

Diamant : kubische structuur 

� 3 vormen in natuur : amorf koolstof, grafiet (= zacht) , diamant (= uiterst hard) 

� CNT’s: Carbon Nano Tubes ; [ fullerenes; “bucky balls”; °1985; C60 – 20 hexagons + 12 pentagons, 

nanotubes, onions, grafeen, …] 

� DLC : Diamond Like Carbon 

C & Grafiet = +/‐ unieke niet‐metalen : 

– Goede warmte‐ & elektriciteitsgeleiders 

– Hoge thermische geleidbaarheid � excellente thermische schokbestendigheid cfr. “thermische 

sterkte” 

F = (Rt / αth . E) . (λ / ρ . Cp) ½ 

Rt = treksterkte λ = warmtegeleidingscoëff. 

αth = therm. uitzettingscoëff. ρ = specifieke dichtheid 

E = elasticiteitsmodulus Cp = soortelijke warmte 

– Echter : bros t.o.v. metalen; mechanische schokbestendigheid = slecht 

– Slijtvastheid = slecht 

– Inert t.o.v. vele corrosieve producten 

Fabricatie : 

• basis C of grafiet constructie = poeder 

• poeder : gemengd met bindmateriaal (e.g. teer, synthetisch hars) 

• onder druk in vorm gebracht en 20 à 40 dagen aan elkaar gebakken bij ca. 1000°C in zuurstofvrije 

atmosfeer (gehele massa verkoolt) 

• Eindresultaat = vrij poreus product van gesinterde +/‐ amorfe (meso‐morfe) koolstof 

Verder : 

• Of : impregneren met thermoharder (fenol, furaan) Impregneren : verhoogt sterkte product 

aanzienlijk + maakt product “impervious”, d.w.z. ondoorlaatbaar vr. gassen & vloeistoffen; echter: 

Tgebruik bepert tot ca. 170°C t.g.v. verdamping hars 

• Of : grafitiseren ; groeien grafietkristallen (10 à 20 dagen in elektro‐oven bij 2800°C) � grafiet 

(“elektro‐grafiet”); = eveneens poreus � ook impregneren 

Toepassing(en) 

• Eigenschappen = o.m. uitstekende warmtegeleiding + thermoshockbestendig (+/‐ als metaal !) + 

bestendigheid tegen corrosie 

• (Constructieve beperkingen) 

• � Typische toepassingen: 

= kroezen 

= heat sinks & koelers micro‐elektronica 

= warmtewisselaars i/d chemische industrie 

≠ isola epaneeltjes !… 

Koolstofvezels 

• Bereiding : Verkoling van polyacrylonitrile (PAN) vezels + vervolgens grafitiseren PAN 

uitgangsmateriaal = ketenmoleculen van benzeenringen  in eindvorm ook grafietachtige 

hexagonale structuur 

• Eigenschappen: 

– +/‐ zelfde fysische & corrosie‐eigenschappen als elektrografiet 

– bijzonder hoge treksterkte 

• Toepassing: versterkend vezelmateriaal voor PMC of van grafiet 

 

 

Koolstof‐koolstofcomposieten 

een uit koolstof bestaand glasvezelmateriaal. Een licht gewicht met weerstand tegen hoge 

temperaturen. Ze worden gemaakt van koolstofvezelpoymeercomposieten. Deze worden verhit en 

geïmpregneerd. Nadien wordt het inmpregneermiddel ge pyrolyseerd.  

Eigenschappen koolstofvezel  

(sterk bepaald door kristalliniteit) 

– E‐modulus: low‐modulus (100 GPa) to ultrahigh modulus (450 GPa) (bepaald door de 

carbonisatietemperatuur) 

– Treksterkte: 3‐4.5 Gpa 

– Verlenging: 1.5% 

– Dichtheid: 1760 kg/m³ 

Toepassing : Warmtewisselaar 

Bloktype WW van elektro‐grafiet 

Buizenwarmtewisselaar ;Elektrografiet , C‐vezel versterkte grafiet buizen 

DLC: Diamond like coatings 

• Opdampen van grafiet op het oppervlak 

• Om materialen sleetvast te maken door ze te voorzien van een harde coating (2‐3μm). (Iets minder 

hard dan diamant) 

• Vertoont zeer lage wrijvingscoëfficiënt 

• Structuur: virtueel amorf of nanokristallijn 

• Aanwezigheid van waterstof beïnvloedt sterk de sleeteigenschappen 

• Vaak bijgelegeerd met N, Si, S, W, Ti of Ag 

• Zeer inert tegen corrosie 

Gesinterde (gecementeerde) carbiden 

Wolfraamcarbide en enkele andere carbiden worden gebruikt als composieten die bindingen vormen 

met metaal of combinaties zoals nikkel kobalt chroom. Dit noemen we cermets. Wanneer ze 

gebonden zijn aan kobalt en nikkel noemen ze gesinterde carbide. 

Ze worden gemaakt met compacteringstechnieken. ( zie afbeelding 326) het resultaat is een hechte 

samenvoeging van de carbidedeeltjes en het bindmiddel . de porositeit is verwaarloosbaar en het 

gesinterde materiaal heeft een unieke combinatie van hoge hardheid, hoge druksterkte en hoge 

elasticiteitsmodulus. Bestand tegen abrasieve spanning bij slijtage. 

• W, Ti, Ta, Nb vormen gemakkelijk carbiden: WC, TiC, TaC, NbC 

• Zij worden gebruikt in een composietstructuur met een metaal als matrix (Ni, Cr, Co, Mo, staal) 

• Cermets: Carbiden in metaalmatrix, bv. WC in Co (Widia) 

• In USA: Gesinterde (gecementeerde) carbiden wanneer matrix Co of Ni is 

• Reactiegebonden carbiden: geen metaalmatrix, bv. WC door diffusie gebonden aan MoC (via HIP) 

• E‐modulus: 400‐620 GPa 

• Hoge druksterkte en treksterkte gelijk aan staal (1400 MPa) 

• De metaalbinder verhoogt de taaiheid 

 

Widia: WC doorgaans in een Co‐matrix (5‐10%) 

 

 

 

3. Staal en staallegeringen (Ferro) 

Geschiedenis van staal 

• 6000 jaar terug: stukken van ijzerhoudende meteorieten 

• IJzertijd: ijzererts werd samen met houtskool verhit tot een deegachtige massa: “smeedijzer” 

• In de veertiende eeuw kon men in kleine ovens vloeibaar ijzer (rijk aan koolstof en onzuiverheden) 

bekomen. Door te “verfrissen “ in een oxiderende atmosfeer van brandend houtskool kom men het 

C‐% van vast staal wat verlagen. 

• Pas medio 19 de eeuw: het Bessemerproces: lucht wordt door vloeibaar ijzer geblazen zodat ijzer 

werd bekomen dat op kamertemperatuur smeedbaar was.(Start industriële revolutie). 

• Dit proces werd dan gevolgd door het open‐haardproces. 

• Nu: moderne oxystaalovens of convertors 

Het bessemer‐proces 

 

Staalproductie 

• Ertsen: 

– Hematiet: Fe2O3 

– Magnetiet: Fe3O4 

– Taconiet (Si‐houdend gesteente met laag Fe‐gehalte, waarbij de ijzerrijke delen door flotatie of 

andere technieken worden afgezonderd)  hiervan sterk afhankelijk door daling ijzerreserves, 

daarom ter plaatse reeds concentreren van ertsen. 

• Schroot 

• Enkel maritiem gelegen bedrijven kunnen zich handhaven 

 

Staalproductie in hoogoven 

•na het floteren wordt het ijzeroxide vaak gepelletiseerd en gesinterd, dit wordt gestort in een 

hoogoven. Vergelijkbaar met een chemische reactor. Het ijzererts in een ijzeroxide binding kan geen 

metallisch ijzer vormen voordat de zuurstof is verwijderd en gereduceerd. 

• Cokes: zorgt voor warmte en reducerend gas voor O2. Kalksteen wordt aan het erts toegevoegd om 

te dienen als vloeimiddel en zuiveringsmiddel (bv. silicaten uit ‘ganggesteente’ binden tot dun‐

vloeibare slak ). De lucht levert nu de zuurstof voor de verbranding van de cokes en bevordert de 

chemische reductie van het ijzeroxide. 

Productie van het reducerende gas: 

– C (cokes) + O2 (lucht) � CO2 

– CO2 + C (overmaat cokes) � 2 CO 

Productie van het ijzeroxide: 

– Fe2O3 (erts) + 3 C (cokes) � 2 Fe + 3 CO↑ 

– Fe2O3 (erts) + 3 CO � 2 Fe + 3 CO2 

• Resultaat: Ruwijzer (onzuiver voor verdere bewerking) en slak (voor grondophoping, 

betonaggregaat). Het heeft een hoog koolstofgehalte. 

Staalproductie door directe reductie 

• Twee methoden (vrij recente technologie): 

– IJzererts, steenkool en zuurstof worden in één vat samengebracht met een lans waarna vrij zuiver 

ijzer wordt afgetapt. Dit gaat direct naar de gietpannen of ingots. 

– (ijzercarbideproces)  IJzererts in fijn poeder smelten en laten reageren met methaan en waterstof 

bij ongeveer 600°C. Er vormt zich FeC dat daarna in vloeibaar staal wordt opgelost waar het met 

zuurstof wordt gereduceerd tot Fe. Het eindproduct is de intermetallische verbinding ijzercarbide. 

• Voordeel: veel minder vervuilend (geen CO door gedeeltelijke verbranding cokes) 

• Tegen 2015 zal ongeveer 20% van het staal via deze techniek worden geproduceerd 

 

Van ruwijzer tot staal 

• Ruwijzer : 4…5 % C + Si, S, P, Mn, …  nadelig voor de eigenschappen van het staal. Concentratie 

moet lager. Dit door OXIDATIE. Zuurstof gebruiken om de koolstof uit het metaal te krijgen. 

• Staalbereiding ‐ Chemische Samenstellingen 

• Zuiver ijzer : <0.005 % C , geen legeringselementen 

– zacht, ductiel, weinig sterk 

– magnetische toep.; geëmailleerd staal 

• Staalsoorten : >0.06 (0.02…0.03) % C ; <2 % C 

• Gietijzers : > 2 wt% C (eerder tussen 3 en 5%) 

 

Staalproductie 

• Raffinageprocessen : 

– (Open haardoven) 

– Elektro‐ovens 

– Oxystaalproces 

• Elektro‐oven : 

– lading = schroot of/en ruwijzer; 

– reactor = lading gesmolten door trekken van elektrische boog tussen lading en 

grafietelektroden.Dit creert warmte.  

– Raffinage door O2 lansen en kalk 

– Snel en relatief eenvoudig 

– grote hoeveelheid energie nodig 

– Kan eenvoudig onderbroken worden zonder veel energie (warmte)verlies 

• Oxystaalproces Convertor : (20 min) 

– lading = ca. 75% gesmolten ruwijzer + ca. 25% schroot 

– reactor = peervormig stalen vat bekleed met hittebestendig materiaal dat kan kantelen om te 

gieten.  in smelt worden er zuiver‐O2 lansen neerlaten om het zuurstofgehalte te verminderen. De 

reactie‐warmte levert hitte voor proces (oven niet van buitenaf verhit !) na het uitgieten wordt er 

stikstof op de overgebleven slak gespoten als beschermende coating voor het hergebruik van de 

oven. 

– Nadat C ↓ : lansen teruggetrokken, oven gekanteld, lading uitgegoten 

– 300 ton lading in ca. 25 min. ! 

– tot ca. 350‐400Mio Euro 

Secundaire staalbereiding 

Handelsstaalsoorten die worden gebruikt voor constructieprofielen worden gewoonlijk alleen 

geraffineerd in oxystaalovens. De vermoeingslevensduur en de taaiheid van het staal is rechtstreeks 

evenredig met het gehalte en de grootte van de niet‐metallische insluitsels. 

• Verdere Zuivering : 

– Doel : o.m. superieure vermoeiingsweerstand, taaiheid  quasi alle insluitsels weg (insluitsels = 

oxiden, silicaten, sulfiden) 

// Vacuümsmelten of omsmelten 

– vacuümontgassen 

– vacuümboogomsmelten 

– vacuüminductiesmelten 

– elektronenstraalraffinage 

// Chemische reactie: niet in vacuum 

– argon‐zuurstof ontkoling (AOD : argon oxygen decarburization) 

– elektroslakomsmelting 

– gietpanraffinage 

 

• Vacuümontgassing : vermindert het koolstof en oxidegehalte. 

– vacuüm => opgeloste gassen in smelt gaan naar oppervlak v. smelt, waar ze aan metaal ontsnappen 

– gesmolten staal geroerd met lans en in grote vacuümruimte gegoten tot ingots. Gebruikt voor 

verdere zuivering van staal en het verwijderen van onzuiverheden. 

• Vacuümboogomsmelten: 

– staal uit oxystaalconvertor of elektro‐oven gegoten tot cilindrische ingots 

– elektrische boog tussen ingot en watergekoelde koperen vorm (cfr. reusachtige laselektrode) 

– zeer effectief : elke druppel metaal blootgesteld aan vacuüm 

– erg veel energie +/‐ Meest gebruikt. 

Gebruikt voor productie van superlegeringen en extra zuivere staalsoorten. 

• electronenstraalraffinage:  

‐gesmolten metaal wordt via een trechter in een ingotmatrijs gegoten. Trechter en matrijs bevinden 

zich in en vacuum. Terwijl het omlaag stroomt wordt het bestraald door elktronenbundel waardoor 

de onzuiverheden verdampen. 

• Argon‐Zuurstof ontkoling (AOD) 

‐ Argon en zuursotf worden geblazen in een smeltkroes met een gsmolten lading uit een elktrooven. 

Zuurstof reduceerd, argon verwijdert gassen. 

– O2: reactie met C (ontkoling), S en andere 

– Ar : grote beroering + verwijdering gassen 

• Elektroslak‐omsmelten 

– cfr. vacuümboogomsmelten; doch niet in vacuüm 

– druppels nu doorheen slak (verwijdering verontreinigingen) Gebruikt voor productie van 

gereedschapstaal en bijzondere staalsoorten. De gesmolten slak werkt als een reinigend vloeimiddel. 

• Gieten : 

– Ingots 

Nadat staal is gesmolten, is de volgende stap het in een ingot‐vorm te gieten. Zo’n gietvorm is 

gewoonlijk een met vuurvast materiaal beklede blokvorm van staal, die aan een of aan beide 

uiteinden open is. Bij het stollen van de ingot kunnen er inhomogeniteiten en krimpeffecten 

ontstaan. In de metaalkunde spreekt men in dit verband van segregatie en slinkholten. Segregatie wil 

zeggen dat er in het materiaal een samenstellingverloop voorkomt. Slinkholten en segregatie zijn 

verschijnselen die zich in elk metaalgietproces kunnen voordoen. Slinkholten zijn een gevolg van de 

krimp die optreedt bij stolling. De mate waarin er segregatie optreedt, hangt af van de aard van de 

legering. Wanneer een metaal over een zeker temperatuurtraject stolt, is tijdens het stollen op elk 

moment een deel van het metaal gesmolten en een deel vast. Bij de stolling van staal is het metaal 

dat het eerst stolt zuiverder dan het metaal dat het laatst stolt. Wanneer een ingot op zo’n manier 

stolt dat de huid zuiverder is dan het centrum van de ingot, spreekt men van ongekalmeerd staal.• 

gietblokken; gietvorm = met vuurvast materiaal beklede vorm van staal 

• ontstaan van inhomogeniteiten (segregatie) en slinkholten(bovenkant ingietvorm krimpt het 

materiaal) 

 metaal dat eerst stolt = zuiverder, daarna ontstaat er segregatie. 

We kunnen het staal “kalmeren”: toevoegen van Al en Si als desoxidatiemiddelen (verwijdering 

opgeloste zuurstof)  stolling verloopt rustiger  segregatie tegengaan & minder gas en slinkholten 

(hogere prijs) 

– Continu gieten(concast) 

De ingot‐fase bij de staalbereiding kan achterwege blijven door gebruik te maken van continugieten. 

Dit proces werd in de jaren zestig voor het eerst op commerciële schaal toegepast en heeft sindsdien 

aanzienlijk aan belang gewonnen. Het idee is eenvoudig: continu gesmolten staal wordt gegoten in 

een met water gekoelde gietvorm waarin een opening zit die qua vorm overeenkomt met de 

doorsnede van het gewenste (continue) gietproduct. Er kunnen kwaliteitsproblemen zijn qua 

insluitsels, porositeit , segregatie en korrelgrootte. 

• enkel gekalmeerd staal 

Staalproductie 

Na het  vullen van een ingotmatrijs met gesmolten staal is het eerste dat gebeurt de vorming van 

dendrieten uit kiemen die kunnen bestaan uit bijvoorbeeld een afzonderlijk atoom, een 

verontrijniging een oneffenheid van de matrijswand. Dit proces gaat door totdat er overal in de 

vloeistof dendrieten zijn gegroeid.  Bij de stolling kan nog een tweede verschijnsel optreden, er kan 

zich een tweede fase vormen, een fase is een homogene component van een vaste stof, die door een 

grensvlak van een andere fase gescheiden is. Er si een groot verschil tussen warm en koudgewalst 

staal wat betreft de verwerking en het herstel van het materiaal nadien (herkristallisatie). 

Warmwalsen: een staalingot wordt roodgloeiend verhit en gaat door een stel walsrollen, de 

dendrietische korrels worden platgedrukt, de korrels groeien na het platdrukken onmiddellijk weer 

aan omdat het warm is, dit heet herkristallisatie. De kristaledefecten (dislocaties) die de 

vervormbaarheid van een materiaal verminderen worden weggewerkt door de herkristallisatie. 

We bekomen een zacht staal met zwakke mechanische eigenschappen 

Koudwalsen: Men doopt het staal eerst in een zuurbad om eventuele aansalg te vermijden die het bij 

het warmwalsen eerst heeft opgelopen. er treed geen dynamische herkristallisatie op , de korrels 

worden platgedrukt en hoe meer dat gebeurd, hoe harder het staal wordt ( en uiteindelijk ook hoe 

brosser). Het materiaal moet nu gelgloeid worden. 

We bekomen een sterker staal met een beter oppervlakteafwerking. 

 

Fasendiagrammen: zie boek. 

een fase is een homogene component in een metaallegering. Een fasetoestandsdiagram is een 

grafiek die de toestand laat zien in een metaallegering die langzam afkoelt uit gesmolten toestnad er 

bestaat een evenwichtstoestand wanneer er voldoende tijd is voor het optreden van alles dat wil 

optreden. Deze veranderingen, fasetransformaties vinden plaats door middel van diffusie van 

atomen. De drijvende kracht hierachter is verlaging van de vrije energie in het legeringsmengsel.  

Er zijn twee soorten vaste oplossing, intersistiele en subsitionele. Bij de eerste zitten de atomen 

tussen de atomen van de hoofdstof. Bij het tweede nemen grote basismetaalatomen een plaats in 

van de kleinere atomen.  

Als we een materiaal als legering willen maken kan het ofwel helemaal in oplossing treden en een 

van de bovenstaande stoffen creeren , ofwel kan het de oplosbaarheid overschreiden en 

verschillende fasen ondergaan. Als de concentratie van de extra elementen toeneemt is het mogelijk 

dat de resulterende legering niet een enkel smeltpunt heeft. In een eerste fase vormen de kristallen 

boomachtige structuren, de dendrieten, een tweede fase ontstaat dan op de korrelgrenzen waar er 

een andere kristalstructuur kan zijn.  

Een samenstelling van de verschillende materialen met een enkel smeltpunt ipv een smeltpunt 

traject noemen we een eutectisch punt. We vinden hier een lamellaire structuur van de twee 

belangrijkste fase van de legering.  (vb perliet van de ijzerkoolstoflegering) 

Intermetallische verbindingen kunnen zich vormen door twee metalen chemsich te combineren in 

een vaste verhouding, dit zijn de AB fasen. 

Besluit: voor een materiaal om een kandidaat te zijn voor een legering moet het beschikken over 

voldoende oplosbaarheid. 

Morfologische bouw van staal 

Staal is een legering van koolstof en ijzer, met een koolstof gehalte tussen de 0.06 ende 2.0 procent. 

Koolstof kan in vast oplossing verkeren in ijzer met een kubische ruimtelijk gecentreerde 

kristalstructuur (alpha of delta ferriet) of in vaste oplossing in kubisch vlakken gecentreerd ijzer 

(austentiet) of in het ijzer aanwezig zijn in de vorm van een verbinding Fe3C (cementiet). 

De basisvereisten voor het harden van koolstofstaal zijn: verwarmen tot het austentische 

temperatuurbereik, voldoende koolstofgehalte, snelle afkoeling om de vorming van 

evenwichtsproducten te vermijden. 

Staalsoorten met heel weinig legeringelementen kunnen enkel gehard worden door koud omvormen 

of door te rekristalliseren naar kleinere kristallen. Dit kan door een proces dat normaliseren heet of 

door gebruik te maken van PMurgie. 

Redenen voor warmtebehandelingen van staal 

• Homogeengloeien 

• Spanningsvrijgloeien 

• Rekristallisatiegloeien 

zijn warmtebehandelingen die op alle metallische legeringen worden toegepast, niet enkel op staal. 

De temperaturen zijn afhankelijk van de legering en doorgaans gekoppeld aan het smeltpunt. 

 

HARDEN: staalsoorten met voldoende koolstof en en legeringsgehalte kunnen direct worden gehard 

. ze kunnen worden verwarmd tot de austentuseertemperatuur en realtief snel afgekoeld om hard 

martensiet te vormen.(direct harden) Als een staalsoort geen voldoende koolstof en legeringsgehalte 

heeft om direct te harden dan zijn er andere hardingsprocessen beschikbaar. Diffusiebehandelingen 

voegen chemische stoffen toe aan het oppervlak van het staal zodat het harder wordt. 

Direct Harden (niet‐evenwichtsstructuren) 

Austemperen 

Een afschriktechniek waarbij hardbaar staal vanaf de austentissertemperatuur wordt afgeschrik tot 

een temperatuur iets hoger dan die waarbij martensiet begint te vormen. Vervolgens wordt het heir 

gehouden tot de transfromatie is voltooid. Dan aan de lucht gekoeld.  bainiet. 

Bij warmbadharden schrikken we af tot een temperatuur net iets hoger dan die van martensiet. 

• Niet‐evenwichtsfazen in de diagrammen zijn: 

– Martensiet 

– Bainiet 

Austentiseren: we verwarmen tot binnen het austentiet gebied. De hardingstemperatuur bevindt 

zich dicht bij de transformatietemperatuur om zo veel mogelijk te vermijden dat de korrels grover 

worden.  

Het gemak waarmee een staalsoort bij afschrikken overgaat naar een geharde structuur noemen we 

de hardbaarheid. De eisen voor het afschrikken kunnen worden afgeleid uit diagrammen die de 

faseveranderingen onder niet‐evenwichtomstandigheden weergeven: 

• TTT‐ diagrammen (Temperature‐Time‐ Transformation) 

• CCT‐diagrammen (Continuous‐Cooling‐ Transformation) 

• Niet‐evenwichtsfazen in de diagrammen zijn: 

– Martensiet 

– Bainiet 

De CCT diagrammen zijn minder accuraat en meestal wordt het begin van de austentiettransformatie 

verschoven naar lagere temperaturen en langere tijden. Een voordel van de CCT is de diverse 

afkoelsneheden op de structuurveranderingsdiagramma. 

Wanneer men een staal afkoelt probeert men hierbij zo min mogelijk lijnen in het TTT diagramma te 

snijden indien gewenst. Hoe langzamer het afschrikkenm des te kleiner de kans op vervomingen, 

maar de gewenste hardheid kan mogelijk niet bereikt worden. ( niet volledige omzetting naar 

martensiet). Martensiet : door de vervormde roosterstructuur als gevolg van de aanwezigheid van C 

is martensiet zéér hard. 

 

Selectief harden: staalsoorten met een hoog gehalte aan legeringselementen vragen om een 

langeperiode op de austentieseertemperatuur. Andere materialen kunnen kort en selctief worden 

gehard door gebruik te maken van: 

‐ Vlamharden: een selectief hardingsproces waarbij als warmtebron voor het austetiseren een 

gasvlam wordt gebruikt. Koolstofgehalte meestal op 0.4 procent. Delen van 

machinecomponenten worden vaak vlamgehard. 

‐ Inductieharden: het mechanisme is hetzelfde als dat van vlamharden, enkel is de 

warmtebron hier een geinduceerde elektrisch stroom. De stroom kan nergens naartoe en de 

draad wordt verhit. Lage frequenties geven diepe verhitting, hoge oppervlakkige.  

‐ Laser en elektronenstraalharden 

diffunderen 

een staalsoort met onvoldoende gehalte aan koolstof of koolstof plus legeringselementen om 

afschrikharden mogelijk te maken, kan toch gehard worden. Een diffusiebehandling kan elementen 

toevoegen aan het oppervlak van het staal waardoor het hard wordt. Afschrikken achteraf is soms 

wel en soms niet nodig. Afhankelijk van de aard van het diffunderende element.  

Diffusie is de spontane verplaatsing van atomen of moleculen in een sot fdie graag een samenstelling 

heeft waarin de elementen gelijkmatig verdeeld zijn.  

De wet van Fick zegt dat de diffusie in een element afhankelijk is van de concentratie en de 

diffusiecoefficient. 

De diffusie meten doet men door het materiaal uit de oven te halen en het te meten aan de hand 

van stralingsmateriaal. Er zijn twee verschillende manieren waarop een atoom van de opgeloste stof 

diffundeert: Interstitiële diffusie en Substitutionele diffusie. Bij de laatste vinden de diffunderende 

atomen huin weg naar de vacatures ( open plaatsen) vanuit dat oppervlak verplaatsen ze zich steeds 

meer naar binnen.  

(1) Oppervlaktediffusie 

– Carboneren : C 

Het metaal wordt door middel van diffusie vereikt met legeringselementen die gewoonlijk slechts in 

lage concetraties voorkomen. Een voorbeeld is een staaf met een hoog koolstofgehalte die wordt 

verwarmd in een koolstofvrije atmosfeer, de koolstof zal diffunderen uit de staaf. Zo ook bij 

poedercarboneren, waar het metaal omgeven is door een poeder van houtskool. Zoutcarboneren 

wordt uitgevoerd met metaal in potten zout. Het carboneerzout bevat verbindingen van NaCN 

waarbij de koolstof van de cyanide het diffunderende element is. 

Afschrikken vanaf de carboneertemperatuur is ook mogelijk, daarna moeten de elementen ontlast 

worden.  

– Nitreren : N 

Een van de interessantste en bruikbaarste oppervlaktebehandelingstechnieken. Stikstof wordt 

gebruikt voor de diffusie in een retoroven. De stikstorf diffundeert in het staal en de waterstof wordt 

afgevoerd. Afschrikken is bij nitreren niet nodig. Het eindproduct is een bijzonder hard materiaal. 

De schil bevat een witte laag die bros is en gemakkelijk versplinterd, een harde nitridelaag en een 

diffusiezone waarin de hardheid langzaam afneemt. De witte laag moet voorkomen worden door 

bijvoorbeeld een zoutnitreerproces. 

Ionniteren is een techniek ontstaan in de jaren 70. De stikstofionen en de atomaire stikstof die tegen 

het werkstuk botsen leveren de stikstof die nodig is voor de diffusie in het stuk. Er is geen witte laag, 

maar een veel taaiere laag en ook een betere procesbeheersing. Er is wel een optredende 

volumevermeerdering. 

– Carbonitreren : C + N 

Bij niteren is de hardheid een gevolg van stikstofdiffusie, nu diffunderen er zowel stikstof als koolstof 

in het oppervlak. De voordelen ten opzichte van gewoon carboneren: lagere 

warmtebehandelingstemperatuur, minder drastische afschrikmethode. Tov niteren: aanzienlijke 

dikte van de schil. 

– Boreren : B 

Poedercementeringsproces dat gebruikt maakt van de verbindingen die boriumrijke gassen 

produceren. Ze maken de diffusie van borium in het oppervlak mogelijk. Vooral gebruikt op 

koolstofarm staal. Oppervlaktehardheid goed, vervormingen slecht. 

– ‘Chromizing’ : Cr 

Cementeren: inbrengen van een materiaal in het oppervlak onder invloed van hoge temperatuur. 

Diffusie van chroom in het staaloppervlak. Uitgevoerd door onder te verpakken in een vaste 

verbinding (poeder) en te verhitten tot 1100 graden. 

(2) Lokaal martensiet diffunderen: 

bv. “vlamharden” , inductieharden, laser‐ en electronestraalharden 

Hardbaarheid van staal 

• Bepaald door de samenstelling 

• Waterhardend (moet in water worden afgeschrikt) 

• Oliehardend 

• Luchthardend 

• Langzamer afschrikken geeft minder kans op scheurvorming door afschrikspanningen en laat toe 

dikkere stukken te harden 

Invloed C% op transformatietemperatuur van martensiet 

ONTHARDEN: staalproducten die worden gemaakt door middel van koudwalsen of koudtrekken, 

worden door vervorming hard en bros (werkversteviging). Staal wordt dan zachter gemaakt door het 

zacht te gloeien. Het wordt langzaam verhit tot op de temperatuur waar het net transformeert in 

austentiet. Het staal kan ook ontlaten worden, het is een warmtebehandeling waarbij de taaiheid 

toeneemt zonder dat de sterkte noemenswaardig afneemt. Het is een onmisbaar deel van het 

afschrikharden. 

Rekristallisatie 

• Staal (of ander metallische legeringen) is maar beperkt koud vervormbaar (wegens versteviging) 

• Om verder te vervormen moeten de dislocaties geannihileerd worden 

• Door rekristallisatie‐gloeien (600‐700°C) ontstaan nieuwe korrels die (praktisch) dislocatievrij zijn 

waardoor men terug opnieuw kan verder koud vervormen. 

• Rekristallisatie verzacht dus het vervormde materiaal. 

Extreem Zachtgloeien 

• Uitgloeien net onder AC1 lijn bij subkritische temperaturen. 

• De cementietlamellen zullen globulariseren (bolvormig worden) 

• Dit laat gemakkelijker bewerken toe vooral van hoog koolstof staal 

Ontlaten (temperen) 

Ontlaten hangt af van de aard van het staal. De meeste structuren bevatten enig restautentiet. Bij 

het ontlaten wordt hier een deel van omgezet in cementiet en ferriet. 

Ontlaten heeft ook een verandering van grootte tot gevolg. 

• Martensiet + “Verwarmen” (onder de A1‐lijn)  

200 ‐ 400°C (laag ontlaten) 

400 – 600°C (hoog ontlaten‐veredelen) 

• Minder bros, maar sterk en taai met weinig verlies aan hardheid. 

• Oorzaak: 

–C‐atomen uit martensiet diffunderen, met ontstaan van fijne ε‐carbide‐precipitaten in een ferriet 

matrix(Fe2.4C) 

• Deze structuur noemt men sorbiet 

 

CONDITIONEREN: spanningsarmgloeien, verenstaalverouderen, stoombehandeling, cyrogene 

behandeling, normaalgloeien 

Verenstaalverouderen 

Een eenvoudige behandeling van twee urr die het inelastisch gedrag verwijdert . Indien de veer in de 

loop van de tijd zou gaan vormveranderen, doet ze dat nu al. 

Normaalgloeien 

• Gloeien net in het austenietgebied, tot het een volledige austentische structuur heeft.  

• Vaak op warmvervormde producten om homogenisatie van korrel en samenstelling te verkrijgen 

• Leidt doorgaans tot kleine equiaxiale korrel door nieuwe kiemvorming 

• Doorgaans lucht gekoeld 

De mechanische eigenschappen van genormaliseerd staal zijn beter dan de eigenschappen van 

gegloeide vormen  omdat de afkoeling in de lucht sneller verloopt dan die bij gloeien. 

Spanningsvrij gloeien 

• Inwendige spanningen (door warmtebehandeling, productie of bewerken) kunnen kleine 

dimensiewijzigingen veroorzaken 

• Doorgaans rond 500°C voor ongeveer 60 minuten (40 graden onder de transformatietemperatuur) 

• Doorgaans gevolgd door luchtkoeling 

Cyrogene behandeling 

Diepkoelen wordt toegepast om het overgebleven austentiet te verwijderen. Om te garanderen dat 

de structuur 100 procent martensiet (harder) is. Overmatig restaustentiet kan de hardheid na 

afschrikken verminderen. 

Stoombehandeling 

Gecontroleerde oxidatie van het staaloppervlak. Zwarte uiterlijk van vuurwapens. 

 

 

4. Staallegeringen 

• “Koolstofstaal” 

– max 2% C, ≤ 0.6% Si, ≤ 0.6% Cu, ≤ 1.65% Mn 

• Gelegeerde stalen 

– Laaggelegeerd: het totaal gehalte aan legeringen is minder dan 5 procent 

– Hooggelegeerd: het totaal gehalte aan legeringen is meer dan 5 procent 

• Gereedschapsstalen 

• Nieuwere staaltypen : 

– HSLA (NIET gehard & ontlaten) laaggelegeerd en hoog gesterkt. 

– Ultrahoge‐sterkte staalsoorten 

– Veredelingsstalen 

• Roestvaste staalsoorten 

• Gietijzer 

Aanduiding van staallegeringen 

• Op basis van normen die vaak land‐afhankelijk zijn: 

– Amerikaans: ASTM (American Society for Testing and Materials), AISI (American Iron and Steel 

Institute, SAE (Society of Automotive Engineers) 

– Duits: DIN, 

– Japans: SUS 

– Europees: EN 

• De staalsleutel: laat conversie toe van verschillende normeringen voor hetzelfde type staal 

• AISI (SAE) 

– Getal met 4 cijfers: cijfer 1: het belangrijkste legeringselement, cijfer 2: (doorgaans) gehalte in % 

van dit element, laatste twee cijfers geven het Cgehalte 

AISI 1040 = C‐staal 0.40% C 

Aanduiding van staallegeringen 

• DIN 

• C‐stalen : vb. C 15W = koolstofstaal, 0.15% C, W (Werkzeug) = gereedschapstaal 

• Laaggelegeerde : vb. 34 CrNiMo 6 6 2 = 0.34% C, 1.5% Cr (x 4 = 6), 1.5% Ni (x 4 = 6), 0.2% Mo (x 10 = 

2) 

• Hooggelegeerde : vb. X 12 CrNi 18 8 X ; = 0.12% C, 18% Cr, 8% Ni (= AISI 302 / AISI 304) 

• Euronorm : vb. Fe B 240 ; B = Betonstaal / E = Profielstaal 

 

Koolstofstalen 

De koolstof versterkt het staal door in vaste oplossing te gaan en als het koolstof gehalte hoog 

genoeg is, kan de legering door afschrikken worden verhard. Metalen kunnen niet enkel versterkt 

worden door legeren , maar ook door mechanische bewerking: koudwalsen. 

• Warmgewalst 

Warmomvormen betekent dat het staalproduct zijn vorm heeft gekregen door middel van een 

proces dat is uitgevoerd bij een hogere temperatuur dan de kristallisatietemperatuur van de 

legering. Warmwalsen van koolstofstaal vindt gewoonlijk plaats bij een temperatuur van 800 – 1200 

graden. Het staal heeft een austentische structuur, welke meer vervormingsmogelijkheden heeft dan 

de ferritische structuur. Daardoor kan er per stap meer reductie van dikte plaatsvinden. 

Warmgewalste producten zijn goedkoper.  

Elke staallegering kan worden warmgewalst, maar de meerderheid bestaat uit koolstofprocent 0.25.  

Warmgewalste elementen hebben een lagere sterkte dan koudgewalste. Ze hebben een slechte 

oppervlakteafwerking en een geringe beheersing van de afmetingen. 

De vereiste spanning voor een plastische vervorming is hier erg laag, zodat er geen 

vervormingsharding of werkverharding ontstaat. 

Voordelen: 

– warm bewerken= makkelijker (minder stappen) 

– producten = goedkoper 

– beter lasbaar 

– bij ‘machining’ : stabieler (weinig residuele spanningen) 

Nadelen: 

– slechte opp. afwerking 

– minder precieze controle maten eindproduct (+/‐ ongeschikt vr. machineonderdelen die enige 

precisie vragen) 

 

 

• Koudvervormd 

De sterkte van een metaal kan met een factor 100 verhoogd worden door eenvoudig de doorsnede 

te reduceren met behulp van walsen. Indien we de ware spanning willen berekenen moeten we 

gebruik maken van de momentane doorsnede die verandert naar gelang het walsen. 

In de spanning‐rek kromme zijn er twee delen, het eerste elastische gedeelte: deze rek is te 

herstellen. Het tweede plastische gedeelte: deze rek is niet te herstellen, korrels worden er gerekt en 

er ontstaan grote dislocaties. Ze snijden elkaar, botsen met legeringselementen en ze zijn in 

turbulente beweging. Het netto effect van deze dislocatiebewegingen is een versterking van het 

materiaal.  

Maximaal harde materialen kunnen niet 90 graden gebogen worden. Hardingswalsen levert een 

goede afwerking en het werkt reklijnen weg. Meestal worden dunne platen dus ook hiermee 

gewalst. Kleinere afmetingstoleranties, betere mechanische eigenschappen en beter 

oppervlakteafwerking. Nadelen:  

– lagere ductiliteit 

– meer instabiliteit bij machinale bewerking 

– soms: hogere prijs 

Voordelen: 

– sterkte soms tot x10(0) d.i.: betere mechanische eigenschappen 

– betere oppervlakte‐afwerking 

– kleinere maatspeling 

Alle staalsoorten kunnen worden koudgewalst, maar het is niet gebruikelijk om koolstofrijk of 

gelegeerd staal aan sterke koudvervorming te onderwerpen. 

Effect van mechanische vervorming op eigenschappen van ijzer 

• Hardbaarheid via martensiet en ontlaten. 

Gewoon koolstofstaal heeft een lage hardbaarheid en grote onderdelen zullen enkel aan het 

oppervlak harden. Snel verhitten en afschrikken werkt in zo een geval goed. Hiermee kan de 

beperkte hardbaarheid worden overwonnen. 

• Lasbaarheid (booglassen): 

Factoren die de lasbaarheid van een materiaal bepalen zijn: de chemische samenstelling, de 

samenstelling van het basismateriaal en het toegevoegdde materiaal. Twee metalen die niet aan 

elkaar oplossen kunnen niet gelast worden. 

‐ titanium kan niet aan andere materialen worden gelast. 

– Laag zwavel gehalte (automatenstaal is dus niet gunstig) 

– Hardbaarheid (C>0.3%) : een hardbaar staal kan gemakkelijk martensiet vormen in de 

warmtebeïnvloede zone, wegens snelle koeling door de plaat zelf. (oplossing: voorverwarmen van te 

lassen stukken of nabehandelen door ontlaten of spanningsvrijgloeien) 

Hardheidsprofiel van een lasverbinding 

Voor het smelten van staal is een temperatuur nodig van ongeveer 1650 graden. De hardings 

temperatuur ligt voor de meeste staalsoorten lager en dus zal er bij het metaal in de las martensiet 

ontstaan. De massa van het metaal errond fungeert als afschrikmiddel. Een manier om 

scheurvorming te voorkomen is het metaal voor te verwarmen zodat de afkoeling tot martensiet niet 

plaatsvindt. De las moet ook na verwarmd worden en ontlaten. Besluit: lassen vermijden. 

Gelegeerde staalsoorten 

Wanneer legeringsatomen worden toegevoegd aan een zuiver metaal kunnen de atomen 

willekeurige posities innemen: substitutioneel, interstitieel, geordend substitutioneel, ophoping van 

legeringsatomen. De veranderingen die kunnen optreden ten opzichte van gewoon staal zijn: 

• Versteviging van gewoon staal door oplossingsversteviging (substitutioneel of interstitiëel) 

• Verschuiving van fazenevenwichten (van binair naar quaternaire diagrammen of hoger) 

• Verandering van de hardbaarheid (invloed op lasbaarheid): (jominy afschrikproef) 

– Het koolstofequivalent: CE = %C + Mn/6 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + V/4 + Cu/15 

• Verbetering corrosie‐eigenschappen (koper verbeterd dit) 

• Verbetering fysische eigenschappen 

• Verbetering van machinale bewerkingen (S, P, Pb) 

Selecteren wordt dus gereduceerd tot het kiezen van een soort met de gewenste 

hardingseigenschappen en mechanische eiegenschappen. 

TTT‐diagrammen voor twee staalsoorten met hetzelfde koolstof gehalte, maar verschillende 

legeringselementen 

 

(laag‐)gelegeerde staalsoorten 

• Doorhardende staalsoorten 

Deze legeringen hebben een koolstofgehalte van meer dan ongeveer 0.3 procent. 

• Lage (cryogene) temperaturen : Ni stalen (AISI 2XXX serie) 

• Massaproducten (vb. automotive) : 

– “H‐staalsoorten” (geeft garantie dat men door een warmtebehandeling tot een bepaalde diepte 

kan harden) 

– niet al te duur 

– makkelijk vereiste sterkte & slijtvastheid door te harden 

– gegarandeerde hardingskenmerken (steeds zelfde na +/‐ zelfde behandeling) ; i.e. > 1,000 à 

1,000,000 exemplaren 

• Gelegeerde Carboneerbare staalsoorten 

Deze soorten hebben een betere hardbarheid dan koolstofarme staalsoorten en het is dus 

gemakkelijker om een dikke harde schil te produceren. Ze hebben ook betere mechanische 

eigenschappen. 

• B‐staalsoorten 

Borium en stikstof gedragen zich als hardingsmiddelnet als koolstof. Door aan staalsoorten een 

uiterst kleine hoeveelheid borium toe te voegen kan de hardheid verbeterd worden net zoals bij het 

gebruik van veel meer van een duur legeringselement als molybdeen of chroom.  goedkoper 

– B + N (vs. C) 

– laag C en (goedkoop B) i.p.v. dure legeringselementen als Cr en/of Mo (maar opletten voor 

boridevorming!!)=> toch zelfde hardbaarheid 

• HSLA : high strength low alloy steel 

Om de eigenschappen te verbeteren van HSLA wordt gebruik gemaakt van desoxydatietechnieken. 

HSLA 

Koper is een van de belangrijkste legeringselementen van HSLA. Hret maakt het metaal 

weerbestendig. Er wordt een taaie oxidefilm over het metaal gecreerd. Verbetering 

corrosieweerstand (Cu, Cr, Ni, P). 

• Vb.: Fe (C<0.2%) + Cu, Mn, Nb, Cr, Si, Ti, V, N, ..(<0.5% :microlegeren).  deze elementen moeten 

precipitaten vormen die de vervorming tijdens het warmwalsen tegengaan. 

– Carbidevormers die korrelgroei belemmeren (Ti, Nb, V) 

– Vorming sulfiden en oxiden die niet vervormen (Zeldzame aarden) 

• betere mechanische eigenschappen (kleine korrel) 

• Bijzonder : 

– gebruikt in warmgevormde toestand 

– laag C (< 0.2 %C) 

– σ0.2 = 290…480 MPa ; treksterkte = 410…620 Mpa 

– harding : niet door warmtebehandeling  oplossingsharding Cr Ti, V, N ! 

– goed lasbaar 

– constructiestaal; architecturaal, ‘Corten’ Staal (HSLA) ‐ 

Bijzondere Stalen 

• Hadfield staal (austenietisch mangaanstaal: 1‐1.4%C, 10‐14%Mn) 

– Zeer sleetvast 

– Zeer sterke koudversteviging: 

• “Veredeld staal” 

Goede taaiheid en omvormbaarheid, maar bij het lassen vandikke segementen zijn voorzorgen nodig. 

Het koolstofgehalte wordt laag gehouden om er voor te zorgen dat het metaal nog kan worden 

gelast.  

‐chemische samenstelling : +/‐ cfr. HSLA; doch nu “genormaliseerd” (“normaal gegloeid”) of: 

afgeschrikt + getemperd 

‐elasticiteitsgrens tot …760 Mpa 

‐ Vrij slijtvast (vrachtwagencarroseriën, ertsverwerkingsapparatuur) 

• UHS : ultra high strength steel 

‐ bonte verzameling: gelegeerde staalsoorten, gereedschapsstaalsoorten, bepaalde roestvaste stalen 

‐ elasticiteitsgrens, zelfs na ontlaten, vele malen hoger dan bij Cstaal [=> nog weinig vervormbaar] 

‐elasticiteitsgrens & treksterkten mogelijk tot 3000 MPa (!!) 

 “maraging” staal (matrijzen!) is staal met een heel laag C % maar hoog %Ni (12‐18%), Mo (3‐5%), Co 

(8‐12%), Ti (<1%), Al (0.1‐0.3 %). Door harden en ontlaten precipiteren intermetallische verbindingen 

maar geen carbiden, wat het materiaal veel taaier maakt. 

• IF‐staal:  

heel laag koolstof staal (25 ppm), met Ti (440 ppm) of Nb (20ppm) gelegeerd om het weinige koolstof 

te binden. Is dus een ferrietisch staal maar vertoont bij vervormen geen Lûdersbanden en is 

bijzonder geschikt voor een grote dieptrekbaarheid (automobiel) 

 

5. Gereedschapsstalen (tool steels) 

Zoektocht naar stalen met een goed doorhardingsprincipe. Het classificatiesysteem is gebaseerd op 

de gebruikerseigenschappen. Ze kosten meer dan gelegeerde staalsoorten, hebben een betere 

hardbaarheid en hittebestendigheid. Ze hebben aanzienlijke hogere legeringsgehalten dan 

koolsotfstaal en gelegeerd staal. De variatie aan legeringselementen is ook groter. 

• Zeer goede hardbaarheid 

• Zeer grote hardingsdiepte 

• Hoge slijtvastheid 

• Hittebestendig (minder vatbaar voor ontharding bij hoge temperatuur) 

• Zeer goede vermoeiingssterkte 

• Moeilijk bewerkbaar 

• Niet lasbaar 

• Gesmolten in electro‐ovens of vacuümboogomsmelten om grote zuiverheid te halen 

• Geleverd als stangen, staven, grote gesmede producten of warmgewalste plaat 

• Bevatten nog meer en in grotere concentraties legeringselementen dan gelegeerde staalsoorten. 

• %C ts 0.5% en 2% 

• Is vrij duur 

• Gebruik: matrijzen, beitels, boren, tappen, smeedhamers 

Onderverdeling van gereedsschapsstalen: zie boek afbeeldingen 

• Warmwerkend: 

Veel volumeverandering.  

– Chroomsoorten 

Bij het ontlaten worden er carbiden gevormd die de verplaatsing van dislocaties belemmeren en het 

hardheidsverlies verminderen. 

– Wolframsoorten 

Bewerken van roodgloeiende ingots, bloemen ed 

– Molybdeensoorten 

Bewerken van roodgloeiende ingots, bloemen ed 

• Koudwerkend: 

– W: Waterhardend 

Koolstofstaal zonder legeringscarbiden. Enkel vanadium voor korrelverfijning en chroom voor 

verbeterde hardbaarheid. Water dient als afschrikmiddel. Goedkoop. Vatbaar voor scheurvorming. 

– O: Oliehardend 

Voldoende koolstof om vrij grafiet in de martensietmatrix te vormen. Grafitisch gereedschapstaal dat 

zelfsmerend is. Wolfraam wordt toegevoegd voor slijtvastheid. 

– A: luchthardend (laag gelegeerd) 

Chroom en molybdeen voor goede hardbaarheid en ze bevorderen de vorming van legeringscarbiden 

in de strucuur 

– D: hoog gelegeerd 

• Snelstaal: 

Het maken van gereedschapsstaal waarmee ander staal kan bewerkt worden. Ze hebben een hoog 

percentage aan legeringselementen. Hogere hardheid en fijn verdeelde carbideelementen. 

– M: molybdeen 

– T: wolfraam (Tungsten) 

• Matrijzenstaal: P 

Spuitgietmatrijzen voor kunststoffen en opspanblokken voor gereedschap. 

• Voor speciale toepassingeen: L 

• Schokvast: S 

Minder koolstof in vergelijking met koudwerkende soorten. Hardheid van de koudwerkende soorten 

en een betere taaiheid. 

Microstructuur 

Het belangrijkste metaalkundige verschil tussen gereedschapsstalen en andere staalsoorten is hun 

microstructuur. In een volledig gehard koolstofstaal of gelegeerdstaal bestaat de belangrijkste fase 

enkel uit martensiet. Sommige gereedschapsstalen hebben ook zo een structuur, maar de slijtvaste 

soorten hebben een structuur van martensiet met een paar volumeprocenten legeringscarbiden. 

Door dit hogere legeringsgehalte hebben de staalsoorten een betere hardbaarheid. Hoe meer 

koolsotf en legeringselementen, hoe hoger het carbidegehalte. Er zijn verschillende soorten 

carbidestructuren: BOEK P 474.  

Het carbidenetwerk ontstaat wanneer het euteticum de korrelgrenzen volgt. 

Ongewenste structuren zijn bijvoorbeeld bandvorming van blokvormge carbiden. 

Een hoog gehalte aan massieve carbiden leid tot een hoge slijtweerstand. 

Hardingseigenschappen 

De hardingsdiepte is een maar voor de hardbaarheid van een staal.  

Het verwarmen van staal in lucht tot aan de hardingstemperatuur kan ernstige problemen opleveren 

in de vorm van oxidatie aan het oppervlak, gepaard met koosltofverlies en decarboneren aan het 

oppervlak. Het gedecarboneerde oppervlak heeft eigenschappen die niet veel beter zijn dan een stuk 

zacht staal. 

6. Corrosie 

• Corrosie is de aantasting of degradatie van een materiaal door een chemische interactie met de 

omgeving. Het is een ongewenste reactie. 

• Metalen corroderen doorgaans omdat ze terug naar hun natuurlijke toestand willen (oxide, sulfide, 

..) 

• Polymeren degraderen bv. door breking van bindingen (harden van rubber door ozon) 

• Keramieken zijn reeds stabiele verbindingen en zijn weinig onderhevig aan corrosie. Zij kunnen bv. 

in oplossing gaan bv. glas in water. 

Corrosie bij metalen 

• Het is vaak een elektrochemisch proces en vereist transport van elektronen. 

• Er is een wisselwerking tussen ionen en elektronen 

• Een ion met positieve lading is een kation, een ion met negatieve lading is een anion.(bv NaCl 

opgelost in water ontbindt in Na+ (kation) en Cl‐ (anion) 

• Elektrolyten zijn oplossingen die opgeloste ionen bevatten (vloeistoffen maar ook waterdamp of 

zelfs doorlatende vaste stoffen) 

• Als een metaal gaat corroderen moet het dus eerst ioniseren (door als kation in oplossing te gaan), 

het gaat hiervoor elektronen afgeven, waardoor het metaal gepolariseerd of geladen wordt. 

• Een metaal dat elektronen afgeeft wordt geoxideerd, een metaal dat elektronen opneemt wordt 

gereduceerd 

Elektrochemische reacties 

• Wanneer Fe in verdund zoutzuur (HCL) wordt gebracht zal Fe geoxideerd worden door in oplossing 

te gaan als Fe2+ 

• Waterstof H+ wordt gereduceerd tot H2, terwijl Cl‐ niet deelneemt aan de reactie (geen reductie of 

oxidatie) 

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 

Omdat het chlorideion niet werkelijk meedoet aan de reactie kan vereenvoudigd worden: 

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2ijzer reageert met waterstofionen in het zuur en dat daarbij opgelost ijzer en 

waterstofgasa worden gevormd. De reactie bestaat uit twee gelijktijdige partiele processen: 

Fe → Fe2+ + 2e‐ (anodisch proces) Fe2+ oxideren 

2H+ + 2e‐ → H2 (kathodisch proces) H2 reduceren 

• Roesten van staal in water door aanwezigheid van zuurstof in het water 

Fe → Fe2+ + 2e‐ (anodisch proces) oxidatie van ijzer 

O2 + 2H2O + 4e‐ → 4OH‐ (kathodisch proces) reductie van zuurstof 

De totale reactie wordt dan: 

2Fe+2H2O + O2 → 2Fe2+ +4OH‐ → 2Fe(OH)2 (Ferrihydroxideneeslag: oranjekleurig) 

Als men het oppervlak laat drogen ontwatert het ferrohydroxide en vormt een ferro oxide (rode 

roest): 

2Fe(OH)2 → Fe2O3+3H2O 

• Bv.: een blok ijzer en koper die in een bad water hangen met sulfaat (SO4 2‐)‐oplossing met 

ertussen een membraan dat geen ionen doorlaat en die met elkaar met een geleider worden 

verbonden 

Fe gaat in oplossing 

Fe → Fe2+ + 2e‐ (oxidatie) 

Cu slaat neer 

Cu2+ + 2e‐ → Cu (reduc e) 

Totaal 

Fe +CuSO4 → FeSO4 + Cu (redoxreac e) 

De standaardpotentiaal en galvanische reeksen 

Aan beide onderdelen van de oxidatie/reductiereactie is een elektrische potentiaal verbonden. Om 

de potentialen of voltages van de halfcelreacties te standariseren wordt gebruikgemaakt van 

standaard halfcelpotentialen of oxidatie/reductie potentialen. De platinaelektrode wordt gebruikt als 

referentie en staat bekend als de waterstofreferentieelektrode met Eh=0. De meest negatieve halfcel 

wordt geoxideerd en de meest positieve gereduceerd. 

De neiging van een metaal om in een gegeven oplossing te corroderen wordt bepaald door de vrije 

energeie . de vrije energie is het verschil in energie tussen de aanvankelijke en de uiteindelijke 

toestand van een proces. Als de vrije energie negatief is treed het proces spontaan op. 

De tendens om te corroderen wordt het best herkend in de standaard elektrochemische reeks van de 

Nernst potentialen. Deze potentiaal wordt gemeten ten opzichte van een waterstofelektrode bij 25°C 

en een H+ concentratie van 1mol/liter (pH=0) waarbij een platinum elektrode in de oplossing is 

gedompeld. Metalen die dus gemakkelijker elektronen afgeven dan H2 krijgen een negatieve 

potentiaal (oxidantia), de andere die gemakkelijker elektronen opnemen krijgen een positieve 

potentiaal (reductors). 

Voor de praktijk echter heeft deze reeks weinig nut bij de voorspelling van welk metaal in oplossing 

zal gaan of corroderen wanneer het in contact is met een ander metaal.Meestal is het milieu niet 

zuiver genoeg (bv. zeewater, bloed, urine) en is het metaal een legering met gecompliceerde 

samenstelling. Daarom heeft men empirische spanningsreeksen van metalen (legeringen) in een 

bepaald milieu (bv. zeewater of een 3% NaCl oplossing). Deze reeksen noemt men praktijkreeksen. 

Bemerk dat bv. Fe en Zn in een zuurstof arm zuur (H+) zal corroderen maar Cu niet. 

Cu zal wel corroderen als er zuurstof in het zuur aanwezig is omdat de halfcelpotentiaal van koper 

meer negatief is dan de zuurstofreductiereactie  

Factoren belangrijk voor corrosie 

• Materiaaleigenschappen: 

– chemische samenstelling 

In metalen zit er voor de corrosiereactie een gunstige thermodynamische drijfkracht. Goud 

corrodeert bijvoorbeeld niet omdat de energiebalans niet gunstig is voor corrosie. 

In zuivere metalen zijn de anodegebieden gewoonlijk: 

– Microheterogeniteiten (segregatie) 

– Korrelgrenzen 

In legeringen en gewone metalen zijn er andere factoren dieinvloed hebben op corrosie: 

‐ Chemische segregatie 

– Meerfazig materiaal 

– Insluitsels 

– Koudvervorming 

– Inwendige ongelijkmatige spanningen 

Al deze invloeden creeren anodische gebieden . 

• Redoxpotentialen 

Een hulpmiddel om vast te stellen of een corrosieproces van een bepaald metaal thermodynamisch 

gezien lukt. 

• Omgeving 

– Zuur of basisch milieu 

– Aanwezigheid van zouten, gassen, oplosmiddelen 

– Temperatuur, 

– Druk 

Plaatselijke vermindering van korrelgrootte als gevolg van druk kan leiden tot corrosie 

– Zuurstofconcentratie (beluchting) 

Heeft geen enkel effect op de corrosie, maar kan leiden tot een toename of afname van corrosie. 

Factoren die corrosie vertragen‐versnellen 

• Passivatie van het oppervlak (anodische bescherming). 

Een toestand van het oppervlak die de elktrochemische werking tussen het metaal en de omgeving 

belemmert. Dit is doorgaans de vorming van een oxide of een ander reactieproduct dat het metaal 

beschermt tegen het in oplossing gaan. 

Bv. Ti02 op Ti, Cr‐oxide in Roestvast‐staal, PbSO4 op Pb (voor bescherming in zwavelzuur) 

Een gepassiveerd oppervlak is een oppervlak dat een beschermende laag heeft. Passivering zou 

vooral voorkomen bij metalen met een onvolledig bezette d‐schil (Cr, Fe, Co, Ni, Mo, Ti). 

Zuurstofatomen of andere atomen verbinden zich met de oppervlaktelaag maar op basis van een 

monomoleculaire tot zeer dunne film (1 ‐10 nm) 

Beschadiging van de passivatielaag kan versnelde corrosie veroorzaken 

Een klassiek voorbeeld is salpeterzuur, in verdunde concentratie tast het het oppervlak aan, maar in 

pure concentratie wordt er een passieveringsfilm op het oppervlak gecreeerd.  

Op een vers geschuurd oppervlak van roestvast staal ontstaat binnen een paar minuten spontaan 

een passiverende film. 

• Het metaal bekleden: 

‐ met een ander metaal (kathodische bescherming)(bv. Verzinken) 

‐ met een organische of anorganische deklaag (verf, plastic, enamel, keramische lagen, ..) 

• Het bijlegeren van elementen (bv. Toevoegen van Cr bij Fe: zie roestvast staal) 

• Conditioneren van de omgeving: 

‐ zuurstof verwijderen of verhinderen dat verder zuurstof wordt aangevoerd 

‐ polarisatie 

Corrosie kan worden bestudeerd onder gecontroleerde omstandigheden. 

de corrosiepotentiaal is de dtroomsterkte die door een corroderend metaal loopt, de gemeten 

stroomsterkte de corrosiestroom, de polarisatie is de toenemende of afnemende sterkte van de 

corrosiestroom. 

Er zijn diverse soorten polarisatie: 

‐activeringspolarisatie: treed op wanneer een elektrodereactie niet zo snel verloopt als de bedoeling 

is . er is extra tijd en energie nodig voor de activering. De gasbellen bij de kathode verhinderen de 

andere waterstofionen het oppervlak te bereiken en daardoor neemt de corrosiesnelheid af. 

‐concentratiepolarisatie: bij een actieve elektrode zijn er niet genoeg reagerende stoffen.  

‐IR‐val: een spanningsval in de elektrochemische cel als gevolg van weerstand in de elektrolyt. Een 

voorbeeld is de ophoping van corrosieproducten bij een etsbewerking. 

Polarisatie kan dus de corrosieprocessen beinvloeden door de reactiesnelheid te wijzigen. 

‐bedrijfsomstandigheden 

Corrosiesnelheid 

• Corrosiesnelheid wordt weergegeven door de stroomdichtheid als gevolg van de potentiaal. 

• Vermits aan de elektroden een potentiaal ontstaat wegens de aanwezigheid van de ionen en de 

elektronen waardoor ladingtransport plaatsvindt, zal er een "uitwisselingsstroom" ontstaan. 

• De corrosiesnelheid kan nu beïnvloed worden door de potentiaal te wijzigen. 

• Wanneer de contactpotentiaal uit evenwicht wordt gebracht door een overpotentiaal vanuit een 

uitwendige bron, dan zal één reactie gemakkelijker opgaan dan een andere. 

• De E vs log i curven of potentiodynamische polarisatiecurven is een van de meest gebruikte 

methodes om het corrosiegedrag van materialen te bestuderen.  

In deze grafieken worden de waarden van de stroomdichtheid steeds als 

positieve waarden genoteerd. 

• De diagrammen geven tevens een goede indicatie waar de stroomsterkte van teken verandert t.t.z. 

waar het metaal zich kathodisch gedraagt (negatieve stroomsterkte) en waar anodisch (positieve 

stroomsterkte). 

PRENTJE SLIDES 

• voor Cu ziet men dat tussen –0.400V en –0.240V in een 3,5% NaCl oplossing Cu kathodisch is. 

• Vanaf –0.240V tot meer positieve waarden wordt Cu anodisch. 

• Bemerk een daling in het gebied –0.05 tot –0.08V waar de stroomsterkte daalt, wat wijst op een 

(kleine) passivatie door corrosieproducten. 

Potentiodynamische scan voor Cu in een 3.5% NaCl oplossing SLIDES 

Pourbaix diagrammen 

• Pourbaix diagrammen zijn nuttig maar hebben ook beperkingen. Zij geven doorgaans het 

evenwicht tussen metaal, water en reactieproducten. 

• De aanwezigheid van andere ionen (bv. Cl‐) kan leiden tot een totaal ander gedrag. 

• In de diagrammen in de figuren zijn twee diagonale lijnen getekend. 

• De bovenste lijn (zuurstof) stelt de bovenste grens voor van de stabiliteit van water en is 

geassocieerd met zuurstofrijke oplossingen of elektrolyten nabij oxiderende materialen. 

• Boven deze lijn ontstaat zuurstof door: 

• De onderste lijn bepaalt de ondergrens voor waterstabiliteit. Dus corrosie in waterig milieu 

ontstaat tussen deze twee lijnen van het Pourbaix diagramma. 

2H O→O + 4H+ + 4e− 2 2 

Pourbaix diagrammen 

• Een lijn vertegenwoordigt een reactie, waarop de Nernst vergelijking wordt toegepast. 

E=ENUL + RT/nF * ln OX/RED 

(In principe worden de concentraties geschreven door de activiteiten van de betreffende stoffen.) 

• Een horizontale lijn wijst op een evenwicht waarin elektronen maar geen H+ of OH‐ ionen 

betrokken zijn. 

• Een verticale lijn impliceert enkel de betrokkenheid van H+ of OHionen maar geen elektronen. 

• Bij een hellende lijn zijn zowel H+, OH‐ als elektronen betrokken. 

E‐pH diagramma van Fe 

De getallen O, ‐2, ‐4, ‐6 geven de "activiteit" (concentratie) aan van het Fe‐ion. 

Het verloop van E‐i bij een pH=7 kan verklaard worden vanuit het E‐pH diagramma (bv. Voor Fe) 

E‐pH diagrammen van zuivere elementen in zuiver water. 

Corrosievormen 

1. Uniforme corrosie: 

De eenvoudigste vorm van corrosie is de gelijkmatige aantasting van alle oppervlakken die zijn 

blootgesteld aan een corrosieve stof. De meeste kunsstoffen en keramische materialen zijn slechte 

geleiders van elektronen en corroderen uniform. 

Gelijkmatige corrosie brengt elektrochemische reacties met zich mee. De celwerking doet zich voor 

tussen metaalkorrels korrelgrenzen en dergelijke.  

Men kan deze corrosie tegengaan door het verwijderen van het elktrolyt. Oftewel de RV minder dan 

30 procent maken. 

‐ het gehele oppervlak corrodeert langzaam 

‐ typische waarde: 0.007 mg/dag 

2. Galvanische corrosie: galvanisch koppel 

Als twee ongelijksoortige metalen elektrisch worden verbonden in een elektrolyt dan spreekt men 

van een galvanische cel. Hoe verder de metalen van elkaar verwijderd zijn in een spanningsreeks, hoe 

groter de corrosie als ze in een elktrolyt verbonden zijn. De vormfactor: grote anode vs kleine 

kathode zal de corrosie minder snel doen verlopen dan omgekeerd. 

Om deze corrosie te vermijden moet men twee metalen elektrisch van elkaar isoleren. Een koperen 

verbinding op een ijzeren buis zal de buis snel doen “roesten”in de omgeving van de verbinding. 

Sn is edeler dan Fe, en dus bij een Sn‐deklaag zal Fe corroderen. 

Zn is minder edel dan Fe en dus zal de Zn‐deklaag eerst corroderen. 

 

3. Spleetcorrosie 

Dit is een plaatselijke aantasting in een spleet tussen twee metaaloppervlakten of tussen een 

metaaloppervlak en een ander materiaal. Decorrosieve stof die zich in de spleet bevindt moet 

contact maken met beide materialen. De oplossing in de spleet verandert van samenstelling en 

wordt zuurder.Het zuurstofgehalte in een dunne spleet kan lager zijn dan er rond, waardoor een 

elektrochemische cel ontstaat. 

4. Putcorrosie 

Een plaatselijke corrosie die wordt gekenmerkt door putten in het oppervlak. Een onderdeel kan 

onbruikbaar worden door verwijdering van kleine hoeveelheden van het materiaal. Het treed vaker 

op in stilstaande oplossingen dan in bewegende oplossingen en de putten lijken zichwelf voort te 

planten. Het begint door insluitsels, oppervlaktedefecten, E‐doorslag en plant zich dan voort. 

5. Intergranualire‐interkristallijne corrosie (sensitisatie) 

Treed bij voorkeur op bij de korrelgrenzen in metalen. De oorzaak is de segregatie van de 

legeringselementenbij de korrelgrenzen. Korrelgrenzen hebben een hogere energie dan de korrels, 

en in gelijkmatige corrosie werken ze ten opzichte van de korrels als een anode in geringe mate. 

Wanneer de korrels een andere chemsiche samenstelling hebben dan de korrelgrenzen dan kan er 

interkristallijne aantasting ontstaan.  sensitatie van roestvast staal. 

Oplossingen: gebruik van gestabiliseerde legeringen en chroomverarming vermijden. 

6. Uitloging/ selectieve erosie: 

Dit is een corrosieproces waarbij een bestanddeel van een metaallegering selectief uit de legering 

wordt verwijderd zofdat er een gewijzigde microstructuur overblijft. 

De verwijdering van zink uit messing: ontzinking, 

oplossen van ijzer in grijs gietijzer:  grafitisatie. (pijplijdingen) 

7. Frettingcorrosie: 

‐ door het krassen, bewerken van een metaal kan het oppervlak soms niet snel genoeg repassiveren 

waardoor lokaal corrosie kan optreden. 

8. Spannings‐ en vermoeiingscorrosie 

Spontane scheurvorming als gevolg van corrosie in een materiaal dat onder statische spanning staat, 

opgelegde spanning of restspanning. De scheurvorming die optreed bij een mechanische spanning is 

veel lager dan de treksterkte van het materiaal. De combinatie van de spanning en het milieu 

veroorzaakt de schade. Het is een vorm van EAC (environmentally assisted cracking).  

Deze vorm van corrosie treed enkel op wanneer de elementen onder spanning staan en kan 

vermeden worden door spanningsarmgloeien. 

9. Bacteriële corrosie 

10. Thermogalvanische corrosie 

‐hogere temperaturen of temperatuursgradiënten versnellen de corrosie. 

11.druppelslagerosie/vloeistoferosie (sliberosie‐cavitatie met gasbellen) 

Materiaalverwijdering als gevolg van een inslaande/evenwijdig bewegende stroom druppels of 

fluidum. Het heeft de verwijdering van de passiverende films tot gevolg. 

Stress Corrosion Cracking (SCC) 

(Plotse) breuk van een metalen stuk na blootstelling aan een corrosieve omgeving. 

Intergranular ... 

Transgranular ... 

Vaststellen van de Corrosie eigenschappen 

Polarisatieonderzoek: enkele uren tot maanden. 

Voorkoming van corrosie door goed ontwerp 

(B&B fig 13‐25) 

• Voorkom concentratieverlaging in het basismateriaal 

• Voorkom spleten 

• Zorg voor goede afvoer 

• Voorkom dat oplossingen opdrogen en zich concentreren 

• Zorg voor inspectiemogelijkheid (diktemetingen) 

• Vermijd galvanische koppels 

• Vermijd doordringing als gevolg van een onvolledige las 

• Vermijd in buitenconstructies plaatsen waar zich water kan verzamelen 

Enkel speciale technieken om corrosie te vermijden 

Materiaalkeuze: coating aanbrengen door eenvoudig onderdompelen OF door een 

diffusiebehandeling OF een warmtebehandeling 

Omgeving: chlorideconcetratie veroorzaakt spanningsscheuren. Remmers om de corrosie te 

bestrijden verwijderen van zuurstof vertraagt de reacties. 

Ontwerp: anodische bescherming  regeling van de potentiaal voor optimale bescherming. 

 

7. Roestvast Staal 

• Bevat minstens 10%Cr, doorgaans > 12% 

• Wordt bijgelegeerd met Ni, Mo, Ti, .. 

• Moet een passivatielaag bezitten (van Cr2O3) 

• Soorten: 

– Ferrietisch 

– Martensietisch 

– Austenietisch 

– Precipitatiehardend 

– Duplex 

Ferrietisch RVS 

Hebben een kubisch ruimtelijk gecentreerde ferritische microstructuur, een laag koolstofgehalte, en 

een chroomgehalte dat meestal 16‐20 procent bedraagt. Een ternair diagramma is nodig voor de 

volledige beschrijving. (C‐Fe‐Cr). Koolstof en stikstof hebben het effect dat het gammagebied ( het 

gebied waar het hogetmperatuurbereik van austentiet zit) groter wordt. 

Ferrietische soorten gaan de 475 graden verbrossing aan. (brosse sigma fase) het ferriet valt uiteen in 

twee gescheiden KRG fasen, de ductiliteit en de slagvastheid verlagen. Mag niet boven 340°C 

gebruikt worden. 

 

Bij het lassen krijgen we een verminderde corrosieweerstand, gevaar voor sigma‐faze en 

carbidevorming, ze zijn wel niet zo vatbaar voor spanningscorrosie. 

• Niet hardbaar 

• Kerfgevoelig 

• “speciale ferrietische soorten” 

– Zeer laag %C 

– 1‐4%Mo, 18‐30%Cr 

– Zeer corrosiebestendig in zeewater 

• Magnetisch 

Martensietisch RVS 

hebben een chroomgehalte van ongeveer 12  procent en een hoog koolstofgehalte dat 1.2 kan 

bedragen. De gammalus wordt hierdoor nog vergroot zodat de staalsoorten bij verzarming overgaan 

naar austentiet , waardoor afschrikharden mogelijk is. Er is een overschot aan koolstof 

• 12‐18% Cr, tot 1.2% C 

• Hardbaar (100% martensiet) en kunnen dus heel sterk worden, eventueel na ontlaten 

• Meer corrosiebestendig in Cl‐omgeving 

Austenietisch RVS 

Ze bevatten minstens vier belangrijke legeringselementen: ijzer chroom koolstof nikkel. De 

aanwezigheid van nikkel is bedoeld om een volledig austentische structuur te bekomen. Het product 

kan nadien koudevervormd en vervormingsgehard worden. 

• Meest gebruikt 

• Metastabiel kvg (niet magnetisch), moet afgeschrikt worden vanaf hoge temperatuur 

• 16‐26 % Cr, >8% Ni, (zeer laag) %C, bal. Fe 

• Koudvervormbaar (vervormingshardbaar door vervormingsgeïnduceerd martensiet) 

• Wordt vaak bijgelegeerd met Mo , Ti, .. 

SLIDES PRENTJES 

Invloed legeringselementen op austenietisch RVS 

Precipitatiehardend (PH) RVS 

Een correctere term voor verouderen en vindt plaats door het toeveogen van elementen als 

titanium, aluminium of koper in kleine percentages. Staal wordt verhard en gesterkt. 

• Martensietische: Na gloeien en afschrikken in martensitiesche toestand, ontlaten rond 540°C 

waarbij opgeloste elementen zoals Ti, Al, Cu (enkel %) uitprecipiteren 

• Semi‐austenietisch: austenietisch op kamertemperatuur maar martensietisch na diep koelen. 

Daarna ontlaten. Sterker dan martensietisch PH. 

• Austenietisch: precipitatie in austeniet, minder sterk 

Duplex‐RVS 

Ferrietvormende en austentietvormende elementen gecombineerd levert een ferriet‐austentiet 

structuur of DUPLEX structuur op. Het heeft een verbeterde lasbaarheid, grotere weerstand tegen 

spanningscorrosie en een grote vloeiweerstand. 

• Bestaat uit ferriet en austeniet door bijlegeren van zowel ferrietstabilisatoren (Cr, Si, Mo, V, Al, Nb, 

Ti, W) en austenietstabilisatoren (Ni, CO, Mn, Cu, C, N) 

• Volumefractie ferriet en austeniet ts 40 en 60% 

• Ferriet voorkomt beter scheurvorming bij hoge temperaturen 

• Sterkte is veel hoger and monofazig RVS 

• Samenstelling: C<0.03%, Cr: 20‐30%, Ni ongeveer 5% en andere stabiliserende elementen. 

• N: 0.12 %wordt bij gelegeerd om verschil in corrosie tussen ferriet en austeniet te minimaliseren 

• Laag koolstofgehalte aangeduid met L (bv. 304L): C<0.03%. Dit vermindert wel de vloeigrens en 

treksterkte maar verhoogt de corrosievastheid door minder kans op chroom‐carbiden. 

• Toevoegen van N (tot 0,3%) versterkt duplex en austenietische legeringen maar is nadelig voor 

ductiliteit. 

• Laag koolstofgehalte en hoog N en Mo (tot 6%) (superausteniet) levert legeringen die beter 

bestand zijn tegen spanningscorrosie (SCC) en putvorming. Deze laatste zijn de meest voorkomende 

problemen bij corrosie. 

Mechanische eigenschappen 

 

8. Gietijzer & Gietlegeringen 

Ruwijzer is in feite zuiver ijzer met enkele procenten slak. Gietijzer is een groep legeringen van ijzer, 

koolstof, silicium.  

• Relatief laag smeltpunt 

• Grijs gietijzer: algemeen gebruik 

• Wit gietijzer: hard en sleetvast 

• Nodulair gietijzer: bezit enige ductiliteit 

• Smeedbaar gietijzer: warmtebehandeld voor ductiliteit 

• Gelegeerde gietijzersoorten: speciale toepassingen 

• Gietijzer bevat Fe, C en enkele %Si (grafitiserend) 

• Het eutecticum noemt me ledeburiet 

• Gietproducten van staal 

• Gietlegeringen (vs. ‘kneedlegeringen’) 

• chemische toevoegstoffen :   ‐lagere viscositeit smelt; 

‐ minder slink / krimp 

Gietijzer 

Grijs Gietijzer 

Grijs gietijzer is een koolstofrijke legering van ijzer, koolstof en silicium.  

• Meest gewone gietijzer 

• 2…4 % C, 1…3 % Si, Mn & Fe 

• Metaalkunde : 

Ijzer en koolstof hebben een stabiel en een metastabiel evenwicht: ijzer en grafiet en ijzer en 

cementiet. Bij grijs gietijzer zien we beide terugkomen dus: ferriet, grafiet, cementiet en perliet. 

Cementiet is een belangrijke fase in koolstofrijke ijzer‐koolstoflegeringen. Het silicium in het gietijzer 

bevordt de vorming van grafiet. De afkoelsnelheid wordt zo gekozen dat de vorming van 

cementietrijke fasen (ledeburiet) vermeden wordt. 

Grijs gietijzer met een ferrietmatrix heeft een lage sterkte 

Grijs gietijzer met een perlietmatrix heeft een heogere sterkte  

Grijs gietijzer met een martensietmatrix heeft de hoogst sterkte. 

• Eutectische reactie : vloeibaar � austeniet + grafiet 

• T < 738°C : austeniet � martensiet, ferriet plus grafiet, of perliet (afhank. van afkoelsnelheid & 

legeringssamenstelling) 

• Koolstof : 2 componenten; gebonden (= opgeloste; vaak <1%! ) + grafiet 

• Grafiet = 3‐dimensionale roosachtige structuur; lamellen (plaatjes) vorm, grootte, verdeling � 

invloed op eigenschappen 

• Microstructurr: ferrietisch of perlietisch grijs gietzijzer 

• Fysische & chemische eigenschappen : vergelijkbaar met gewoon koolstofstaal 

‐ Perliet kan overgaan in grafiet en ferriet waarbij de grootte toeneemt. 

– Dempingsvermogen : Vermogen van een materiaal om elastisch doorbuigingen te onderdrukken 

– ferromagnetisch 

– betere corrosie‐vastheid (cfr. oppervlak van grafietlamellen + Si ) 

– Goed bestand tegen basische omgeving, zeewater en sommige zuren 

• Mechanische eigenschappen 

– Bros in trek (geen ductiliteit) 

– Goed bestand tegen druk 

– Geen lineair elastisch gebied (wegens microslip van C) 

– Zeer goede sleetvastheid 

• Warmtebehandelingen (cfr. Gewoon staal) 

– Normaalgloeien (om homgene sterkte te bekomen): verhogen sterkte en hardheid. 

– Spanningsarmgloeien: inwendige spanningen verwijderen en onderdeel machinaal bewerkbaar 

maken. 

– Afschrikharden: omdat gietijzer een hoog koolstofgehalte heeft  hogere sterkte hardheid en 

slijtvastheid, na het harden wel ontlaten. 

– Niet lasbaar 

Smeedbaar Gietijzer 

Smeedbaar gietijzer heeft een vergelijkbare chemische samenstelling als grijs, maar de structuur is 

door warntebehandelingen gewijzigd.het heeft een aanzienlijke ductiliteit. Als wit gietijzer, doch 

verlengde verwarming (warmtebehandeling) van gietstukken. Hierdoor wordt het omgezet in een 

perlitische matrix, waarbij de overtollige koolstof aanwezig is in de vorm van bloemachtige sructuren 

die temperkool worden genoemd. Hierdoor : ontbinding van carbides & vorming van grafiet 

aggregaten (cfr. nodulair gietijzer, doch minder bolvormig) 

• Superieure mechanische eigenschappen (o.m. taaiheid, verlenging bij breuk, ...) ; zeer goede 

slijtageweerstand (vanwege temperkool)  buigen zonder scheuren; koudbewerking mogelijk 

De warmtebahandeling waarbij wit gietijzer omgezet wordt in smeedbaar gietijzer wordt 

weergegeven in twee stappen 

1e grafitisatiestap: vrij cementiet en perliet lossen op in austentiet, op den duur beginnen zich 

grafietnodulen, temperkool te vormen. Nu worden de gietstukken afgekoeld tot een temperatuur in 

het kritische temperatuurbereik 

2e grafitisatiestap: er wordt temperkool en grafiet gevormd, de afkoeling loopt verder. Vervolgens 

worden de stukken aan de lucht gekoeld of afgeschrikt in olie. 

Typische microstructuur van smeedbaar gietijzer 

Nodulair (ductiel gietijzer) 

Ductiel gietijzer heeft een met smeedbaar gietijzer verglijkbare ductiliteit, maar deze wordt bereikt 

door te toevoegingen van gietstoffen. Het ziet eruit als grijs gietijzer, doch : vorming kleine 

(bolvormige) grafietnodulen. De samenstelling is vergelijkbaar met die van grijs gietijzer, maar er 

wordt aan de smelt magnesium en cerium toegevoegd om nodulair ijzer te bekomen. De grootte van 

de nodulen wordt geregeld metbehulp van giet pan enting. Gebruikt grijs gietijzer 

warmtebehandelingen. 

• Verkregen door toevoegstoffen aan legering (Ni, Mg) of door inoculatie met “entstoffen” in gietpan 

(Mg, Ce) 

• Ook : ferrietisch, perlietisch, martensietisch 

• Superieure mechanische eigenschappen (o.m. slagvastheid); vergelijkbare corrosieweerstand grijs; 

(veel) lagere elektrische weerstand, magnetisch.  

ADI: austempered ductile iron 

Wit Gietijzer 

Wit gietijzer heeft na het gieten een harde structuur. Het bestaat uit perliet en vrij cementiet, 

grafietvrij, het is bijzonder hard en bros. Het breukoppervlak ziet er wit uit.  

• Gecontroleerde samenstelling (e.g. laag Si, hoog Mn) & stollingssnelheid 

• 2 … 3.5% C, 0.5 … 2 %Si, Mn (0.5%) & Fe 

• Metaalkunde : 

• Snelle koeling verhindert de grafitisatie 

• “Wit” : geen vrije grafiet in microstuctuur 

• Resultaat : harde, brosse, +/‐ niet bewerbare legering 

• Toepassing : abrasie‐resistentie 

Grijs gietijzer vormt bij snel afkoelen een structuur van wit gietijzer, het wordt dan harde schil 

gietijzer genoemd. 

Gietstaal & Andere 

• “gietijzer = bros”… 

• Alle soorten gietijzer = lagere stijfheid 

• Staal = beter taaiheid & ductiliteit 

• staal = moeilijker gieten, gieteigenschappen verbeteren door iets gewijzigde chemische 

samenstelling (0.3 … 0.65% Si ; 1% Mn) 

Poedermetallurgie 

Onderdelen worden gemaakt door de samenpersing van metaalpoeder. De deeltjes vormen een 

hecht geheel door het aan elkaar smelten van de contactpunten van het poeder. Ze worden 

samengeperst, verwarmd en dan gesinterd en afgekoeld. Gesinterde elementen hebben 

eigenschappen die evengoed zijn als die van enkele kneedstaalsoorten.  

Het proces gebeurt meestal in een kunstmatige gasatmosfeer. De porositeit van de deeltjes is zeer 

hoog (30 procent) en kan verminderd worden door compacter te persen. 

Maken van het poeder kan door het atomiseren van gesmolten metaal, metaal wordt in een gietpan 

gegoten en de druppels worden oor gasjets of waterstralen bespoten waardoor er een poeder 

omlaagvalt en afkoelt. Een andere manier is elektrisch neerslaan. 

Typerend voorbeeld van een PM product : klein tandwiel voor het mechanisme van een camera 

 

9. Non‐ferrolegeringen 

Koper 

Productie van koper uit sulfideertsen 

• 1. Concentratie van het erts door flotatie en andere scheidingstechnieken. 

• 2. Roosten: vluchtige stoffen worden verwijderd in een oven zonder te smelten 

• 3. Erts wordt gesmolten in gecontroleerde atmosfeer (verwijdering van enkele onzuiverheden bv. 

Fe) tot “matte” met ongeveer 30% Cu. 

• 4. Lucht of zuurstof wordt nu door gesmolten Cu‐sulfide mengsel geblazen. De sulfiden worden 

geoxideerd waardoor metallisch koper wordt gevormd: “blister koper” (98‐99% zuiver) 

• 5. Electrolyse van koper: anodes van blister koper. Cu slaat neer op kathode (Cu). (99,9% zuiver) 

• 6. Kathoden worden nu gesmolten tot draadstaven of knuppels: “ETPkoper”. (Electrolytic Tough 

Pitch): electrolytisch zuurstofhoudend koper.  

Opmerking: oxide‐ertsen worden eerst omgezet door oplosmiddelextractie: zuren logen het Cu uit. 

Laatste stap is ook electrolyse (99.5% Cu). 

Legeringen van Cu 

• Zuiver koper (KVG) wordt sterk beïnvloed door de aanwezigheid van onzuiverheden: 

– Zuurstofhoudend koper (0.04% O als Cu‐oxide). Aanwezigheid van te veel oxide kan tot verbrossing 

leiden of bij wat hogere temperaturen (boven 370°C tot waterstofbrosheid). Zuurstof kan verwijderd 

worden door toevoegen van wat fosfor maar ten koste van geleidbaarheid. Er bestaan ook 

zuurstofvrije soorten die niet door fosfor zijn gedesoydeerd (veel duurder) maar dan met betere 

geleidbaarheid 

– S, Te, Se, Pb worden soms toegevoegd ter verbetering van bewerkbaarheid.  

Cr, Zr, Sn (Cd mag niet meer) versterken Cu. 

‐ zuurstofvrije kopersoorten hebben het hoogst elektrische geleidingsvermoge, ze zijn niet bros en 

kunnen gesoldeerd worden. 

Koper bestaat uit een fase, wanneer er aan koper een legeringselement wordt toegevoegd ontsaat er 

een laaggelegerde koperlegering. Deze bestaan ook uit een fase met een KVG rooster een voorbeeld 

is Berylliumkoper met versterking door precipitatieharding.  

indien er twee fasen zijn heeft deze een KRG structuur. 

• Berylliumkoper 

Heeft een even hoge sterkte als gelegeerd staal. Het precipitatieharden bestaat uit het verhitten van 

de legering tot een hoge temperatuur, afschrikken in een vloeistog en precipatie in een gematigde 

temperatuur.  

• Messing: gelegeerd met Zn 

Messing is een binaire legering van koper en zink. Er zijn twee verschillende soorten kristalstructuur:  

alfa (geel messing): vaste oplossing KVG 

beta (muntzmetaal: 60%Zn) : KRG 

alfa+beta‐legeringen 

– Rood messing (maximaal 15%Zn, 5%Sn, 5%Pb) 

• Brons: gelegeerd met Sn, Si of Al 

– fosforbrons bevat nog tot 0.3% fosfor (door raffinage) 

– Si‐brons (4%) vooral in scheepsbouw 

– Al‐brons: voor sterke legeringen , vaak nog met wat Fe bij 

• Cu‐Ni legeringen: Ni is volledig oplosbaar.  komt weinig voor 

– Zeer goede corrosie‐eigenschappen, zeer hard 

• Nikkelzilver: 45‐75 % Cu, 5‐30% Ni, 5‐45% Zn 

– Mechanische maar vooral esthetische componenten (naamplaatjes, brilmonturen, …) 

• Pb in koper en koperlegeringen om de verspaanbaarheid te verbeteren. Pb lost niet op. (Pb moet in 

de toekomst verdwijnen) 

Eigenschappen van Cu 

• Hoge elektrische geleidbaarheid: IACS=100% (International Annealed Copper Standard) 

• E‐modulus 117GPa, maar Cu‐Ni kan tot 150 GPa 

• Typische kleur (rood) 

• Zeer goed vonkweerstand 

• Niet magnetiseerbaar 

• Kunnen ongelijksoortige metalen aan elkaar lassen (brazeren) 

• Oxideren gemakkelijk aan de lucht boven 260°C 

Bijzondere Eigenschappen 

• Slijtvastheid 

– Sinds eeuwen voor slijttoepassingen gebruikt 

= nog steeds een van belangrijkste toepassingen; e.g.: lagers in elektrische motoren / 

scheepstoepassingen; zelfs: lagers v. treinen, rollagers in staalfabrieken, … 

‐ Kneedlegeringen: e.g. raderen klokken, tijdsmechanismen 

– Slijtage  messing, bronzen, Cu‐Be 

– Ook: Cavitatie en andere vormen van corrosieve slijtage 

‐ als er gruis in een lager komt zal deze niet stukgaan, maar de gruis in het materiaal drukken. 

• Corrosie 

Koperlegeringen zijn vatbaar voor een aantal soorten corrosie: selectieve corrosie, 

spanningscorrosie, interkristallijne corrosie, putvormige corrosie en spanningscorrosie.  

Zuiver koper zal een groen patina vorm bij aanraking met de atmosfeer dit is een gevolg van 

zwavelverbindingen in de lucht. Het is niet vatbaar voor spanningscorrosie. Het is bestand tegen de 

groei van microben (giftig) 

Messing kan ontzinken en is vatbaar voor spanningscorrosie bij Zn>15 procent. Weinig neiging tot 

druppelslagcorrosie. 

Brons is goed bestand tegen zeewater en stilstaand water 

Koppernikkel: warmtewisselaars, ontzinking. 

Wel vatbaar voor een aantal soorten corrosie (cfr. ‘season cracking’) 

– + “Fouling” preventie 

 

Aluminium 

Productie van Aluminium 

• Aluminiumoxide‐erts (bauxiet) wordt gereduceerd tot aluminium door electrolyse in een gesmolten 

zout: kryoliet (Na3AlF3) waarin het Al2O3 oplost. 

• Het aluminium slaat neer aan de koolstofkathode in vloeibare toestand (Tbad >953°C en Tsmelt = 

659°C) 

• Anode is eveneens koolstof 

Eigenschappen van Alumimium 

• Kvg‐structuur 

• Lage dichtheid (2700kg/m3) 

• Hoge thermische en elektrische (60% IACS) geleidbaarheid. 

• Hoge specifieke sterkte en en lage specifieke weerstand (< koper, cfr. hoogspanningskabels) 

• Kan geanodiseerd worden (hard oppervlak) 

• Gemakkelijk gietbaar (spuitgieten wegens laag smeltpunt: 659°C), bewerkbaar en omvormbaar 

(ductiel) 

• Doorgaans goed lasbaar 

• Roest niet (stabiel dun oxide) 

• Niet magnetisch 

• Niet giftig 

• Corrosiebestendigheid: 

– goed in waterige oplossingen 

– in water met ionen van zware metalen ontstaat gemakkelijk putcorrosie. 

– Aluminium weerstaat heel slecht aan hoge pH (klassieke reinigingsproducten zoals gewone zeep 

zijn dus te mijden: te basisch). 

– Oxiderende of reducerende minerale zuren zorgen voor aantasting behalve salpeterzuur (vormt 

waarschijnlijk een beschermende laag) 

– Spanningscorrosie kan een probleem zijn bij 2XXX en 7XXX legeringen, die vooral in de lucht‐ en 

ruimtevaart worden gebruikt 

– Resistent tegen petroleumproducten 

– Niet aangetast door voedselsoorten en dus veel gebruikt in de voedselnijverheid (potten, pannen, 

folie). 

Soorten legeringen 

• Kneed‐ en gietlegeringen (coquillegieten, spuitgieten, zandgieten) 

• Klassering volgens Het IADS (International Alloy Designation System): 1000 t.e.m 8000 serie 

• Daaraan wordt een suffix toegevoegd dat informatie geeft over de gegeven behandeling 

• Legeringselementen vooral toegevoegd voor precipitatieharding, oplossingsversteviging, 

verbeterde machinale bewerkbaarheid, corrosieweerstand  

• Doorgaans is de oplosbaarheid van andere elementen eerder gering bij lage temperaturen en 

vormen zich gemakkelijk intermetallische verbindingen (binaire, ternaire en quaternaire) die 

doorgaans het materiaal bros maken. Vandaar dat de hoeveelheid legeringselementen eerder gering 

is (< 5%). 

• Nummering: eerste cijfer geeft belangrijkste legeringselement aan, het tweede cijfer wijst op een 

controle (0: geen controle, 1 gecontroleerd), bij de 1000 serie geven de twee laatste cijfer de 

hoeveelheid Al in % boven de 99%, bv. 25 wijst op 99,25% zuiver. De laatste twee cijfers hebben bij 

de andere series geen echte betekenis behalve het onderscheid in samenstelling 

– 1XXX: commercieel zuiver aluminium (99% min) 

– 2XXX: koper als belangrijkste leveringselement 

– 3XXX: mangaan 

– 4XXX: silicium 

– 5XXX: magnesium 

– 6XXX: magnesium en silicium 

– 7XXX: zink 

– 8XXX: niet gespecificeerd (inclusief Li) 

• Behandelingscodes: 

– F: toestand na fabricage 

– W: oplosgloeibehandeling van precipitaathardende legeringen 

– O: gegloeid alleen voor kneedlegeringen 

– H: koudvervormd (H1 t.e.m. H4, H_1 t.e.m.H_4) 

– T: warmtebehandeling 

Warmtebehandelingen 

• Oplosgloeien: de eerste stap in het precipitatie proces, het doel is de vaste elementen in oplossing 

gevangen te houden, door afschrikken geraken ze inderdaad vst te zitten. 

• Spanningsvrijgloeien (na koudvervorming) om goede vormstabiliteit te bekomen, maar als de 

treksterkte van beland is deze techniek achterwege laten. 

• Precipitatieharden (belangrijkste behandeling) treksterkte afhankelijk van tijd. 

– Oplosgloeien 

– Afschrikken in water 

– Nagloeien bij lage temperatuur voor lange tijd 

Duraluminium 

• Een legering bestaande uit 95,5 % aluminium, 3 % koper, 1 % mangaan en 0,5 % magnesium 

Al‐4.5%Cu verouderd bij 130°C 

Al2Cu Mg precipitaat 

Bij uitgloeien op 550°C lost koper op in de Al‐matrix. Dan afschrikken, en vervolgens verouderen bij 

T<200°C: →precipita eharding 

Anodiseren van aluminium 

Aluminium kan beschermd worden met gewone galvanische en organische coatings die op de 

meeste andere metalen kunnen worden aangebracht. Aluminium kan een vrij taaie, harde en 

tamelijk dikke poreuze oxidehuid (keramisch!!!) (Al2O3) door een electrochemisch proces 

(Aluminium is anode) 

• Men onderscheidt: 

– een dunne oppervlaktelaag (tot 25 μm) in zwavelzuur bij kamertemperatuur 

– ‐een “hardcoating” (tot 50 μm) in mengsel van zwavelzuur en oxaalzuur bij 4°C  verhoogt de 

oppervlakteruwheid 

• !! Anodiseren gaat gepaard met volumetoename!! 

• Niet alle Al‐legeringen zijn geschikt om te hard te anodiseren 

 

 

Nikkel 

Ertsvoorbereidingsproces lijkt op dat van koper. De laatste stap is ook weer het galvanisch neerslaan 

op kathodeplaten. De gezuiverde nikkel wordt vervolgens in ingots gegoten.  

Soorten legeringen 

• Zuiver Nikkel (kvg) 

• Nikkel‐koperlegeringen: 

– monel 

• Nikkel‐chroom legeringen 

Hoge elektrische weerstand en een goede oxidatieweerstand, veel gebruikt voor elektrische 

verwarmingselementen. 

– Inconel 

– Incolly 

– Nichrome 

• Nikkel‐ijzerlegeringen 

– Permalloy 

– Invar 

– Elinvar 

• Nikkel‐molybdeen‐(chroom‐molybdeen)legeringen 

– Hastelloy 

– Inconel 

• Superlegeringen op nikkelbasis (Ni, Fe, Co, Mo,..) 

– Hastelloy, Inconel, Waspaloy, Rene alloys, Haynes alloys, Incoloy, MP98T, TMS alloys, and CMSX 

single crystal alloys. 

•Nikkelalumide:  

Intermetallische verbinding met aluminium, zeer bros, maar door toevoeging van borium 

uitzonderlijke hogetemperatuureigenschappen. 

Toepassingen van Ni 

• Bijna 60% van alle Ni‐gebruik als legeringselement van RVS  draagt niet bij tot de 

corrosieweerstand, het is aanwezig om een austetische structuur te vormen. 

• Elektrische geleiders bij hoge temperaturen 

• Elektrische verwarmingselementen (Ni‐Cr) (goed bestand tegen oxidatie) 

• Goede corrosieweerstand bij hoge temperaturen 

• Hoge magnetische permeabiliteiet (Ni‐Fe) 

• Lage uitzettingscoëfficiënt (Invar: Fe‐Ni) 

• Hoge sterkte en zeer goede kruipbestendigheid bij hoge temperaturen (Precipitatieharding op hoge 

temperatuur 600‐800°C): superlegeringen (op basis van Ni zijn vooral gelegeerd met Ti en Al tot 

ongeveer 10%) 

 

Titaan/Titanium 

Uiterst reactief metaal dat veel voorkomt. Het Kroll proces : in dit proces wordt TiO2 io chemische 

wijze omgezet in titaniumtetrachloride en gereduceerd tot metallisch titanium. 

Ti en Ti‐legeringen 

• Ti vertoont, na stollen bij 1668°C, een allotrope vaste stof transformatie tijdens verder afkoelen van 

een bcc (β) KRG naar een hcp (α) faze HEX bij 882,5°C.  slechts enkele metalen hebben vermogen 

kristalstructuur te wijzigen. 

• Afhankelijk van de legeringselementen die men toevoegt, spreekt men dan van α, α+β of β 

legeringen naargelang de microstructurele toestand bij kamer‐temperatuur. 

• Ti‐legeringen zijn gevoelig aan waterstof‐brosheid. 

• Ti‐legeringen worden gepassiveerd door een TiO2 (± 10 nm) deklaag die zich spontaan vormt. 

• Ti‐legeringen hebben een zeer hoge putcorrosiepotentiaal en zijn weinig gevoelig aan galvanische 

corrosie en spanningscorrosie. 

• Titaan is ook interessant omwille van zijn lage dichtheid (4.51 ton/m3) en lage E‐modulus 

(ordegrootte 100 GPa) en zeer goede vermoeiingseigenschappen. 

• Titaan en zijn legeringen vertonen een mindere sleetvastheid. 

• Titaan is één van de “refractaire materialen” (Zr, Hf, V, Nb, Ta, …) 

Classificatieschema voor binaire Ti‐legeringen in functie van 

Cp‐titaan of Commercial Pure Titanium 

• Cp‐titaan wordt normaal onderverdeeld in vier klassen, die zich onderscheiden door de verschillen 

in C, H, Fe, N en O. 

• Soms worden enkele tienden % Pd of Mo en Ni toegevoegd voor het verbeteren van de 

corrosieweerstand of de sterkte. 

• Gezien de verontreinigingen sterk de mechanische eigenschappen beïnvloeden, zal men de klassen 

niet opdelen volgens samenstelling maar volgens mechanische eigenschappen. 

• De E‐modulus van cp‐Titaan variëert tussen 105 en 120 GPa 

Mechanische eigenschappen van cp‐Titaan‐plaat (as‐rolled) 

Ti‐6Al‐4V (α+β legering) 

• de meest gebruikte Ti‐legering (>50% tonnage vanTi‐legeringen) 

‐aerospace: 80% 

‐medisch: 3 % 

‐automobiel, mariene, chemische industrie, 

• O: 0.08 tot 0.2 %, N: 0.05 % 

• ELI‐Grade: (extra‐low interstitial) 

• Ti‐6Al‐4V‐Pd (± 0.2 %): verhoogde corrosie‐weerstand 

• de laatste tijd probeert men voor biomedische toepassingen V te vervangen door Nb omwille van 

de twijfels die gerezen zijn omtrent de toxiciteit van Vanadium (Ti‐ 6Al‐7Nb) 

• vermoeiingssterkte >107 cycli bij 500 MPa !! 

• zeer goede corrosieweerstand 

• E‐modulus: 105‐120 GPa 

• Voeigrens: 900‐1200 Mpa 

• UTS: 1200 Mpa 

• Uitzettingscoëfficiënt: 8 10‐6 K‐1 

• Specifieke weerstand: 1.66 μΩ m 

Vervormingscurven voor cp‐Ti, Ti‐6Al‐4V en enkele courante metalen; 

Microstructuur van Ti‐6Al‐4V 

• De mechanische eigenschappen (sterkte, ductiliteit, vermoeïng) van Ti‐6Al‐4V zullen sterk afhangen 

van de microstructuur, bepaald door de voorafgaande thermo‐mechanische processing: 

– Korrelgrootte 

– α+β volumefractieverdeling 

– Vorm van de beide fazen 

Invloed van de afkoelsnelheid op de α+β microstructuur van Ti‐6Al‐4V