Trekproef

[Herman Pieper]

Trekproef
Een trekproef wordt toegepast voor het verkrijgen van gegevens voor gebruik in berekeningen bij het ontwerp, of om aan te kunnen tonen dat het materiaal aan de vereiste specificaties voldoet. Daarom kan de trekproef zowel dienen als een kwantitatieve als ook een kwalitatieve proef. Voor het testen van lasverbindingen kennen we twee verschillende proefstaaf typen, namelijk:

-   Trekproef dwars over de las (platte proefstaaf)
-   Trekproef in langsrichting van de las, zogenaamde vollas trekstaaf (ronde proefstaaf)

De proef wordt uitgevoerd door de beide uiteinden van een speciaal daartoe geprepareerd proefstuk van voorgeschreven vorm en afmetingen in te spannen in een trekbank en daarna te beproeven met een langzaam toenemende, gelijkmatige in lengterichting aangrijpende kracht tot het proefstuk bezwijkt. De wijze van beproeving en de proefstukken zijn gestandaardiseerd om de resultaten te kunnen reproduceren en om de resultaten van op verschillende plaatsen en tijdstippen genomen trekproeven te kunnen vergelijken.
De proefstaven worden proportioneel genoemd als de meetlengte L0 in verhouding is met het oorspronkelijke oppervlak van de dwarsdoorsnede S0 volgens de formule L0 = k√ S0.
Voor een ronde trekstaaf geldt S0 = 0,25xD02 waarbij D0 de oorspronkelijke diameter is. Voor proefstaven in staal heeft de constante k de waarde 5,65 in specificaties volgens EN - normen en 5 volgens de ASME code. Hierdoor krijgen we meetlengtes van circa vijf keer, respectievelijk vier keer de oorspronkelijke diameter van het proefmonster. Hoewel dit verschil technisch niet zo belangrijk schijnt te zijn, is het van belang voor het claimen van overeenkomst met de specificaties.
Zowel de trekkracht (belasting) als de verlenging (rek) van het proefstuk worden gemeten en uit deze gegevens wordt een belasting/verlenging kromme of trek/rekdiagram geconstrueerd (zie figuur). Vanuit deze kromme kunnen we het volgende bepalen:

a.   De treksterkte (Rm) - ook wel maximale treksterkte genoemd - is de belasting bij bezwijken gedeeld door het oorspronkelijke oppervlak van de dwarsdoorsnede. Rm = F max. / So. Hierin is F max. de maximale belasting en So het oorspronkelijke oppervlak van de dwarsdoorsnede.

b.   De elasticiteitsgrens (Re, ook wel vloeigrens (ReH) of rekgrens (Re 0,2 / Re 1,0) genoemd) geeft het punt aan waar de vervorming van elastisch overgaat naar plastisch. Onder dit punt zal het proefstuk als we de belasting wegnemen, terugveren op zijn oorspronkelijke lengte. Daarboven treedt plastische vervorming op en is de verlenging blijvend. Re = Fe / So, waarin Fe de belasting is bij de elasticiteitsgrens. Als materialen in het elastische gebied worden belast, is de verlenging evenredig (proportioneel) met de belasting. Een verdubbeling van de spanning betekent een verdubbeling van de rek. We noemen dat de wet van Hooke. Voor de meeste materialen is de elasticiteitsgrens lastig te bepalen door het ontbreken van een echte vloeigrens; hoe nauwkeuriger men meet, hoe lager men die grens zal vinden. Men neemt daarom een waarde aan van de belasting die een arbitrair vastgestelde grootte van blijvende rek heeft veroorzaakt en dat is in de regel de spanning die een blijvende rek van 0,2 procent veroorzaakt. Dit wordt de 0,2 % rekgrens genoemd.

c.   Na het weer aan elkaar passen van beide delen van de gebroken proefstaaf kan ook de rek (A)(=percentuele verlenging) worden bepaald. A = (Lu-Lo) / Lo x 100 waarbij Lu de meetlengte na breuk en Lo de oorspronkelijke meetlengte is.

d.   Zodra de trekstaaf begint te rekken, wordt de staaf ook dunner: eerst gelijkmatig over het gehele evenwijdige deel (contractie), terwijl bij het bereiken van de breukbelasting een plaatselijke insnoering op gaat treden. Het percentage oppervlaktevermindering geeft aan in welke mate de proefstaaf is ingesnoerd of bij het bezwijken in doorsnede is verminderd. Dit wordt insnoering genoemd en aangeduid met Z en wordt middels de volgende formule bepaald Z = (So – Su) / So x 100, waarin Su het oppervlak na breuk is.(zie figuur).

(a) en (b) zijn maten voor de sterkte van het materiaal, (c) en (d) zijn indicaties voor de taaiheid oftewel geschiktheid van het materiaal om te kunnen worden vervormd zonder te breken.

Elasticiteitsmodulus
Met de helling van het elastische gedeelte van de kromme, in principe een rechte lijn, wordt de elasticiteitsmodulus E bepaald. Het rechte deel van de trekkromme wordt moduluslijn (wet van Hooke) genoemd. De waarde E geeft weer in welke mate een materiaal van een onderdeel elastisch kan vervormen als het wordt belast.
Een lage elasticiteitsmodulus betekent dat het onderdeel uit dat materiaal vervaardigd elastisch (flexibel) is. Een hoge elasticiteitsmodulus betekent dat het onderdeel stijf is.