Lineaire uitzettingscoëfficient berekenen

In de zomer heb je vast wel eens gehoord van treinvertraging door het uitzetten van de stalen spoorstaven. Staal heeft de neiging om uit te zetten of juist te krimpen bij een temperatuurverandering. Dit wordt de uitzettingscoëfficiënt genoemd. In de metaalproductie en machinebouw is de thermische expansie onderdeel van de dagelijkse praktijk. Maar wat gebeurt er nou precies bij een temperatuurverschil en is deze waarde te berekenen?

Wat is lineaire uitzetting?

De lineaire uitzetting is het krimpen of uitzetten van een materiaal door een temperatuurverandering. Door een temperatuurstijging krijgen atomen een grotere onderlinge afstand, hierdoor verandert de productlengte. Bij een temperatuurdaling vindt precies het tegenovergestelde plaats. Dit wordt de lineaire uitzettingscoëfficient genoemd en is te berekenen met een formule.

Δl = α x l x Δt

  • α = lineaire uitzettingscoëfficient
  • l = lengte van de uitzetting
  • t = temperatuurverschil

De lineaire uitzetting verschilt per materiaal. Zo zet aluminium bij eenzelfde temperatuurverandering verder uit dan staal. De uitzettingscoëfficient geeft een verandering in één richting. In de praktijk zijn materialen driedimensionaal. Dit betekent dat het materiaal in drie richtingen uitzet. De kubieke uitzettingscoëfficient is ongeveer gelijk aan 3 x α.

Bereken de uitzetting van staal

Lineaire uitzetting

Bereken de lineaire uitzetting van staal, rvs en aluminium

tip!

Tosec levert 16 bewerkingen onder één dak, waaronder snijden, zetten, frezen en lassen van staal, RVS en aluminium. Bekijk hier onze bewerkingen

Uitzetting van plaatwerk in productie

Het uitzetten van metaal is bepalend voor het eindproduct. Bij sommige bewerkingen kan de temperatuur stijgen tot extreem hoge waarden. Denk bijvoorbeeld aan thermische bewerkingen als laser, plasma en autogeensnijden; maar ook tijdens het lassen kan de temperatuur hoog oplopen. Het staal zal in deze fase flink uitzetten en vervolgens weer krimpen. Om te voorkomen dat het product niet aan de juiste toleranties voldoet en om productfalen te voorkomen moet tijdens productie rekening gehouden worden met de lineaire uitzetting.

Een tweede belangrijke component is het verschil tussen de ontwerptemperatuur en de gebruikstemperatuur.
Stel dat de onderdelen van een brug een ontwerptemperatuur van 20°C hebben. Als de brug eenmaal in gebruik wordt genomen kan de temperatuur in de zomer oplopen tot +60°C, door het zwarte wegdek in de volle zon, en kan in de winter zakken tot -15°C. Uitgaande van staaldelen tot 50 meter lengte kan de brug in de zomer tot wel 24mm uitzetten t.o.v. de temperatuur waarbij deze gemaakt (20°C) is en in de winter krimpen met 21mm. De totale lengeverschillen kunnen tussen zomer en winter dus oplopen tot 45mm! Bij een verkeerd ontwerp kan de brug in de zomer gaan klemmen, met alle gevolgen van dien, of in de winter zelfs te weinig opleg krijgen op de steunvlakken (in het geval van een beweegbare brug). Door rekening te houden met de uitzettingscoëfficient kan dit voorkomen te worden.

Bij nauwkeurige toleranties moet eveneens rekening worden gehouden met de uitzetting. Een verandering van de temperatuur met slechts 1 graden levert bij een lengte van 1m staal al een verschil op van 0.012 mm.