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

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 zijn gemaakt in een fabriek waar het 20 graden is. Als de brug eenmaal in gebruik wordt genomen kan de temperatuur tussen zomer en winter variëren van -10°C tot +40°C graden. Uitgaande van staaldelen tot 10 meter lengte kan de brug 50 mm krimpen/uitzetten. Bij verkeerd ontwerp kan de brug klemmen, met alle gevolgen van dien. Door rekening te houden met de uitzettingscoëfficient kan dit voorkomen te worden.

Bij nauwe toleranties moet rekening worden gehouden met de uitzetting. Een temperatuurverschil van 1 graden levert een verschil op van 0.01 mm. Dit is 1/100 mm. Voor een goede productie moet de temperatuur dan ook constant zijn.