Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Transkript

1 Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag Eksamen i: Materialteknologi Målform: Bokmål Dato: 3. juni 2015 Tid: 3 timer / kl Antall sider (inkl. forside): 5 Antall oppgaver: 4 Tillatte hjelpemidler: Håndholdt kalkulator som ikke kommuniserer trådløst Merknad: Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle uklarheter i oppgaveteksten skal du redegjøre for de forutsetninger du legger til grunn for løsningen. Besvarelsen skal merkes med kandidatnummer, ikke navn. Bruk blå eller sort kulepenn på innføringsarket. Faglig veileder: Øivind Husø Utarbeidet av (faglærer): Øivind Husø Kontrollert av (en av disse): Annen lærer Sensor Instituttleder/ Fagkoordinator Arne Henriksen Instituttleders/ Fagkoordinators underskrift: Emnekode: MATS1500 Side 1av 5

2 Oppgave 1 Figur 1 viser fasediagrammet for jern-jernkarbid, Fe 3 C. Figur 1 a. Lag en skisse av mikrostrukturen til et eutektoid stål som er dannet ved langsom avkjøling fra 1000 C til 700 C. Sett navn på fasene. Hva er karboninnholdet i stålet? Løsning: b. En stav av karbonstål med 99,7 % Fe og 0,3 % C veier 1,5 kg. Staven blir varmet opp til 1200 C og avkjølt langsomt til en temperatur like under eutektoid temperatur. Hvor mange kg. primær ferritt og hvor mange kg. perlitt blir det dannet? c. Lag en skisse av mikrostrukturen. Markér hva som er primær ferritt. d. Etter avkjølingen blir stålet varmet opp igjen til 900 C, holdt ved denne temperaturen en time og deretter avkjølt i luft. Lag en skisse av mikrostrukturen til stålet etter denne varmebehandlingen og forklar kort hvorfor strukturen ble som den ble. e. Atommassen til jern er 55,847. Atommassen til karbon er 12,011. Regn ut hvor mange prosent karbon det er i cementitt Side 2av 5

3 Oppgave 2 Figur 2 viser et utsnitt av fasediagrammet for aluminium-magnesium. I systemet er det inkludert en liten mengde silisium, slik at det er mulig å danne Mg 2 Si- partikler. Figur 2a fasediagrammet for AlMg. Figur 2b Utherdingskurver for AlMgSi1 a. Foreslå en passende mengde magnesium til en legering som skal partikkelherdes. Begrunn valget. b. Foreslå en egnet innherdings- og avkjølingsprosedyre. Angi egnet innherdingstemperatur. c. Figur 2b viser utherdingskurver for AlMgSi1. Foreslå en egnet utherdingsprosedyre for en slik legering dersom målet er høyest mulig strekkfasthet. Hvilken strekkfasthete tror du legeringen oppnår? d. Figur 3 viser fasediagrammet for aluminium - silisium. Foreslå en legeringssammensetting som er egnet for støping av komplisert gods. Begrunn valget. Figur 3 Fasediagram for Al-Si Side 3av 5

4 Oppgave 3 Figur 4 viser strekkprøvediagrammet for to prøvestaver av metall. Kulepunktet i enden av hver kurve markerer bruddpunktene. Svar på hvert spørsmål under. Se på hvert spørsmål som uavhengig av foregående spørsmål. Figur 4 Strekkprøvediagram for to prøvestaver a. Anta at prøve 1 og prøve 2 har samme kjemiske sammensetting, men at kornstørrelsen er forskjellig. Hvilken prøve har minst korn? Hvordan vet du det? b. Anta at begge prøvene er av det samme basismetallet, men at den ene prøven er et rent metall mens den andre prøven er svakt legert med et annet metall. Hvilken prøve er legert? Hvordan vet du det? c. Anta at de to kurvene tilhører to legeringer som begge er svakt legert. Er basismaterialet det samme i begge legeringene? Hvordan vet du det? d. Anta at prøve 1 og prøve 2 kommer fra det samme materialet, men at en av prøvene er belastet over flytegrensen ved romtemperatur, avlastet og deretter strukket til brudd. Hvilken prøve er det? Hvordan kan du vite det? e. Hvilken prøve har høyest brinell-hardhet? Hvordan vet du det? f. Viser kurvene sann spenning og sann tøyning eller nominell spenning og nominell tøyning? Hvordan vet du det? Side 4av 5

5 OPPGAVE 4 a. Beskriv kort de tre fasene i et utmattingsbrudd b. En rund, massiv aksel av en aluminiumlegering er fast innspent i den ene enden og løs i den andre, slik at den roterer som en utkragebjelke. Akselen er 250 mm lang. I den løse enden er den belastet med 6672 N. Bruk utmattingskurven i figuren under og finn minste diameter akselen kan ha dersom den skal tåle 10 6 lastvekslinger. Motstandsmomentet for en massiv aksel er W b = π d Side 5av 5