MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Transkript

1 Høgskolen i Gjøvik LØSNINGSFORSLAG! EKSAMEN EMNENAVN: MATERIALLÆRE for INGENIØRER EMNENUMMER: TEK2011 EKSAMENSDATO: 10. desember 2014 KLASSE: 14HBIMAS og 1HBIMAS-F TID: timer: KL KL EMNEANSVARLIG: Henning Johansen ANTALL SIDER UTLEVERT: TILLATTE HJELPEMIDLER: - KALKULATOR - SKRIVE- og TEGNESAKER INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag. Ved innlevering skilles hvit og gul besvarelse og legges i hvert sitt omslag. Oppgavetekst, kladd og blå kopi beholder kandidaten. Husk kandidatnummer på alle ark.

2 OPPGAVE 1 - løsningsforslag Figuren under viser fasediagrammet for stål. Fe C fasediagram. 1a Skisser mikrostrukturen til perlitt dannet ved langsom nedkjøling av stål med eutektoid sammensetning. Hva er karbon-innholdet i denne sammensetningen? Perlitt: En stålstang av legering med 99,7% Fe og 0,%C veier 1,5kg. Den avkjøles langsomt til en temperatur like under eutektoid temperatur. 1b Hvor mange kg ferritt og perlitt dannes. Vi bruker hevarmloven. 1 0, 0,022 P 0,76 0, 2 P 1100% 0 1c Hvor mange kg cementitt dannes. Vi bruker hevarmloven. 1 0, 0,022 Fe C 6,7 0, 2 Fe C 1100% 0 0, 0, ,76 0, 0 0, 0,022 0,76 0, 0,76 0, 0,76 0,022 0,76 0, 0,76 0, 0,62 0,76 0,022 1,5 0,62 0,94kg fra 2 : P 1 0,62 0,77 P 1,5 0,77 0,566kg 1 FeC0, 0,022 FeC6,7 0, 0 FeC0, 0,022 6,7 0, 0, 0,022 Fe C6,7 0,022 0, 0,022 0, 0,022 FeC 0,042 6,7 0,022 Fe C 1,5 0,042 0,06kg Høgskolen i Gjøvik side 2

3 OPPGAVE 2 - løsningsforslag Tabellen under angir noen mekaniske egenskaper for ekstruderte profiler i AlCu legeringen AlCu4SiMg, NS-EN-AW Figuren til høyre viser fasediagrammet for Al Cu legeringer. Tilstand 0,2 (N/mm 2 ) B (N/mm 2 ) HV A5 (%) Mykglødet Kaldutherdet Varmutherdet Anbefalte temperaturer ved varmebehandling: Mykgløding ved ( 0 C) 500 Innherding ved ( 0 C) 550 Varmutherding ved ( 0 C / tid i timer) 200 / 4 Tabell. AlCu4SiMg, NS-EN-AW Fasediagram for Al - Cu. 2a Aluminiumlegeringer kan herdes på forskjellige måter, avhengig av legeringsinnhold. Hvilke måter er dette? Herdemetodene kan deles i tre typer: 1. Herding ved kaldbearbeiding 2. Herding ved legering. Herding ved legering og varmebehandling 2b Mykgløding: Hva mener vi med mykglødet, kaldutherdet og varmutherdet for denne legeringen? Oppvarming til C, dannelse av blandkrystaller,, så langsom avkjøling etter fasediagram. Herding i 2 trinn: 1. Innherding: - Oppvarming til C, blandkrystaller,, dannes - Hurtig avkjøling, blandkrystaller,, bevart 2. Utherding: - Kaldutherding: Utherding ved værelsestemperatur. - Varmutherding: Utherding ved C i 4timer. Ved utherding utfelles fremmedfase (CuAl2), hvis koherent (hel eller delvis) med Al-gitter, stor styrke, høy F og B. Det oppstår spenningsfelt omkring utfellingen som hindrer dislokasjonsbevegelse. Høgskolen i Gjøvik side

4 OPPGAVE 2 løsningsforslag, forts. 2c Vis prosessene mykglødet, kaldutherdet og varmutherdet i et diagram (figur) med tid horisontalt (som x-akse) og temperatur vertikalt (som y-akse). I tilknytning til dette diagrammet skal du lage en skisse av fasediagrammet med innlagt legering og temperaturer. Temp. ( 0 C) Smelte Sm. oppvarming Innherding bråkjøling Blandkryst. dannes Kunsten er å stoppe før koherensen Mykgløding brytes. maks styrkeøkning Varmutherding 20 blandkryst. Kaldutherding (aldring) % Si 4h Tid utfelling fremmedfase OPPGAVE løsningsforslag a Vi kan dele plastmaterialene inn i to store hovedgrupper, hvilke? Hva er de største forskjellene (egenskaper og bindingskrefter) mellom disse hovedgruppene? Termoplast og herdeplast. Forskjellen mellom termoplast og herdeplast: Termoplastene: Får tilbake egenskapene etter oppvarming og avkjøling. Ved oppvarming brytes de sekundære bindingene, som er tiltrekningskrefter mellom kjedemolekylene (svake). Ved avkjøling fra smelte/plastisk tilstand, gjenopprettes de sekundære bindingene. Herdeplastene: Kan ikke gjøres flytende ved oppvarming. Dette krever at de primære bindingene, kovalente (sterke) bindinger, mellom kjedene brytes. Hvis de primære bindingene blir brutt ved oppvarming, blir materialet ødelagt (nedbrutt). b I hvilke gruppe vil du plassere følgende plastmaterialer: Polyetylen, polypropylen, polystyren, polyvinylklorid, epoksy, polyuretan og silikon? Hvilke standardiserte forkortelser brukes på disse plastmaterialene? hovedgruppe Termoplaster Herdeplaster plasttype polyetylen polypropylen polystyren polyvinylklorid epoksy polyuretan silikon forkortelse PE PP PS PVC EP PUR SI Høgskolen i Gjøvik side 4

5 OPPGAVE løsningsforslag, forts. c Forklar og vis ved hjelp av figurer hvordan plast er bygd opp på atom- / molekylnivå. Bruk PVC, (C 2 H Cl) n, som eksempel. Plast (polymerene) er bygd opp av enkeltmolekyler (monomerer) som behandles i en prosess (ved høyt trykk og høy temperatur). Prosessen kalles polymerisasjon. Dobbeltbindingene C = C åpnes. Det skjer en sammenkobling av enkeltmolekyler til kjedemolekyler. Monomer H H Polymerisasjon H H H H H C = C C C C C C H Cl H Cl H Cl H NB! Oppgave 1, 2 og teller like mye! NB! Henning Johansen Høgskolen i Gjøvik side 5