Løsningsforslag til eksamen i materialteknologi

Transkript

1 Løsningsforslag til eksamen i materialteknologi Emnekode: LO537M, Dato: 30. mai 2014 Side 1av 5

2 Oppgave 1 Figur 1 viser fasediagrammet for jern-jernkarbid, Fe 3 C. Figur 1a viser det komplette Fe-Fe 3 C- diagrammet, mens figur 1b er en forstørrelse av den karbonfattige delen. Bestemme følgende: a. Hvilke faser finnes i et stål med 0,3 % karbon når temperaturen er 800 C, og hva er fasenes kjemiske sammensetting? Svar: Ferritt med ca. 0 % C og austenitt med ca. 0,5 % C. (mindre avvik tolereres) b. Regn ut prosentvis mengde av hver fase ved 800 C Svar: Ca. 40 % ferritt og ca. 60 % austenitt (mindre avvik tolereres) c. Hvilke faser finnes i stålet ved romtemperatur, og hvor mye er det av hver fase? Svar: Fasene er ferritt, ca. 96 %, og sementitt, ca. 4 %. (mindre avvik tolereres) d. Mikrostrukturen til stålet består av delstrukturene proeutektoid ferritt og perlitt. Regn ut hvor mange prosent proeutektoid ferritt og hvor mange prosent perlitt det er i stålet ved romtemperatur. Svar: 63 % proeutektoid ferritt, 37 % perlitt (mindre avvik tolereres) Figur 1. a Figur 1. b e. Figur 2 viser mikrostrukturen til et annet karbonstål. Stålet er produsert ved avkjøling i romtemperatur og det er ikke varmebehandlet i etterkant. Finn karboninnholdet i stålet. Svar: ca. 17 % primær ferritt og 83 % perlitt. Det gir ca. 0,7 % C. Figur 2 Mikrostrukturen i et stål med ukjent karboninnhold Side 2av 5

3 Oppgave 2 Det blir laget 4 prøver av stål med eutektoid sammensetting. Prøvene blir plassert i en ovn, der temperaturen er ca. 760 C, over en lengre periode og deretter avkjølt på forskjellige måter. Figur 3 viser TTT-diagrammet for eutektoide stål. Figur 3 TTT-diagram for eutektoid stål Figur 4 viser mikrostrukturen til tre av stålprøvene. Forstørrelsen er den samme på alle bildene. Prøve 1 Prøve 2 Prøve 3 Figur 4 Mikroskopbilder av stålprøver a. Beskriv hvordan prøve 1 er avkjølt. Angi temperaturer og holdetider. Svar: Prøven viser grov perlitt. Perlitten er dannet ved temperatur nær opp til 727 grader i løpet av 1 s. Holdetiden er lang, anslagsvis 10 5 sekunder b. Beskriv hvordan prøve 2 er avkjølt. Angi temperaturer og holdetider. Forklar hvorfor prøve 2 blir forskjellig fra prøve 1. Svar: Prøven viser fin perlitt. Stålet kan være kjølt ned til 600 ºC i løpet av 1 s. Holdetiden er kort, anslagsvis 10 sekunder. c. Prøve 3 har gjennomgått avkjøling og varmebehandling. Forklar hva som har skjedd og hva hensikten med behandlingen har vert. Svar: Sferodisering d. Prøve 4 blir bråkjølt i vann. Hva blir dannet? Hva bruker du et stål som er avkjølt slik til? Svar: Martensitt, brukes til verktøy og deler som skal ha hard overflate Side 3av 5

4 Oppgave 3 Figur 5 viser fasediagrammet for aluminium-kobber Figur 5 fasediagrammet for AlCu. a. Velg en AlCu- legering som egner seg for partikkelherding Svar: Aluminium med ca. 5 % Cu b. Beskriv hvordan du vil utføre partikkelherdingen Svar: Innherding, bråkjøling, utherding c. Figur 6 viser fasediagrammet for aluminium - silisium. Hvilke faser og hvilke delstrukturer inneholder en aluminiumlegering med 12,6 % Si som er avkjølt langsomt fra 900 C til romtemperatur? Hva vil du bruke en slik legering til? Figur 6 Fasediagram for Al-Si Løsning: Eutektisk støpelegering. Faser: α: Aluminium med 1,65 % silisium, β: Silisium med 0,17 % aluminium Side 4av 5

5 Oppgave 4 Tabell 1 viser data fra et strekkforsøk på en prøvestav av polyamid med opprinnelig tverrsnittsdiameter d 0 = 10 mm og opprinnelig målelengde l 0 = 50 mm. Etter bruddet var lengden 52,25 mm og diameteren i bruddstedet 9,83 mm. a. Regn ut nominelle spenninger (MPa) og nominelle tøyninger (mm/mm) for alle oppgitte verdier. Løsning: Last (N) Nominell spenning (MPa) 0 0 0,0000 0, ,9 0,1865 0, ,8 0,374 0, ,7 0,5935 0, ,6 0,8 0, ,4 1,15 0, ,6 1,75 (Maks last) 0, ,1 2,35 0, (brudd) 0,06 Forlengelse (mm) Nominell tøyning (mm/mm) b. Tegn spenning-tøyningskurve. La 15 mm på X-aksen tilsvare 0,01 mm/mm tøyning. La 5 mm på Y-aksen tilsvare 10 MPa spenning. c. Finn R p0,2 grafisk Løsning: ca. 80 MPa d. Finn strekkfastheten Løsning: 90 MPa e. Regn ut E-modulen Løsning: 4267,7 MPa f. Finn bruddforlengelsen Løsning: 4,6 % g. Finn kontraksjonen Løsning: 3,4 % Side 5av 5