Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

Transkript

1 Avdeling for ingeniørutdanning Eksamen i materialteknologi og tilvirkning Dato: Tid: 3 timer/ kl Antall sider inklusive forside: Antall oppgaver: Tillatte hjelpemidler: Håndholdt kalkulator som ikke kommuniserer trådløst. Tospråklig ordbok 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 Studieleder/ Fagkoordinator Arne Henriksen Studieleders/ Fagkoordinators underskrift: Emnekode: LO537M

2 OPPGAVE 1 Figur 1 viser fasediagrammet for bly -tinn. Figur 1 Fasediagrammet for bly-tinn a. Hva er den maksimale løseligheten av tinn i bly, og ved hvilken temperatur er løseligheten størst? Svar: 18,3 %, 183 C b. En legering som inneholder 0 vektprosent tinn og 60 vektprosent bly blir varmet opp til 150 C. Hvilke faser finnes i legeringen ved denne temperaturen, og hva er fasenes kjemiske sammensetting? Svar: α med 90 wt % bly og 10 % tinn, β 98 wt % tinn og wt % bly c. Regn ut hvor mange vektprosent det er av hver fase ved 150 C i legeringen i oppgave b. Svar: Wα = 73 %, Wβ=7 %. Armene er lagt like under eutektisk temperatur d. En legering med 85 vektprosent bly og 15 vektprosent tinn blir varmet opp til 350 C og avkjølt langsomt til romtemperatur. Tegn skisser av mikrostrukturen til legeringen ved 350 C, ved 70 C, ved 190 C og ved 150 C. e. Kan legeringen i oppgave d partikkelherdes? Svaret skal begrunnes. Svar: Legeringen egner seg ikke for partikkelherding da det ikke finnes en hard sekundærfase som kan danne partikler

3 3 Oppgave Figur viser fasediagrammet for jern - jernkarbid. Figur (a) viser det komplette Fe-Fe3Cdiagrammet, mens figur (b) er en forstørrelse av den karbonfattige delen. Figur. Fasediagrammet for jern-jernkarbid. 1. Et karbonstål som inneholder 0,5 % C blir varmet opp til en høy temperatur og avkjølt langsomt til romtemperatur. Bruk fasediagrammene i figur til å bestemme følgende: a. Hvilken fase/hvilke faser finnes i stålet når temperaturen er 100 C? Svar: Austenitt b. Hva er fasens/fasenes kjemiske sammensetting? Svar: 0,5 % C c. Hvilken fase/hvilke faser finnes i stålet når temperaturen er 750 C? Ferritt og austenitt d. Hva er fasens/fasenes kjemiske sammensetting? Ferritt: 0,0 % C, Austenitt: Ca. 0,6 % C e. Hvilken fase/hvilke faser finnes i stålet ved romtemperatur? Svar: Ferritt + sementitt f. Mikrostrukturen til stålet bestå av delstrukturene proeutektoid ferritt og perlitt. Regn ut hvor mange prosent det er av hver av delstrukturene ved romtemperatur. Lag deretter en skisse av mikrostrukturen til stålet. Svar: 36,1 % proeutektoid ferrtitt, 63,9 % sementitt g. Regn ut hvor mye sementitt og hvor mye ferritt det er i perlitt. Svar: 88,7 11,3

4 OPPGAVE 3 Figur 3 viser fasediagrammet for aluminium - silisium. Lag en skisse av mikrostrukturen til en aluminiumlegering med 13 % Si som er avkjølt langsomt fra 900 C til romtemperatur. Hva vil du bruke et slikt materiale til? Figur 3 Fasediagram for Al-Si Svar: Støping Oppgave Fra et strekkprøveforsøk med prøvestav med diameter d 0 =10 mm og målelengde L 0 =100 mm har vi disse dataene: Det ble registrert at proporsjonaliteten mellom kraft og forlengelse opphørte når strekkraften var 9 kn. Forlengelsen var da 1,5 mm. Den største strekkraften var 18 kn. Lengden til prøvestaven var da 118 mm. Da bruddet inntraff, ble strekkraften målt til 15 kn. Lengden til staven var da 130 mm. Diameteren ved bruddstedet ble målt til 7 mm etter at prøven var avsluttet. a. Tegn kraft-forlengelsesdiagrammet b. Regn ut kontraksjonen i % c. Regn ut bruddforlengelsen i % d. Regn ut grensespenningen Rp 0, e. Regn ut strekkfastheten f. Tegn spennings- tøyningsdiagrammet g. Regn ut elastisitetsmodulen

5 5 a. Opptegning av kraft-forlengelsesdiagrammet Når vi skal tegne kraft-forlengelsesdiagram, må vi bestemme skala på aksene. Lengden på staven når bruddet inntreffer er 130 mm. Den største forlengelsen staven får under forsøket blir : L mm. Vi velger derfor 30 mm som lengde på x-aksen. Langs y-aksen setter vi av kraften. Den største kraften som oppstår er 18 kn. Vi velger 0 kn som høyeste punkt på y-aksen. Deretter setter vi av de verdiene vi kjenner i diagrammet. Vi kjenner punkter: Startpunktet = origo (Punkt A) Punktet der proporsjonaliteten opphører. Dette er det siste punktet på den rette linjen. Vi finner det ved å sette av F = 9 kn og L = 1,5 mm (punkt B). Deretter trekker vi den rette linjen som viser den elastiske delen av diagrammet. Diagrammet får en skarp overgang mellom den rette delen av kurven og den krumme. Det er sjelden tilfellet i virkeligheten. Det høyeste punktet på kurven (Punkt C). Dette punktet har koordinatene F = 18 kn og L = = 18 mm. Nå kan vi trekke den andre delen av kurven som en bue mellom elastisitetsgrensen og toppunktet. Punktet der prøvestaven ryker. Dette punktet har koordinatene F = 15 kn og L = = 30 mm. (Punkt D). Nå kan vi tegne den tredje delen av kurven ved å fortsette kurven fra toppunktet til bruddpunktet. 7 S0 Su Z 0% 51% S 0 b. Utregning av kontraksjonen c. Regn uting av bruddforlengelsen Lu L0 A 0% L0 Vi vet at lengden til prøvestaven er 130 mm når bruddet inntreffer, men etter bruddet vil materialet trekke seg sammen For å fastsette den plastiske deformasjonen, må vi trekke en linje fra endepunktet D på kurven parallelt med linjen fra den elastiske delen av prøven. Skjæringspunktet med horisontalaksen gir den varige forlengelsen. 17, 0 Bruddforlengelsen A 0% 7, % 100

6 6 d. Utregning av grensespenningen Rp 0, R P0, fastsetter vi som det punktet på kurven der det oppstår en varig forlengelse på 0, %. Vi finner punktet som gir 0, % forlengelse på den horisontale aksen. For en stav på 100 mm blir det 0, mm. Fra dette punktet trekker vi en linje parallelt med den rette linjen i diagrammet. Skjæringspunktet mellom denne linjen og kurven er 0,-grensen. På den vertikale aksen leser vi av den tilhørende kraften F til N R p 0, 17, 3 MPa Fmaks Rm 9, MPa S 0 e. Utregning av strekkfastheten f. Opptegning av spennings- tøyningsdiagrammet Spennings- tøyningsdiagrammet ser akkurat likt ut som kraft - forlengelsesdiagrammet. Bare skalaene er forskjellig. I stedet for kraft avsetter vi nå nominell spenning langs y- aksen. Nominell spenning = kraft / opprinnelig tverrsnitt Langs x-aksen setter vi av tøyningen i stedet for forlengelsen. Tøyning = forlengelse / opprinnelig lengde Vi fastsetter skalaen ved å dele forlengelsen med det opprinnelige tverrsnittet og multiplisere med 100 %. g. Utregning av E-modulen 11,6 E 7639MPa 0,015