Løsningsforslag til eksamen i materiallære Tromsø Målform: Bokmål Dato: 27.februar 2015 Side 1av 4
Oppgave 1 Figur 1 viser fasediagrammet for jern (Fe) 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 for et stål med 0,35 % karbon som blir avkjølt langsomt fra austenittområdet til romtemperatur: a. Ved hvilken temperaturtemperatur begynner omdanningen av austenitten under avkjølingen? Svar: 795 grader b. Hva kalles det første faste stoffet som dannes, og hvor mye karbon inneholder det? Primær ferritt, 0 karbon c. Hvilke faser finnes det i stålet ved 728 grader, hvor mye karbon er det i hver fase og hvor mye er det av hver fase? Svar: 56,1 % Ferritt med 0,0218 % C og 43,9 % austenitt med 0,77 % C d. Hvilke faser finnes det i stålet ved 726 grader, hvor mye karbon er det i hver fase og hvor mye er det av hver fase? Svar: 95,1 % ferritt med 0,0218 % C og 4,9 % sementitt med 6,67 % C e. Mikrostrukturen til stålet består av delstrukturene proeutektoid ferritt og perlitt ved romtemperatur. Regn ut hvor mange prosent proeutektoid ferritt og hvor mange prosent perlitt det er i stålet. Svar: 56,1 % primær ferritt, 43,9 % perlitt f. Hva vil du bruke et slikt stål til? Maskindeler Figur 1. b Figur 1. a Side 2av 4
Oppgave 2 Noen aluminiumlegeringer lar seg herde på en måte som gir materialet svært gode styrkeegenskaper. Metoden kalles partikkelherding. Figur 2 viser et utsnitt av fasediagrammet for aluminium-kobber. Til høyre for fasediagrammet ser du en illustrasjon av de tre essensielle stegene i partikkelherding. a. Ta utgangspunkt i en aluminiumlegering med 4 % kobber og forklar så nøye og detaljert som mulig hva som skjer under herdeprosessen Svar (stikkord): innherding, bråkjøling, utherding b. Hva er forskjellen mellom koherente og diskoherente partikler? Forklar hvilken betydning det har for styrken til materialet om partiklene er koherente eller ikke. Svar (stikkord): koherente partikler er en del av gitteret og bidrar kraftig til styrkeøkning. Diskoherente partikler er løsrevet fra gitteret og bidrar mindre til styrkeøkning c. Gjør rede for hvorfor legeringen egner seg eller ikke egner seg til sveising Svar (stikkord): Sveising ødelegger herdingen d. Anta at du kan velge mellom en legering med 2, 3 eller 4 % kobber og at du utfører herdingen korrekt. Ranger legeringene etter styrke og begrunn svaret. Sterkest til svakest: 4,3,2, e. Kan en legering med 6 % Cu partikkelherdes? Begrunn svaret Svar (stikkord): Nei, danner eutektikum Side 3av 4
Oppgave 3 Tabell 1 viser data fra et strekkforsøk på en prøvestav 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. 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 d. Finn strekkfastheten e. Regn ut E-modulen f. Finn bruddforlengelsen g. Finn kontraksjonen Svar: a. Regn ut nominelle spenninger (MPa) og nominelle tøyninger (mm/mm) for alle oppgitte verdier. Løsning: Last (N) Nominell spenning (MPa) Forlengelse (mm) 0 0 0,0000 0,0 1334 16,9 0,1865 0,00374 2669 33,8 0,374 0,00784 4003 50,7 0,5935 0,01188 5338 67,6 0,8 0,016 6672 85,4 1,15 0,023 7384 93,6 1,75 (Maks last) 0,035 7117 90,1 2,35 0,047 6316 80 3 (brudd) 0,06 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 Side 4av 4
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 4