Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag Eksamen i: Materialteknologi Målform: Bokmål Dato: Tid: 3 timer / kl. 9.00 12.00 Antall sider (inkl. forside): 5 Antall oppgaver: 3 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 Sidsel Bech Instituttleders/ Fagkoordinators underskrift: Emnekode: MATS1500 Side 1av 5
Oppgave 1 Det er foretatt strekkforsøk på en rund prøvestav av magnesium. Den opprinnelige diameteren til den parallelle lengden av prøvestaven, d0, var 12 mm. Opprinnelig målelengde, L0, var 30 mm. Denne målelengden ble merket av på prøvestaven (avstanden mellom målemerkene var 30 mm før strekkforsøket begynte). Disse måleresultatene ble registrert under forsøket: Last (kn) Avstand mellom målemerkene, L (mm) 0 0 5 30,0296 10 30,0592 15 (elastisitetsgrense) 30,0888 20 30,15 25 30,51 26,5 30,9 27 (maks last) 31,5 26,5 32,1 25 32,79 (brudd) Etter bruddet ble delen satt sammen og avstanden mellom målemerkene ble målt til 32,61 mm. Diameteren ved bruddstedet ble målt til 11,74 mm. a. Regn ut nominelle spenninger og nominelle tøyninger og tegn den teknologiske spenning-tøyningskurven. La 1 cm på x-aksen tilsvare 0,01 mm/mm og 1 cm på y-aksen tilsvare 50 MPa. b. Finn E-modulen c. Finn strekkfastheten d. Finn grensespenningen Rp0,2 e. Finn bruddforlengelsen A og kontraksjonen Z i %. Hva forteller disse størrelsene oss? 1. Tverrsnittet ved bruddstedet 2. Avstand mellom målemerkene etter brudd Side 2av 5
Figur 1 Prøvestav etter brudd. Staven er tatt ut av maskinen og de to delene er ført sammen. Oppgave 2 Figur 1a viser fasediagrammet for jern-jernkarbid, Fe3C. Figur 1b viser en forstørrelse av den eutektoide delen av fasediagrammet. Figur 1c viser TTT-diagrammet for et stål med 0,5 %C og 0,8 % mangan. Figur 1b Figur 1a Figur 1c a. Et karbonstål som inneholder 0,4 % C blir varmet opp til 1000 C, holdt ved denne temperaturen i flere timer og deretter avkjølt langsomt til romtemperatur. Bruk fasediagrammet på figur 1 til å bestemme hvilke faser som finnes i stålet ved 1000 C, ved 730 C og ved romtemperatur. Bruk korrekte navn på fasene. Angi også fasenes kjemiske sammensetting ved de ulike temperaturene. b. Ved romtemperatur består stålet av delstrukturene primær (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. c. Forklar hvordan du vil gå fram for å lage et stål med ferrittisk grunnmasse og bestanddeler av bainitt og martensitt av et stål med 0,5 % C og 0,8 % Mn. Hvor stor del av stålet blir ferrittisk? Side 3av 5
Side 4av 5
Oppgave 2 a. Det skal lages en miniubåt av aluminium. Den skal bygges opp av profiler og plater som sveises utenpå profilene. Foreslå en legering i 6000-serien og en varrmebehandlingskode til profilene. Foreslå også en ikke-herdbar legering til platene. b. Det viser seg vanskelig å bøye profilene under framstilling av miniubåten i oppgave 7. Foreslå en prosedyre der profilene blir gjort mer formbare og blir herdet igjen etter formingen. Angi holdetider og temperaturer. Summen av innlegerte elementer i legeringen er under 2 vektprosent. Figur 2 Utsnitt av det pseudobinære fasediagrammet for Al Mg 2 Si Figur 3 Utherdingskurver for Al.Mg2Si-legeringer Side 5av 5
c. Figur 4 viser soner i sveist aluminium. Forklar hva som har skjedd i «overaged zone» i sveisen. Hvilken temperatur har materialet i denne sonen blitt utsatt for? d. Forklar hva som har hendt med materialet i «solution treated zone» i sveisen. Hvilken temperatur har materialet i denne sonen blitt utsatt for? e. Rangér sonene «unaffected base material», «overaged zone» og «solution treated zone» fra sterkest til svakest etter at sveisen er avkjølt langsomt. Skriv en kort begrunnelse Figur 4 Soner i sveist aluminium Side 6av 5
Oppgave 3 a. Hva er forskjellen mellom sann spenning og nominell spenning? b. Hva er det motsatte av et stivt materiale? c. En rund stav laget av nikkel har diameteren 3,750 mm. Flytegrensen til nikkel er 310 MPa og strekkfastheten er 379 MPa. Blir staven varig deformert dersom den utsettes for en last på 3780 N? Svaret skal begrunnes d. En stålwire er 31,3 mm i diameter og 15,00 m lang. Wiren brukes til å løfte en last på 18,140 tonn. Hvor lang er wiren under løftet? (Estål = 207 000 MPa) e. Et ledd i ankerkjettingen til en flyttbar borerigg ryker. Undersøkelser av bruddet viser betydelig deformasjon og sammensnøring rundt bruddstedet. Hva kan årsaken til bruddet være? Begrunn svaret f. En roterende aksel i en dieselmotor ryker. Rundt bruddstedet er det ingen tegn på plastisk deformasjon, men deler av bruddflaten er relativt glatt mens andre deler er ruglete. Se figur 4. Hva kan årsaken til bruddet være? Beskriv bruddforløpet Figur 4 Bruddflaten til en maskinaksel (Pilene er påført i forbindelse med undersøkelser av bruddet) g. Det skal lages en horisontal utkragebjelke av karbonfiberarmert epoxy. Bjelken er fast innspent i den ene enden og har en vertikal nedoverrettet enkeltlast i den andre enden. Hvordan vil du plassere karbonfibrene? Side 7av 5