HØGSKOLEN I NARVIK 7HNQRORJLVN$YGHOLQJ 6WXGLHUHWQLQJ$OOPHQQ0DVNLQ (.675$25',1 5 (.6$0(1, 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/, 7LG 7LOODWWHKMHOSHPLGOHU '%.DONXODWRUPHGWRPWPLQQH,QJHQWU\NWHHOOHU VNUHYQHKMHOSHPLGOHU (NVDPHQEHVWnUDYRSSJDYHURJQXPPHUHUWHVLGHULQNOGHQQH )DJO UHU5RDU$QGUHDVVHQ
2SSJDYH a) Beskriv helt kort de mekaniske egenskapene som særlig kjennetegner materialgruppene metaller, keramer, polymerer og kompositter. b) Hva er forskjellen mellom amorf og krystallinsk struktur? c) Forklar hva som er forskjellen mellom kubisk flatesentrert (fcc) og heksagonal tettpakket struktur (hcp)? d) Skisser atom-arrangementet i (0001) planet i hcp-struktur. e) Flyt i metaller skjer oftest ved glideplan, men tvillingdannelse kan også forekomme. Hva menes med tvillingdannelse? f) Hvilke kjemiske bindingstyper forekommer i polymerer? Beskriv hvor/hvordan! g) Hva menes med at en polymer kan være krystallinsk? Hvordan påvirker det egenskapene at f.eks. polyeten er (overveiende) "krystallinsk". h) Tenk deg at et material som har en sprekk belastes med strekkspenninger. Hva skjer i sprekkspissen dersom 1) materialet er et keram? 2) aluminium? Hvordan påvirker materialets oppførsel spenningsforholdene i sprekkspissen? Forklar. 2SSJDYH a) En stav av kobber belastes med en kraft i sin lengderetning (aksialkraft). Staven er 1,2 meter lang uten last. Med last får den en forlengelse på 0,8 mm. Hva blir tøyningen og hva blir spenningen i staven når kobber har E-modul = 123 GPa? b) Ved strekkprøving av kobber observeres følgende verdier for spenning og tøyning: ε [%] 0 0,025 0,05 0,1 0.3 1 σ [MPa] 0 31 61 70 90 120 Tegn en tydelig kurve og finn flytespenningen uttrykt som 5 S0,2, dvs. den spenningen som gir en plastisk tøyning på 0,2%. c) En prøvestav av kobber har målelengde / 0 = 50 mm. Etter brudd måles lengden / X = 72 mm. Finn bruddforlengelsen ($). d) Kobbermaterialet i oppgave b valses fra platetykkelse W = 12 mm til W 8 mm. En ny strekkprøving viser at 5 S0,2 har økt med 60%. Hva har skjedd med materialet? Hva kalles denne type herding (styrking)?
2SSJDYH a) Figur 1 viser en dislokasjon. Hvilken type dislokasjon har vi i punkt A og hvilken har vi i punkt B? b) Dislokasjonen i Figur 1 påvirkes av en skjærspenning som vist av pilene. Hvilken retning vil dislokasjonen i punkt B vandre? c) I et fast, krystallinsk stoff kan forskjellige fremmedatomer opptre i to typer oppløsninger. Nevn disse og forklar forskjellen. Figur 1. En dislokasjon d) Forklar hva som menes med hhv. eutektisk og eutektoid reaksjon i et legeringssystem. e) Tegn et prinsipielt riktig fasediagram for legeringsystement Al - Si ut fra følgende opplysninger: Smeltepunkt Al: 660 C. Smeltepunkt Si: 1414 C. Eutektisk punkt: 577 C, Al- 12%Si. Maksimal løselighet av Si i Al: 2 %. Det løses ikke Al i Si. 2SSJDYH a) En kuleformet trykktank har radius U = 2 m og veggtykkelse W = 10 mm. Den er laget av et materiale med følgende egenskaper: Flytegrense σ = 450 MPa. Bruddseighet \. & = 150 MPa m. Hva er det største tillatte trykk når man skal akseptere en sprekk på 2 D = 56 mm (ekvivalentsprekk, regnet som gjennomgående). Vis utregningen. Vi skal ikke regne med sikkerhetsfaktorer. SU Formler: Spenning i tankvegg σ =, Spenningsintensitetsfaktor. = σ π D. 2W b) En kran i en fabrikk utfører 3 forskjellige løft, hhv. 2, 4 og 6 tonn. Wiren utsettes for utmatting. Ut fra tabeller vet man at wiren tåler 7000 løft med 2 tonn last, 5000 løst med 4 tonn last og 1000 løft med 6 tonn last. En wire er brukt til 500 løft med 6 tonn last og 1000 løft med 4 tonn last. Etter en endring i arbeidsgangen skal wiren deretter kun brukes til løft på 2 tonn. Hvor mange løft på 2 tonn kan man regne med at wiren tåler?
c) Forklar kort hvordan herding av et utherdbar aluminiumslegering foregår. Nevn både fremgangsmåte og de metallurgiske fenomener. d) Titan forekommer i to allotrope former, bcc (β) over 882 C og hcp (α) under denne temperaturen. Ved valsing av titanplater avkjøles titan så hurtig at det skjer en martensitt-transformasjon. Hva menes med det? Titanplater er rimelig duktile. Stål kan også danne martensitt. Denne martensitten er relativt duktil for noen stål, mens den er svært hard for andre. Hva er årsaken til at martensitt av forskjellige stål kan oppvise så stor variasjon i hardhet? e) Benytt vedlagte kurver og tabellverdier og svar på følgende spørsmål: Hva menes med et ståls herdbarhet? Hvilke av stålene i Figur 2 har best herdbarhet? Hvilken hardhet vil man oppnå i overflaten av en aksel med diameter 40 mm av AISI 1020 stål dersom den bråkjøles i omrørt vann? Hvilken temperatur må AISI 1020 varmes til før bråkjøling? Figur 2. Jominy-kurver for noen amerikanske stål
Figur 3. Avkjølingskurver for runde stålemner i hhv. vann og olje Figur 4. Fasediagrammet for ståldelen av Fe-C