Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

Like dokumenter
Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

er at krystallitt eller korn. gitterstrukturen. enhetscelle regelmessighet og symmetri. Henning Johansen side 1

2 KRYSTALL STRUKTUR (Atomic structure) 2.1 Gitterstruktur

I Fe - legeringer. Metaller og legeringer, 2 grupper: Fe - legeringer. II Ikke - Fe - legeringer. 10 Ferrous Alloys (lectures notes)

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 2

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

FASER, FASEDIAGRAMMER OG LEGERINGER

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

Høgskolen i Gjøvik 15HBTEKD, 15HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

10 JERN - KARBON LEGERINGER, LIKEVEKTSTRUKTURER (Ferrous Alloys) 10.1 Generelt

4 FASER, FASEDIAGRAMMER OG LEGERINGER (Phase diagrams and alloys)

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Høgskolen i Gjøvik 13HBTEKD, 13HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON OG KORNVEKST

Løsningsforslag til Ø6

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 6

Undersøkelse av metallenes struktur (gitter- og kornstruktur) og de mekaniske og fysikalske egenskaper som har sammenheng med den.

Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet.

Ofte prater vi om grovkrystallinsk, finkrystallinsk og fibrig struktur.

Vanlige varmebehandlings metoder for stål:

DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER

Varmebehandling av stål Frey Publishing

Tema i materiallære. TM01: Krystallstrukturer og atompakning i materialer

hvor: E = hellingen på den elastiske del av strekk-kurven Figur Spenning - tøyning ved strekkprøving.

6 GENERELLE FREMGANGSMÅTER TIL Å STYRKE METALLENE (Strengthening mechanisms metallic material)

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

Krystaller, symmetri og krystallvekst. Krystallografi: Geometrisk beskrivelse av krystaller, deres egenskaper og indre oppbygning.

Løsningsforslag TMT 4170 Materialteknologi 1

Kjemiske bindinger. Som holder stoffene sammen

Eksamen i TMT 4185 Materialteknologi Tirsdag 12. desember 2006 Tid:

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 6 INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI

(.675$25',1 5 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

1 Krystallstrukturer og atompakning i materialer

Øvingsoppgave 3. Oppgave 3.4 Hva er mest elastisk av stål og gummi, og hvilket av disse to stoffene har høyest E-modul?

59.1 Beskrivelse Bildet under viser hvordan modellen tar seg ut slik den står i utstillingen.

0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

GENERELLE FREMGANGSMÅTER TIL Å STYRKE METALLENE

11 VARMEBEHANDLING AV STÅL, IKKE LIKEVEKTSTRUKTURER (Ferrous Alloys - Heat Treatments) 11.1 Generelt Fremstilling av austenitt

8 AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON og KORNVEKST (Recovery, recrystallization and grain growth)

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

hvor: E = hellingen på den elastiske del av strekk-kurven Figur Spenning - tøyning ved strekkprøving.

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

F F. Intramolekylære bindinger Kovalent binding. Kjemiske bindinger. Hver H opplever nå å ha to valenselektroner og med det er

Støpejern. Frey Publishing

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag i stikkordsform til eksamen i maskindeler og materialteknologi Tromsø Desember 2015

Løsningsforslag til Eksamen i maskindeler og materialteknologi i Tromsø mars Øivind Husø

Høgskolen i Gjøvik 14HBTEKD, 14HTEKDE. INNFØRING MED PENN, evt. trykkblyant som gir gjennomslag.

Mandag Ledere: Metaller. Atomenes ytterste elektron(er) er fri til å bevege seg gjennom lederen. Eksempler: Cu, Al, Ag etc.

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Materialer. I vårt fag skal vi kun omtale materialer for konstruksjon og innkapsling. Hvilke egenskaper har de?

Plastisk deformasjon i metaller

Plastisk deformasjon i metaller

Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

Løsningsforslag til eksamen i materiallære Tromsø

1.1. Tegn opp et to-dimmensjonalt mønster av tettest mulige pakkede kuler. Identifiser den todimensjonale

Ekstraordinær E K S A M E N. MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269

Figur 1 Strekkprøvediagram for to prøvestaver

EKSAMEN I: (MSK200 Materialteknologi) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 4 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

Kjemiske bindinger. La oss demonstrere ved hjelp av eksempler

Stålfremstilling, Masovn

TM03: Tema i materiallære

EKSAMEN I EMNE SIK5005 MATERIALTEKNOLOGI 2 MANDAG 5. MAI, LØSNINGSFORSLAG -

UNIVERSITETET I OSLO

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 5 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 11, VÅR 2014

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Avdeling for ingeniørutdanning

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

EKSAMEN I EMNE TKJ 4210/KJ 2031 UORGANISK KJEMI VK. Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler. Bestemt enkel kalkulator tillatt.

Formel ark Mas

Løsningsforslag til eksamen i materialteknologi

Magnesium finnes i kjemiske forbindelser i mange mineraler i jordskorpa og i havvann (inneholder ca. 0,12% Mg).

Tirsdag r r

1.2 Sveising og materialegenskaper

Fasit til norsk finale

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Lærerveiledning. Oppgave 1. Tallene på figuren viser omkretsen av hver av de fire små trekantene. Hva er omkretsen av den store trekanten?

AST1010 En kosmisk reise Forelesning 13: Sola

Nano, mikro og makro. Frey Publishing

Øvingsoppgave 4. Oppgave 4.8 Hvorfor er de mekaniske prøvemetodene i mange tilfelle utilstrekkelige?

Mandag dq dt. I = Q t + + x (tverrsnitt av leder) Med n = N/ V ladningsbærere pr volumenhet, med midlere driftshastighet v og ladning q:

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Kapittel 12: Struktur og egenskaper til keramer

Snøkrystaller Ola Nilsen, Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo, Postboks 1033 Blindern, 0315 Oslo

FLERVALGSOPPGAVER KJEMISK BINDING

- KALKULATOR (Som ikke kan kommunisere med andre) - SKRIVE- og TEGNESAKER

Elastisitet, plastisitet og styrking av metaller

Fasediagrammer, noen eksempler på anvendelse Om faser

ELEKTRISK STRØM 2.1 ELEKTRISK STRØM ATOMER

Øvingsoppgave 4. Oppgave 4.8 Hvorfor er de mekaniske prøvemetodene i mange tilfelle utilstrekkelige?

Transkript:

Oppgave 1.1 Hva karakteriserer en krystall? Hvilke typer enhetsceller er vanligst hos metallene? Tegn. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster. De vanligste enhetscellene hos metallene: Kubisk romsentrert struktur Sidekantene a = b = c Kubisk flatesentrert struktur Sidekantene a = b = c Tetragonal romsentrert struktur Sidekantene a = b c Tettpakket heksagonal struktur Henning Johansen - 010 side 1

Oppgave 1. Gjør kort rede for begrepene metallbinding og ionebinding. Metallisk binding - Valenselektronene svever fritt mellom atomene. Dette gir god ledningsevne. - Bindingene er ikke retningsbestemte. Dette gir god deformasjonsevne. Ionebindinger - Typisk hos salter, mineraler og keramer - Typisk (hvis full oktett): høyt smeltepunkt harde dårlige ledere (ingen frie elektroner) Oppgave 1. Hvilke forutsetninger må oppfylles for at størkning skal begynne. Tilstrekkelig (underkjøling) senking av temperatur under smeltepunktet. At det er stabile kim, eller ferdige krystaller i smelten. Oppgave 1.4 Hva forstås med et kim? Stabilt ustabilt? Atomer slår seg sammen ved størkning og danner begynnelsen til et krystall. Stabilt ved temperatur flere grader under smeltepunktet. Ustabilt ved temperatur flere grader like oppunder smeltepunktet. Oppgave 1.5 Hva er underkjøling? Temperatursenking under smeltepunktet. (Temperatur differansen mellom liquidus og legeringens temperatur.) Henning Johansen - 010 side

Oppgave 1.6 Nevn tre typer karakteristiske kornstrukturer. Polyedrisk struktur Består av mangekantede krystaller eller korn av forskjellig størrelse. Dendrittisk struktur Kan dannes som slutt-struktur i bestemte metaller og under bestemte forhold. Søyleformet struktur Fremkommer ofte når en metallsmelte helles ned i en forholdsvis kald kokille (metallform). Oppgave 1.7 Hva er termisk analyse? Hva kan termisk analyse brukes til? Ved Termisk analyse undersøker vi hva som skjer med et metall eller en legering når det varmes opp fra fast tilstand til smelte eller omvendt. Kan brukes til å måle fysikalske egenskaper som er direkte knyttet til gitterstrukturen og endring i gitterstruktur (Allotrope/polymorfe metaller som for eksempel Fe). En endring av gitterstrukturen betyr også en endring av kornstrukturen. Feil i gitterstrukturen kan også avsløres. Termisk analyse er også grunnlaget for å tegne fasediagrammer. Eksempel. Termisk analyse av rent jern. Henning Johansen - 010 side

Oppgave 1.8 Blandkrystaller kan dannes på to prinsipielt forskjellige måter. Hva kalles de, og hvordan er krystallene bygd opp? Blandkrystaller kan oppstå på måter, som: Substitusjonsløsning Addisjonsløsning (mellomromsløsning) Begge atomkomponentene erstatter hverandre i gitteret og inntar likeverdige plasser. Metallene har samme gitterstruktur og ganske lik atomstørrelse. Atomene fra den ene komponenten er betydelig mindre enn atomene tilhørende den andre og inntar plasser i mellomrommene. Oppgave 1.9 Hva er et kim? Hva er det som avgjør om et kim skal vokse eller ikke? Når et metall størkner fra smeltet tilstand, innledes størkningen samtidig på mange steder der homogeniteten av forskjellige grunner er brutt i smelta. Disse stedene kalles kim. For at kimene skal vokse og danne korn, må smelta avkjøles. Oppgave 1.10 Hvilke faktorer er det som avgjør om kornstrukturen blir finkornet eller ikke ved størkning? Finkornet struktur (som gir høyere styrke, σ F ) avgjøres av om størkningen skjer hurtig. Det dannes da mange kim samtidig i smelta som igjen er utgangspunktet for dannelsen av de endelige korn. Kornstørrelsen kan også påvirkes ved tilsetning av spesielle legeringselementer til smelta. Henning Johansen - 010 side 4

Oppgave 1.11 Hvilke to krystallstrukturer fås ved størkning av rent metall i en kokille? Polyedrisk- og søylestruktur. Oppgave 1.1 Hvordan ser en dendrittkrystall ut? Grantrestruktur. Oppgave 1.1 Redegjør for størkning av et metall eller en legering i en kokille (støpeform). Skjematisk fremstilling av primære krystallisasjonsformer i en støpeform: A: Ytre finkornete polyedriske krystaller p.g.a. hurtig varmebortledning og dannelse av mange kim. B: Søylekrystaller. På grunn av dannelse av mange kim vil krystallene bare kunne vokse innover i smelta hvor temperaturen er lavere. C: Indre grovkornete polyedriske krystaller. Her har størkningen foregått så langsomt at det har vært langt imellom kimene som ble dannet med resultat store/groe korn. Henning Johansen - 010 side 5

Oppgave 1.14 a) Hvor mange atomer inneholder enhetscellen i det kubisk rom-sentrerte system? Hvor mange atomer inneholder enhetscellen i det kubisk flate-sentrerte system? Antall atomer i enhetscellen. Kubisk romsentrert system: Hvert av de 8 hjørneatomene deles mellom 8 enhetsceller, dvs. 8x1/8 : 1 Enhetscellen har 1 atom i midten : +1 Sum = Kubisk flatesentrert system: Hvert av de 8 hjørneatomene deles mellom 8 enhetsceller, dvs. 8x1/8 : 1 Hvert av de 6 sideflateatomene deles mellom enhetsceller, dvs. 6x1/ : + Sum =4 b) Atomradien for jern er 1,5Å. Finn sidekanten i enhetscellen i: 1) kubisk romsentrert ferritt (Jern under 910 0 C og over 190 0 C) ) kubisk flatesentrert austenitt (Jern over 910 0 C og under 190 0 C) Lengden av sidekanten i enhetscellen. 1. Ferritt, kubisk romsentrert system: Enhetscellen i kubisk romsentrert struktur. I en kubisk romsentrert enhetscelle "berører" hjørneatomene sentrum-atomer, se figuren over. Diagonalen i enhetscellen blir da: 1,5Å + x1,5 Å + 1,5Å = 5,0Å Vi vet at i enhetscellen er a = b = c, lengden av sidekanten blir da: a b c 5,0Å a 5Å 5,0Å a a,9å Henning Johansen - 010 side 6

Oppgave 1.14b forts.. Austenitt, kubisk flatesentrert system: Enhetscellen i kubisk flatesentrert struktur. I en kubisk flatesentrert enhetscelle "berører" hjørneatomene atomene i sideflatene, se figuren over. Diagonalen i enhetscellens sideflater blir da: 1,5Å + x1,5å + 1,5Å = 5,0Å Vi vet at i enhetscellen er a = b = c, lengden av sidekanten blir da: a a c 5Å 5,0Å a a,5å 5,0Å Henning Johansen - 010 side 7

Oppgave 1.14 forts. c) Fremmedatomer finner ofte sin plass i hulerommene mellom atomene i gitteret (i mellomromposisjon). Finn radien på det største atom som kan plasseres i mellomromposisjon hos ferritt og hos austenitt. (Hulrommene hos den kubiske romsentrerte struktur ligger plassert slik som antydet i figuren.) Tenk deg atomene som tennisballer som ligger tett inntil hverandre. Radien av større fremmedatom i mellomromsposisjon: 1. Ferritt, kubisk romsentrert system: Enhetscellen i kubisk romsentrert struktur med et fremmedatom sett rett fra siden. Fremmedatom med størst mulig radius, r, vil "berøre" hjørneatomene. Når det er gitt at a = b = c, får vi følgende uttrykk for linjestykket x, se figuren over. r 1,5Å 1 r 1,5Å 1 a 5 a 16 b 4 r 1 a 5 4 1,5Å Innsatt fra spørsmål b) får vi: r,9å r 1 1 0,7Å 5 4 1,5Å Henning Johansen - 010 side 8

Oppgave 1.14c forts.. Austenitt, kubisk flatesentrert system: Enhetscellen i kubisk flatesentrert struktur med et fremmedatom. Fremmedatom med størst mulig radius, r, vil "berøre" atomene i sideflatene. Når det er gitt at a = b = c, får vi følgende uttrykk for linjestykkene markert med pilspisser i figuren over. r + x1,5å = a Innsatt fra spørsmål b), får vi: r =,5Å x1,5 Å r = 1,75Å - 1,5Å r = 0,50 Å Resultatene fra spørsmål a) og b) illustrerer forskjellen i graden av tettpakking ved kubisk romsentrert og kubisk flatesentrert struktur. Vi kan sette opp følgende to uttrykk for antall atomer pr. volumenhet i de to tilfellene. atomer 0,08atomer / Å Romsentrert system:,9å 4atomer 0,09atomer /,5Å Flatesentrert system: Å Konklusjon: Ser at den flatesentrerte strukturen har den mest tettpakkede struktur. D.v.s. minst tomrom. Allikevel kan den flatesentrerte strukturen "huse" større fremmedatomer i mellomromsposisjon enn den romsentrerte. Dette skyldes helt og holdent forskjell i formen på hulrommene i de to strukturene. Henning Johansen - 010 side 9