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



Like dokumenter
EKSAMEN. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ILI 1458

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

E K S A M E N. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ITE 1553

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

Mekanisk belastning av konstruksjonsmaterialer Typer av brudd. av Førstelektor Roar Andreassen Høgskolen i Narvik

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

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Løsningsforslag til eksamen i materialteknologi

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

E K S A M E N. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ITE 1553

HiN Eksamen IST Side 4

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

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

Tema i materiallære. TM01: Krystallstrukturer og atompakning i materialer

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

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

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

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

Elastisitet, plastisitet og styrking av metaller

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

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

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

EKSAMEN I: (MSK205 Materialmekanikk) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG

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

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Oppgaver. HIN IBDK RA Side 1 av 6. Oppgave 1. Ved prøving av metalliske materialer kan man finne strekkfastheten,.

Tema i materiallære TM05: Brudd i materialer. Sprøtt og seigt brudd. HIN Industriteknikk RA

Prøving av materialenes mekaniske egenskaper del 1: Strekkforsøket

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

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

MATERIALLÆRE for INGENIØRER

Løsningsforslag til Ø6

1 Krystallstrukturer og atompakning i materialer

Avdeling for ingeniørutdanning

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

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

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Løsningsforslag til eksamen i materiallære Tromsø

Støpejern. Frey Publishing

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 6

Tema i materiallære. HIN Allmenn Maskin RA Side 1av7. Mekanisk spenning i materialer. Spenningstyper

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

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 4 SIDER VEDLEGG

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

TM03: Tema i materiallære

Fasediagrammer, noen eksempler på anvendelse Om faser

Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

Varmebehandling av stål Frey Publishing

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMT4185 DES

Formel ark Mas

RA nov fasthet 1. Spenning. Spenningstyper. Skjærspenning F. A Normalspenning + strekk - trykk

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI EKSAMEN I EMNE TMT4175 MATERIALTEKNOLOGI 2

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 2

DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER

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

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

Plastisk deformasjon i metaller

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

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Vanlige varmebehandlings metoder for stål:

Tema i materiallære. HIN IBDK RA Side 1 av 7. Mekanisk spenning i materialer

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

AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON OG KORNVEKST

2 KRYSTALL STRUKTUR (Atomic structure) 2.1 Gitterstruktur

Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

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

E K S A M E N. MEKANIKK 1 Fagkode: ITE studiepoeng

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

Konstruksjonsmaterialer

Kapittel 12: Struktur og egenskaper til keramer

Stålfremstilling, Masovn

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

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

Figur 1 Strekkprøvediagram for to prøvestaver

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

Tema i materiallære. HIN IBDK Industriteknikk RA Side 1 av 12. TM02: Plastisk deformasjon og herdemekanismer P S

Plastisk deformasjon i metaller

Litt om materialer. Messinggruppa NVK Rolf Vold, Ole Kr.Haugen

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

Eksamen i maskindeler og materialteknologi i Tromsø mars Øivind Husø

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

Løsningsforslag TMT 4170 Materialteknologi 1

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

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

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

EKSAMEN I EMNE TKT 4100 FASTHETSLÆRE

UNIVERSITETET I OSLO

Materialer. Materialklasser. Materialklasser. Materialers kjemi

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

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

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

Legeringer og fasediagrammer. Frey Publishing

Materialvalg og herding av kniv og verktøystål

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 5 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG SOM TOTALT BLIR 5 SIDER.

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

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

Transkript:

side 1 av 7 HØGSKOLEN I NARVIK Teknologisk Avdeling Studieretning: Allmenn Maskin Ekstraordinær E K S A M E N I MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269 Tid: 21.08.01 kl 0900-1200 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt minne. Ingen trykte eller skrevne hjelpemidler Eksamen består av 3 oppgaver og 7 nummererte sider inkl. denne Hver av de 3 oppgavene teller like mye. Faglærer: Roar Andreassen

side 2 av 7 Oppgave 1 Svar kort på følgende spørsmål. a) Hvordan skiller de mekaniske egenskapene seg fra hverandre for materialgruppene keramer og glasser, metaller og polymermaterialer? b) Nevn eksempler på hvordan komposittmaterialer får gunstigere egenskaper enn komponentene som inngår. c) Kubiske krystaller kan bygges opp på forskjellig måte. i) Forklar kort, evt. med skisse, hva som skiller krystallstrukturene fcc og bcc. Metaller kan bla. ha fcc- eller bcc-struktur. ii) Hvordan påvirker det et metalls mekaniske egenskaper om det har fcc- eller bccstruktur? d) Tegn en skisse av atomplasseringen i (100) planet i fcc. e) En stålprøve og en sinkprøve glattpoleres og betraktes i mikroskopet. Det benyttes polarisert lys (og kryssede polarisatorer). Hvordan tar korn og korngrenser seg ut? f) Karbonstål herdes som kjent ved austenittisering og etterfølgende bråkjøling. i) Hvilken herdemekanisme er det som virker? ii) Hva er konsekvensen av å øke karboninnholdet fra 0,15% til 0,45%? g) Ved å overskride en bestemt temperatur løses de van der waalske bindingene i et polymermaterial. i) Hva kalles denne temperaturen? ii) Hva er den mest karakteristiske endringen i mekaniske egenskaper? h) Stål kan ha forskjellige herdeegenskaper. i) Hva menes med herdbarheten av et stål? ii) Hvilken virkning har innlegering av Cr i karbonstål på herdbarheten? i) Elastomerer (gummi) og herdeplaster har visse molekylære likheter. Hva er forskjellen i molekylstruktur og hvordan påvirker det de mekaniske egenskapene?

side 3 av 7 Oppgave 2 Ved strekkprøving av et metall fant man følgende verdier for spenning og tøyning: σ [MPa] 35 70 140 244 266 278 ε [%] 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 a) Tegn et tydelig diagram som viser spenning som funksjon av tøyning. b) Finn E-modulen for metallet. c) En vanlig brukt verdi for flytespenning er R p02, dvs. spenning ved 0,2% plastisk tøyning. Les av denne. d) En 5 meter lang stang i dette materialet belastes med 244 MPa. i) Hvor lang er den under belastning? Så avlastes den så det ikke virker noen belastning på den. ii) Hvor lang er den nå? Oppgi svarene med 1 mm nøyaktighet. e) Betrakt det vedlagte fasediagrammet for Al-Cu. i) Hvilke strukturbestanddeler inngår i en AlCu legering med 10 masse% Cu? ii) Hvor mange masse% eutektikum dannes det i en slik legering?

side 4 av 7 Oppgave 3 a) i) Forklar med en energibetraktning hvorfor en hardt oppblåst ballong sprekker når man stikker en tynn nål i den, mens en løst oppblåst ballong bare blir lekk Tverrsnitt 2 x 30 mm ii) Det oppdages en sprekk i en rektangulær plate av hard plast. Platen henges opp med forsterkninger på begge sider sprekken og belastes på langs med en vannbøtte. Det fylles gradvis vann i bøtta. Akkurat når vannet veier 400 N, brister plasten. Sprekken var da 3 mm dyp. Hva er bruddseigheten når tverrsnittet av plastplaten er 2 x 30 mm. Bruk K = σ πa. a b) Diffusjon uttrykkes ved diffusiviteten Q RT D = D 0 e der den molare gasskonstanten er R = 8,314 J/(mol K) For diffusjon av karbon i jern har vi følgende tabellverdier: D 0 [m 2 /s] Q [kj] C i bcc-jern 2 10-6 84 C i fcc-jern 2,3 10-5 147 Et herdet stål anløpes ved 590 C i 90 min. Hva blir anløpingstida ved 610 C dersom vi regner med samme diffusjonsvei. D t Bruk relasjonen = konstant, der t er tida og L er en diffusjonsavstand. 2 L c) I et smiverksted har man erfart at pregeverktøyet tåler 200.000 slag ved 2 tonns presskraft og 100.000 slag ved 3 tonns presskraft. Et nytt pregeverktøy tas i bruk, men etter 50.000 slag med 2 tonns presskraft finner man å ville øke presskraften til 3 tonn. Hvor mange slag vil det være rimelig å anta at dette verktøyet har som restlevetid?

side 5 av 7 Oppgave 1 a) Keramer og glasser: harde og sprø. Metaller: Kan vært (og er oftest) duktile, dermed også seige. Polymermaterialer: Noen er sprø, andre er seigere, de fleste er viskoelastiske. b) Glassfiberarmert plast har langt bedre strekkfasthet enn plast og er langt seigere enn glass. c) Begge er kubiske, fcc har atom i kubens romsenter, fcc har atomposisjoner i kubens flatesentre. Metaller med fcc-struktur kan være meget duktile (og er oftest nok så duktile dersom det ikke er anvendt en eller flere herdemekanismer). d) Atomsentrenes plassering må fremkomme e) Stål er optisk isotropt - blir fortsatt blank og uten kontrast. Zn er optisk anisotropt krystaller med varierende orientering blir mer eller mindre lyse, polarisasjonskontrast viser korngrenser. f) Oppløsningsherdig (interstisielle karbonatomer i et bcc-jerngitter). Stålet (martensitten) blir hardere ved å øke karboninnholdet. g) Glassomvandlingstemperaturen. Når glassomvandlingstemperaturen overskrides faller E- modulen kraftig. h) Hvor lav avkjølingshastighet som tolereres uten at det går ut over evnen til å danne martensitt, dvs. i praksis hvor tykke dimensjoner som kan herdes. Cr øker herdbarheten. i) Polymermolekylene er tverrbundne i begge, men gummi har meget få tverrbindinger mens herdeplast har relativt mange. Gummi har lav E-modul, herdeplast høyere E-modul. (Gummi: typisk 1 MPa, herdeplast: typisk 1 GPa).

side 6 av 7 Oppgave 2 σ [MPa] 35 70 140 244 266 278 ε [%] 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 f) E-modulen for metallet. 300 250 200 MPa 150 100 50 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 epsilon [%] 6 σ 70 10 I det lineære området: E = = = 70 GPa 2 ε 0,1 10 g) Leser av ca 250 MPa, se linja på figuren h) i) Tabellen viser 0,5% tøyning ved 244 MPa: 2 lub = l0+ l0ε= 5000+ 5000 0,5 10 = 5025 mm ii) σ lu lub l0 ε el = lub l0 E 6 244 10 = 5025 5000 7010 9 = 5025 17,4= 5008 mm 100% eutektikum i) Al-10Cu befinner seg til venstre for θ- fasen 1. Al-10Cu består at α-al og et eutektikum dannet av α-al og e-fase. Eutektiket inneholder 33% Cu 0% 5 10 33 % Cu Tallene (ca.) 5% og 33% leses av og interpolasjon gir: 10 5 100% = 17,9% 33 5 Det vil dannes 18 masse% eutektikum. 1 (θ-fasen har 53 masse% Cu. Vi kan også lese av 33 atom% Cu. Følgelig Al-Cu i forholdet 67:33 = 2:1, altså den intermetalliske fasen er Al 2 Cu)

side 7 av 7 Oppgave 3 a) i) En rift/et hull gir en elastisk avlasting nær hullet. Hvis avgitt elastisk energimengde er større enn energien som skal till for å rive opp hullet ytterligere, vil rivningen gå av seg selv, ballongen sprekker. ii) Spenning 400N σ = (2 10 30 10 a = 3 mm )m = 3 3 2 6,67 Mpa K =σ π a = π = Det blir akkurat hurtig brudd: K c = K = 0,647 MPa m 3 6,67 310 0,647 Mpa m a Tverrsnitt 2 x 30 mm c) Q RT D = D 0 e der den molare gasskonstanten er R = 8,314 J/(mol K) D 0 [m 2 /s] Q [kj] C i bcc-jern 2 10-6 84 C i fcc-jern 2,3 10-5 147. Stål som anløpes har bcc struktur (< 723 C), vi skal benytte bcc-verdiene. 84000 6 8,314 ( 590 273) + 11 2 For 590 C: D1 = 210 e = 1,65 10 m/s 11 2 Tilsv. for 610 C: D 2 = 2,15 10 m/s Dt Dt Dt = konst.= = L L L 11 2 2 2 2 2 11 Dt 11 1,65 10 90 2 11 D 2,15 10 2 t = = = 69 min. c) Restlevetid: 50.000 Nrest + = 1 Nrest = 75.000 200.000 100.000 Det er rimelig å anta at restlevetida er 75.000 slag.