50 poäng. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "50 poäng. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:"

Henrik Viklund
för 7 år sedan
Visningar:

1 Metalliska Material Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen A129TG TGMAS15h 7,5 högskolepoäng TentamensKod: Tentamensdatum: Tid: Hjälpmedel: Miniräknare Formler, figurer, tabeller och data Metalliska Material Tabeller och formelsamlingar avsedda för gymnasieskolan Totalt antal poäng på tentamen: För att få respektive betyg krävs: 3 20 poäng 4 30 poäng 5 40 poäng 50 poäng Allmänna anvisningar: Nästkommande tentamenstillfälle: Vecka Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller: Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in. Lycka till! Ansvarig lärare: Anders Nylund Telefonnummer: 033/ eller 0732/305924

2 Tentamen i Metalliska Material för TGMAS fredagen den 28 oktober 2016 kl Tillåtna hjälpmedel: Anvisningar: Räknedosa och formelbladet Formler, figurer, tabeller och data. Svar skall alltid åtföljas av motiveringar. Glöm inte att lämna in de sidor av tesen där du gjort markeringar i figurer eller andra noteringar. Notera att uppgifterna inte är ordnade efter ökande svårighetsgrad. Frågor: Jag kommer att dyka upp i skrivningssalen kl och Eventuella frågor bör därför vara förberedda till dess. Innehåll: Tesen omfattar 8 sidor. Poängöversikt: 1. Fasdiagram Mg-Pb 4p 2. Avkolning 7p 3. Sträckgräns hos Cu-Ni-legeringar 5p 4. Utmattning 8p 5. Åldring 4p 6. Nya järnvägshjul 8p 7. Gjutjärn 3p 8. Dragprovning 3p 9. Stål/Aluminium 4p 10. Mindre vanliga metaller 4p Summa Betygsgränser: 3: 20 poäng 4: 30 poäng 5: 40 poäng 50p Borås den 6 oktober 2016 Anders E Nylund 2

3 0. Motivera Vid varje rättningstillfälle får jag ibland en känsla av att jag ibland får dra poäng för bristande motiveringar och inte bara för bristande kunskaper. Motivera dina svar! Struktur, mekanism, egenskap...allt som visar att du förstått hur och varför är mycket mera värt än att. 1. Fasdiagram Mg-Pb 4p Nedan visas fasdiagrammet för systemet Mg-Pb. a) Antag att vi har en Mg-Pb-legering med sammansättningen 50 w/o Pb. Vilka är strukturbeståndsdelarna och hur mycket finns det av var och en? (2p) b) I fasdiagrammet ser man en fas benämnd Mg 2 Pb. Vad kallas denna typ av fas och vad kan man förvänta sig av dess egenskaper? Varför? (2p) 2. Avkolning 7p En cylinder av kolstål med 0.55 w/o kol skulle normaliseras efter värmebehandling 30 min vid 950 C. Efter normaliseringen kontrollerades mikrostrukturen på ytan och man fann där 24 w/o perlit vilket tydde på att en oavsiktlig avkolning ägt rum under värmebehandlingen. a) Vilken kolhalt har man i ytan? (2p) b) Hur mycket av materialet måste svarvas av efter denna oönskade avkolning om man absolut vill ha minst 0.52 w/o kol ända ut till ytan? (Om du inte löste uppgift a) så anta att kolhalten i ytskiktet är 0 w/o). (5p) 3

4 3. Sträckgräns hos Cu-Ni-legeringar 5p Sträckgräns (ksi) Brottförlängning (%) Ni halt (w/o) Ovanstående figur visar sträckgränsens beroende av Ni-halten i binära Cu-Ni-legeringar (Ksi är en anglosachsisk enhet som betyder kilopound/squareinch). a) Varför ökar sträckgränsen med ökande nickelhalt upp till värden som är högre än sträckgränsen för de rena legeringskomponenterna? Motivera! (2p) b) Hur ändras kurvorna i figuren ovan om man minskar kornstorleken för legeringssammansättningarna? Motivera! (2p) c) Vilken effekt på sträckgränsen erhålls om materialet kallbearbetas? Motivera! (1p) 4. Utmattning 8p Under en Whitbreadsegling upptäcker en observant besättningsmedlem att masten börjar få utmattningssprickor i ytskiktet. Sprickorna har vid detta tillfälle en längd av 5 mm. Hon observerar vidare att sprickornas tillväxt följer Paris lag. Belastningen i masten till följd av vågor och vind antas vara pulserande med ett maximivärde av 100 MPa och ett minimivärde av -60 MPa, oberoende av båtens hastighet. Värden på materialkonstanter är enligt följande: Y = 1.75, A = , m = 2.5 och K Ic = 35 MPa mm (anpassade till måttenheten meter). a) Beräkna den maximala spricklängd som kan tillåtas i masten innan den går sönder? (2p) 4

5 b) Det finns en hamn 2000 km bort där man kan få hjälp att reparera masten. Vilken minsta hastighet måste båten hålla för att hinna till hamnen innan masten går sönder om lasten varierar med frekvensen f = 1 Hz! (6p) 5. Åldring 4p Figuren till höger visar hur sträckgränsen varierar hos legeringen AA2014 under en så kallad åldringsbehandling. Legeringen AA2014 består av aluminium och 4.5 w/o Cu. Aktuellt fasdiagram för detta system visas också (se nedan). Din uppgift är att tala om vad som händer under åldringsförloppet. Då avser jag dels vad som händer med legeringens struktur och dels vad är som gör att styrkan förändras. 5

6 6. Nya järnvägshjul 8p I flera år har man tillverkat järnvägshjul av gjutjärn. Under de senaste åren har man emellertid gjort en del försök med att övergå till vanligt kolstål med en kolhalt av 0.5 w/o. Dock inte utan stora problem enligt följande; Vid inbromsning kan hjulen låsa sig. Detta medför att en s.k. hjulplatta bildas på det ställe där hjulen ligger an och kanar mot rälsen. Temperaturen beräknas då bli ca 1000 C i ytan av hjulet. När hjulet sedan börjar rulla kyls denna lilla hjulplatta av med en hastighet svarande mot vattenkylning på grund av mängden material runt omkring ledande till hårda och spröda hjulplattor som måste svarvas av. a) Antag att kylningshastigheten i ytan av hjulet motsvarar kylningshastigheten i ytan av en cylinder av samma material med en diameter av 100 mm som Jominytestats med vattenkylning. Hur hög blir då sluthårdheten i ytan av hjulet? (2p) b) Förklara i termer av mikrostruktur vad som hänt och varför ytan blir så hård? (2p) c) Hur skulle beteendet bli om man legerade upp stålet med Cr, Ni, Mo eller W? Skulle man då kunna undvika materialförändringen enligt ovan? (2p) d) Beskriv en metod som mjukar upp materialet och vilken resulterande mikrostruktur en sådan behandling ger. (2p) 6

7 7. Gjutjärn 3p σ a) b) σ ε ε En av spännings-töjningskurvorna härrör från ett gråjärn och den andra är från ett segjärn (bägge har ferritisk grundmassa). Kombinera ihop rätt material med rätt kurva! För poäng skall svaret givetvis motiveras! 8. Dragprovning 3p Under dragprovning av en ny typ av en Ni-baserad superlegering togs nedanstående dragprovkurva upp. Figuren visar dels hela dragprovkurvan och dels en förstorad del. Bestäm utgående från dragprovkurvan följande parametrar: E-modul, sträckgräns och brottgräns. Rita även in dessa i kurvan. 7

8 9. Stål/Aluminium 4p a) En av de absolut största grupperna av stål är de s.k. seghärdningsstålen, men vad är egentligen ett sådant (dvs. hur har det framställts)? (1p) b) I motsats till seghärdningsstålen utgör niterstålen en volymmässigt mycket liten grupp. När kan det vara aktuellt att använda ett sådant? (1p) c) Stållegeringar ersätts idag av aluminium inom flera områden. Nämn 2 fördelar med aluminium vs. stål (förutom att det är lätt ). (2p) 10. Mindre vanliga metaller 4p Det finns flera metaller som inte är så vanliga men som ändå har vissa specifika egenskaper som gör dem lämpliga i olika sammanhang. Du skall nu försöka utreda vilket av följande ämnen som kan vara lämpligt i tillämpningarna a) c). Cd, Mg, Pb, Sn, Ti och Zn Mer än ett ämne kan ha varje egenskap och varje ämne kan förekomma mer än en gång. Deluppgifterna a) och b) skall noga motiveras. Egenskaperna är: a) Stabil mikrostruktur vid 70ºC. (2p) b) Duktil vid -100ºC. (1p) c) Resistent mot korrosion i havsvatten (klorider överhuvudtaget). (1p) 8

Relevanta dokument

7,5 högskolepoäng. Metalliska Konstruktionsmaterial. Tentamen ges för: Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

7,5 högskolepoäng. Metalliska Konstruktionsmaterial. Tentamen ges för: Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student) Metalliska Konstruktionsmaterial Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen TM031B Pu11 7,5 högskolepoäng Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student) Tentamensdatum: 121219 Tid: