Material repetitionsföreläsning 10. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Relevanta dokument
Material föreläsning 9. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Material föreläsning 6. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material föreläsning 6. VT1 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

TENTAMEN Material. Moment: Tentamen (TEN1), 3,5 högskolepoäng, betyg 3, 4 eller 5. Skriv din kod, kurskoden och kursnamn på varje inlämnat blad!

Material föreläsning 7. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Material föreläsning 8. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Material föreläsning 8. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Lätta konstruktioner. HT2 7,5 p halvfart Lars Bark och Janne Färm

Material föreläsning 7. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material - Repetition. VT1 1,5 p Janne Färm

Material föreläsning 3. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

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

Hållfasthetslära. HT1 7,5 hp halvfart Janne Carlsson

Återblick på föreläsning 22, du skall kunna

Material lektion 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Dragprov, en demonstration

Metaller och legeringar

Material lektion 1. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

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

Härdningsmekanismer OBS: Läs igenom handledningen för laborationen.

ALLOY 600 UNS N06600, , NiCr15Fe

P R O B L E M

Kursinformation. Materiallära för Maskinteknik, 4H1063, 4p. Repetion: Kärnbildning och tillväxt. Repetion: Eutektoida fasdiagrammet för stål

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Material, form och kraft, F4

1. Struktur egenskap samband

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

TMPT06 Material & materialval

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Lösningsförslag till deltentamen i IM2601 Fasta tillståndets fysik. Teoridel

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Allmänna anvisningar: <Hjälptext: Frivilligt fält. Skriv här ytterligare information som studenterna behöver>

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Demonstration: De magnetiska grundfenomenen. Utrustning: Tre stavmagneter, metallkulor, mynt, kompass.

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Belastningsanalys, 5 poäng Tvärkontraktion Temp. inverkan Statiskt obestämd belastning

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

Att beakta vid konstruktion i aluminium. Kap 19

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Materiallära för Maskinteknik, 4H1063, 4p. Kursinformation. Repetion: Elastisk/Plastisk deformation. Dragprovkurva: Spänning - Töjning

Mekaniska Egenskaper och Brottanalys

Belastningsanalys, 5 poäng Töjning Materialegenskaper - Hookes lag

Eurokod 3 del 1-2 Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner

Introduktion till CES

Fasta förband metaller

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

Spänning och töjning (kap 4) Stång

ɛ r m n/m e 0,43 0,60 0,065 m p/m e 0,54 0,28 0,5 µ n (m 2 /Vs) 0,13 0,38 0,85 µ p (m 2 /Vs) 0,05 0,18 0,04

Tillåtna hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Formelblad m.m. sitter sist i tentan SVAR SKALL ALLTID ÅTFÖLJAS AV MOTIVERING.

Svaren på förståelsedelen skall ges på tesen som skall lämnas in.

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

Lektion 1 1. Konstruktionsmaterial, 4H1068, 4p. Konstruktionsmaterial, 4H1068, 4p. Föreläsningar. Försäljning av kurslitteratur.

Tillåtna hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Formelblad m.m. sitter sist i tentan

Tentamen i Fysik för K1,

Med ett materials elektriska egenskaper förstår man helt allmänt dess ledningsförmåga, konduktans, och resistans Ohms lag:

Allmänt Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur. l A Allmänt. 8.1.

Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Material, form och kraft, F9

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Material föreläsning 3. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Makes Industry Grow. Rostfritt Material. Korrosion


Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik Curt Nyberg, Igor Zoric

LÅGCYKELUTMATTNING (engelska: LOW CYCLE FATIGUE, LCF)

( ) = B 0 samt att B z ( ) måste vara begränsad. Detta ger

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Vad är rostfritt stål? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Inhibitorer Kylvattenkonferens Solna 3/5 2017

23 Utmattning. σ(t) < σ s. Cyklisk belastning Utmattning Haveri för σ << σ B. Initiering av utmattning. Utmattning. Korta utmattningssprickor

CES Inlämningsuppgift

Materiallära för Maskinteknik, 4H1063, 4p. Repetition: Olika typer av defekter i material (påverkar materialets mek. eg.) Repetition: Punktdefekter

Fordringar i EN och EN för att undvika sprödbrott Bo Lindblad, Inspecta Sweden AB

Fysikaliska modeller

Introduktion till kemisk bindning. Niklas Dahrén

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

hur man beräknar längdutvidgningen på material hur man beräknar energiåtgången när man värmer, smälter eller förångar olika ämnen

Termisk åldring av rostfritt gjutstål

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p kl

Tentamen i Hållfasthetslära gkmpt, gkbd, gkbi, gkipi (4C1010, 4C1012, 4C1035, 4C1020) den 13 december 2006

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

Material, form och kraft, F11

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.2 Utveckling av mikrostruktur. [Callister ch. 9, lite Mitchell & Porter-Easterling]

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.1 Fasdiagram

Resistansen i en tråd

Transkript:

Material repetitionsföreläsning 10 HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Torsdag 7:e Januari 13:15 17:00 PPU105 Material Eftermiddagens agenda 13:15 17:00 Viktiga delar från respektive kapitel Paus 14:00 Rast 15:00 15:25 Genomgång av lämpliga uppgifter att jobba med inför tentamen Paus 16:10 2

Viktiga delar från kapitel 1 Vi gör saker av material Vi formar, sammanfogar och ytbehandlar dem med processer Vi måste välja material och process som uppfyller våra designkritiska egenskaper Designkritiska egenskaper är designkraven översatta till krav på material- och processegenskaper 3

Materialvalskurs för blivande ingenjörer Innovation, Produktutveckling & Processutveckling Ni kommer att göra saker! Till exempel en maskinaxel Ni kommer att göra saker av material som genomgår olika processer Stål som ska svarvas och härdas Vad behöver ni kunna? Designkritiska egenskaper Materials egenskaper Processers egenskaper Ett verktyg för att kunna välja 4

Designkritiska egenskaper En produkts prestanda begränsas av vissa materialegenskaper; de designkritiska egenskaperna Första steget är att identifiera alla designkritiska egenskaper De är olika för varje design! Exempel: cykelram Styrka, styvhet, låg vikt, korrosionsbeständig, formbar 5

Materials egenskaper Fysikaliska egenskaper Densitet Mekaniska egenskaper Styvhet, Styrka, Seghet Termiska egenskaper Maximal driftstemperatur Värmeutvidgningskoefficient Elektriska egenskaper Magnetiska egenskaper Optiska egenskaper 6

CES Ett verktyg för materialval CES Cambridge Engineering Selector http://www.grantadesign.com/ 7

Viktiga delar från kapitel 2 6 olika materialfamiljer Metaller Polymerer Elastomerer Keramer Glas Hybrider 8

Viktiga delar från kapitel 2 Materialegenskaper Generella Densitet, pris Mekaniska Styvhet, E-modul Hårdhet Styrka, sträckgräns Styrka, brottgräns Brottöjning Utmattningsgräns Brottseghet Kemiska korrosionsegenskaper Termiska Maximal driftstemperatur Värmeutvidgningskoefficient Värmeledningsförmåga Värmekapacitet Elektriska Resistans Magnetiska Remanens Optiska Transparans brytningsindex 9

Viktiga delar från kapitel 3 Designprocessen Koncept Utformning Detalj Tre designfaser mellan marknadens behov och produktspecifikationen Material- och processdata behövs i varje steg men i olika bredd och djup 10

Viktiga delar från kapitel 3 Valstrategin (Viktigast på hela kursen) En process med 4 steg Översättning Omformulera designkraven till designkritiska egenskaper Sållning Sålla bort alla material som inte klarar jobbet Rangordna Lista de material som bäst uppfyller kraven Dokumentera Undersök bästa materialens historia 11

Översättning Omformulera designkraven till designkritiska egenskaper Identifiera följande: Funktion - Vad gör komponenten? Begränsningar - Vilka villkorslösa krav måste uppfyllas? Målsättningar - Vilka prestanda ska optimeras? Fria parametrar - Vilka egenskaper är vi fria att ändra? 12

Begränsningar mot målsättningar Begränsning Väsentligt krav som måste uppfyllas, ofta ett gränsvärde Målsättning Egenskap där vi söker ett extremvärde 13

Viktiga delar från kapitel 4 Styrka och styvhet Styvhet är motståndet mot elastisk formändring E-modulen är materialegenskapen för styvhet Styrka är motståndet mot permanent formändring eller kollaps Sträckgräns och Brottgräns är materialegenskap för styrka Spänning-töjningskurvor Första delen är rak och elastisk Material återgår till ursprunglig form vid avlastning I den linjärt elastiska delen är töjningen proportionell mot spänningen Permanent deformation uppstår vid spänningar över sträckgränsen Materialet återfår inte sin ursprungliga form 14

Viktiga delar från kapitel GLU 1 Kristallstrukturer HCP, FCC, BCC Vilka är tätpackade? Vilka har störst interstillära platser? Vilken är minst duktil? Exempel på ämne med HCP, FCC och BCC? Figure GL1.1 15

Viktiga delar från kapitel 5 Riktlinjer baseras på materialindex Material på linjen är lika bra Material ovanför linjen är bättre Olika materialindex för olika belastning M t vid dragning av stång M b vid böjning av balk M p vid böjning av panel Figure 5.10 16

Viktiga delar från kapitel 6 Spänning Töjningskurva: Metall Sträckgränsen, R p0,2 är den spänning som ger 0.2% resttöjning Då spänningen passerar sträckgränsen deformationshärdar många metaller Maximala spänningen är definierad som brottgränsen R m Figure 6.1 17

Viktiga delar från kapitel 6 Kristallina defekter Defekter i metaller och keramer hindrar dem från att uppnå sin ideala styrka Vanliga defekter: (a) (b) (c) (d) Vakanser Inlösta atomer; substitutionslösning eller interstitiell lösning Dislokationer Korngänser Figure 6.11

Öka styrkan För att öka styrkan hos kristallina material måste vi göra det svårare för dislokationer att röra sig Figure 6.18

Lösningshärdning Legering tillsats av andra atomer Legeringsatomerna är oftast större vilket hindrar dislokationerna

Deformationshärdning Vi ökar antalet dislokationer genom plastisk deformation

korngränshärdning Kornstorleken är typiskt 10-100 μm Dislokationerna har svårt att passera en korngräns eftersom glidplanen inte sammanfaller Små korn ger hårdare material

Viktiga delar från kapitel 7 Styrka - Vikt Materialindex för en stark och lätt stång, balk och panel Figure 7.8

Viktiga delar från kapitel 8 Brottmekaniken Solidmekaniken I solidmekaniken räknar vi med perfekta solider Materialet är homogent isotropt och linjärt elastiskt I Brottmekaniken förutsätter vi att materialet har defekter Materialet har sprickor hur mycket kan vi belasta? Vid en given last hur stora kan sprickorna högst vara? Styrka mot Seghet Styrka Motstånd mot plasticering -> segt brott Seghet Motstånd mot spricktillväxt -> sprött brott 24

Ett material övergår från plastisk deformation till brott vid en kritisk spricklängd Kritisk spricklängd Brottspänning för given spricklängd Figure 8.7

Kritisk spricklängd är ett mått på materialets skadetålighet Sega material kan innehålla stora sprickor men ändå plasticera på ett segt och kontrollerat sätt

Brottseghet- E-modul Värden varierar från 0.01 100 MPa m Figure 8.8

Omslagstemperaturen Ductile-to-Brittle Transition Vid låga temperaturer blir många metaller och alla polymerer spröda När temperaturen sjunker ökar sträckgränsen för de flesta materialen vilket leder till en minskad plastisk zon Bara metaller med FCC-struktur förblir sega vid riktigt låga temperaturer

Utmattningsdata läggs ofta in i S-N kurvor Viktiga delar från kapitel 9 S-N kurvor Spänningsamplitud, S Medelspänning Figure 9.3 Utmattningsgräns, σ u Spänningsnivå som inte ger utmattning eller efter mycket många cykler (>10 7 )

Utmattningsgräns - Brottgräns Utmattningsgränsen är den viktigaste egenskapen Metaller/Polymerer Glaser/Keramer Figure 9.8

Viktiga delar från kapitel 10 Materialindex för Brottsäker Design (a) (b) Lastbegränsad (c) Energibegränsad Figure 10.3 (d) Förskjutningsbegränsad

Viktiga delar från kapitel 11 Friktion och Slitage När ytor glider så slits dem material försvinner från båda ytorna Friktionskoefficient µ Figure 11.1

Friktionskoefficient för material som glider på en osmord stålyta Figure 11.2

Viktiga delar från kapitel 12-16 Materialegenskaper Termiska Maximal driftstemperatur Värmeutvidgningskoefficient Värmeledningsförmåga Värmekapacitet Elektriska Resistivitet Magnetiska Remanens Optiska Brytningsindex 34

Termiska Egenskaper Två temperaturer som är direkt kopplade till styrkan hos ett material Smältpunkten T m Glastemperaturen T g Kristallina material har en definierad smältpunkt Icke-kristallina fasta material har en glastemperatur vid vilken de övergår från ett fast material till en mycket viskös vätska

Värmekapacitet C p Energi som krävs för att värma 1 kg av materialet 1 K Figure 12.1 Värmeutvidgningskoefficient α Termisk töjning då temperaturen höjs 1 K Figure 12.2 Värmeledningsförmåga λ Värmeflöde per areaenhet vid stationärt förlopp Figure 12.3

Elektriska egenskaper kapitel 14

Figure 14.7 Resistiviteten varierar mer än någon annan materialegenskap

Supraledare När metaller kyls ned sjunker resistiviteten De flesta behåller en resistivitet ned till absoluta nollpunkten, men vissa uppvisar en förvånande förändring, de tappar helt sin resistivitet vid en kritisk temperature T c Under T c kan en supraledare leda ström utan motstånd Figure 14.3

Magnetiska egenskaper kapitel 15

Magnetisering Ferritiska och ferro-magnetiska material blir magnetiska när de placeras i ett magnetiskt fält B = µh B är den magnetiska flödestätheten, T Tesla (Vs/m 2 ) µ är permeabiliteten, H/m Henry per meter H är magnetiska fältstyrkan, A/m Ampere per meter Mjukmagnetiska material, elektromagneter, tappar sin magnetisering när fältet tas bort Hårdmagnetiska material, permanentmagneter, behåller sin magnetisering

Magnetiska material skiljer sig åt stort vad gäller hysteresen Figure 15.7 Hårdmagnetiska material, permanentmagneter, har bred hystereskurva Mjukmagnetiska material har smal hystereskurva

Optiska egenskaper kapitel 16

Material och Strålning När strålning träffar ett material så reflekteras en del, absorberas en del och en del transmitteras Figure 16.1 1 st term: reflektans 2 nd term: absorbans 3 rd term: transmittans

Ljusbrytning, Refraktion Brytningsindex c o ljushastigheten i vacuum (300 000 km/s, 7,5 varv/s) Figure 16.3

Viktiga delar från kapitel 17-18 Korrosion - Tumregler Räkna med viss korrosion Undvik vattenfickor Förhindra galvaniskt angrepp Undvik spalter Överväg katodisk skydd Se upp med spänningskorrosion och utmattningskorrosion Designa för besiktning och underhåll Tillverkningsprocesser Processval Strategin är snarlik den för materialval Designkraven ska översättas till begränsningar och målsättningar för att sålla, rangordna och slutligen välja lämplig process 47

Oxidationsmekanismer När de flesta metaller utsätts för luft så bildas en ultratunt oxidskikt M (metall) + O (syre) = MO (oxid) + energi Oxidskiktet separerar metallen från syret För att reaktionen ska fortsätta så måste antingen syret diffundera inåt genom skiktet eller metallatomer diffundera utåt för att nå syret

Oxidationsreaktionen M + O = MO sker i två steg: 1) Metallen skapar en jon och frigör elektroner M = M 2+ + 2e 2) Elektronerna absorberas av syret och ger en syrejon O + 2e = O 2- Figure 17.4 Första reaktionen sker på metallsidan av oxidskiktet medan syrereaktionen sker på andra sidan antingen diffunderar metalljoner och elektroner utåt eller så diffunderar syret och elektronhål inåt mot metallen

Ytbeläggning Passiva skikt Separerar materialet från den korrosiva miljön men måste vara heltäckande Aktiva skikt Offeranod som korroderar istället för materialet, t.ex. förzinkad plåt Självgenererande skikt Tillräcklig mängd legeringsämnen så att ett skyddande oxidskikt bildas, t.ex. rostfritt stål

Tillverkningsprocesser kapitel 18

Processval Strategin är snarlik den för materialval Designkraven ska översättas till begränsningar och målsättningar för att sålla, rangordna och slutligen välja lämplig process Figure 18.1

Viktiga delar från kapitel 19 Processerna ändrar egenskaperna Egenskaper som styrka och resistivitet beror på mikrostrukturen och mikrostrukturen beror på processerna Järn kol fasdiagram Diagrammet visar upptill 6.7 vikt % kol Det täcker alla gjutjärn och stål Lösligheten för kol beror mycket på temperaturen då järn byter från BCC till FCC vid höga temperaturer De interstillära hålen som löst kol upptar är mycket mindre i BCC än i FCC vilket gör att mindre mängd kol kan lösas Figure GL2.13 53

Fasta fastransformationer utan jämvikt Snabb kylning kan förhindra fastransformationer I figuren ser det ut som utskiljning kommer att ske vid kylning, med start vid 300 C, om Mg-halten är 8 % Utskiljningen tar dock tid och om vi kyler tillräckligt snabbt hinner inte denna transformation starta Figure GL2.41

Från Cu-Mg fasdiagrammet ser det ut som utskiljning till jämviktsfasen skulle ske vid 200 C Istället övergår den instabila a-fasen till en metastabil tredje fas Åldringskurvorna visar hur sträckgränsen påverkas vid åldring Figure GL2.42

Hastigheten för Fastransformationer Hastigheten beror både på drivkraften och diffusionshastigheten Båda beror på temperaturen men på olika sätt Figure 19.9

Tid Temperatur Transformation TTT-Diagram Figure 19.11 TTT diagram används för att studera diffusionskontrollerad fastransformation C-kurvorna visar hur långt transformationen kommit TTT kurvor antar att temperaturen sänks hastigt ned till transformationstemperaturen

Continuous-Cooling Transformation Kontinuerlig kylningstransformation CCT-Diagram TTT diagram Snabb kylning CCT diagram Kontinuerlig kylning Figure 19.12 Kontinuerlig kylning är mer praktiskt än snabb kylning Vid kontinuerlig kylning finns det en kritisk kylningshastighet som precis undviker att transformationen startar

Material, processer och miljön kapitel 20

Viktiga delar från kapitel 20 Val av Material för Eco-Design Figure 20.12 En miljöansvarig design börjar med att identifiera vilken fas i livscykeln som påverkar mest

Total energiförbrukning inkluderar emergin, tillverkningsenergin, transportenergin, förbrukningsenergin vid användning Vissa produkter förbrukar mest energy vid användning Vissa produkter domineras av emergin Figure 20.7

Världskonsumtion av Material Vilka material förbrukar vi mest av? Figure 20.1

Figure 20.8

Lämpliga uppgifter att jobba med inför tentamen 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.12 2.1, 2.4, 2.8, 2.9 3.1, 3.2 4.1, 4.3 5.1, 5.2, 5.17, 5.22 6.1, 6.6 7.5 8.1, 8.4, 8.16 9.2, 9.4 10.3 11.1, 11.3, 11.9 12.1, 12.3 14.1, 14.6 15.2, 15.18 16.2, 16.9 17.1, 17.12, 17.14 18.3, 18.5 19.1, 19.6 20.3, 20.9 GL2 8, GL2 18 64

Exempel 3.1 Beskriv stegen i en ny design Marknadens behov; designkrav Koncept Utformning Detaljdesign Prototyp 3.2 målsättning och begränsning, vad är skillnaden? Begränsning är ett krav som måste uppfyllas Målsättning är något som ska optimeras Begränsningar används vid sållning Målsättningar vid rangordning 65

Exempel 9.2 Beskriv skillnaden på lågcykelutmattning och högcykelutmattning. Ge exempel på komponenter som kan havera pga högcykelutmattning. Vad menas med utmattningsgränsen? Lågcykelutmattning sker med plasticering vid varje lastcykel och lågt antal cykler till brott < 10000. Högcykelutmattning sker med spänningsamplituder under sträckgränsen och med många cykler till brott > 10000. Exempel på komponenter som havererar pga högcykelutmattningar är hjulaxlar, lager, roterande maskiner m.m. 66

Exempel 14.1: Varför leder metaller ström? Varför leder inte isolatorer ström? Metaller har ett delvis fyllt yttersta elektronband med fria elektroner, dessa elektroner kan röra sig fritt mellan atomer och det är elektronerna som leder strömmen Isolatorer har ett bandgap mellan det fyllda bandet och närmaste tomma band. Isolatorer har joner som kan leda ström genom diffusion vilket sker otroligt mycket långsammare om inte temperaturen höjs avsevärt 67