Tentamen MATERIAALKUNDE II, code

Transcriptie

1 Universiteit Twente Faculteit der Construerende Technische Wetenschappen Vakgroep Productietechniek Materiaalkundig Laboratorium Agricola Tentamen MATERIAALKUNDE II, code augustus 2007, uur AANWIJZINGEN 1. Vergeet niet uw naam en alle voorletters te vermelden op het werk en op de opgaven. 2. De figuren in de opgaven kunnen desgewenst worden gebruikt om in te tekenen. 3. Dit tentamen bestaat uit 6 opgaven. 4. Waardering : opgave 1: 6 punten 2: 4 punten 3: 4 punten 4: 4 punten 5: 5 punten 6: 4 punten 5. Lees elke vraag goed door. Geef een helder antwoord en schrijf netjes. Indien u vermoedt dat u een rekenfout heeft gemaakt, geef dit aan. 6. Opgaven en uitwerkingen worden na afloop van het tentamen op Teletop gepubliceerd. 1 van 6

2 1) Fasediagram Fe-C (I) In een staalgieterij laat een afstudeerder een Fe-C-legering met 0.5 gew% C langzaam afkoelen tot kamertemperatuur volgens het meta-stabiele fasediagram. Ga voor de beantwoording van deze vraag uit van onderstaand fasediagram. Maak een schets van de structuur van deze legering bij elk van de volgende temperaturen. Geef bij elke schets aan uit welke fasen de legering bij die temperatuur bestaat en bepaal de hoeveelheid van de aanwezige fasen op de juiste wijze (%). a) 1540 ºC, b) 1494 ºC, c) 1492 ºC, d) 1200 ºC, e) 1000 ºC, f) 800 ºC, g) 728 ºC en h) 600 ºC. 2 van 6

3 2) In de harderij (i) Hieronder wordt een aantal warmtebehandelingen beschreven die betrekking hebben op 1.13 % C-staal. Bepaal aan de hand van onderstaand TTT-diagram welke microstructuur ontstaat. Ga uit van een klein proefstuk dat voorafgaande aan de warmtebehandeling voldoende lang op 920 ºC is gegloeid om volledig in austeniet te zijn omgezet. a) Koel snel af naar 250 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 10 3 (s) en schrik af b) Koel snel af naar 775 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 500 (s) en schrik af c) Koel snel af naar 400 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 500 (s) en schrik af d) Koel snel af naar 700 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 10 5 (s) en schrik af e) Koel snel af naar 650 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 3 (s), koel vervolgens snel af naar 400 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 25 (s) en schrik af f) Koel snel af naar 600 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 7 (s), koel vervolgens snel af naar 450 ºC, houdt het op deze temperatuur voor 4 (s) en schrik af 3 van 6

4 3) In de harderij (ii) a) Een harderij ontvangt van een ontwerper een tekening waarop een as met een diameter van 60 mm is getekend. De ontwerper wil aan het oppervlak een hardheid HRC > 45 hebben, in de kern HRC < 20 en halverwege HRC < 25. Hij vraagt of de harderij een passend materiaal en bij behorende warmtebehandeling wil kiezen. De harderij heeft de beschikking over de ongelegereerde stalen 1020, 1040 en 1060 en de laaggelegeerde stalen 4140 en Kan de harderij voldoen aan de wensen. Laat per materiaal zien hoe u tot uw antwoord komt. (Tip: zie dictaat) b) Wat zijn de overeenkomsten en wat zijn de verschillen tussen de precipitatiebehandeling van een Al-legering en het veredelen van staal. Let op de volgende punten: (i) manier van uitvoeren (ii) resulterende structuren (iii) de eigenschappen van het behandelde materiaal. Schrijf uw antwoord op in uw eigen woorden; schrijf dus niet het dictaat over. Dit levert geen punten op. 4) Carboneren Het carboneren van (on)gelegeerd staal wordt vaak toegepast om de oppervlakteeigenschappen van de producten te verbeteren. Er blijken verschillende carboneerprocessen te zijn. Bovenstaande figuur toont de carboneerbehandeling voor onderdelen van ongelegeerd staal waaraan geen hoge eisen worden gesteld. Ga uit van ijzer met 0.2 % C. a) Maak een tekening van de microstructuur van dit materiaal voor de behandeling en na de behandeling. Neem aan dat de onderdelen relatief dik zijn. Geef aan wat u tekent. 4 van 6

5 b) Leg uit waarom geen hoge eisen mogen worden gesteld aan deze onderdelen. c) Verzin een nieuwe carboneerbehandeling voor onderdelen van ongelegeerd staal waaraan wel hoge eisen mogen worden gesteld. Leg uit waarom deze behandeling wel geschikt is voor kwaliteitswerk. Geef hierbij de hoogte van de gebruikte temperaturen aan. Maak hiervan eenzelfde soort figuur als hierboven getekend. d) Maak een tekening van de microstructuur na elke stap van de door u bedachte carboneerbehandeling. 5) Lampenfabrikant in de problemen Een lampenfabrikant uit het zuiden des lands bleek problemen te hebben met de door hen gebruikte messing lampfittingen. In sommige landen met een relatief warm en vochtig klimaat bleken de fittingen spontaan te scheuren. De kwaliteitsafdeling kreeg de opdracht de problemen op te lossen. a) Beschrijf de productiemethode(n) waarmee u een lampfitting zou maken? Geef bij elke productiemethode de volgende punten aan: (i) het doel van de methode, (ii) de relevante productieomstandigheden (temperatuur, tijd, etc). b) Geef een mogelijke oorzaak van het probleem met de lampfittingen. c) Hoe zou u het probleem oplossen? Beschrijf uw oplossing nauwkeurig en stapsgewijs. 5 van 6

6 6) Blauwbrosheid van staal De meeste metalen worden minder sterk en taaier wanneer ze worden vervormd bij hogere temperatuur. Voor staal is dit niet het geval. Zie onder andere H 24 van het dictaat. Wanneer staal bij 200 ºC wordt vervormd dan neemt de rekgrens zeer sterk toe en de rek bij breuk neemt sterk af, zeker als het staal van te voren al sterk koud-vervormd is. Dit wordt getoond in onderstaande figuur. Het staal is eerst 1 % ( = 0.01) of 10 % ( = 0.1) koud vervormd. Vervolgens zijn de rekgrens ( r ) en de breukrek in de insnoering ( imax ) bepaald bij verschillende temperaturen. a) Wat is de oorzaak van blauwbrosheid? b) Bedenk mogelijke oplossing voor dit probleem. Leg nauwkeurig uit wat het doel van uw oplossing is en waarom deze werkt. 6 van 6