Tentamen MATERIAALKUNDE II, code

Transcriptie

1 Universiteit Twente Faculteit der Construerende Technische Wetenschappen Vakgroep Productietechniek Materiaalkundig Laboratorium Agricola Tentamen MATERIAALKUNDE II, code augustus 2006, 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: 5 punten 2: 5 punten 3: 5 punten 4: 5 punten 5: 4 punten 6: 3 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. Naam: Studentnummer: 1 van 6

2 1) Fasediagram Fe-C (I) In een staalgieterij laat een afstudeerder een Fe-C-legering met 3,7 gew% C, 2,5 % Si en een vleugje Mg dat vlak voor het gieten is toegevoegd, zeer langzaam afkoelen tot kamertemperatuur. 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 schat de hoeveelheid op de juiste wijze (%). Laat zien hoe u tot de schatting komt. a) 1300 ºC, b) 1150 ºC, c) 1100 ºC, d) 800 ºC en e) 600 ºC. De afstudeerder wijzigt de opzet van zijn experiment. Het eerste deel van het experiment is hetzelfde als hierboven beschreven. Maar wanneer tijdens het afkoelen het gietstuk een temperatuur van 1000 ºC heeft bereikt, wordt het versneld afgekoeld. De afkoelsnelheid is niet zo hoog dat er martensiet wordt gevormd. f) Wat betekent de hogere afkoelsnelheid voor de structuur van het materiaal? 2 van 6

3 Laat op een zelfde wijze als hierboven zien welke structuurbestanddelen aanwezig zijn met een schatting van de hoeveelheid. g) 800 ºC en h) 600 ºC. 2) TTT-diagram Fe-C Bovenstaande figuur toont een TTT-diagram voor een Fe-C-legering met 1,13 gew% C voor continue afkoeling. Teken in dit diagram achtereenvolgens afkoelingslijnen die leiden tot de volgende structuurbestanddelen: a) Fijne perliet en pro-eutectoïdisch cementiet b) Martensiet c) Martensiet en pro-eutectoïdisch cementiet d) Grove perliet en pro-eutectoïdisch cementiet e) Martensiet, fijne perliet en pro-eutectoïdisch cementiet Geef in de figuur de betreffende lijnen met de letters a t/m e aan. 3 van 6

4 3) Invloed legeringselement In staal worden vaak legeringselementen toegevoegd met een bepaald doel, bijvoorbeeld het vergroten van de doorharding, het verhogen van de oxidatieweerstand, het verbeteren van de kruipvastheid,etc. Belangrijke legeringselementen zijn onder andere vanadium (V) en molybdeen (Mo). Deze legeringselementen hebben bijvoorbeeld een voorname rol tijdens het veredelen. a) Beschrijf in eigen woorden op welke wijze ongelegeerd staal veredeld wordt. Wat is het doel van elke stap (3) en hoe wordt de stap uitgevoerd? b) Wat verandert er tijdens elke stap van het veredelingsproces door de aanwezigheid van V en/of Mo? c) Leg uit waarom deze modificatie plaatsvindt. Oftewel: wat is het achterliggende materiaalkundige principe dat er voor zorgt dat het veredelingsproces wordt gemodificeerd? 4) Gietstructuur Een studente giet een eenvoudige, onder-eutectische, binaire legering uit in een metalen mal en laat de legering stollen. Zij maakt hiervan een preparaat. Onder de microscoop ziet zij bij grote vergroting dat de structuur bestaat uit dendrieten en een eutectische fase. Bij nadere beschouwing blijkt de samenstelling in de primaire dendrieten niet constant te zijn, maar te variëren van plaats tot plaats. a) Maak een tekening van de structuur die de studente ziet. Geef netjes aan wat u tekent. b) Teken schematisch een zo eenvoudig mogelijk bijbehorend fasediagram. Geef het mogelijke samenstellingsgebied aan. c) Geef een verklaring voor het ontstaan van de plaatsafhankelijke samenstelling in de dendrieten. d) Hoe kan het ontstaan van de plaatsafhankelijke samenstelling in de dendrieten worden voorkomen? De studente voert het gietexperiment uit volgens de door u (of uw collega s indien u geen antwoord heeft gegeven bij d)) bedachte procedure. In een hoge-temperatuurmicroscoop ziet zij inderdaad dat de dendrietstructuur net onder de eutectische temperatuur een homogene samenstelling heeft. Echter na afkoelen blijkt de structuur niet meer homogeen. e) Kunt u een mogelijke verklaring geven voor de inhomogene structuur die na afkoelen is ontstaan? Laat uw verklaring vergezeld gaan van een heldere tekening. 4 van 6

5 5) De sterkte van pianostaaldraad Pianostaaldraad wordt vervaardigd uit ongelegeerd staal met %C. Het heeft een zeer hoge sterkte (treksterkte MPa), die is te danken aan een behandeling die 'patenteren' wordt genoemd. Daarbij wordt het materiaal isotherm getransformeerd bij o C, en vervolgens koud nagetrokken. a) Hoe ziet de complete warmtebehandeling eruit voor C70W1, dus tot aan het koud vervormen? Begin met de beschrijving bij kamertemperatuur in leveringstoestand; geef temperaturen en tijden (zie onderstaande figuur). b) Welke microstructuren ontstaan achtereenvolgens tijdens de warmtebehandeling? c) Waarom is patenteren alleen maar mogelijk voor producten met een kleine doorsnede? Isotherm TTT-diagram van C70W1 (ongelegeerd staal, 0.7%C) Zw = bainiet; de overige afkortingen worden bekend verondersteld. 5 van 6

6 6) Corrosie... In onderstaande figuur is een deel van een zeewatervoerend leidingsysteem weergegeven. Het water stroomt er ongefilterd en met hoge snelheid doorheen. Het leidingwerk en de flenzen zijn gemaakt van een legering die goed bestand is tegen zeewater. Een rubber pakking tussen de flenzen voorkomt lekkage. Desondanks treden er drie corrosie problemen op. a) Wat voor soort problemen zijn het en waar treden ze op? b) Geef een mogelijke oplossing voor ieder probleem. flensverbinding leiding rubber pakking lasnaad 6 van 6