Universiteit Tente Faculteit der Construerende Technische Wetenschappen Vakgroep Productietechniek ateriaalkundig Laboratoriu Agricola Tentaen ATRIAALKUND I, code 11505 1 augustus 007, 13.30-17.00 uur AANWIJZINGN 1. Vergeet niet u naa en alle voorletters te verelden op de antoordbladen.. Dit tentaen bestaat uit 6 opgaven. 3. Waardering : opgave 1: 6 punten : 5 punten 3: 4 punten 4: 4 punten 5: 4 punten 6: 4 punten 4. Lees elke vraag goed door. Geef een helder antoord en schrijf netjes. Indien u veroedt dat u een rekenfout heeft geaakt, geef dit aan. 5. Opgaven ogen ee naar huis genoen orden. Uiterkingen orden na afloop van het tentaen op Teletop gepubliceerd. 1 van 5
Opgave 1. Carboneren (theorie) Het eleent Fe is een allotropisch eleent: tussen de seltteperatuur 1538 ºC en 1394 ºC heeft ijzer een kubisch ruitelijk gecentreerd rooster, tussen 1394 ºC en 91º C een kubisch vlakken gecentreerd rooster en beneden 91 ºC heeft het edero een kubisch ruitelijk gecentreerd rooster. a) aak een duidelijke tekening van beide kubische roosters. Het grote verschil tussen beide roosters is de ordening van de atoen. Dit leidt niet alleen tot een verschil in dichtheid tussen beide roosters, aar ook tot verschillen in vor en grootte van interstitiële holtes. et nae de octaëderholte speelt een belangrijke rol bij diffusie van C in Fe. b) aak een nieue tekening van een kvg-rooster en geef daarin duidelijk een octaëderholte aan. c) Doe hetzelfde voor een krg-rooster. (Tip: gebruik eventueel een naast-liggende eenheidscel) d) Bereken de straal r i van een interstitieel atoo dat nog net past in de octaëderholte van een kvg-rooster. De straal van de substitutionele atoen is R. e) Doe hetzelfde voor een krg-rooster. (Tip: let goed op) f) Wat veracht je nu van de oplosbaarheid van C in Fe? In elk rooster veracht je de hoogste oplosbaarheid en aaro? Opgave. Carboneren (praktijk) en stalen as (Fe + 0.1 % C) et een diaeter D = 3 c oet van een harde, slijtvaste oppervlaktelaag orden voorzien. Hiertoe ordt de as in een oven gecarboneerd en aansluitend gehard. Als voorbereiding ordt in de harderij de as gedurende 10 uur bij 1000 ºC en 150 ºC gecarboneerd. De indringdieptes x 1000 en x 150, die en vindt na onderzoek onder de icroscoop, zijn respectievelijk x 1000 = 0,837 en x 150 = 3,16. a) Bepaal et deze gegevens de activeringsenergie Q en constante D 0 van het diffusieproces (zie ook foruleblad). (Tip: bepaal eerst de diffusiecoëfficiënt D) b) Wat is de axiale indringdiepte binnen de gegeven tijd voor dit ateriaal? (gebruik D = 1 10-11 /s indien antoord bij a) ontbreekt) O de as te kunnen voorzien van een goede oppervlaktelaag is het belangrijk dat de koolstofconcentratie op,5 diepte teninste 0,4 % bedraagt. Tijdens het carboneren is de oppervlakteconcentratie 1, %C. r ordt gecarboneerd op 973 ºC. van 5
c) Hoe lang oet er gecarboneerd orden? (gebruik D = 1 10-11 /s indien antoord bij a) ontbreekt) d) Welk problee zal optreden bij langdurig carboneren? Verklaar het optreden er van. Opgave 3. Vervoring van een eenkristal en Fe-eenkristal ordt op kaerteperatuur aan een trekproef onderorpen. De [-1 3 1]-richting van het eenkristal ligt evenijdig aan de trekrichting. r kan afschuiving plaatshebben over het (110)-vlak. De kritische schuifspanning bedraagt 10 Pa. De opgelegde trekspanning is 5 Pa. a) Welke glijrichtingen kunnen actief orden? Geef deze ook in een duidelijke tekening aan. b) Vindt er onder de huidige ostandigheden afschuiving plaats? Verklaar u antoord. c) Op het glijvlak et de hoogste Schidfactor loopt een randdislocatie. Hoe groot is de burgersvector? Opgave 4. Keraische aterialen Keraische aterialen, zoals Si 3 N 4, Al O 3 en SiC, orden op vele plaatsen toegepast aar etalen niet toereikend zijn. a) Teken een typische trekkroe van een etaal en een keraiek. b) Bespreek aan de hand van deze trekkroes de verschillen in gedrag tussen keraische aterialen en etalen. Noe teninste 3 verschillen. c) Geef ook de oorzaak van elk verschil. Van een keraisch ateriaal ordt de sterkte getest. r orden verschillende aarden gevonden: 75, 90, 100, 80, 95 Pa. Veronderstel dat deze 5 etingen voldoende zijn. d) Bepaal de axiale belasting aarbij de faalkans kleiner is dan 1 op 000. Opgave 5. echanisch gedrag van kunststoffen Het gedrag van kunststoffen is sterk afhankelijk van de ordening en onderlinge saenhang van de verschillende polyeerketens. en aantal vragen hierover: a) Teken het verband tussen de -odulus en de teperatuur van (i) een aorfe theroplast, (ii) een kristallijne theroplast, 3 van 5
(iii) een rubberelastoeer. Tip: Geef alle belangrijke teperaturen aan. b) Verklaar het gedrag van elk ateriaal bij toenae van de teperatuur. Van de aorfe theroplast ordt een aantal trekkroen opgenoen bij 3 verschillende teperaturen: 50º C, 30 ºC en 10 ºC onder de glasovergangsteperatuur. c) Teken in één figuur alle trekkroes en geef ogelijke verschillen aan. d) Verklaar de verschillen opgeerkt bij c). Opgave 6. ateriaalselectie voor een trapas De onterpers van een nieue tijdritfiets voor de Tour de France illen een zeer lichte trapas aken. O het eest geschikte ateriaal te kunnen selecteren, aken ze gebruik van een prestatie-index. De trapas ordt op torsie belast. R a) Leid af dat voor een gegeven axiu schuifspanning en oent het laagste geicht 3 ordt verkregen als iniaal is. Forules voor de schuifspanning en I p staan op het foruleblad. Ga uit van een assieve, ronde staaf et straal R. b) Wanneer u ede op basis van de prestatie-index afgeleid bij a) een verstandige keuze zou oeten aken uit onderstaande aterialen en anneer de prijs geen rol speelt, elk ateriaal zou u kiezen? Leg uit hoe u tot u antoord kot. ateriaal (g/c 3 ) ax (Pa) Prijs (euro/kg) ik (hout) 0,9 90 9 Borosilicaat (glas), 60 3,5 Al 04-T6,7 300 1,5 Staal 4340 (Q + T) 7,8 780 0,5 Ti 5Al.5Sn 4,5 480 35 c) Welke verstandige keuze aakt u indien prijs el een rol speelt? Pas hiertoe de prestatieindex aan. Laat zien hoe u tot u antoord kot. 4 van 5
Tentaenblad et forules en constanten (1 ) ln(1 ) n K K t ax da U K Y a c( K) dn in R ax ongestoord n Q / RT A B k e T ( C1 ln( t)) C U cg b l n r r na B a F d n1 1 hkl d sin( ) r r ( h k l hkl ) na Q / RT dc p ce J D x Dt N NV dx Cs C x x Cx C x erf ( ) erf ( ) Cs C0 Dt C1C Dt k T np cos( )cos( ) i 0e d 1 Q A0 A1 % koudedef.100 D D0e RT P f 1 exp( ) ) A 0 0 n 1 n i i i i n ni i c = V v v + V 1 c V v v V cos( ) a1b 1 ab a3b3 R ( a a a ) ( b b b ) I p 1 3 1 3 I p R 4 c ab ab3 a3b c a3b1 a1b 3 a 1b ab 1 ================================================================= N = 6,0310 3 R = 8,31 J/ol K k = R/N erf(-z) = -erf(z) z erf(z) z erf(z) z erf(z) z erf(z) 0 0 0.4 0.448 0.8 0.741 1.4 0.953 0.1 0.115 0.5 0.505 0.9 0.7969 1.6 0.9763 0. 0.7 0.6 0.6039 1.0 0.847.0 0.9953 0.3 0.386 0.7 0.6778 1. 0.9103.8 0.9999 5 van 5