km

Vid lödning av komponenter sätts temperaturen för processen över smälttemperaturen för ingående komponenter.

Falskt.

En amorf polymer består av områden där polymerkedjorna är välordnade.

Falskt.

• Amorf = Atomerna ligger oordnat. Det finns ingen regelbunden struktur eller kristallgitter.

• Kristlling = Ordnad struktur → starkare, tydliga smältpunkter (tex metaller).

Tempoplaster har en hög grad av tvärbindningar mellan kolkedjorna.

Falskt.

Termoplaster har nästan inga tvärbindningar mellan kolkejdorna. Kedjorna hålls ihop med av svaga krfater (van der waals-krafter). 

Diffusionshastigheten i metaller beror nästan inte alls på temperaturen.

Falskt.

Diffusionshastigheten i metaller beror starkt på temperaturen.
När temperaturen ökar får atomerna mer rörelseenergi, och de kan lättare hoppa mellan platser i gitterstrukturen.

Mängden töjning hos ett material innan brott, bestäms av dess dragseghet.

Falskt.

• Draghseghet = Den energi per volymenhet som krävs för att dra isär materialet till brott. Alltså kombinationen av styrka och seghet, inte bara hur mycket det kan töjas.

• Duktilitet = Hur mycket materialet kan töjas (eller böjas) permanent innan det går sönder.

Påståendet är falskt, eftersom det blandar ihop duktilitet (töjbarhet) med dragseghet (energiupptagningsförmåga).

Om en komponent utsätts för förhöjd temperatur och belastas under sträkckgränsen, under en längre tid bör den designas med tanke på risken för kryp.

Sant.

Stelningsintervallet för en legering är mellan likvidus- och solidustemperaturerna vid den aktuella sammansättning.

Sant.

Glaser och keramer består ofta av oxider, men keramer är amofa och glasen kristallina. 

Falskt. 

Det är tvärtom:

• Glas är amorfa (oordnad struktur).

• Keramer är vanligen kristallina (ordnad, polykristallin struktur).

För en starkare fog vid limning bör fogarean minskas till ett minimum.

Falskt.

Vid limning (fogning) vill man ha en så stor fogarea som möjligt, inte liten.
En större yta gör att kraften fördelas över en större area, vilket ger lägre spänning per ytenhet → starkare fog.

Om man minskar fogarean till ett minimum → all kraft koncentreras till en liten yta → limfogen blir svagare och går lättare sönder.

Utgå från fasdiagrammet för A och B nedan och besvara frågorna.

a) Hur mycket fasen alfa finns det i en legering med 20 v% A vid 200 grader?

• 0-20 v%

• 20-40 v%

• 40-60 v%

• 60-80 v%

• 80-100 v%

Svar: 60-80 v%

Alfa = (C_beta - C₀) / (C_Beta - C_alfa) = (87 - 20) / (87 - 3) * 100% = 79.7 % 

b) Hur mycket smälta finns det i en legering med 60 v% B vid 600 grader?

• 0-10 v%

• 10-30 v%

• 30-50 v%

• 50-70 v%

• 70-90 v%

• 90-100 v%

Vid 60 % B och 600 °C:

• Du befinner dig i L-området (smälta)

• Ingen fast fas finns

• Därför:

Svar: Smälta = 90–100 %

c) Vilket är den ungefärliga stelningsintervallet för en legering med 20 v% A? 

• 500-350 grader

• 475-400 grader

• 600-200 grader

• 600-550 grader

• 500-200 grader

• 600-600 grader

• 650-400 grader

• 500-0 grader

• 650-350 grader

Svar:

• 500-350 grader.

Utgående från fasdiagrammet för aluminium-magnesium-systemet, ska du välja rätt alternativ för de saknade delarna.

Samma alternativ kan vara korrekt på flera ställen.

Linjen mellan 88% Mg @437 grader till 98 v% Mg @100 grader kallas för 1.

En legering som ska utskiljningshärdas bör bestå av 2 för att få rätt egenskaper.

Vid 50 v% Mg @ 200 grader består materialet av Al3Mg2 och Al12Mg17, ungefär i proportionerna 3.

Fasen Al3Mg2 kan beskrivas som en 4.

Alternativ:
a. Solidus-linjen.

b. ca 67% Al12Mg17 och 33% Al3Mg2.

c. 5-15 v% Mg, resten Al.

d. Intermetall.

e. Solvus-linjen.

f. 5-15 v% Al, resten Mg

Linjen mellan 88% Mg @437 grader till 98 v% Mg @100 grader kallas för solvus-linjen.

En legering som ska utskiljningshärdas bör bestå av 5-15 v% Al, resten Mg för att få rätt egenskaper.

Vid 50 v% Mg @ 200 grader består materialet av Al3Mg2 och Al12Mg17, ungefär i proportionerna ca 67% Al12Mg17 och 33% Al3Mg2.

Fasen Al3Mg2 kan beskrivas som en intermetall.

Vid en kallvalsning minskas tjockleken från 5 mm till 2 mm.

a) Hur stor brottförlängning kan materialet antas ha efter valsningen?

• 30%

• 25%

• 20%

• 15%

• 10%

• 7.5%

• 5%

• 2.5%

• 0%

1. Eftersom det frågas efter brottförlängning så ska man kolla på elongation kurva. 

2. Räkna ut kallarbetsgraden (% cold work):

   • %CW = (t₀ - t_f) / (t₀) * 100 % 

   • %CW = (5 - 2) / 5 × 100 = 3 / 5 × 100 = 60%

   • Materialet har alltså 60% kallbearbetning. 

3. Läs av diagrammet. 

   • På x-axeln hittar du 60% cold work. 

   • På kurvan “Elongation%” läser du av värdet vid 60%. 

   • Diagrammet visar den ungefär runt 2.5%

Svar: 2.5%

b) Om tjockleken i stället går från 10 mm till 8 mm, vilken blir den nya sträckgränsen?

• ca 170 Mpa

• ca 470 Mpa

• ca 200 Mpa

• ca 300 Mpa

• ca 530 Mpa

• ca 400 Mpa

1. Eftersom det frågas efter sträckgräns då ska man titta på yield strength kurvan.

2. Beräkna kallarbetsgraden (% cold word):

   • %CW = (t₀ - t_f) / (t₀) * 100 %

   • %CW = (10 - 8) / 10 × 100 = 2 / 10 × 100 = 20%

3. Läs av diagrammet vid 20% cold work.

   • På y-axeln hittar du att det ligger på ungefär 300MPa

Svar: 300 Mpa.

c) Vad är förklaringen till varför egenskaperna ändra?

• Dislokationerna breddas och får inte plats mellan kornen.

• Lätta atomer, som väte och litium, flyttas till korngränserna och gör materialet sprödare. 

• Eftersom det blir fler men mindre stora kron, säger Hall-Petch att egenskaperna ändras. 

• Det skapas fler dislokationer som förhindrar dislokationsrörelse. 

• Andelen vakanser i materialet ökar på grund av elastiska töjningen. 

Svar: Det skapas fler dislokationer som förhindrar dislokationsrörelse. 

När ett material kallbearbetas (tex kallvalsas) händer detta:

• Dislokationstätheten ökar kraftigt då kallbearbetning pressar ihop kristallstrukturen, och då:

  • Skapas många nya dislokationer.

  • Dislokationerna trasslar in sig i varandra. 

  • Deras rörelse blir svårt eller nästan omöjligt. 

Enligt svaren på de 2 tidigare frågorna: 

• Materialet blir hårdare och starkare (yield strength).

• Materialet blir sprödare (elongation).

Vad är faser och var är strukturer… och vad hör inte ens till stål? Lägg nämnen vid rätt kategori.

Kategori:

• Struktur

• Fas

• Ingetdera

Namn:

• Ferrit

• Bainit

• Cementi

• Sfärodit

• Magnetit

• Rinit

Struktur:

• Bainit.

• Sfäroidit.

Fas:

• Cementit.

• Ferrit.

Ingetdera:

• Rinit.

• Magetit

Vid 1 sönderfaller metallatomer till metalljoner och elektroner. Jonerna transportets genom 2 där de reagerar med hydroxidjoner som bildats vid 3 genom att 4 reagerar med vatten- och syremolekyler.

Ett sätt som inte fungerar för att minska korrosionsbegreppet är att 5.

Vid anoden sönderfaller metallatomer till metalljoner och elektroner. Jonerna transportets genom elektrolyten där de reagerar med hydroxidjoner som bildadts vid katoden genom att elektroner reagerar med vatten- och systemolyekyler.

Ett sätt som inte fungerar för att minska korrosionsbegreppet är att tillsätta extra salt i vätskan.

Materialegenskaperna för en komposit kan oftast räknas ut som det viktigaste medelvärdet av de ingående komponenternas egenskaper.

Sant.

Keramer tillhör de mest duktila materialet.

Falskt.

Van der Waals-bindningar är starkare än joniska bindningar.

Falskt.

En definition av superlegeringar är att de klarar tuffa förhållanden (temperatur/atmosfär) och behåller sina egenskaper.

Falskt.

• Definitionen är för bred. Många material (t.ex. rostfritt stål, titan, keramer) klarar tuffa miljöer utan att vara superlegeringar.

Stålkanten på en salommskida, som krockat med en sten, är hårdare än innan eftersom materialet har deformationshärdats.

Sant.

• Krocken gör att stålet plastiskt deformeras.

• Då bildas många nya dislokationer.

• Dislokationerna stör och stoppar varandra, vilket gör stålet svårare att deformera igen → hårdare.

Meritvärden vid materialval (som exempelvis specifik styrka) ordnas så att ett högre värde passar bättre för tillämpningen än ett lägre.

Sant.

• Meritvärden jämför material per vikt, t.ex. specifik styrka.

• Högre värde betyder bättre prestanda per massa.

• Det gör materialet mer effektivt för konstruktioner där vikt är viktigt (t.ex. flyg, fordon).

• Därför är ett högre meritvärde alltid mer önskvärt än ett lägre.

När austenit omvandlas till perlit, sker tillväxten genom att ett lager ferrit bildas, sedan ett lager cementit tills allt material är omvandlat.

Falskt.

• Perlit bildas som lameller, alltså tunna skikt som växer samtidigt.

• Ferrit och cementit växer tillsammans, inte först det ena och sedan det andra.

• Om det hade varit “lager efter lager” skulle mikrostrukturen inte bli den typiska pärl-lamellstrukturen.

Keramer är starkare i tryck än i drag. Detta beror bland annat på att spricktillväxt inte sker då sprickan stängs i tryck.

Sant.

Utgår från fasdiagrammetför silver och germanium och svara på vilken eller vilka faser som finns i områdena a-e.

Obs: Den silverrika fasen betecknas med (Ag) och den germaniumrika fasen med (Ge).

a) L+ (Ge)

b) (Ge) + (Ag)

c) (Ag) + L

d) L

e) (Ag)

Två dragprov har genomförts på olika legeringar vid rumstemperatur, dels ren silver och dels silver med 5 at% germanium.

Vilken har högst sträckgräns, och varför?

Alternativ:

1. Rent silver, eftersom silveratomerna är större än germaniumatomer.

2. Rent silver, eftersom atombindningarna i silver riktade.

3. Rent silver, eftersom de inlösta germaniumatomerna stör gittret.

4. Silver med 5 at% germanium, eftersom strukturen består av silverrik fas och germaniumrik fas om vartannat.

5. Silver med 5 at% germanium, eftersom silver och germanium har olika smältpunkt.

4. Silver med 5 at% germanium, eftersom strukturen består av silverrik fas och germaniumrik fas om vartannat.

   • När man blandar silver och germanium med denna halt bildas två faser:
     silverkorn och germaniumrika områden.

   • Dessa två faser ligger om vartannat → många fasgränser.

   • Fasgränser fungerar som hinder för dislokationer, precis som korngränser gör.

   • Ju fler hinder → desto svårare för dislokationer att röra sig → högre sträckgräns.

Vid all svetsning påverkas materialet genom att 1 tillförs, men för att uppnå detta kan olika metoder användas.

Svetsningens påverkan på en komponent kan delas upp i två huvudsakliga områden: 2 och 3. 

En viktig skillnad mellan en svetsfog och en hårdlödning är 4.

Alternativ:

• Energi

• Dislokationer.

• Restspänningar.

• Hårdlödda komponenter tål högre temperatur än svetsade.

• Bildandet av HAZ.

• Svetsfogen generellt är starkare än hårdlödningen.

Vid all svetsning påverkas materialet genom att energi tillförs, men för att uppnå detta kan olika metoder användas.

Svetsnings påverkan på en komponent kan delas upp i två huvudsakliga områden: restspänningar och bildandet av HAZ. 

En viktig skillnad mellan en svetsfog och en hårdlödning är svetsfogen generellt är starkare än hårdlödningen. 

Sträckgränsen vid plastisk deformation av metaller bestäms av flera faktorer, med 1 är inte en av dem.

För att dislokationer ska röra sig krävs en kombination av 2.

Dislokationer finns av 3 huvudtyper, och blandningar mellan dessa.

Två olika metoder för att höja sträckgränsen för metaller och legeringar är att 4 och 5.

Alternativ:

• Densitet.

• Glidriktning och glidplan.

• Lösa in andra atomer mellan de ordinarie atomerna.

• Skapa flera korngränser.

• Höja temperaturen vid testning.

• Minska antalet korn per längdenhet.

• Höja temperaturen vid testning.

• två.

• Anod och katod.

• Dislokationstätheten.

Sträckgränsen vid plastisk deformation av metaller bestäms av flera faktorer, med densiteten är inte en av dem.

För att dislokationer ska röra sig krävs en kombination av glidriktning och glidplan.

Dislokationer finns av två huvudtyper, och blandningar mellan dessa.

Två olika metoder för att höja sträckgränsen för metaller och legeringar är att lösa in andra atomer mellan de ordinarie atomerna och skapa fler korngränser.

Matcha följande definitioner med rätt beskrivning. Om flera förklaringar kan passa, välj den som är mest specifik.

Definition:

1. Spaltkorrosion.

2. Allmänkorrosin.

3. Elektrokemisk korrosion.

4. Högtemperaturkorrosion.

5. Katod.

Beskrivning:

1. En komponent angrips genom att korrosiva atomer i atmosfären runt komponenten reagerar med atomerna i ytan.

2. Ett område bildas där elektrolyten har en annan koncentration av joner, vilket driver ett lokalt angrepp.

3. Sker då material har olika kemisk potential och står i elektrisk kontakt med varandra och där joner kan vandra i en elektrolyt.

4. En yta av samma material angrips jämnt. Olika områden blir anod och katod vid olika tillfällen.

5. Materialet som tar upp elektroner.

6. Elektrolyten har en annan koncentration av joner, vilket driver ett lokalt angrepp.

1. Spaltkorrosion = Alt 2.

   • Ett område bildas där elektrolyten har en annan koncentration av joner, vilket driver ett lokalt angrepp.

2. Allmänkorrosin = Alt 4.

   • En yta av samma material angrips jämnt. Olika områden blir anod och katod vid olika tillfällen.

3. Elektrokemisk korrosion = Alt 3.

   • Sker då material har olika kemisk potential och står i elektrisk kontakt med varandra och där joner kan vandra i en elektrolyt.

4. Högtemperaturkorrosion = Alt 1.

   • En komponent angrips genom att korrosiva atomer i atmosfären runt komponenten reagerar med atomerna i ytan.

5. Katod = Alt 5.

   • Materialet som tar upp elektroner.

Spröda brott kännetecknas av att stort plastisk deformation har skett.

Falskt.

Isotropi innebär att materialet beter sig likadant överallt och i alla riktningar.

Sant.

Keramer och glaser är generellt sett tåligare i drag än i tryck.

Falskt.

Utmattning sker bara vid statiska laster. 

Falskt.

Utmattning (fatigue) sker inte vid statiska (stillastående) laster, utan vid cykliska / upprepade laster, alltså när materialet belastas fram och tillbaka många gånger. 

• Statisk last = Konstant last, ändras inte med tiden.

• Dynamisk / cyklisk last = Last som växlar, pulserar eller svänger. Det gör att sprickor växer långsamt och till slut går materialet av även vid låga laster. 

I fasdiagrammet för järn (Fe) och kol (C) hittar man martensit vid rumpstemperatur.

Falskt.

När man värmer upp stål (järn + kol) tillräckligt mycket, får man austenit, där kolatomer finns lösta i järn.

Om man låter stålet svalna långsamt → hinner kolatomerna flytta sig → man får perlit eller ferrit + cementit (de stabila faserna i fasdiagrammet).

Men om man kyler snabbt, hinner kolatomerna inte flytta sig → kristallstrukturen “fastnar” i ett spänt tillstånd → det blir martensit.

Material med jonbindningar är generellt sett duktila vid rumstemperatur.

Falskt.

Jonbundna material (som keramer och saltkristaller) är spröda, inte duktila.
De deformeras inte plastiskt utan spricker lätt.

Välj den beskrivning av följande begrepp som bäst passar. 

Beskrivningar:

1. Den spänning som gör att materialet börjar deformeras plastiskt. 

2. Samma som kristallin struktur.

3. Övergåengsområde då polymerer byter från sprött till mjukare beteende. 

4. Mer eller mindre välordnad förening av olika metaller (ibland inklusive kol).

5. Den spänning som gör att materialet börjar deformeras plastiskt. 

6. Tidsberoende plastisk deformation som sker vid förhöjd temperatur. 

7. Process som sker då material belastas snabbt, i kallt tillstånd. 

8. Gränsen för hur långt ett material kan sträckas ut.

9. Ett temperaturintervall då kristallin material övergår från helt fast till helt flytande. 

10. Fast struktur där atomerna inte sitter välordnade i förhållande till varandra. 

11. Material som har egenskaper som ligger mellan metaller och andra material. 

12. Insekter av olika sorter. 

13. Den kraft som gör att materialet börjar deformeras plastiskt. 

14. Material som inte är metaller. 

15. Temperaturen då glas bildas ur sand. 

16. Övergångsområde då poymerer byter från sprött till mjukare beteende. 

17. Beror på atombindningarna och är högre för material med van der waals-bundningar än med kovalenta bidningar.

18. Materialegenskaper som beskrivs av elasticitetsmodulen. 

19. Definieras som integralen under dragprovskurvan. 

20. Kedjestrukturer med sidorbindningar till andra kedjor. 

Begrepp:

1. Intermetall (intermetallic compound)

2. Sträckgräns (yield limit).

3. Glasomvandlingstemperatur. 

4. Amorf struktur. 

1. Intermetall (intermetallic compound) = nr 4. 

   • Mer eller mindre välordnad förening av olika metaller (ibland inklusive kol).

2. Sträckgräns (yield limit) = nr 1.

   • Den spänning som gör att materialet börjar deformeras plastiskt. 

3. Glasomvandlingstemperatur = nr 16.

   • Övergångsområde då poymerer byter från sprött till mjukare beteende.

4. Amorf struktur = nr 10. 

   • Fast struktur där atomerna inte sitter välordnade i förhållande till varandra.

Förklara de olika fasreaktioner:

1. Eutektisk.

2. Eutektoid.

3. Peritektiskt.

4. Monotektiskt.

5. Peritektoid.

Typ	Fasreaktion	Förklaring
Eutektisk	L → α + β	En smälta stelnar till två fasta faser samtidigt.
Peritektisk	L + α → β	En smälta + fast fas reagerar till en ny fast fas.
Eutektoid	γ → α + β	En fast fas omvandlas till två nya fasta faser (utan smälta).
Peritektoid	α + β → γ	Två fasta faser bildar en ny fast fas (utan smälta).
Monotektisk	L₁ → L₂ + α	En vätska delas upp i en annan vätska och en fast fas.

Betrakta fasdiagrammet för aluminium och nickel. 

a) Vilka av följande fasövergångar finns i systemet?

1. Eutektisk.

2. Eutektoid.

3. Peritektiskt.

4. Monotektiskt.

5. Peritektoid.

Svar: 

1. Eutektisk.

3. Peritektisk.

5. Peritektoid. 

1. Eutektisk omvandling:

   • En eutektisk reaktion involverar en flytande fas (L) som vid kylning omvandlas till två fasta faser samtidigt. I diagrammet finns det flera sådana punkter där linjen för L möter två fasta områden.

3. Peritektisk omvandling:

   • En peritektisk reaktion involverar en flytande fas (L) och en fast fas som vid kylning reagerar för att bilda en annan, ny fast fas. I diagrammet kan dessa identifieras där en L-linje och en solidus-linje möts och bildar en ny solid fas. 

5. Peritektoid omvandling:

   • En peritektoid reaktion liknar den peritektiska men sker helt i fast fas. En fast fas och en annan fast fas reagerar vid kylning för att bilda en tredje fast fas. Dessa är svårare att se i diagrammet, men systemet har komplexa intermetalliska faster som genomgår sådana omvandlingar vid lägre temperaturer (under de synliga horisontella linjerna i din bild). 

Betrakta fasdiagrammet för aluminium och nickel. 

b) Hur många stoikiometriska intermetaller finns i systemet? 

1. En, AlNi3

2. En, Al3Ni5

3. En, AlNi3

4. En, Al3Ni5

5. En, AlNi

6. En, Al3Ni2

7. En, Al3Ni

8. Två, AlNi3 och AlNi

9. Två, AlNi och Al3Ni2

10. Två, Al3Ni och Al3Ni5

11. Fyra, alla utom Al3Ni

12. Tre, AlNi3, Al3Ni5 och Al3Ni

13. Alla fem är stoikiometeriska

14. Ingen av intermetallerna är stoikionmetrisk

15. Fyra, alla utom Al3Ni

16. Tre, AlNi3, Al3Ni5 och Al3Ni

17. Alla fem är stoikiometriska

18. Ingen av intermetallerna är stoikiometrisk

Svar:

7. En, Al3Ni

Steg 1: Identifiera intermetalliska faser i diagrammet:

Intermetalliska faser är de faser som har en kemisk sammansättning mellan de två rena metallerna (här Al och Ni). I ditt diagram är dessa markerade som distinkta områden i mitten, inte som de rena metallfaserna (Al) och (Ni). 

De intermetalliska faserna i diagrammet är:

7. En, Al3Ni

6. En, Al3Ni2

5. En, AlNi

4. En, Al3Ni5

3. En, AlNi3

Steg 2: Förstå begreppet "stoikiometrisk":

En stoikiometrisk intermetallisk förening har en mycket väldefinierad, exakt kemisk sammansättning, ofta representerad av en vertikal linje i fasdiagrammet. Avvikelser från denna exakta sammansättning är mycket små eller obefintliga. 

I motsats till detta har icke-stoikiometriska (eller "icke-stökiometriska", med svensk stavning) intermetaller ett visst sammansättningsområde (de representeras av ett bredare fält i diagrammet) där de kan bibehålla samma kristallstruktur trots variationer i proportionerna av elementen. 

Steg 3: Analysera bredden på fasområdena:

7. En, Al3Ni:

   • Detta område är mycket smalt, nästan en vertikal linje. Detta indikerar en stoikiometrisk förening. 

6. En, Al3Ni2, 5. En, AlNi, 4. En, Al3Ni5, 3. En, AlNi3:

   • Alla dessa andra faser har en märkbar och bredd längs x axeln (sammansättningsaxeln), vilket innebär att de är icke-stoikiometriska (de kan variera i sammansättning inom sitt område). 

Slutsats: 

Endast 7. En,Al3Ni är en stoikiometrisk intermetallisk förening i detta specifika fasdiagram, eftersom dessa sammansättningsområde är extremt trång.

Betrakta fasdiagrammet för aluminium och nickel. 

c) Hur stor andel är smälta vid 70 at% Al och 855 C?

1. Ca 30%

2. Ca 70%

3. Ca 5%

4. Ca 95%

5. Ca 50%

6. Ca 42.3%

Svar: nr 1 → Ca 30%

L_beta = (C₀ - C_beta) / (C_L - C_Beta) 100% = (70 - 64) / (84 - 64) 100% = 30 %

Välj rätt alternativ i texten nedan så att beskrivningen av korrosionsprocessen blir korrekt.

Vid 1 sönderfaller metallatomer till metalljoner och elektroner.

Metalljonerna transporteras genom 2 där de reagerar med hydroxidjoner som bildats vid 3 genom att 4 reagerar med vatten- och syremolekyler.

Bilden visar förloppet vid 5.

Strömmen i metallen går 6.

Vid anoden sönderfaller metallatomer till metalljoner och elektorner.

Metalljonerna transporteras genom elektrolyten där de reagerar med hydroxidjoner som bildats vid katoden genom att elektroner reagerar med vatten- och syremolekyler.

Bilden visar förloppet vid spaltkorrosion.

Strömmen i metallen går från höger till vänster.

Grunden - hur beter järn/stål sig vid uppvärmning och kylning?

1. Alfa-fas (Ferrit) = En kall och mjuk form av järn som finns vid låg temperatur. Den har en enkel struktur och innehåller väldigt lite kol.

   • Resultat: mjuk, seg och magnetisk stål som är lätt att forma.

2. Austenit = En varm fas av järn som bildas när stålet värms. Den kan lösa in mycket kol, vilket gör att den kan omvandlas till andra strukturer (perlit, bainit, martensit) när den kyls.

   • Resultat: grunden till flera olika stålstrukturer beroende på hur man kyler.

3. Cementit (Fe₃C) = En förening mellan järn och kol som är väldigt hård men spröd. Den bildas naturligt i stål när kolhalten är tillräcklig.

   • Resultat: materialet får hög hårdhet men låg seghet, vilket betyder att det kan spricka lätt.

Strukturer som bildas när austenit kyls ner?

1. Perlit = Består av tunna lager av ferrit (mjuk) och cementit (hård). Den bildas när austenit kyls långsamt.

   • Resultat: blir ett lagom starkt och segt stål, alltså en bra balans mellan hårdhet och formbarhet.

2. Bainit = En mellanstruktur som bildas när austenit kyls snabbare än för perlit men långsammare än för martensit. Den ser ut som små fjäderlika mönster under mikroskop.

   • Resultat: blir ett stål som är hårdare än perlit men segare än martensit.

3. Martensit = Bildas när austenit kyls väldigt snabbt (släcks i vatten eller olja). Kolatomerna hinner inte flytta sig, så strukturen “fastnar” i ett spänt läge.

   • Resultat: blir ett mycket hårt men sprött stål som ofta måste anlöpas för att bli segare.

4. Sfäroidit = bildas när perlit värms länge vid låg temperatur. Då blir cementiten rund i stället för att ligga i tunna lager.

   • Resultat: Ett väldigt mjukt och formbart stål, perfekt när man ska bearbeta materialet mycket.

Värmebehandlingar - vad man gör med stålet efteråt?

1. Mjukglödning = Man värmer upp materialet och låter det svalna långsamt så att spänningar hinner försvinna.

   • Resultat: Stålet blir mjukare, segare och lättare att forma eller borra i.

2. Anlöpning = Efter att stålet har blivit mycket hårt genom snabb kylning. Man värmer det lite igen för att minska sprödheten.

   • Resultat: Stålet blir lite mjukare men segare, så det inte spricker lätt men fortfarande är starkt.

3. Karbonitering = En ytbehandling där man tillför kol och kväve till stålets yta genom att värma det i speciella gaser.

   • Resultat: Blir en hård yta och en seg kärna, vilket gör att stålet tål slitage men inte går sönder inuti.

Tillverkningsmetod?

1. Sintring = En tillverkningsmetod där man använder metallpulver. Pulvret pressas och värms tills partiklarna smälter ihop utan att hela materialet smälter.

   • Resultat. Blir en fast metallbit, som till exempel kugghjul eller filter.

Antag att du har ett stycke normaliserat kolstål med ca 0.5 v% kol och resten järn. 

Vid 1 värms stålet upp till just under eutektoida temperaturen och hålls där under lång tid.  

2 kan bara ske om stålet först har bildat 3. 

Om stålet får svalna mycket långsamt från 4 bildas 5. 

Alternativen:

• Mjukglödning.

• Anlöpning.

• Bainit.

• Cementit.

• Perlit.

• Martensit.

• Nymåne.

• Sfäroidit.

• Karbonitrering.

• Austenit.

• Alfa-fas.

• Sintring. 

Vid mjukglödning värms stålet upp till just under eutektoida temperaturen och hålls där under lång tid.  

Anlöpning kan bara ske om stålet först har bildat martensit. 

Om stålet får svalna mycket långsamt från austenit bildas perlit.

De flesta material blir starkare vid högre temperatur, så länge de håller sig i samma fas. 

Falskt.

När temperaturen ökar → atomer vibrerar mer → dislokationer rör sig lättare → materialet blir mjukare (lägre sträckgräns och hårdhet).

Alltså materialet blir svagare vid hög temperatur, inte starkare. 

Generellt sett har keramer höga brottseghetsvärden jämfört med metaller.

Falskt.

Keramer är starka i tryck, men mycket spröda i drag → låg brottseghet. Metaller har hög brottseghet eftersom de kan deformeras plastiskt och stoppa spricktillväxt.

Kompositer är alltid isotropa material.

Falskt.

Kompositer (t.ex. kolfiberlaminat) är ofta anisotropa, eftersom egenskaper beror på fiberriktning.

De kan vara isotropa – men inte alltid.

• Isotropiskt material = Samma egenskaper i alla riktningar. Finns i glas, metaller (ofta), keramer, vissa plaster. 

• Anisotropiskt material = Egenskaperna beror på riktningen. Materialet är starka i en riktning men svagt i en annan. Ex kompositer som kolfibrer, trä (starkt längs fibrerna, svagt tvärs emot). 

Vid materialval ska materialegenskaperna ordnas så att meritvärdet blir högre om materialet passar bättre. 

Sant. 

Detta är exakt hur Ashby-diagram / meritvärde används vid materialval.

Metallbindningar är grunden för deras goda värmeledningsförmåga.

Sant.

Metaller leder värme bra tack vare fria elektroner → snabb energiöverföring.

Glas är amorfa.

Sant.

Glas saknar kristallstruktur → amorft.

• Amorft = Atomerna ligger huller som buller, ingen regelbunden kristallstruktur.

Polymerers beteende bestäms främst av kolkedjans typ och längd, andelen tvärbindningar och eventuella sidogrupper.

Sant.

Ju fler tvärbindningar → desto stelare och hårdare polymer.

Konduktiviteten är ett mått på hur snabbt dislokationerna rör si vid plastisk bearbetning.

Falskt.

• Konduktivitet = Hur bra ett material leder elektricitet eller värme, och det beror på elektronrörelse.

Dislokationernas rörelse vid plastisk deformation kallas dislokationsrörlighet eller glid, inte konduktivitet.

Sammanfattning:

• Konduktivitet beror på fria elektroner och handlar om elektrisk/termisk ledningsförmåg.

  • Konduktivitet = Elektroner rör sig.

• Dislokationsrörlighet beror på kristallstruktur + hinder och handlar om hur lägg material deformeras.

  • Plastiskt deformation = Dislokationer rör sig. 

Givet fasdiagrammet för koppar-tenn. 

a) För enlegering bestående av 20 v% tenn (Sn), vilken eller vilka faster finns vid 519 C?

• Ren α

• Ren β

• Ren γ

• Ren δ

• Blandning av alfa, beta

• Blandning av alfa, gamma.

• Blandning av beta, gamma.

• Blandning av beta, deformation.

• Blandning av gamma, deformation.

• Blandning av alfa, deformation. 

1. Hitta sammansättningen: Lokalisera 20 v% Sn på den horisontella x-axeln.

2. Hitta temperaturen: Lokalisera 519 °C på den vertikala y-axeln.

3. Hitta skärningspunkten: Följ den vertikala linjen uppåt från 20 v% Sn och den horisontella linjen från 519 °C. Dessa linjer möts inuti ett specifikt fält i diagrammet.

Identifiera fältet: Skärningspunkten ligger i fältet som är märkt med beteckningarna Cu (α) och δ. Detta område representerar en blandning av två fasta faser: alfa (α) och (δ).

Svar: Blandning av alfa, deformation.

c) Vad kallas fasövergångar som den som finns vid 586 C och 24.6%.

• Eutektisk.

• Maskinteknisk

• Peritektisk

• Monotektisk

• Eutektoid 

• Peritektoid

• Autoklavisk

• Minimaliskt 

• Megalomanisk

Svar: Eutektoid.

Definition av eutektoid: En eutektoid omvandling är en specifik reaktion där en enda fast fas (i detta fall, beta-fasen, β) omvandlas till två eller flera andra distinkta fasta faser (här 𝛼 och 𝛾) här den kyls vid en specifikt temperatur. 

1. Hitta punkten: Lokalisera punkten vid 586 °C och 24,6 % Sn.

2. Identifiera faserna: Titta på faserna omedelbart ovanför och under denna horisontella linje:

   • Ovanför linjen (högre temperatur): Det finns bara ett enda fast fasområde, betecknat med beta.

   • Längs med/under linjen (lägre temperatur): Fasområdet delas upp i två olika fasta faser: alfa och gamma.

3. Slutsats: Eftersom en fast fas delas upp i andra fasta faser vid en given temperatur vid kylning, är reaktionen eutektoid. Den horisontella linjen representerar denna invarianta reaktion.

Vilken eller vilka metaller skulle kunna vara effektiva som offeranod för ett föremål av nickel (Ni)?

• Silver (Ag)

• Koppar (Cu)

Vilken beskrivning passar bäst ihop med begreppet?

Begrepp:

• Spaltkorrison

• Galvanisk korrision

• Selektiv korrision

Beskrivning:

• Ett oxidskikt bildas genom reaktion med gaser, men faller av och blottar ny, ren metall.

• Det som sker när kroppartak blir grönda.

• Olika material i elektrisk kontakt gör att det ena materialet oxiderar när de sänks ner i elektrolyt.

• Tillfälliga potentialskillnader uppstår på olika ytor, som varierar mellan att vara anod och katod.

• Ett material angrips olika beroende på jonkoncentrationskillnader i vätska.

• I en legering angrips en typ av atomer men inte den andra.

• En folie korroderar lättare om den kläms mellan två plattor på grund av trycket.

• Spaltkorrison = Ett material angrips olika beroende på jonkoncentrationskillnader i vätska.

• Galvanisk korrosion = Olika material i elektrisk kontakt gör att det ena materialet oxiderar när de sänks ner i elektrolyt.

• Selektiv korrision = I en legering angrips en typ av atomer men inte den andra.

Utskiljningars effektivitet i ett partikel- eller utskiljningshärdat material bestäms av ett antal parametrar. Är följande påståenden om effektivitet sanna eller falska.

1. En koherent partikel ger längre effekt än en inkoherent partikel.

2. En rund partikel är bättre än en kantig partikel.

3. Vid samma volymsandel är det bättre med många små än ett fåtal stora partiklar.

4. Det är bra om partiklar är mer duktil än matrisen.

1. En koherent partikel ger längre effekt än en inkoherent partikel.

   • Falskt.

   • Koherent = Partikeln passar in i gittert (samma orientering/period). Det ger starka spänningsfält runt partikeln som bromsar dislokationer effektivt.

   • Inkoherent = dålig gitterpassning, svagare koppling. Dislokationer kan lättare glida runt (bypass).

2. En rund partikel är bättre än en kantig partikel.

   • Sant.

   • Runda/ jämna partiklar ger jämna spänningsfält och bromsar dislokationer utan att skapa sprickkänsliga hörn.

   • Kantiga partiklar ger spänningskoncentration → lättare sprickstart/embrittlement och sämre seghet.

3. Vid samma volymsandel är det bättre med många små än ett fåtal stora partiklar.

   • Sant.

   • Många små betyder kortare avstånd mellan partiklarna → dislokationer hindras oftare (svårt att “slingra emellan”)

   • Få stora ger stora mellanrum → lättare för dislokationer att passera.

4. Det är bra om partiklar är mer duktil än matrisen.

   • Falskt.

   • För att bromsa dislokationer ska partikeln vara hård/styv och svår att klippa.

   • En duktil partikel deformeras tillsammans med matrisen → stoppar inte dislokationerna lika bra.

Matcha varje term/uttryck med korrekt beskrivning.

Term:

1. Energin som krävs för att slå sönder en provstav.

2. Lägsta spänning som krävs för att materialet ska spricka.

3. Mängden plastisk deformation innan materialet börjar spricka.

4. Ytfel i kristaller, viktiga för att motverka korrosion.

5. Lägsta spänningsintensiteten som krävs för att en spricka ska växa till.

6. Längsta spänningsintensitet som krävs för att dislokationer ska börja röra sig i materialet.

7. Längsta spänning som krävs för att dislokationer ska börja röra sig i materialet.

8. Samma sak som seghet.

9. Linjefel i kristaller, krävs för plastisk deformation.

Uttryck:

1. K_l^c

2. Sträckgräns

3. Duktilitet.

4. Dislokation

1. K_l^c = Längsta spänningsintensisten som krävs för att en spricka ska växa till.

2. Sträckgräns = Längsta spänning som krävs för att dislokationer ska börja röra sig i materialet. 

3. Duktilitet = Mängden plastisk deformation innan materialet börjar spricka.

4. Dislokation = Linjefel i kristaller, krävs för plastisk deformation. 

Vid kallbearbetning, som till exempel valsning, förändras vissa materialegenskaper. Vissa höjs, vissa sänks och vissa är i stort sett oförändrade.

Hur ändras följande egenskaper? Välj mellan ökar, minskar eller oförändrad.

1. Dislokationstätheten.

2. E-modulen.

3. Sträckgränsen.

4. Anisotropi.

5. Duktilitet.

6. Antal korn.

1. Dislokationstätheten = Ökar.

2. E-modulen = Oförändrad.

3. Sträckgränsen = Ökar.

4. Anisotropi = Ökar.

   • Anistropi = Egenskaperna beror på riktningen. Materialet är starka i en riktning men svagt i en annan. Ex kompositer som kolfibrer, trä (starkt längs fibrerna, svagt tvärs emot). 

5. Duktilitet = Minskar.

6. Antal korn = Oförändrad.

Seghet och brottseghet beskriver samma materialegenskaper.

Falskt.

Brottseghet = Motståndskraften mot spricktillväxt.

• Om det redan finns en spricka, växer den lätt eller stoppas den?

• Ex: Glas har låg brottseghet (spricka växer snabbt), stål har hög brottseghet (spricka stoppas ofta). 

Seghet = Hur mycket energi materialet kan ta upp innan det går av.

• På dragprovskurven så motsvarar den ytan under hela kurvan fram till brott. Ju större yta, desto segare material.

• Seghet = Energi för att hela materialet ska gå av.

Duktilitet är ett mått på ett materials förmåga att utsättas för plastisk deformation utan att sprickbildning uppstår.

Sant.

Duktilitet = Hur mycket materialet kan deformeras plastiskt innan brott/ innan sprickbildning uppstår.

Materialparametrarna sträckgräns, brottgräns, E-modul, brottförlängning och seghet kan erhållas från dragprovskurvan. 

Falskt.

En dragprovskurva visar spänning (σ) mot töjning (ε) när man drar i ett prov. Den visar:

• E-modul → Lutning i början.

• Sträckgräns → Början på plastisk deformation.

• Brottgräns → Maxpunkt.

• Brottöjning → Töjning vid brott.

Seghet → NEJ, kräver beräkning (arean under kurvan → inte direkt synligt).

Med glasomvandlingstemperatur menas den temperaturen då en polymer går från att vara seg och duktilt (över Tg) till att vara spröd och glasakti (under Tg).

Sant.

Polymer = Plastmaterial byggt av långa kedjor (texplastpåsar, gummiblad).

Tg (glasomvandlingstemperatur) = Gränstemperatur där polymeren byter beteende.

• Ex: En plastpåse i frysen blir sprött (under Tg), men i rumstemperatur är den mjuk och böjlig (över Tg).

Korslänkning av polymerer påverkar ej dess mekaniska egenskaper.

Falskt.

Korslänkning gör att materialet blir styvare och starkare, men ofta också mindre töjbart.

Korslänkning = När polymerkedjor binds ihop med varandra genom kemiska bindningar (ofta kovalenta bindningar).

• Korslänkning är som att limma ihop flera spaghetti-trådar (polymerkedjor) på vissa ställen, så att de inte kan röra sig fritt längre.

Keramer är mycket spröda material med hög draghållfasthet.

Falskt. 

Keramer har hög hårdhet och tryckhållfasthet, men låg draghållfasthet. 

• Spröd = Betyder att materialet spricker utan att deformeras först. 

Ett kompositmaterial är en sammansättning av två eller flera material.

Sant.

• Komposit = Material som kombinerar flera material för att få bättre egenskaper.

FCC- och BCC-metaller har likvärdiga materialegenskaper vid låga temperatur.

Falskt.

• BCC = Kulorna har lite luft mellan sig (mindre tätt).

• FCC = Kulorna ligger supertätt, nästan som bollar staplade i en pyramid.

Att minska dislokationsrörligheten ökar både stäckgräns och duktilitet. 

Falskt.

Om man hindrar dislokationerna blir materialet starkare (högre sträckgräns) men mindre duktilt (sprödare). 

• Dislokationer = Små “fel” i kristallstrukturen som gör det möjligt för metallen att deformeras. 

Antalet vakanser ökar linjärt med temperaturen, och det förklarar nästan helt varför material utvidgas vid temperaturhöjning.

Falskt.

När du värmer metall rör sig atomerna mer och “trycker” på varandra, därför blir metallen lite längre. Det har mycket lite att göra med de små tomrummen (vakanserna).

De är mer en bieffekt av värmen, inte orsaken till att metallen växer.

• Vakanser = Tomma platser i kristallgittret där en atom saknas.

Metaller, keramer, polymerer och kompositer tillhör olika materialgrupper med olika materialegenskaper som tills stor del beror av dess inbördes kemiska bindningar och styrka. Det finns fyra olika bindningstyper (se tabell). Rangordna deras styrka från 1 (starkast) till 4 (svagast).

Van der Waals bindningar = 4.

• Mycket svaga “klibbiga” krafter mellan molekyler.

• De håller ihop plastmolekyler, gaser, eller fettmolekyler.

Jonbindningar = 1.

• Den här är det starkaste limmet mellan atomer.

• Bildas mellan positiv och negativ jon. Starka elektriska krafter mellan laddningar.

Metallbindningar = 3.

• Positiva metalljoner som sitter i ett gitter. Elektronerna “flyter fritt” runt dem som ett elektronmoln.

• Som bollar (atomer) i ett hav av vatten (elektroner). De hålls ihop, men kan glida lite.

Kovalenta bindningar = 2.

• Atomer delar på elektroner för att “fylla” sina elektronskal.

• Det gör att de håller hårt ihop, men det finns ingen laddningsattraktion som i jonbindning.

Ett materials mekaniska egenskaper beror på olika sätt av felaktigheter i kristallerna: Punktfel (1), linjefel (2), ytfel (3) och volymfel (4). Hjälp oss att kombinera rätt siffra (1-4 i texten ovan) till orden genom att skriva in rätt siffra på raderna i tabellen.

1. Punktfel = Någon enskild plats i kristallgittret är fel. 

   • Typer av punktfel:

     • Vakans = En plats där en atom saknas.

     • Interstitiell atom = En extra atom som trängt sig in mellan andra.

     • Substitutionsatom = En “främmande” atom har bytt plats med den vanliga.

2. Linjefel = Ett fel längs en linje i gittret.

   • Typer av linjefel:

   • Dislokation = Är just den typen av linjefel, det är alltså ett exempel på ett linjefel.

3. Ytfel = Alla metaller (och de flesta fasta material) är byggda av kristaller. Men inte en enda jättestor kristall, utan många små kristaller som sitter ihop som små “korn”/”kristallkorn”.

   • Ett tyfel är där två kristaller möts och deras atomriktningar inte stämmer exakt.

   • Det är alltså fel som finns vid gränsen mellan två korn.

4. Volymfel = Små partiklar eller klumpar som bildats inne i materialet. De är inte enstaka punkter eller linjer, utan små områden i 3D. 

Utskiljningar = 4 (Volymfel)

• Utskiljningar = Små partiklar av en annan fas som bildas inne i materialet som har volym.

Dislokationer = 2 (Linjefel)

• Dislokationer = Ett “felspår” i kristallen längs en linje.

Korngräns = 3 (ytfel)

• Korngräns = Gränsen/ytan där två korn (små kristaller) möts, med olika riktning.

Polymer delas generellt in i tre huvudgrupper (Termoplaster, Härdplaster och Elastomerer). Placera följande polymermaterial i dess rätta huvudgrupp. Endast ett material (siffra) skall anges för varje grupp. 

1. Bakelit

2. Naturligt gummi

3. Gummigutta

4. Polyvinylklorid (PVC)

1. Bakelit = Hård, spröd, värmetålig, ej smältbar.

   • Används: Gamla telefoner, eluttag, handtag till kastruller.

2. Naturligt gummi = Töjbar, elastisk, studsar. 

   • Används: Däck, gummiband, handskar.

3. Gummigutta = Kan mjukna och formas vid värme. (Hård naturgummi-liknande plast).

4. Polyvinylklorid (PVC) = Klassisk plast, kan smältas om.

   • Används: Rör, golv, kablar, plastleksaker.

• Termoplast = 4 Polyvinylklorid (PVC)

• Härdplast = 1 Bakelit

• Elastomer = 2 Naturligt gummi

Vad betyder när följande begrepp ökar/minskar:

1. Sträckgräns

2. Brottgräns 

3. Seghet

4. Duktilitet

5. Brottseghet

1. Sträckgräns:

   • Hög sträckgräns = svårare att böja/plastiskt deformera (hårdare material).

   • Låg sträckgräns = lättare att forma eller töja (mjukare material).

2. Brottgräns 

   • Hög brottgräns = materialet tål högre belastning innan det går sönder.

   • Låg brottgräns = går sönder vid mindre belastning.

3. Seghet

   • Hög seghet = materialet kan ta upp mycket energi innan det går av (tål stötar, böjning).

   • Låg seghet = går av snabbt, utan mycket deformation (sprött).

4. Duktilitet

   • Ökad duktilitet = mer böjbart, töjbart, segt

   • Minskad duktilitet = mer sprött, går lättare av.

5. Brottseghet

   • Hög brottseghet = sprickor växer långsamt eller stoppas (spricktåligt).

   • Låg brottseghet = sprickor växer snabbt (sprött, t.ex. glas).

Vad händer i metall när den:

• Kallbearbetas?

• Glödgas?

• Kallbearbetning → hårdare, starkare, sprödare.

• Glödgning → mjukare, segare, mer töjbar.

Avsluta meningarna nedan med M (minskar), Ö (ökar) eller I (inte ändras nämnvärt). 

En typisk metall som bearbetats plastiskt vid rumstemperatur värms upp till en temperatur som ligger nära halva smälttemperaturen (T_m / 2) och får sedan svalan långsamt till rumstemperatur igen. 

1. Kallbearbetning:

Du har en metall som har bearbetats kallt, tex har du hamrat, böjt eller sträckt den vid rumstemperatur. När du gör det händer något inuti:

• Kornens form förvrängs.

• Det bildas många dislokationer (defekter).

• Allt blir trassligt inuti metallen.

2. Värmning (glödgning):

När du värmer upp metallen till ungefär halva smälttemperaturen (till ca Tₘ/2) och låter den svalna långsamt:

• Metallen får tid för dislokationer att röra sig och försvinna.

• Nya, “fina” korn växer fram.

• Materialet “nollställs och blir mjukt och formbart igen.

Det här kallas rekristallisation (nybildning av korn).

OBS: Metallen är inte bara mjuk för att den är varm, den är mjuk för att dess inre struktur förändras. 

Det är den här processen som gör att metallen mjuknar.

3. Långsam kylning:

Om du nu låter den svalan långsamt:

• Den behåller sina fina, släta korn.

• Inga nya hårda strukturer hinner bildas.

Metallen är mjuk, töjbar och lätt att bearbeta.

Jag börjar med en metall som har kallbearbetats, till exempel att man har böjt, pressat eller dragit den vid rumstemperatur.

På grund av kallbearbetningen har det bildats många dislokationer (fel i atomstrukturen), vilket gör att atomerna trasslat ihop sig.
Materialet har därför blivit hårt och sprött, men inte längre töjbart.

Om jag nu värmer upp metallen till ungefär halva dess smälttemperatur börjar rekristallisation, nya, fina korn bildas och dislokationerna försvinner.

När jag sedan låter den svalna långsamt får atomerna tid att lägga sig till rätta.
Det bildas inga nya spänningar, så materialet förblir mjukt, segt och töjbart även när det har svalnat till rumstemperatur.

Om jag däremot hade kylt den snabbt (släckning) hade atomerna “frusit fast” i en spänd struktur.
Då hade metallen blivit hård men spröd.

a) dess sträckgräns = Minskar

b) dess hårdhet = Minskar

c) dess duktilitet = Ökar

d) dess E-modul = Inte ändras nämnvärt 

e) antalet dislokationer i metallen = Minskar 

f) dislokationsrörligheten i metallen = Ökar.

En plåtdetalj, tex en bildörr som till stora delar är tillverkad i stål kan skyddas mot korrosion genom att man belägger dess yta med ett zinkskikt.

a) Beskriv vad som menas med begreppet korrosion.

b) Förklara vad som krävs för att ett material skall angripas av elektrokemiska korrosion. Beskriv med hjälp av tex korrosionstriangeln.

c) Beskriv hur zinkbeläggningen (Zn) skyddar plåtdetaljen.

d) Varför belägger man inte plåtdetaljen med tenn (Sn) istället för zink (Zn)?

a) Beskriv vad som menas med begreppet korrosion.

• Korrosion är när metall reagerar med syre och vatten och bryts ner (tex rost). Det är en elektronkemisk reaktion där metallen oxideras (ger ifrån sig elektroner).

b) Förklara vad som krävs för att ett material skall angripas av elektrokemiska korrosion. Beskriv med hjälp av tex korrosionstriangeln.

1. Anod = Där metallen rostar (oxiderar).

2. Katod = Där syre/vatten tar upp elektroner.

3. Elektrolyt = Vätska som leder joner (tex vatten).

   • Anod + Katod + elektrolyt = Korrosion.

c) Beskriv hur zinkbeläggningen (Zn) skyddar plåtdetaljen.

• Zink skyddar på två sätt.

  • Barriär = Täcker stålet så vatten/syre inte går in.

  • Offeranod = Om ytan repas, rostar zinken istället för järnet.

d) Varför belägger man inte plåtdetaljen med tenn (Sn) istället för zink (Zn)?

• Tenn är ädlare (finare) än järn, vilket betyder att tenn inte rostar själv. Om tennlagret skadas kommer därför järnet under att rosta istället.

• Tillskillnad från Zink där den är oädlare än järn, dvs den offrar sig och rostar först, vilket skyddar järnet från att korrodera.

Du har fått i uppdrag att bestämma en tillverkningsprocess för en cykelpedal som ska gjutas och sedan fräsas till slutlig form. Vilken av de två aluminiumlegeringarna A eller B ska du använda och varför? Beskriv stegen i den process du valt för att uppnå den önskade styrkan och hur de olika stegen processen fungerar. 

Legering A: Al med 10v% Si.

Legering B: Al med 3v% Cu.

Jag väljer legering B (Al–3 % Cu).
Al–Si (A) är bra att gjuta men blir hårt och sprött direkt och kan inte värmebehandlas för att öka styrkan.

Al–Cu (B) kan däremot lösningsbehandlas, släckas och åldras, vilket gör att man kan bearbeta (fräsa) delen när den är mjuk och sedan öka styrkan efteråt genom åldring.

Ett sprödbrott sker efter att materialet genomgått en stor plastisk deformation.

Falskt.

• Sprödbrott = Materialet går av plötsligt utan märkbar formändring.

• Plastisk deformation = Materialet hinner ändra form (böjas, sträckas) innan brott. Dock gäller det sega material, inte spröda.

• Ex: Glas → sprött, böjs inte innan det går av; stål → segt, kan töjas innan brott.

Seghet är ett mått på materialets förmåga att absorbera energi innan brott.

Sant.

Seghet = Området under spänings-töjningskurvan (hur mycket energi som krävs för att bryta).

• Hög seghet = Materialet kan deformeras mycket och ta upp energi (tex stål).

• Låg seghet = Sprött material (tex glas). 

Antalet glidsystem är färre i en BCC (body centered cubic) metall jämfört med en FCC (face centered cubic) metall.

Falskt.

• Glidsystem = Plan + riktning där atomer kan glida. Detta avgör hur lätt materialet deformeras.

• Aktiva glidsystem = Alla metaller har många möjliga glidsystem,
  men alla används inte alltid.

  • Glidsystem är de deformation som faktiskt sker.

• BCC = Har fler möjliga glidsystem.

  • Men eftersom strukturen inte är tättpackad, krävs mycket energi för att dislokationer ska röra sig.

  • Vid rumstemperatur är bara några få glidsystem aktiva → BCC är mindre duktilt.

• FCC = Har färre glidsystem totalt.

  • Men de är tättpackade och lättaktiverade.

  • Därför har FCC många aktiva glidsystem vid rumstemperatur → mycket duktilt (lätt att forma).

Ett materials egenskaper beror på dess kemiska sammansättning och mikrostruktur.

Sant.

Två material med samma kemi kan har olika mikrostruktur och egenskaper (tex härdat vs glödgat stål).

• Kemisk sammansättning = Vilka grundämnen materialet består av.

• Mikrostruktur = Hur atomerna/faserna är ordnade. 

Dislokationer är en typ av defekter i kristallsturkturen hos tekniska material (såsom metaller, keramer och halvledare), vilket har stor inverkan på deras egenskaper. En typ av punktdefekt kallas vakanser, vilket innebär avsaknad av en atom i gittret och skapar dragspänningar. 

Sant.

• Dislokation = Linjeformig defekt där atomer inte ligger perfekt. Dislokationer gör att materialet kan deformeras lättare. 

• Vakanser = Tomma atomplatser i gittret. 

Båda typerna av defekter påverkar materialets styrka och formbarhet. 

Vid galvanisk korrosion kallas den mest aktiva elektroden för katod och den är den som oxiderar/rostar.

Falskt.

• I galvanisk korrosion:

  • Anoden = Den delen som oxiderar (rostar, löses upp).

  • Katoden = Den delen som inte rostar. Det är har elektronerna tas upp efter att de har förflyttat sig.

För metaller sker kryp oftast vid rumstemperatur.

Falskt.

• Kryp = Långsam, plastisk deformation över tid vid höga temperaturer. 

Underkylning innebär att ett material kan vara flytande även under den temperatur där det normalt smälter vid värmning.

Sant.

• Underkylning (supercooling) = Vätskan kyls under sin smältpunkt men stelnar inte direkt.

• Kräver att inga kristallisationskärnor finns som startar stelningsprocessen.

Metaller, keramer, polymerer och kompsiter tillhör olika materialgrupper med olika egenskaper som till stor del beror av dess kemiska bindningar: metallbindningar, kovalent bindning och jonbindning.

Koppla dessa bindningstyper till rätt påstående.

Påstående:

1. Atomer med mycket olika elektronegativitet, bindningarna är ej riktade och verkar över relativt stora avstånd.

Jonbindning.

När två atomer har stor skillnad i elektronegativitet (den ena drar mer i elektroner), ger den ena bort elektroner och den andra tar emot.

Denna process heter jonbindning.

Den som ger bort blir positiv (katjon) och den som tar emot blir negativ (anjon).
De dras till varandra av elektriska krafter som verkar åt alla håll (inte riktad bindning).

• Elektronegativitet = Hur starkt en atom “drar” i elektroner. 

• “Bindningarna är ej riktade” = Dragkraften mellan atomerna verkar i alla riktningar.

Metaller, keramer, polymerer och kompsiter tillhör olika materialgrupper med olika egenskaper som till stor del beror av dess kemiska bindningar: metallbindningar, kovalent bindning och jonbindning.

Koppla dessa bindningstyper till rätt påstående.

Påstående:

2. Valsenselektroner delas mellan atomer, bindningarna är riktade och verkar över korta avstånd vilket ger låg packningsgrad.

Kovalent bindning.

När två atomer har ungefär lika elektronegativitet, vill ingen ge bort sina elektorner. Istället delar de på elektronerna för att båda ska få ett fullt yttre skal.

Denna process kallas kovalent bindning.

Elektronerna delas mellan atomerna, därför pekar bindningen i en bestämd riktning (riktad bindning). 

Eftersom atomerna delar elektroner måste de ligga mycket nära varandra, vilket gör att de inte packas så tätt.

• Valenselektroner = De yttersta elektronerna i en atom som används vid bindningar.

• Riktad bindning = Bindning går åt ett bestämt håll, mellan specifika atomer.

Metaller, keramer, polymerer och kompsiter tillhör olika materialgrupper med olika egenskaper som till stor del beror av dess kemiska bindningar: metallbindningar, kovalent bindning och jonbindning.

Koppla dessa bindningstyper till rätt påstående.

Påstående:

3. Katjoner i ett hav av valsenselektroner, bindningarna är ej riktade, ger tät packning av atomer. 

Metallbindning.

När många metallatomer samlas vill de inte hålla fast sina yttersta elektroner. Istället släpper de ut dem, så att elektronerna kan röra sig fritt mellan alla atomer. 

Denna process kallas metallbindning.

De fria elektronerna bildar ett elektornhav som håller ihop de positiva metalljonerna. Eftersom elektronerna rör sig fritt är bindningen inte riktad, och atomerna kan därför packas mycket tätt.

• Elektronhav = Fria elektroner som rör sig mellan alla metallatomer. 

• Metalljon = Positiv metallatom (efter att ha släppt sina elektroner).

Fasövergångar beskrivs av fasdiagram, som i det här exempelt med aluminum och kisel.

a) Vilken typ av fasdiagram är detta?

• Pantektiskt

• Peritekoidiskt

• Med lösningsgap

• Eutektiskt

• Monotektiskt

Eutektiskt

• Ett fasdiagram är eutektiskt bara om det finns en eutektisk punkt, en specifik plats där vätskan stelnar till två fasta faser samtidigt.

Fasövergångar beskrivs av fasdiagram, som i det här exempelt med aluminum och kisel.

b) Om en legering med 5 at% kisel (Si) och resten aluminium (Al) (oändligt) långsamt får stelna från smälta, så kommer

• En del av materialet bestå av (nästan) ren aluminum, och resten är en blandning av Al-rik fas och Si-rik fas.

• Allt material består av en blandning av Al-rik fas och Si-rik fas, jämt spridda.

• En del av materialet består av (nästan) ren kisel, och resten är en blandning av Al-rik fas och Si-rik fas.

En del av materialet bestå av (nästan) ren aluminum, och resten är en blandning av Al-rik fas och Si-rik fas.

Steg 1:

• 5 at% kisel (Si) ligger till vänster om den eutektiska sammansättningen (som är vid 12,6 % Si).

• Det betyder att vi har en Al-rik legering.

Sammanfattning:

• Eftersom 5 % Si < 12,6 % Si (eutektisk punkt) → legeringen är hypoeutektisk.

• Stelningen sker i två steg:

  1. Först bildas α-fas (nästan ren Al).

  2. Sedan bildas en eutektisk blandning (Al + Si).

• Slutstrukturen = primär Al-fas + eutektisk (Al + Si) blandning.

Vad är skillnad mellan BCC, FCC och HCP?

BCC - Body-centered cubic.

• En atom i varje hörn av kuben + 1 atom i mitten.

• Packningstäthet är låg.

• Egenskaper:

  • Svårare för dislokationer att röra sig → högre hållfasthet men lägre duktilitet.

  • Blir ofta sprödare vid låg temperatur.

  • Tex: Alfa-järn (ferrit), krom, volfram.

FCC - Face-centered cubic.

• En atom i varje hörna + 1 atom i mitten på varje sida (6 st).

• Packningstäthet är hög.

• Egenskaper:

  • Lätt för dislokationer att röra sig → väldigt duktilit.

  • Håller sig duktilt även vid låg temperatur.

  • Tex: Aluminium, koppar, nickel, guld.

HCP - Hexagonal close-packed.

• Skikt av atomer i ett hexagonalt mönster.

• Packningsgrad är hög, ungefär som FCC.

• Egenskaper:

  • Har färre glidplan än FCC → mindre duktilt än FCC.

  • Ofta starkt med inte lika fomrbart.

  • Tex: Titan, magnesium

Vad betyder följande begrepp:

1. Sprött brott

2. Duktilt brott

3. Utmattning 

4. Kryp

1. Sprött brott:

   • Materialet går av snabbt och utan att töjas mycket.

   • Brottytan är platt och sprickan går ofta mellan kornen.

   • Ingen större varning innan det går av.

     • Tänk: Som glas - det bara går av direkt.

2. Duktilt brott:

   • Duktilt brott sker snabbt men efter att materialet deformeras mycket (dras ut eller böjs) innan det går av.

   • Dvs brottet sker inte efter lång tid, utan omedelbart när materialet inte orkar mer.

   • Brottytan är ojämn, ofta med en “tratt” eller utdragen form.

     • Tänk: Segt material som tuggummi - töjs innan det går av.

1. Utmattning:

   • Brottet sker också efter långt tid men här beror det på antal upprepade belastningar (cykler) som materialet har blivit utsatt för innan brott. 

   • Brottytan har striationer (tunna linjer som visar hur sprickan växt lite i taget).

   • Brottet börjar långsamt, men till slut går det av.

     • Tänk: Ett gem du böjer fram och tillbaka tills det går av. 

2. Kryp:

   • Brott som sker efter att materialet har varit utsatt för värme och belastning under lång tid. 

   • Haveriet sker långsamt - materialet “kryper” och förlängs innan det går sönder. 

     • Tänk: Metall som långsamt töjs i värme över tid. 

Olika brottbeteenden betyder olika utseenden på brottytorna och resten av detaljen. Koppla de olika brottbeteendena:

• S: Sprött brott

• D: Duktilt brott

• U: Utmattning

• K: Kryp

till följande beskrivningar genom att sätta rätt bokstav/bokstäver efter påståendena.

Beskrivning:

1. Stor deformation efter haveri.

2. Snabbt brott (mindre än minuter).

3. Sprickan går mellan kornen, brottytan visar kornytorna.

4. Brottytan innehåller striationer.

5. Haveri sker efter lång tid.

1. Stor deformation efter haveri.

• Duktilt.

• Kryp.

  • Haveri = När något går sönder eller kollapsar helt.

2. Snabbt brott (mindre än minuter).

   • Sprött.

   • Duktilt.

3. Sprickan går mellan kornen, brottytan visar kornytorna.

   • Sprött.

4. Brottytan innehåller striationer.

   • Utmattning. 

     • Striationer = Tunna, parallella linjer på brottytan som visar sprickans tillväxt.

5. Haveri sker efter lång tid.

   • Utmattning.

   • Kryp.

     • Haveri = När något går sönder eller kollapsar helt. 

Vid utskiljningshärdning beror materialegenskaperna på tid och temperatur för åldringen.

En legering består av två ämnen, A och X, där X är tillsatsen. Upplösningsbehandlingen gör att legeringen når enfasområdet (A): A med inlöst X.

Markera vilket eller vilka avslutningar på meningen som är korrekt.

Om åldringstemperaturen sänks så:

• blir det lättare att få jämna egenskaper i hela komponenten.

• sänks den maximala sträckgränsen vid “peak aging”.

• går det fortare att nå överåldrat tillstånd.

• kommer materisen att ha lägre halt av ämne X.

Om åldringstemperaturen sänks så:

• blir det lättare att få jämna egenskaper i hela komponenten.

• kommer materisen att ha lägre halt av ämne X.

1. Vid lägre temperatur blir temperaturskillnader (temperaturgardienter) mindre → hela komponenten åldras mer jämnt.

2. När temperaturen sänks, minskar lösligheten av X i matrisen. Det betyder att mindre X kan stanna löst i grundmaterialet (matrisen).

• Utskiljningshärdning = Värmebehandling där små partiklar bildas i metallen för att göra den starkare. Det är alltså ett sätt för att åldra metallen.

• Åldringstemperatur = Den temperatur man håller metallen vid för att utskiljningarna ska växa.

• Matris =

  • I materiallära (i detta fall) = Själva grundmaterialet, dvs själva metallen utan partiklar.

  • I kompositmaterial (tex glasfiber, kolfiber som vi har lärt oss förut) = Ett ämne som fungerar som lim som håller ihop fiberna i materialet. 

• Sträckgräns = Den spänning som materialet börjar deformeras plastiskt (börjar töjas permanent). 

• Överåldring = När partiklarna blivit för stora, metallen blir mjukare igen då metallen har hålls vid samma temp långt tid. 

• Temperaturgradient = Skillnaden i temperatur mellan olika delar av materialet. 

• Tillsats = Ett ämne som man lägger till en metall för att förändra och förbättra dess egenskaper.

  • Alltså: Du har ett grundämne (matrisen) och så tillsätter du ett annat ämne (tillsatsen).

Förklara begreppet kryp och hur det begränsar användningen av material och komponenter. Förklara även hur accelererad kryptestning går till.

Kryp är en långsam deformation som sker när ett material utsätts för en konstant belastning vid hög temperatur under lång tid.

Vid hög temperatur kan atomerna röra sig lättare, vilket gör att materialet töjs ut även om kraften inte ökar.

Det begränsar användningen av material i varma miljöer, eftersom komponenter kan förlängas eller gå sönder efter lång tid (t.ex. i turbiner och ångpannor).

Vid accelererad kryptestning värmer man materialet mer än normalt för att få krypet att gå snabbare och kunna se hur det skulle bete sig under lång tid.

Förklara begreppen korn och korngräns. Gör även en jämförelse till begreppen (fast) fas och fasgräns. 

Klargör tydligt hur och varför mekaniska egenskaper och korrosionsegenskaper ändras om kornen blir mindre, större eller om alla korngränser tas bort.

Korn är små kristaller i metallen, och korngränser är gränserna mellan dessa kristaller.

Om kornen blir mindre får man fler korngränser som stoppar dislokationer, vilket ökar hållfastheten.

Om kornen blir större minskar styrkan och risken för korrosion minskar något.

Om alla korngränser tas bort (enkristall) blir materialet mjukt och tål höga temperaturer bättre.

Korn och korngräns skiljer sig från fas och fasgräns – korn hör till samma fas men med olika riktning, medan fasgräns skiljer två olika faser åt.