MTT3 studeersnel samenvatting metalen | Quizlet

Wat is de kernregel voor materiaaleigenschappen bij metalen?

Eigenschappen = samenstelling + proces + microstructuur. Door legeren en warmtebehandelen verander je microstructuur en dus sterkte, hardheid, taaiheid, slijtvastheid en corrosievastheid.

Wat zijn ferro metalen?

Ferro metalen zijn ijzerhoudende metalen, zoals zuiver ijzer, koolstofstaal, gietijzer, gelegeerd staal en roestvast staal.

Wat zijn non-ferro metalen?

Non-ferro metalen zijn metalen waarbij ijzer niet het hoofdbestanddeel is, zoals aluminium, koper, magnesium, titanium en nikkel.

Wat is staal?

Staal is een ijzer-koolstoflegering met ongeveer minder dan 2 massaprocent koolstof.

Wat is gietijzer?

Gietijzer is een ijzer-koolstoflegering met meer dan ongeveer 2 massaprocent koolstof; het wordt vooral gegoten omdat het door het hoge koolstofgehalte brosser is.

Wat is het verschil tussen staal en gietijzer?

Staal heeft ongeveer <2% C en is beter vervormbaar; gietijzer heeft >2% C, is goed gietbaar maar vaak brosser.

Wat is het effect van meer koolstof in staal?

Meer C maakt staal sterker en harder na warmtebehandeling, maar verlaagt ductiliteit en lasbaarheid.

Welke non-ferro metalen worden als licht genoemd?

Aluminium, magnesium en titanium worden als lichte metalen genoemd.

Welke non-ferro metalen worden als zwaar genoemd?

Koper en nikkel worden als zware non-ferro metalen genoemd.

Wat betekent kristallijn bij metalen?

Kristallijn betekent dat atomen in een regelmatige structuur/rooster staan met ordening over lange afstand.

Welke kristalroosters moet je kennen voor metalen?

KRG/BCC, KVG/FCC en HDP/HCP.

Bij welke fase hoort KRG/BCC in staal?

Ferriet heeft een KRG/BCC-rooster.

Bij welke fase hoort KVG/FCC in staal?

Austeniet heeft een KVG/FCC-rooster.

Welke metalen hebben een HDP/HCP-rooster volgens de samenvatting?

Magnesium, zink en titanium.

Waarom zijn praktische metalen niet perfect?

Ze bevatten roosterfouten zoals puntfouten, substitutie- en interstitiële atomen, dislocaties en korrelgrenzen.

Wat is een puntfout?

Een plaatselijke fout in het kristalrooster, bijvoorbeeld een vacature of een vreemd atoom.

Wat is een substitutieatoom?

Een vreemd atoom dat de plaats van een basismetaalatoom in het rooster inneemt.

Wat is een interstitieel atoom?

Een klein atoom dat tussen de gewone roosteratomen in de open ruimte van het kristalrooster zit.

Wat is een dislocatie?

Een lijnfout in het kristalrooster waardoor plastische vervorming makkelijker kan plaatsvinden.

Waarom zijn dislocaties belangrijk?

Plastische vervorming gebeurt vooral door dislocatiebeweging; als je dislocaties tegenhoudt, wordt het metaal sterker.

Wat is de kern van alle verstevigingsmechanismen bij metalen?

Dislocatiebeweging blokkeren of moeilijker maken.

Noem de belangrijkste verstevigingsmechanismen bij metalen.

Koudversteviging/werkversteviging, korrelverfijning, oplosharding, precipitatieharding, martensietvorming/afschrikharden en dispersieharding.

Wat is werkversteviging?

Een metaal wordt sterker door plastische vervorming, waardoor meer dislocaties ontstaan die elkaars beweging hinderen.

Wat is korrelverfijning?

Versteviging door kleinere korrels en dus meer korrelgrenzen; korrelgrenzen blokkeren dislocatiebeweging.

Wat is oplosharding?

Versteviging doordat legeringselementen met andere atoomgrootte in vaste oplossing het rooster verstoren en dislocaties hinderen.

Wat is precipitatieharding?

Versteviging door fijne uitscheidingen/precipitaten uit een oververzadigde vaste oplossing; deze blokkeren dislocaties.

Wat is dispersieharding?

Versteviging door het inbrengen van fijne harde deeltjes/dispersies die dislocatiebeweging hinderen.

Wat laat een fasediagram zien?

Een fasediagram zet temperatuur uit tegen samenstelling en voorspelt welke fasen bij evenwicht aanwezig zijn.

Wanneer is een fasediagram geldig?

Voor evenwichtssituaties: voldoende tijd en trage afkoeling/opwarming.

Wat is de tentamenvalkuil bij fasediagrammen?

Een fasediagram beschrijft evenwicht; snelle afkoeling zoals martensietvorming is een niet-evenwichtsproces.

Welk fasediagram is belangrijk voor staal?

Het Fe-Fe3C diagram.

Welke fasen/microstructuren moet je kennen in het Fe-C systeem?

Ferriet, austeniet, cementiet, perliet en martensiet.

Wat is ferriet?

Ferriet is α-Fe met KRG/BCC-rooster; het is relatief zacht en kan weinig koolstof oplossen.

Wat is austeniet?

Austeniet is γ-Fe met KVG/FCC-rooster; het bestaat bij hogere temperatuur en kan meer koolstof oplossen dan ferriet.

Wat is cementiet?

Cementiet is ijzercarbide Fe3C; het is hard en bros.

Wat is perliet?

Perliet is een eutectoïdische lamellaire microstructuur van afwisselende laagjes ferriet en cementiet.

Wat is martensiet?

Martensiet ontstaat bij snel afschrikken uit austeniet; het is een harde, brosse niet-evenwichtsstructuur.

Waarom is martensiet een niet-evenwichtsstructuur?

Omdat het ontstaat door zeer snelle afkoeling zonder voldoende diffusietijd voor de evenwichtsomzetting naar ferriet en cementiet.

Wat is onder-perlitisch staal?

Staal met minder dan de eutectoïde C-samenstelling; bij langzame afkoeling bestaat het uit ferriet + perliet.

Wat is boven-perlitisch staal?

Staal met meer dan de eutectoïde C-samenstelling; bij langzame afkoeling bestaat het uit perliet + cementiet.

Waaruit bestaat perlitisch staal ongeveer?

Bij eutectoïde samenstelling bestaat het hoofdzakelijk uit perliet: lamellen ferriet + cementiet.

Welke microstructuur verwacht je bij onder-perlitisch staal bij kamertemperatuur?

Ferriet + perliet.

Welke microstructuur verwacht je bij boven-perlitisch staal bij kamertemperatuur?

Perliet + cementiet.

Waarom verhoogt meer perliet/cementiet vaak de hardheid van staal?

Perliet en cementiet zijn harder dan ferriet; meer C geeft meer harde bestanddelen en minder zachte ferriet.

Wat is het doel van gloeien?

Gloeien maakt staal zachter, spanningsarmer en beter vervormbaar.

Noem vormen van gloeien uit de samenvatting.

Herstelgloeien, rekristalliserend gloeien, normaalgloeien en zachtgloeien.

Wat is herstelgloeien?

Een warmtebehandeling om interne/productiespanningen te verminderen zonder grote microstructuurverandering.

Wat is rekristalliserend gloeien?

Een gloeibehandeling waarbij door nieuwe korrels de effecten van koudvervorming sterker worden hersteld; het kost meer energie en gebeurt op hogere temperatuur dan herstelgloeien.

Wat is afschrikharden?

Staal verwarmen naar het austenietgebied zodat koolstof oplost, daarna snel afkoelen waardoor martensiet ontstaat.

Welke stappen horen bij harden van staal?

1. Austenitiseren. 2. Snel afschrikken. 3. Martensietvorming. 4. Vaak daarna ontlaten.

Waarom ontstaat martensiet bij afschrikken?

Door de hoge afkoelsnelheid is er te weinig tijd voor diffusie; koolstof blijft opgesloten en vervormt het rooster.

Waarom is austeniet belangrijk voor harden?

Austeniet heeft een KVG/FCC-rooster en kan meer koolstof oplossen; bij snel afschrikken kan dit omzetten naar martensiet.

Waarom is martensiet hard?

De oververzadiging met interstitieel koolstof vervormt het rooster sterk en hindert dislocatiebeweging.

Waarom is martensiet bros?

Door grote roostervervorming en hoge interne spanningen is martensiet zeer hard maar weinig taai.

Waarom moet gehard staal meestal worden ontlaten?

Martensiet is hard maar bros en onbruikbaar; ontlaten vermindert brosheid en verhoogt taaiheid.

Wat is ontlaten?

Gehard staal gecontroleerd verwarmen om interne spanningen/brosheid te verminderen en de taaiheid te verhogen.

Wat is veredelen?

Veredelen = harden + hoog ontlaten, voor een betere combinatie van sterkte en taaiheid.

Waarom zijn TTT-diagrammen nodig?

Omdat het Fe-C diagram alleen evenwicht beschrijft; snelle processen zoals martensietvorming vereisen tijd-temperatuur-transformatie-informatie.

Wat voorspelt een TTT-diagram?

Welke transformatie/microstructuur ontstaat bij een bepaalde temperatuur en tijd vanuit austeniet.

Wat gebeurt als je snel genoeg afkoelt onder Ms zonder de neus van het TTT-diagram te raken?

Er ontstaat martensiet.

Waarom wordt zuiver aluminium vaak gelegeerd?

Zuiver aluminium heeft onvoldoende mechanische eigenschappen; legeren verhoogt sterkte/hardheid.

Noem vijf elementen waarmee aluminium wordt gelegeerd.

Cu, Mg, Si, Zn en Mn.

Wat is een voordeel van aluminium?

Aluminium is licht, met een dichtheid van ongeveer 2700 kg/m³.

Wat is een belangrijk nadeel van aluminium ten opzichte van staal?

De absolute E-modulus is veel lager: ongeveer een derde van staal.

Kan aluminium relatief sterk zijn?

Ja, aluminiumlegeringen kunnen relatief sterk zijn, maar aluminium is absoluut veel minder stijf dan staal.

Welke verstevigingsmechanismen zijn belangrijk bij aluminium?

Koudversteviging, korrelverfijning, oplosharding en precipitatieharding.

Welk verstevigingsmechanisme hoort klassiek bij Al-Cu?

Precipitatieharding.

Welk verstevigingsmechanisme hoort bij Al-Mg-Zn legeringen?

Precipitatieharding.

Wat zijn de stappen voor precipitatieharding bij aluminium?

Oplosgloeien, afschrikken en verouderen.

Wat gebeurt bij oplosgloeien in Al-Cu?

Cu wordt in oplossing gebracht in de aluminium-matrix.

Wat gebeurt bij afschrikken in Al-Cu precipitatieharding?

De vaste oplossing wordt oververzadigd doordat Cu niet de tijd krijgt om uit te scheiden.

Wat gebeurt tijdens verouderen van Al-Cu?

Fijne precipitaten/GP-zones/Al2Cu-achtige fasen ontstaan en blokkeren dislocaties.

Waarom geven fijne niet-evenwichtsprecipitaten vaak maximale hardheid?

Ze zijn fijn verdeeld en veroorzaken veel hindering/mispassing voor dislocaties.

Wat is de tentamenzin voor Al-Cu?

Al-Cu wordt versterkt door precipitatieharding: oplosgloeien → afschrikken → verouderen.

In welk C-gebied ligt gietijzer grofweg?

Gietijzer ligt grofweg bij 2,0 tot 4,5 massaprocent C.

Welk element zit naast koolstof vaak in gietijzer?

Silicium (Si).

In welke twee hoofdvormen kan niet-oplosbare koolstof voorkomen in gietijzer?

Als cementiet Fe3C of als grafiet.

Waarom zijn de eigenschappen van gietijzer sterk afhankelijk van koolstofvorm?

De vorm cementiet/grafiet en lamellair/nodulair bepaalt sterkte, brosheid, taaiheid, slink en gietbaarheid.

Wat is wit gietijzer?

Gietijzer waarin koolstof vooral als cementiet Fe3C voorkomt; het is hard en bros.

Wat is grijs gietijzer?

Gietijzer waarin koolstof als grafiet voorkomt.

Welke twee vormen van grijs gietijzer worden genoemd?

Lamellair grafiet en nodulair grafiet.

Wat bevordert grafietvorming in gietijzer?

Meer C, meer Si en langzame afkoeling.

Wat bevordert cementiet/wit gietijzer?

Minder C, minder Si en snelle afkoeling.

Waarom is nodulair grafiet gunstiger dan lamellair grafiet?

Nodulair grafiet geeft minder scherpe spanningsconcentraties en daardoor meestal betere taaiheid.

Hoe kan nodulair grafiet ontstaan?

Door een kleine magnesiumtoevoeging.

Wat moet je bij een gietijzer-microstructuur altijd benoemen?

De matrix én de verschijningsvorm van de niet-oplosbare koolstof: Fe3C, lamellair grafiet of nodulair grafiet.

Wat is selectief harden?

Alleen het oppervlak hard/slijtvast maken terwijl de kern taai blijft.

Waarom selectief harden?

Voor onderdelen waarbij het oppervlak slijtvast moet zijn maar de kern taai moet blijven, zoals assen/tandwielen.

Wat zijn vlamharden en inductieharden?

Thermische oppervlaktebehandelingen: lokaal austenitiseren en snel afschrikken zodat het oppervlak hard wordt.

Verandert vlamharden de chemische samenstelling?

Nee, vlamharden verandert vooral lokaal de microstructuur door austenitiseren en afschrikken.

Verandert inductieharden de chemische samenstelling?

Nee, inductieharden verandert vooral lokaal de microstructuur door inductieverwarming en afschrikken.

Wat is carboneren/opkolen?

Een diffusiebehandeling waarbij het C-gehalte aan het oppervlak wordt verhoogd, gevolgd door harden en ontlaten.

Wat is nitreren?

Een oppervlaktebehandeling waarbij stikstof wordt ingebracht en harde nitriden ontstaan.

Waarom is nitreren anders dan carboneren?

Nitreren vormt nitriden bij lagere temperatuur en vereist geen afschrikken in olie of water; carboneren verhoogt C en wordt gevolgd door harden/ontlaten.

Wat is carbo-nitreren?

Een oppervlaktebehandeling die koolstof en stikstof combineert.

Wat is het verschil tussen inductie/vlamharden en carboneren/nitreren?

Inductie/vlamharden veranderen vooral microstructuur; carboneren/nitreren veranderen ook de samenstelling van het oppervlak.

Wat is de eerste metalen-tentamenregel over fasediagrammen?

Lees fasen af bij temperatuur + samenstelling; gebruik de hefboomregel in een twee-fasegebied.

Wat is de tweede metalen-tentamenregel over koolstof?

Meer C in normaalgegloeid staal geeft hogere sterkte/hardheid en lagere ductiliteit/lasbaarheid.

Wat is de derde metalen-tentamenregel over harden?

Harden staal: austenitiseren → snel afschrikken → martensiet; daarna ontlaten voor taaiheid.

Wat is de vierde metalen-tentamenregel over versterking?

Versterking van metalen = dislocatiebeweging blokkeren.