MTT3 metalen vragen | Quizlet

Wat is een materiaal in MTT en waardoor worden de materiaaleigenschappen beïnvloed?

Een materiaal is een stof/legering gekozen voor bepaalde eigenschappen. Die eigenschappen worden bepaald door samenstelling, procescondities en microstructuur. Klanten vragen eigenschappen, niet alleen een samenstelling.

Leg uit waarom twee producten met dezelfde samenstelling toch verschillende eigenschappen kunnen hebben.

Omdat procescondities zoals temperatuur, vervorming, afkoelsnelheid en warmtebehandeling de microstructuur veranderen. Daardoor veranderen sterkte, hardheid, ductiliteit en taaiheid.

Geef drie voorbeelden van puntfouten en twee voorbeelden van lijnfouten in kristalroosters.

Puntfouten: vacature, substitutioneel opgelost atoom, interstitieel opgelost atoom. Lijnfouten: randdislocatie en schroefdislocatie.

Wat is de maximale oplosbaarheid van koolstof in ferriet en in austeniet?

Ferriet: maximaal ongeveer 0,02 gew.% C bij 727 °C. Austeniet: maximaal ongeveer 2,0-2,1 gew.% C rond 1147 °C.

Wat is perliet?

Perliet is een lamellaire microstructuur van ferriet en cementiet. Het ontstaat bij langzame afkoeling van austeniet rond de eutectoïde samenstelling.

Wat is perlitisch, onder-perlitisch en boven-perlitisch staal?

Perlitisch/eutectoïdisch staal heeft ongeveer 0,8% C en bestaat bij langzame afkoeling vrijwel uit perliet. Onder-perlitisch/hypoeutectoïdisch staal heeft minder C en bestaat uit ferriet + perliet. Boven-perlitisch/hypereutectoïdisch staal heeft meer C en bestaat uit perliet + cementiet.

Waarom veranderen dichtheid en roosterconstante bij 912 °C in ijzer?

Bij ongeveer 912 °C verandert ijzer van α-ferriet (KRG/BCC) naar γ-austeniet (KVG/FCC). FCC is dichter gestapeld dan BCC, dus de dichtheid verandert. De roosterconstante is niet één-op-één vergelijkbaar, omdat FCC en BCC een verschillend aantal atomen per eenheidscel hebben.

Hoeveel perliet heeft hypoeutectoïdisch staal met 0,60% C ongeveer bij kamertemperatuur?

Gebruik de hefboomregel: fractie perliet ≈ (C0 − Cferriet)/(Ceutectoïd − Cferriet) = (0,60−0,02)/(0,80−0,02) ≈ 0,74. Dus ongeveer 74-75% perliet.

Hoeveel perliet heeft hypoeutectoïdisch staal met 0,20% C ongeveer bij kamertemperatuur?

Fractie perliet ≈ (0,20−0,02)/(0,80−0,02) ≈ 0,23. Dus ongeveer 23% perliet en ongeveer 77% ferriet.

Welk koolstofgehalte hoort ongeveer bij 50% perliet in hypoeutectoïdisch staal?

C0 ≈ Cferriet + 0,50·(Ceutectoïd − Cferriet) ≈ 0,02 + 0,50·0,78 = 0,41 gew.% C.

Welk koolstofgehalte hoort ongeveer bij 30% perliet in hypoeutectoïdisch staal?

C0 ≈ 0,02 + 0,30·(0,80−0,02) ≈ 0,25 gew.% C.

Wat laat de figuur met treksterkte en rekgrens als functie van temperatuur voor 0,15% C-staal zien?

Dat mechanische eigenschappen temperatuurafhankelijk zijn. Bij hogere temperatuur nemen sterkte en rekgrens doorgaans af, terwijl vervormbaarheid/ductiliteit meestal toeneemt.

Wat betekenen A1, A2 en A3 bij staal?

A1: eutectoïde omzetting rond 727 °C. A2: magnetische/Curie-overgang, geen echte kristalstructuurverandering. A3: grens tussen ferriet+austeniet en volledig austeniet bij hypoeutectoïdisch staal.

Welke fasen/microstructuur verwacht je bij langzaam afgekoeld hypoeutectoïdisch staal, bijvoorbeeld 0,4% C?

Ferriet + perliet. Ferriet is zacht en taai; perliet is ferriet + cementiet en geeft hogere sterkte/hardheid.

Welke fasen/microstructuur verwacht je bij langzaam afgekoeld eutectoïdisch staal?

Ongeveer 100% perliet, dus lamellen van ferriet en cementiet.

Welke fasen/microstructuur verwacht je bij langzaam afgekoeld hypereutectoïdisch staal?

Perliet + cementiet. Het cementiet kan langs korrelgrenzen aanwezig zijn en maakt het materiaal harder maar brosser.

Waarom verhoogt meer koolstof in staal de hardheid en sterkte, maar verlaagt het de ductiliteit?

Meer koolstof geeft meer harde bestanddelen zoals cementiet/perliet of bij harden meer martensiet. Deze blokkeren dislocatiebeweging en verhogen sterkte/hardheid, maar maken het materiaal minder vervormbaar en vaak brosser.

Leg harden van staal stap voor stap uit.

1) Austenitiseren: verhitten tot austenietgebied zodat C oplost. 2) Afschrikken: snel afkoelen zodat diffusie geen tijd krijgt. 3) Martensietvorming: koolstof blijft opgesloten in vervormd rooster. Resultaat: zeer hard maar bros staal.

Waarom ontstaat martensiet bij snel afschrikken van staal?

Austeniet wordt zo snel afgekoeld dat koolstof niet kan diffunderen naar ferriet/cementiet. De koolstof blijft gevangen in het rooster, waardoor een vervormde tetragonale martensietstructuur ontstaat.

Waarom moet gehard staal meestal worden ontlaten?

Martensiet is zeer hard maar bros en bevat hoge interne spanningen. Ontlaten vermindert die spanningen en verhoogt de taaiheid, met beperkte daling van hardheid.

Wat gebeurt er microstructureel tijdens ontlaten van martensiet?

Koolstof scheidt uit als fijne carbiden/cementiet. De martensietstructuur ontspant; bij hoger ontlaten ontstaan fijne carbiden in ferriet. Het materiaal wordt taaier en minder bros.

Hoe voorspel je met een TTT- of CCT-diagram de microstructuur na afkoelen?

Start bij austeniet. Volg de tijd-temperatuur/afkoellijn. Waar de lijn transformatiegebieden kruist, ontstaat perliet of bainiet. Als de lijn de neus ontwijkt en onder Ms komt, ontstaat martensiet.

Wat betekent het als een afkoellijn in een TTT/CCT-diagram de perliet-/bainietneus ontwijkt en onder Ms komt?

Dan treedt geen diffusieve omzetting naar perliet/bainiet op voordat martensiet start. De microstructuur wordt voornamelijk martensiet, eventueel met restausteniet als Mf niet wordt bereikt.

Wat hebben alle verstevigingsmechanismen bij metalen gemeen?

Ze maken dislocatiebeweging moeilijker. Daardoor stijgen sterkte en hardheid, maar ductiliteit kan afnemen.

Noem de belangrijkste verstevigingsmechanismen in metalen.

Werkversteviging/koudversteviging, korrelverfijning, oplosharding, precipitatieharding, martensietharding/afschrikharden en dispersieharding.

Noem vijf elementen waarmee aluminium wordt gelegeerd.

Cu, Mg, Si, Zn en Mn.

Vergelijk de kristalstructuur en microstructuur van Al en Al-legeringen met ferro-metalen.

Aluminium heeft KVG/FCC-structuur en geen Fe-C-achtige faseovergangen in vaste toestand zoals staal. Al-legeringen worden vooral versterkt door koudvervorming, oplosharding en precipitatieharding; staal kan sterk veranderen door ferriet/austeniet/martensiet/perlietvorming.

Vergelijk de eigenschappen van Al en Al-legeringen met ferro-metalen.

Al is veel lichter dan staal, maar heeft een lagere absolute E-modulus, ongeveer 1/3 van staal. Al-legeringen kunnen relatief sterk zijn per massa, zijn goed vervormbaar/verwerkbaar, maar hebben andere corrosie- en lasbaarheidseigenschappen dan staal.

Wat zijn de belangrijkste verstevigingsmechanismen per aluminiumlegeringssysteem 2000-7000?

AA2000 Al-Cu: precipitatieharding. AA3000 Al-Mn: vooral oplosharding. AA5000 Al-Mg: oplosharding. AA6000 Al-Mg-Si: precipitatieharding. AA7000 Al-Zn-Mg: precipitatieharding.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in Al-Cu-legeringen?

Precipitatieharding. Cu wordt opgelost in Al, daarna afgeschrikt tot oververzadigde oplossing en tijdens verouderen ontstaan fijne GP-zones/Al2Cu-achtige precipitaten die dislocaties blokkeren.

Noem de drie hoofdstappen van precipitatieharding bij Al-Cu.

1) Oplosgloeien: Cu in oplossing brengen. 2) Afschrikken: oververzadigde vaste oplossing behouden. 3) Verouderen: fijne precipitaten laten ontstaan voor maximale hardheid.

Waarom daalt de hardheid bij oververouderen van een Al-Cu-legering?

De precipitaten worden grover en/of evenwichtsprecipitaten vormen. Daardoor blokkeren ze dislocaties minder effectief en neemt de hardheid af.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in Al-Mg-legeringen?

Vooral oplosharding: Mg-atomen lossen op in het Al-rooster en verstoren het rooster, waardoor dislocatiebeweging moeilijker wordt.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in Al-Mn-legeringen?

Vooral oplosharding. Precipitatieharding is in principe mogelijk, maar technisch minder belangrijk.

Waarom is Al-Si vooral belangrijk als gietlegering?

Al-Si heeft gunstige gietbaarheid; rond hoog Si-gehalte kan slink sterk verminderen. Veredelen met Na geeft een fijnere eutectische microstructuur en minder bros gedrag.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in Al-Si-Mg-legeringen?

Precipitatieharding, vooral via fijne Mg2Si-achtige precipitaten die dislocaties blokkeren.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in Al-Zn-Mg / Al-MgZn2-legeringen?

Precipitatieharding, onder andere via MgZn2-precipitaten.

Noem vier elementen waarmee koper wordt gelegeerd.

Voorbeelden: Zn, Sn, Be en Ni. Ook Al kan voorkomen in koperlegeringen.

Vergelijk de eigenschappen van Cu en Cu-legeringen met Al en Al-legeringen.

Cu heeft hogere dichtheid en betere elektrische geleidbaarheid dan Al. De E-modulus van Cu is hoger dan Al maar lager dan staal. Al is veel lichter en daarom gunstiger bij massa-kritische constructies.

Wat is waterstofziekte bij zuurstofhoudend koper?

Bij verhitting in waterstof diffundeert H in Cu en reageert met Cu2O tot waterdamp. Waterbellen onder hoge druk op korrelgrenzen veroorzaken haarscheuren en brosheid.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in messing (Cu-Zn)?

Oplosharding door Zn in koper. Bij toenemend Zn ontstaan verschillende fasen zoals α-koper en β-koper.

Welke fasen kun je bij Cu-Zn messing verwachten bij ongeveer 38-50 gew.% Zn?

Tot ongeveer 38% Zn vooral α-koper (KVG, goed koudvervormbaar). Rond 40% Zn α + β. Rond 50% Zn vooral β-koper; bij lagere temperatuur kan geordende β′ ontstaan.

Wat is het dominante verstevigingsmechanisme in brons (Cu-Sn)?

Oplosharding door Sn in koper. Sn is effectiever voor oplosharding dan Zn, dus er is minder Sn nodig.

Waarom is de δ-fase in Cu-Sn brons ongewenst in kneedlegeringen?

De δ-fase (Cu31Sn8) is bros en verlaagt de vervormbaarheid.

Welk verstevigingsmechanisme maakt Cu-Be zeer sterk?

Precipitatieharding: oplosgloeien, afschrikken, eventueel vervormen voor kiemplaatsen, en verouderen met precipitatie van CuBe2.

Waarom is magnesium lastig koud te vervormen?

Magnesium heeft een HDP/HCP-structuur met minder glijvlakken dan KVG/FCC-metalen. Daardoor is plastische vervorming moeilijker en is Mg gevoeliger voor scheurvorming.

Wat doet Zr in Mg-Zr-legeringen?

Zr veroorzaakt sterke korrelverfijning; ongeveer 0,5% Zr kan al veel effect hebben.

Welke fasen zitten in Ti-6Al-4V volgens de presentatie?

Een twee-fasenstructuur met ongeveer 50% α-fase (HCP) en 50% β-fase (BCC).

Wat is gietijzer?

Gietijzer is een Fe-C-legering met ongeveer 2,0-4,5 gew.% C en vaak 0,5-3,5% Si. Koolstof kan voorkomen als cementiet (Fe3C) of als grafiet.

Wat bepaalt vooral de eigenschappen van gietijzer?

De matrix en de vorm van de niet-oplosbare koolstof: cementiet/Fe3C of grafiet in lamellen, nesten of nodulen.

Wat bevordert grafietvorming in gietijzer?

Meer C, meer Si en een lage afkoelsnelheid na het gieten.

Wat bevordert Fe3C/cementietvorming in gietijzer?

Minder C, minder Si en een hogere afkoelsnelheid na het gieten.

Wat is het verschil tussen wit gietijzer en grijs gietijzer?

Wit gietijzer bevat koolstof als Fe3C/cementiet en is hard en bros. Grijs gietijzer bevat koolstof als grafiet en heeft een grijs breukvlak; het is goed gietbaar en dempt trillingen goed.

Wat is het verschil tussen lamellair en nodulair gietijzer?

Lamellair gietijzer heeft grafietlamellen die spanningsconcentraties geven. Nodulair gietijzer heeft bolvormige grafietnodulen, meestal door Mg-toevoeging, en is sterker/taaier.

Welke factoren bepalen de afkoelsnelheid van een gietstuk en daarmee de microstructuur van gietijzer?

Wanddikte, vormmateriaal, giettemperatuur en gietsnelheid.

Wat is selectief harden?

Alleen het oppervlak wordt hard gemaakt terwijl de kern relatief taai blijft. Dit is nuttig voor onderdelen zoals tandwielen, assen en lageroppervlakken.

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

Vlam- en inductieharden veranderen vooral lokaal de microstructuur door austenitiseren en afschrikken. Carboneren en nitreren veranderen ook de chemische samenstelling van het oppervlak door diffusie van C of N.

Hoe werkt vlamharden?

Het oppervlak wordt met een gasvlam tot het austenietgebied verhit, daarna snel afgeschrikt. Daardoor ontstaat een harde martensitische laag.

Hoe werkt inductieharden en wat is het voordeel ten opzichte van vlamharden?

Bij inductieharden wordt het oppervlak verwarmd door geïnduceerde elektrische stroom en daarna afgeschrikt. Het is snel en goed lokaal regelbaar, vooral bij kleinere onderdelen.

Wat is carboneren/opkolen?

Een diffusiebehandeling waarbij koolstof in het oppervlak van koolstofarm staal diffundeert. Na harden en ontlaten ontstaat een harde, slijtvast oppervlak met taaie kern.

Wat is nitreren?

Een diffusiebehandeling waarbij stikstof in het oppervlak diffundeert en harde nitriden vormt. Het gebeurt rond 500-530 °C en meestal is geen afschrikken nodig.

Wat is carbonitreren?

Een combinatie van carboneren en nitreren: zowel koolstof als stikstof worden aan het oppervlak ingebracht om een harde slijtvast laag te vormen.

Een tandwiel van SAE 1060/C60 met 0,6% C moet een harder oppervlak krijgen. Welke behandeling ligt voor de hand en waarom is carboneren niet nodig?

Vlamharden of inductieharden ligt voor de hand. Het staal bevat al voldoende koolstof om na austenitiseren en afschrikken martensiet te vormen; extra koolstof toevoegen via carboneren is daarom niet nodig.

Welke meetmethode gebruik je om de hardingsdiepte na carboneren te bepalen?

Gebruik een hardheidsprofiel op een doorsnede, bijvoorbeeld Vickers microhardheid/HV. HRC is niet geschikt voor het bepalen van hardingsdiepte aan het oppervlak.

Waarom heet ruwijzer in het Engels pig iron?

Door de oude gietwijze: het vloeibare ruwijzer liep in vormen die deden denken aan een zeug met biggen. De broden ruwijzer werden daarom pigs genoemd.

Wat zijn cokes in het hoogovenproces?

Cokes zijn ontgaste, koolstofrijke steenkool. Ze dienen als brandstof, reductiemiddel en dragen de last in de hoogoven.

Waarom wordt fijn erts niet direct in de hoogoven gestort, maar als sinter of pellets gebruikt?

Fijn erts zou de gasdoorstroming belemmeren en kan verstoppingen veroorzaken. Sinter/pellets geven betere doorlaatbaarheid, gelijkmatigere reactie en efficiënter proces.

Waarom kun je beter ruwijzer op schroot gieten dan schroot aan vloeibaar ruwijzer toevoegen?

Schroot eerst in het vat leggen en ruwijzer erop gieten geeft betere warmteoverdracht en is veiliger/gecontroleerder. Koud of vochtig schroot in vloeibaar metaal gooien kan spatten en gevaar geven.

Hoe kan een staalfabriek met minder medewerkers toch meer staal produceren dan vroeger?

Door automatisering, schaalvergroting, procesoptimalisatie, hogere productiviteit en modernere installaties.

Welke voorbereidende fabrieken/stappen maakt de cycloonconvertor-reactor overbodig?

Vooral voorbewerking zoals cokesovens en sinter-/pelletinstallaties worden minder of niet nodig, omdat fijn erts en steenkoolpoeder directer kunnen worden gebruikt.

Wat is het effect van een hogere afkoelsnelheid op een lamellaire eutectische microstructuur?

De lamelafstand wordt kleiner en de microstructuur wordt fijner. Dat verhoogt meestal sterkte/hardheid, maar kan vervormbaarheid verlagen.

Hoe beschrijf je de langzame stolling van een binaire legering A-B met wederzijdse onoplosbaarheid in vaste toestand?

Lees vanaf de vloeibare fase omlaag in het fasediagram. Bepaal wanneer primaire A- of B-kristallen ontstaan en wanneer bij de eutectische temperatuur de resterende vloeistof omzet in een eutectisch mengsel van A + B. De uiteindelijke microstructuur hangt af van de samenstelling.