Tenta (2020-10-27)

En polymers mekaniska beteende beror på kolkedjans bindning, på sidogrupperna och på graden av korslänkning.

Sant.

• Polymer = Ett ämne som består av långa kedjor av upprepade små molekyler (monomerer). 

Hur en polymer beter sig (tex om den är hård, mjuk, elastisk) beror på:

• Kolkedjans bindning = Hur starkt atomerna sitter ihop i kedjan. 

• Sidogrupperna = Små “grenar” som sitter på kedjan, de kan påverka hur kedjorna packas. 

• Korslänkning = När kedjorna binds ihop med varandra.

  • Mer korslänkning = Hårdare och mindre elastiskt material (tex gummi).

Lösningshärdning är bara effektiv vid låga temperaturer.

Falskt.

Lösningshärdning fungerar vid alla temperaturer, men effekten minskar vid höga temperaturer eftersom atomerna kan röra sig lättare.

• Lösningshärdning = När man tillsätter andra atomer (legeringsämnen) till en metall för att göra det svårare för atomerna att röra sig. Det gör metallen blir starkare. 

En intermetall är en oordnad, slumpmässig förening av två metaller.

Falskt.

Intermetallisk förening är en ordnad förening mellan två metaller, där atomerna sitter i ett regelbundet mönster. 

• Intermetallisk = En blandning mellan två (eller fler) metaller. Dock måste blandningen ske på ett specifikt sätt och det gör att atomerna ligger i ett bestämt ordnat mönster i kristallen.

Vid en måttlig kylning stelnar en eutektiskt legering helt så fort den eutektiska temperaturen nåtts.

Sant.

När den temperaturen nås stelnar hela smältan samtidigt.

• Eutektisk legering = En fin blandning av två ämnen som smälter och stelnar vid en bestämd temperatur (den eutektiska punkten).

Om draghållfastheten för en plåt varierar mellan längs valsriktning och tvärs valsriktningen kallas plåtmaterialet isortrop med avseende på draghållfastheten.

Falskt.

• Plåt = En tunn metallskiva. För att göra plåt tar man en tjock metallbit och pressar den mellan stora valsar (rullar) så att det blir tunnare. Detta kallas valsning.

• Valsriktning = När man valsar metallen, så rullar man den fram och tillbaka i en viss riktning. Den riktningen kallas valsriktningen.

• Isotrop = När en metall får samma egenskaper i alla riktningar.

• Anisotrop = När en metall får olika egenskaper i olika riktningar.

När plåten valsas blir metallkornen (de små kristallerna inuti metallen) utdragna i valsriktningen. De blir långa och platta. Det betyder att metallen inte längre är “lika” i alla riktningar, den får olika egenskaper beroende på vilket håll du tittar eller drar i den. Därför blir plåtmaterialet i detta fall anisotrop och inte isotrop.

Ett rostfritt stål innehåller Cr-halt på minst 10,5%.

Sant.

För att stål ska räknas som rostfritt måste det innehålla minst 10,5 % krom.

Keramers draghållfasthet är högre än deras stryckhållfasthet.

Falskt.

• Keramer (tex porslin, glas, tegel) är starka vid tryck, men svaga vid drag. De spricker lätt om man försöker dra isär dem, eftersom sprickor växer snabbt i drag.

Jon- och kovalenta bindningar tillhör de starkaste bidningstyperna men endast de kovalenta är riktningsberoende.

Sant.

Jonbidningar drar åt alla håll (inte riktade), medan kovalenta bara är starka i en viss riktning.

• Jonbidning = När en atom ger bort elektroner till en annan atom. Den ena atomen blir då positiv (jon) och den andra blir negativ, och de dras till varandra som magnet.

• Kovalent bindning = När två atomer delar på elektroner.

Brottsegheten är en materialparameter och anger det kritiska värdet av stessintensitet vid vilken sprickförlängning uppstår.

Sant.

• Brottseghet = Ett mått på hur bra ett material står emot att en spricka växer. Alltså hur motståndskraftigt materialet är mot att gå sönder när det finns en spricka.

Ett rostfritt stål skyddas av ett järnoxidskikt på ytan.

Falskt.

När stålet möter luft (syre) reagerar kromet direkt och bildar ett supertunt skyddande skikt av kromoxid. 

Det här skiktet är tätt, hårt och genomskinligt och hindrar syre och vatten från att tränga in. Detta gör att stålet inte rostar.

Det kallas passivt skikt.

• Järnoxidskikt = Ett lager (skikt) av järnoxid som bildas på järnets yta när det reagerar med syre i luften eller vatten och kallas för rost. 

Avsluta följande meningar med M (minskar), Ö (ökar) eller I (inte ändras nämnvärt). 

En metall bearbetas plastiskt vid rumstemperatur. Det får till följd att…

a. dess sträckgräns…

b. dess hårdhet…

c. dess duktilitet…

d. dess E-modul…

e. mängden dislokationer i metallen…

f. dislokationsrörligheten i metallen…

a. dess sträckgräns = Ö (ökar).

b. dess hårdhet = Ö (ökar).

c. dess duktilitet = M (minskar).

d. dess E-modul = I (inte ändras nämnvärt).

e. mängden dislokationer i metallen = Ö (ökar).

f. dislokationsrörligheten i metallen = M (minskar).

Betrakta fasdiagrammet bly-tenn (Pb-Sn) och besvara följande frågor.

När börjar det första fasta materialet uppträda då en legering med 40 v% tenn långsamt kyls från flytande tillstånd?

• 327 C

• 327-300 C

• 300-350 C

• 250-200 C

• 200-150

• under 150 C

250-200 C

Betrakta fasdiagrammet bly-tenn (Pb-Sn) och besvara följande frågor.

Vilken tennhalt har den första fasta fasen som bildas då den 40v%-iga legeringen långsamt kyls från flytande tillstånd?

• 0% - 5%

• 5% - 10%

• 10% - 15%

• 15% - 20%

• 20% - 25%

• 25% - 30%

• 30% - 35%

• 35% - 40%

• över 40%

• v% = Volymprocent. Andel räknad på volym.

• Wt% = Viktprocent. Andel räknad på massa/vikt. 

Här används inte hävstångsregeln.

Hävstångsregeln används för att beräkna de relativa proportionerna (mängden i viktprocent eller molprocent) av de två faserna (till exempel hur mycket vätska och hur mycket fast material det finns) som existerar samtidigt i ett tvåfasområde vid en given temperatur.

Frågan du ställde ville veta sammansättningen (tennhalten) av endast den första fasta fasen som bildades. Denna fas bildas i en oändligt liten mängd precis vid liquidustemperaturen.

Lösning:

• För att hitta sammansättningen av en fas används bara bindningslinjen (tie-line), där du läser av sammansättningen där linjen korsar respektive fasgräns.

1. Hitta din startpunkt: Du börjar med legeringen som har 40 vikt% Sn (tenn). Rita ett imaginärt vertikalt streck rakt upp och ner längs 40-markeringen på x-axeln.

2. Första stelningspunkten: När du kyler legeringen från flytande tillstånd (översta området "Liquid"), kommer den att börja stelna precis när den vertikala 40%-linjen korsar den böjda linjen som kallas liquiduslinjen (den övre gränsen till fältet "L + (Pb)"). Detta sker vid cirka 240 °C.

3. Läs av sammansättningen (Bindningslinjen): Detta är det viktigaste steget. I fasdiagrammet anger inte den vertikala linjen sammansättningen för den fasta fasen. Istället måste du:

   • Från den exakta punkten där legeringen börjar stelna (vid 240 °C), rita en horisontell linje (en så kallad bindningslinje eller tie-line) åt vänster, tills den träffar nästa fasgräns.

   • Denna linje ska träffa den vänstra kurvan som kallas soliduslinjen (gränsen mellan "(Pb)" och "L + (Pb)").

4. Resultatet: Titta nu var din horisontella linje träffar soliduslinjen. Läs av värdet på x-axeln precis under den punkten. Du kommer att se att den hamnar någonstans mellan 10% och 15% Sn (närmare bestämt cirka 11–12% Sn).

Betrakta fasdiagrammet bly-tenn (Pb-Sn) och besvara följande frågor.

Hur stor andel är flytande vid 184 C, 40 v% tenn?

• under 20% 

• mellan 20% och 40%

• mellan 40% och 60%

• mellan 60% och 80%

• över 80%

Mellan 40% - 60%.

Vi använder havstångsmetoden.

L = (C₀ - C_alfa) / (C_L - C_alfa) * 100 

L = (40 - 17) / (60 - 17) * 100 

L = 53 %

Metaller, keramer, polymerer och kompositer tillhör olika materialgrupper med olika egenskaper. Koppla tre av dessa materielgrupper till rätt påstående.

1. Hög duktilitet, låg E-modul, låg smältpunkt, hög värmeutvidgning, låg värme- & elektrisk ledningsförmåga.

1. Hög duktilitet, låg E-modul, låg smältpunkt, hög värmeutvidgning, låg värme- & elektrisk ledningsförmåga.

   • Polymerer

• Polymerer = Plaster (tex plast, gummi).

• Duktilitet = Hur mycket materialet kan töjas (eller böjas) permanent innan det går av. Plast är ofta mjuk och kan töjas en del.

• Låg E-modul = De är mjuka (låg styvhet).

• Låg smältpunkt = De smälter lätt (plast smälter vid 100-300C).

• Hög värmeutvidgning = De expanderar mycket när de blir varma.

• Låg värme & elledningsförmåga = Plast isolerar, leder varken värme eller elektricitet.

2. Hög hållfasthet vid hög temperatur, hög E-modul, låg duktilitet, hög hårdhet, hög smältpunkt, lång värmeutvidgning.

2. Hög hållfasthet vid hög temperatur, hög E-modul, låg duktilitet, hög hårdhet, hög smältpunkt, lång värmeutvidgning.

   • Keramer

• Keramer = Glas, porslin.

• Hög hållfasthet vid hög temperatur = Tål hetta.

• Hög E-modul = Mycket styv, böjs inte.

• Låg duktilitet = Spröda (går av utan att töjas).

• Hög hårdhet = Svåra att repa.

• Hög smältpunkt = Tål värme.

• Låg värmeutvidgning = Håller formen även vid temperaturväxlingar.

3. Hög E-modul, hög duktilitet, hög hållfasthet, hög värme- och elektrisk ledningsförmåga.

3. Hög E-modul, hög duktilitet, hög hållfasthet, hög värme- och elektrisk ledningsförmåga.

   • Metaller

• Hög E-modul = Styva men ändå formbara.

• Hög duktilitet = Kan formas (tex dras till tråd).

• Hög hållfasthet = Starka, tål stora krafter.

• Hög värme- & elledningsförmåga = Leder både el och värme bra tack vare fria elektroner.

Vilken definition stämmer (bäst) in på följande begrepp?

Skriv för varje påstående bokstaven för den förklaring du anser stämma bäst.

Begrepp:

1. Galvanisk cell

2. Duktilitet

3. Eutektoid fasomvandling

Förklaringar:

a) Metall och korrosiv förening (tex ett salt) vid hög temperatur.

b) Fast fas omvandlas till fast fas '+ vätska, S₁ → S₂ + L.

c) Energin som krävs för att dra sönder ett material.

d) Omvandling av smälta till en fast fas, L → S.

e) Ett materials förmåga att deformeras plastiskt utan att spricka/gå sönder. 

f) Det minsta arrangemang, cell, av atomer som kan upprepas för att fylla en kristall.

g) Smälta omvandlas till två fasta faser, L → S₁ + S₂.

h) Den mekaniska spänningen som krävs för att deformeras.

i) Fast fas omvandlas till två andra fasta faser, S₁ → S₂ - S₃.

j) Kombination av olika metaller i kontakt med varandra och med en vätska. 

1. Galvanisk cell = (j) → Kombination av olika metaller i kontakt med varandra och med en vätska.

   • En galvanisk cell uppstår när två olika metaller är i kontakt med varandra via en vätska (elektrolyt, tex saltvatten).

   • Den ena metallen blir anod och börjar lösas upp (korrodera), medan den andra blir katod och skyddas.

2. Duktilit = (e) → Ett materials förmåga att deformeras plastiskt utan att spricka/gå sönder.

   • Duktilt betyder att ett material kan töjas, dras ut eller böjas utan att gå av. När man drar i ett duktilt material, så deformeras det plastiskt (det ändrar form permanent) utan att spricka.

3. Eutektoid fasomvandling = (i) → Fast fas omvandlas till två andra fasta faser, S₁ → S₂ - S₃.

   • Eutektioid betyder att en fast fas (S₁) övergår till två nya fasta faser (S₁ + S₂) när man kyler.

Tänk dig framåt några år. Du har just börjat på ditt nya arbete som haveriutredare (visste du inte att det var din hemliga dröm?) och har blivit inkallad för att se vad som har hänt då en robotarm fallerat i smidesverkstaden på marsbasen Närke Alfa-2.

Robotarmen ifråga flyttar smidesdetaljer mellan en varmhållningsugn och formingshammaren, där de 900 grader varma detaljerna smids till det som AI-systemet har bestämt behövs för tillfället. På sistone har tätningen kring ugnens översida börjat lossna, och temperatursensorerna i lokalen brann upp för sex månader sedan. De är specificerade att klara minst 500 grader. Dessutom har det varit problem med några av transportör-robotarna som ska flytta de färdigsmidda detaljerna, så det har blivit ”trafikstockning” och den nu fallerade robotarmen har fått hålla smidesämnen i luften i väntan på att formningsstationen ska bli klar, vilket ibland har handlat om timmar istället för de vanliga sekunderna. Man har för något år sedan ställt om produktionen till betydligt tyngre detaljer än vad som tidigare tillverkats, vilket kan ha bidragit till att transportör-robotarna har gått sönder.

Robotarmen är tillverkad av svenskt kvalitetsstål (dock vanlig konstruktionsstålskvalitet, så inte något superavancerat). Inför att du anlänt har servicepersonalen förberett en del mätningar och resultat:

• Robotarmen har böjts så mycket att den inte längre kan lyfta detaljerna över kanten på varmhållningsugnen.

• Det går inte att se några sprickor i armen, varken vid ytan eller längre in i materialet.

• En materialundersökning vid den största deformationen visar att en viss kornförstoring har skett, och att kornen har förlängts i belastningsriktningen. Inga mikroporositeter har identifierats.

Vilka deformations-/degraderingsmekanismer kan vara de mest troliga orsakerna till haveriet hos robotarmen?

Motivera ditt svar med utgångspunkt i det du fått reda på i problemtexten och dina kunskaper i materialteknik. Förklara hur du vet att det inte kan vara någon annan orsak än den du tror.

Robotarmen har deformeras plastiskt, detta på grund av belastning under längre samt på grund av värmen robotarmen opererar i är i närheten av en varm ugn.

Robotarmens mikrostruktur har troligen ändrats över tid. Konstruktionsstålet har genomgått åldring: uppvärmd över lång tid. Detta gör att spänningar i materialet släpps, materialet blir mer duktilt vilket kan förklara att inga sprickor synts i materialet.

Kornen i stålet har blivit större och utdragna i belastningens riktning, detta är typiskt för kryp. Kryp har också större chans att ske i höga temperaturer.