Begrepp Flashcards
1
Q
Designprocessen
A
Processen för att ta fram en produkt, antingen en helt ny (orginaldesign) eller en utveckling, förbättring av en redan existerande (redesign/evolution)
2
Q
Översättning(translation)
A
Konvertera designkraven till en materialsvalsbeskrivning. Inleds med att identifiera kraven(constraints) som material MÅSTE uppfylla och de ramar (objectives) som designen skall hålla. Fria variabler.
3
Q
Screening/sållning
A
Eliminering av de materialen som inte uppfyller kraven
4
Q
Rankning
A
Rangordning av “överlevarna” efter deras förmåga att möta viktiga kriterier (criterian of excellence). Materialindex
5
Q
Dokumentation
A
Studera de mest lovande kandidaterna på djupet. Studera nuvarande användning, bästa sättet att designa, tidigare erfarenheter osv.
6
Q
Styvhet
A
Tålighet mot elastisk formändring, materialet återgår till sin ursprungliga form när det avlastas. (stiffness-stress) E-modul.
7
Q
E-modul(young’s modulus)
A
Sträckgränsen (tensite strain) är proportionell mot brottspänningen. E-modulen är proportionalitetskonstanten: σ=Eε
8
Q
Kristallstruktur
A
Hur atomer är ordnade
9
Q
Regelbundet ordnade
A
Kristallint ( FCC/CHP(HCP)/BCC
10
Q
oordnade atomer
A
amorft
11
Q
Enhetscell
A
Karakteristisk enhet hos en kristallstruktur, en liten del som beskriver det hela
12
Q
Atomplan
A
Plan av atomer. Kan vara tätpackade som hos FCC,CHP(HCP) eller mindre tätpackade som BBC. KAn anges med hjälp av packningstäthet
13
Q
Bindningsenergi(cohesive energy).
A
Mäter hur starka atombindningarna är, definieras som energi per mol (1mol=6x10^23 atomer) , som krävs för att separera atomerna hos en solid helt och hållet.
14
Q
Materialindex
A
Funktion av materialegenskaper som skall maximeras
15
Q
Yield strength/sträckgräns
A
Spänningen för vilken ett ämne plasticerar σy
brottspänning=σts
16
Q
Brottförlängning/ductility
A
Hur mycket plastisk sträckning ett material tål. (plastic strain=permanent sträckning som resultat av plasticering). εf
17
Q
Plastiskt arbete
A
Energi som åtgår för att plasticera material. Arean under stress-strain kurvan
18
Q
Härdhet/strength
A
Kan mätas med hjälp av vickers eller Rockwell/Brinell-tester. H=F/A
19
Q
Kristalldefekter
A
defekter finns alltid i kristallstrukturer
20
Q
Vakanser
A
“hål” i strukturen där atomer saknas. Finns alltid i alla kristaller
21
Q
Inlösta atomer (substitutional solid solution)
A
Atomer med ungefär samma storlek är inlösta i strukturen på de riktiga atomernas platser.(interstitiellt - små atomer i strukturen)
22
Q
Korngränser(Grain boundaries)
A
Gräns mellan kristaller med olika riktningar
23
Q
Dislokationer
A
Extra halvt atomplan . Glidning av dislokationer=glidsystem
det är dislokationer som gör metaller mjuka och duktila
24
Q
Glidplan(slip plane)
A
plan där atomerna glider lättare än i andra
25
glidriktning
riktningen atomerna glider i i glidplanen
26
Härdningsmekanismer
Mekanismer som ökar hårdhet och sträckgräns, hindra dislokationers rörelse
27
Lösningshärdning
Inlösta atomer i materialet , tex legeringar. De inlösta atomerna ger en spänning som gör det svårare för dislokationerna att röra på sig. kräver ej värme.
stor storlekskillnad(atomer)=>stor effekt
Mer inlösta atomer = >mer effekt
28
Korngränshärdning
Dislokationerna stoppas av korngränser. Störst effekt med små korn. Används för stål. (grain boundary hardning) σyα 1/D : D= kornstorlek
29
Utskiljningshärdning
legerar med ett ämne som bildar partiklar av en annan fas. Utskiljningarna stoppar dislokationer. Kräver värmebehandling. Många små utskiljningar => störst effekt
30
Deformationshärdning
Dislokationer hindrar varandra. Vid kallbearbetning ökar mängden dislokationer. Kallbearbetning=Valsning/pressning. Effekten försvinner vid uppvärmning.
31
FCC (face-centredcubic)
Struktur uppbyggd av kubiska enhetsceller med en atom i varje hörn och en i mitten av varje sida på kuben. Ex. Al,Cu,Ni. F över 913 grader.
Egenskaper:
-väldigt töjbara (very ductile)
-sega
-bibehåller duktilitet och seghet till absoluta nollpunkten(ovanligt)
32
BCC (body-centralcubic)
Kubiska enhetsceller med en atom i varje hörn och en i mitten av kuben.
Egenskaper:
-duktila(framförallt när varma )
-sega
-spröda vid låga temperaturer
-hårdheten beror på temperaturen
- kan härdas med hjälp av interstitiella lösningar
33
HCP (close packed hexagonal)
Hexagonal enhetscell med en atom i varje hörn, en i mitten av de hexagonal sidorna och tre i mitten.
Egenskaper:
-duktila(dock mer begränsat än FCC)
-deras strukturer gör att de är mer riktningsberoende än FCC och BCC.
34
Riktningsindex
Komponenterna hos vektorer som börjar i origo, längs med riktningen, reducerade till "the smallest integer set"
35
Fasdiagram
ett diagram med temperatur och komposition på axlarna , visar jämviktskompositionen
36
Löslighet
Begränsad löslighet=maxgräns för hur mycket A som kan lösas i B
37
Fas
Materialtillstånd med vissa speciella egenskaper, tex tillstånd, struktur.
Alla delar av en legerad mikrostruktur med samma atomstruktur är i en och samma fas.
38
Strukturbeståndsdel
faser och eutektikum mm.
39
omslagstemperatur
temperatur när metall går från sprött till segt beteende
40
Skjuvspänning
spänning som verkar på ett plan
41
Mikrostruktur
hur korn och olika faser är ordnade i metallen
42
metastabil fas
En fas som inte är i termodynamiskt lägsta energitillståndet, men det behövs en aktiveringsenergi
för att transformeras till en fas med lägre energi
43
Translation 4 steg
Översättningen skall överföra krav på komponenten till krav på materialet. Den innehåller 1.
Funktion som skall beskriva komponentens primära funktion, t.ex. leda värme, balk i böjning. 2.
Krav, som är materialegenskaper som måste vara uppfyllda, t.ex. elektriskt ledande, max
användningstemperatur. 3. Mål, som är den eller de egenskaperna hos komponenten som skall
optimeras, t.ex. vikt, pris. 4. Fria variabler, t.ex. tvärsnitt, material.
44
Vad är materialindex?
Materialindex är en enstaka egenskap eller en kombination av materialegenskaper som
optimeras för att få det material som bäst uppfyller målet.
45
Hur väljer man materialindex?
Vilket materialindex som skall
| användas beror på funktion, mål och fria variabler.
46
Vad är utmattning och hur uppstår det?
Utmattning är ett brott som sker efter på grund av spricktillväxt under upprepad belastning.
Brott kan ske vid belastning under sträckgränsen. Utmattningsbrott kan indelas i tre stadier;
initiering vid någon defekt, spricktillväxt p.g.a. plasticering vid sprickspetsen, och slutligen
restbrott när komponenten inte kan bära den statiska lasten
47
Vilka typer av utmattning finns det?
Utmattning delas upp i
| lågcykelutmattning (<10.000 cykler) och högcykelutmattning (>10.000 cykler).
48
Varför är det svårare att dimensionera mot utmattning än andra typer av belastning?
Osäkerhet i defektstorlek och belastning (storlek och antal cykler
49
Vad kan man göra för att öka en komponents motstånd mot utmattning?
Minska defektstorleken, öka sträckgränsen
50
Vad har kolhalten för inverkan på ståls mikrostruktur och egenskaper?
Kolet bildar den hårda fasen cementit. När kolhalten ökar först andelen perlit (ferrit och
cementit) upp till 0.8 % C, därefter bildas perlit och primär cementit. Eftersom cementiten är
hård så ökar stålets hårdhet med ökande kolhalt. Stålet blir dock sprödare och svårare att svetsa.
51
tre vanliga värmebehandlingar för stål?
Normalisering
Härdning
Mjukglödning
52
Normalisering
Värmning till austenitområdet, följt av relativt långsam kylning. Ger perlit + ev.
ferrit eller cementit beroende på kolhalt.
53
Härdning
Värmning till austenitområdet, snabbkylning, anlöpning d.v.s. värmning till
temperatur under austenitområdet. Ger anlöpt martensit = ferrit med mycket fina
cementitutskiljningar. Hårdare.
54
Mjukglödning
värmning till temperatur under austenitområdet. Ger ferrit med grova
cementitkorn. Mjukare.
55
Beskriv en isotaktisk polymer?
14 kolatomer med varannan CH_3 på ena långsidan
56
Vad är en polymerblandning?
En polymerblandning innehåller två eller fler olika typer av polymerer som är blandade (ej
polymeriserade).
57
Spänningsintesitetsfaktor
beskriver spänningstillståndet nära en sprickspets. Beror på pålagd,
last, sprickans geometri och storlek.
58
Abrasiv förslitning
= förslitning där ett hårdare material sliter ett mjukare, eller där hårda
partiklar sliter ett mjukare material
59
Löslighetsgräns
Maximala mängden av ett ämne som kan lösas i en fas utan att det bildas nya faser. Ofta
temperaturberoende
60
Lågcykelutmattning
Utmattning som sker vid litet antal lastcykler <10.000, global plasticering
61
Diffusionskoefficient
En koefficient som beskriver diffusionshastigheten för ett ämne i ett annat, exponentiellt
ökande med temperaturen
62
Ange tre materialegenskaper som beror på atombindningarna.
Smälttemperatur, termisk utvidgning, styvhet
63
de viktigaste typerna av atombindningar, 4st
Metallbindningar
kovalent bindning
jonbindning
svaga bindningar
64
Metallbindning
Stark bindning. Fria elektroner i ett elektronmoln, elektrisk och termisk
ledningsförmåga
65
Kovalent bindning
Mycket stark. Atomerna delar elektroner för att få fulla elektronskal,
riktningsberoende. Finns i keramer och polymerkedjan.
66
Jonbindning
Bindning mellan joner. Stark bindning. Finns i keramer
67
Svaga bindningar
Van der Waal, vätebindning polära bindningar. Viktiga för polymerers
egenskaper
68
Alla stål kan inte martensithärdas. varför?
Det krävs en viss kolhalt. Under denna kolkoncentration kan inte martensit bildas
69
Hög sträckgräns är vanligen inte en nackdel hos en metall. Varför använder vi inte alltid
härdade stål?
Härdprocessen kostar, stålet blir ofta sprödare, stålet blir svårare att svetsa.
70
Vad är molekylvikten ett mått på hos polymerer?
Polymerkedjans längd.
71
Vad är det för skillnad mellan en sampolymer och en polymerblandning?
Sampolymerer är polymerer med två eller fler monomerer i samma kedja (polymeriserade) medan
polymerblandningar innehåller två eller fler olika typer av polymerer som är blandade (ej
polymeriserade).
72
Krypning (metaller)
Plastisk deformation som beror på tid, temperatur och last
73
Verktygsstål
Höglegerat stål med hög kolhalt. Används i härdat tillstånd. Hårt och värmetåligt
74
Slagseghet
Mått på energin som krävs för att slå av en anvisad provstav
75
Beskriv vad som händer när en metall deformeras plastiskt.
Plastisk deformation av metaller fås när dislokationer rör sig i metallen. Dislokationerna kan
röra sig på glidplan i glidriktningar när den upplösta skjuvspänningen är större än den kritiska
skjuvspänningen för dislokationsrörelse. Varje dislokation som rör sig ger upphov till en liten
förskjutning i kristallen, som ger en irreversibel töjning = plastisk deformation.
76
fyra olika mekanismer för att försvåra plasticering
1. Lösningshärdning
2. Utskiljningshärdning
3. Deformationshärdning
4.
Korngränshärdning
77
två huvudtyper av brott hos metaller
Sprött brott och segt brott
78
sprött brott (metall)
lite plasticering innan brottet sker, det åtgår lite energi.
79
Segt brott(metall)
Mycket plasticering innan brott, mycket energi krävs.
80
Vad är definitionen av molekylviktsmedelvärdet för en polymer?
M=W(weight)/N(number of moles)
81
Vilka krafter håller samman
| polymera material och vilken av dessa har störst inverkan på materialets styrka?
Polymera material hålls samman av kovalenta C-C bindingar i polymerkedjan och
intermolekylära Van der Waals krafter mellan polymerkedjorna.
Storleken på de
intermolekylära krafterna har störst inverkan på styrkan hos plaster.
82
Intermetallisk fas (intermetallic phase)
Fas som ligger mellan två metaller i fasdiagrammet
83
Duktilt brott
Samma som segt brott
84
Kristallstörningar (crystal imperfections)
När atomerna i kristallen inte sitter i ett perfekt mönster
85
Vilka 4 kristallstörningar finns det?
1. Vakanser
2. inlösta atomer
3. dislokationer
4. korngränser
86
Töjning
En geometrisk formförändring. Endimensionellt definieras töjningen som (l-l_0)/l_0
87
Beskriv de processer som används för att härda aluminium. Beskriv också hur mikrostrukturen förändras
under dessa processer.
Utskiljningshärdning: först måste Al legeras med något annat
ämne som kan bilda utskiljningar vid avsvalning. Härdningen sker sedan i tre steg:
1. Upplösningsbehandling = värmning till enfasområde.
2. Snabbkylning. Eftersom materialet snabbkyls förhindras diffusion och inga utskiljningar kan bildas
=> övermättad fast fas.
3. Åldring = värmning till en temperatur inom tvåfasområdet. Ökad temperatur ger diffusion, och
små utskiljningar bildas.
Lösningshärdning: Inlösta atomer hindrar dislokationsrörelse. Atomer med lämplig storlek tillsätts
smältan och bildar fast lösning vid avsvalning.
Deformationshärdning: Vid plastisk bearbetning, t.ex. valsning, smidning, pressning, bildas en stor
mängd dislokationer som hindrar dislokationsrörelse.
88
Vad menas med plastisk deformation?
Deformation som ger en kvarvarande deformation efter avlastning
89
Beskriv mekanismen för plastisk deformation i metaller
Plastisk deformation i metaller sker genom dislokationsrörelse. Dislokationer är en kristalldefekt
som består av halva atomplan. Vid belastning rör sig dislokationerna under inverkan av
skjuvspänningar, och varje dislokation ger upphov till en liten permanent töjning. Under
deformationen bildas nya dislokationer, och den sammanlagda effekten av dislokationernas
rörelse ger den plastiska deformationen.
90
När är plastisk deformation av intresse i en produkt?
Framförallt vid formningsprocesser
91
Hur påverkar kolhalten stålets egenskaper? Hur
| påverkas mikrostrukturen?
När kolhalten ökar kolets hårdhet (sträckgräns) men brottförlängningen blir mindre. Kol med låg
kolhalt består mest av ferrit. Med ökande kolhalt upp till 0.8% C ökar andelen perlit. Över 0.8% C
består stålet av perlit och cementit
92
varför legeras stål med krom?
I kontakt med luftens syre bildar krom ett kromoxidskikt på ytan som skyddar mot korrosion.
Detta ger rostfritt stål
93
Ibland legeras stål även med andra legeringsämne. Vad vill man uppnå då? (tre saker)
1.Lösningshärda ferritfasen
2.Öka härdbarheten = fördröja perlitbildningen så att omvandlingen till martensit ges mer tid vid
härdning
3.Bilda karbider som är stabilare än cementit = bättre högtemperaturegenskaper för verktygsstål.
