Kapitel 4-7, Styvhet & Plasticering Flashcards
LV 3
Densitet
Beror på:
- Atomvikten hos atomerna i materialet
- Antalet atomer/Volym (alltså #protoner och neutroner)
- Går ej att ändra hos de flesta material, förutom kompositer och vissa plaster
Spänning, sigma
Spänningen är kraften per area
sigma = F/A
F = Kraft
A = Area
Olika lastfall ger olika ekvationer, se tabeller.
Töjning, Strain, epsilon
- Töjning är kvoten mellan förändringen i längd och den ursprungliga längden.
- Geometrisk storhet
Olika lastfall ger olika ekvationer, se tabeller.
Elastisk töjning
Elastiskt beteende innebär att materialet beter sig som en fjäder, det fjädrar tillbaka vid avlastning. (?)
Plastisk töjning
(ε_pl = ε_tot - ε_e)
(ε_e =σ_y/E)
Komponentens permanenta töjning efter lasten har släppt.
Redogör för mekanismen bakom styvhet, vad bestämmer styvhet
Hur atomerna är ordnade
Bindningsstyrka
Redogör för hur styvheten kan förändras i ett material - komposit
Styvhet beror på:
- komponenternas egenskaper
- volymfraktion
-orientering
-form
Plasticitet
Ett materials förmåga att genomgå permanent deformation utan att spricka eller brista. Ej samma som elastisk deformation.
Sträckgräns
- Materialegenskap
- Beskriver den spänning då ett material övergår från elastisk till plastisk deformation.
Vakans
“Hål” i kristallstrukturen, där atomer saknas. Påverkar diffusion, krypning och sintring men EJ styrkan.
Inlösta atomer
(Fasta lösningar, Lösningshärdning)
- Substitutionell: Vissa atomer har bytts ut mot atomer av annat ämne.
- Intersitiell lösning: De lösta atomerna har klämt sig in mellan de ursprungliga atomerna.
Skapar laddning och spänning (?)
Korngräns
Ett korn = en kristallstruktur, korngränser uppstår där kornens ytor möter varandra. Gräns mellan kristaller med olika orientering.
Dislokation
Extra halvatomplan bland de ursprungliga. Förvränger gittret, gör metaller mjukare och mer duktila. Mtrl förlängs med Burges vektor.
Vilka är de 4 olika kristallstörningarna/defekterna
- Vakanser (Tomrum)
- Inlösta atomer (Enskilda atomer)
- Dislokationer (atomplan)
- Korngränser
Vad är dislokationsrörelse
Möjliggör deformation av kristaller.
Vid belastning av mtrl förskjuts en del av kristallen och pressas “vidare” - dislokationen vandrar.
Få atombindningar behöver brytas och bildas i taget (där dislokationslinjen sveper över), vilket påverkar mtrls styrka. Förbättrar styrkan mha härdningsmekanismer.
Vilka är de 4 härdningsmekanismerna
- Lösningshärdning
- Utskiljningshärdning (Partikelhärdning)
- Deformationshärdning
- Korngränshärdning
Korngränshärdning
- Fler korngränser bildas för att stoppa ytterligare dislokationsrörelse.
- Görs genom kallbearbetning & rekristallisation.
Mindre kornstorlek -> fler korngränser -> hårdare material
Större kornstorlek - -> färre gränser -> mer duktilt
- Korngränshärdning är särskilt viktig för BCC-metaller, till exempel vissa ståltyper.
Deformationshärdning
När ett material deformeras plastiskt ökar antalet dislokationer i materialet. Dislokationerna hindrar varandras rörelse, vilket leder till att materialet blir hårdare.
Deformationshärdning, även kallad kallbearbetning, är en vanlig metod för att härda metaller.
Utskiljningshärdning
(Partikelhärdning)
Små partiklar av en annan fas kan bildas i materialet genom legering och värmebehandling. Dessa partiklar hindrar dislokationernas rörelse och gör materialet hårdare.
Utskiljningshärdning är en effektiv metod för att öka sträckgränsen hos många legeringar, till exempel aluminiumlegeringar.
Lösningshärdning
Genom att lösa in atomer av en annan sort i kristallstrukturen skapas spänningsfält runt de inlösta atomerna.
Dessa spänningsfält hindrar dislokationernas rörelse och gör materialet hårdare.
Effekten av lösningshärdning blir större ju högre koncentrationen av inlösta atomer är och ju större skillnaden i atomstorlek är mellan de inlösta atomerna och atomerna i grundmaterialet.
Hur görs ett materialval m.h.a materialindex för sträckgräns?
Vilket materialindex som är mest lämpligt beror på tillämpningen och krav som ställs på komponenten.
Om deformationen är begränsande,** t.ex. **om det finns ett krav på maximal deformation, bör man använda ett materialindex för styvhet.
Om det däremot finns krav på maximal spänning utan plastisk deformation, är ett materialindex för sträckgräns mer lämplig
Vad kan orsaka töjning
- Mekansika laster, spänning = Etöjning (sig=Eeps)
- Tempertur, töjning = alpha*DeltaT (apha = längdutvidgningskoefficenten)
- Elektriska & magnetiska fält
- Fukt, m.m.
Brottgräns
Största spänning innan brott
Brottförlängning
Plastisk töjning efter brott, mäts mha duktilitet. Ej mtrl-egenskap
Seghet, Toughness
Arean under dragprovskurvan, förmågan ett mtrl har att ta upp last innan spricktillväxt.
Vilka egenskaper får man från dragprov
E-modul [Pa]
Sträckgräns [Pa]
Brottgräns [Pa]
Brottförlängning
Seghet
Vad är E-modul (Youngs modulus)
mått på ett materials styvhet. Den beskriver hur mycket ett material deformeras elastiskt när det utsätts för en given belastning. Ju högre E-modul, desto styvare är materialet och desto mindre deformeras det under belastning
Skjuvmodulen (Shear modulus)
Mtrls förmåga att motså skjuvtöjningar (vridningar).
G=τ/γ
γ=w/L0=tan (vinkeländringen)
=vinkeländringen små deformationer
Poission’s tal (V)
Det negativa förhållandet mellan radiell och axiell töjning,
V = - ε_t / ε
Hur kan styvheten förändras i ett material?
Komposit
Hur påverkar olika atombindningar mtrl och dess egenskaper?
- Påverkar styvhet, termisk utvidging, smälttemperatur m.m. Beroende hur hårt bundna atomerna är kommer de orsaka olika egenskaper mer eller mindre.
- Atombindningarna kan EJ förändras med processer.
Vad beror styvheten hos kompositer på?
- Volymfraktion
- Orientering - vilket håll fibrerna ligger åt(längs med varandra, lameller(korsar varandra)).
- Form - Hur fibrerna ser ut. Långa, korta, partiklar.
Hur påverkar fibrerna i en komposit dess styvhet?
ökar styvheten hos kompositmaterial genom överföra last. Fiberorientering, fiberinnehåll och bindningen mellan fiber och matris är viktiga faktorer som påverkar den slutliga styvheten
Vad beror densiteten hos kompositer på?
Densiteten och volymandelen av de ingående materialen
Hur fungerar atombindningar?
De kan jämföras med linjära fjädrar
Vad är materialindex
Ett numeriskt värde M som anger hur effektivt ett mtrl är i ett visst last fall i en viss form.
Hur bestäms materialindex
Bestäms utifrån vilken egenskap och vilket lastfall som ska optimeras. Ex styvhet, pris, vikt). (vad som ska optimeras fås från översättningen)
- Används för rangordning i materialval
Vad är hårdhet
Kopplar till sträckgräns men EJ samma.
Mäts med intryck.
Hur ser en spänning-deformationskurva för typiska metaller ut?
Spänning (sigma=F/A) på y- axeln, deformation (epsilon = delta_L/L_0) på x-axeln.
Linjär upp till sträckgränsen (sigma_y), rundad kurva som planar ut i Brottgränsen (sigma_ts) och sedan droppar ner i punkten brottförlängning (epsilon_f)
Hur hänger brottförlängning (elongation) och duktilitet (ductility) samman?
Duktilitet är hur mycket plastisk töjning ett mtrl kan tolerera, det mäts mha brottförlängningen.
