TENTAFRÅGOR

Question 1

Definiera materialgruppen metaller genom att förklara inre struktur och mekaniska egenskaper.

Answer 1

Metaller: - har generellt kristallstruktur, kan skissa exempelvis FCC/BCC.
högre E-modul och styrka en polymerer.
Hög seghet= kan ta upp mycket energi vid deformation
-Används till konstruktion eftersom de har hög styrka, hårdhet och är tämligen duktila, formbara.

Question 2

Definiera materialgruppen polymerer genom att förklara inre struktur och mekaniska egenskaper.

Answer 2

Polymerer: -har långa molekylkedjor, ofta kolstomme.
Kan ligga antingen amorft eller kristallint. Tre undergrupper till plaster (termoplaster, härdplaster, elastomerer).
Billigt och lätt material
Låg styrka men hög duktilitet
Elastiskt

Question 3

Definiera materialgruppen konpositer genom att förklara inre struktur och mekaniska egenskaper.

Answer 3

Kompositer: Består av en matris och en förstärkning (tex epoxi+kolfiber). Matrisen håller ihop fibrerna och skyddar dem från omgivningen, förstärkningen bidrar med styrka till materialet.
Kompositer har hög styrka i förhållande till sin vikt, används mycket inom flygindustrin och till vindkraftverk.

Question 4

Beskriv materialgruppen keramer och användningsområden.

Answer 4

Tål höga temperaturer. Hårda men spröda. Används som ytbeläggningar på metalliska komponenter som ska utsättas för höga temperaturer.

Question 5

Förklara vad som menas med ett materials hårdhet.

Answer 5

Förmågan att motstå plastisk deformation. För en viss kraft får ett hårt material ett mindre intryck än ett mjukare. Ofta betyder hög sträckgräns hög hårdhet.

Question 6

Beskriv midjebildning och när det uppstår.

Answer 6

Väldigt lokal deformation, sker från brottgränsen och framåt.

Question 7

Vad gör härdning av ett material?

Answer 7

Höjer styrkan (högre sträck- och brottgräns) och sänker duktiliteten.

Question 8

Motivera varför de flesta metalliska material som används i konstruktioner är legeringar, det vill säga att de består av två eller fler grundämnen. Diskutera utifrån begrepp som lösningshärdning och partikelhärdning.

Answer 8

Att tillsätta ett annat grundämne är något man gör i både lösnings och partikel härdning.
Lösningshärdning: blandar in andra atomslag. Atomerna lägger sig i vägen och förhindrar dislokationsglidning. PUNKTFEL
Partikelhärdning: typ som lösningshärdning fast de nya atomerna går ihop och bildar nya faser. VOLYMFEL.
Härdningarna förhindrar dislokationsrörelse. Leder till ett starkare material som är mer hållfast och hårdare.

Question 9

Förklara varför ett metalliskt material blir sprödare (mindre duktilt) vid deformationshärdning.

Answer 9

Eftersom man bygger in en massa kristallfel i materialet vid deformationshärdning. Materialet blir då starkare för varje böjning (deformation). Dislokationerna stoppar varandra.

Question 10

Förklara vad som menas med elektrokemisk korrosion

Answer 10

Samma som galvanisk korrosion. Sker främst för metaller. Ska finnas en anod som skickar elektroner till katoden. Kontakt mellan katod och anod. Ska finnas en elektrolyt, anoden släpper joner till elektrolyter.

Question 11

I en metallkonstruktion som är svetsad kan flera olika typer av korrosion uppstå. Vilken/vilka av spaltkorrosion, spänningskorrosion och kompositionscell kan uppstå här? Förklara hur det sker samt hur riskerna kan minimeras för var och en av korrosionstyperna

Answer 11

Spaltkorrosion kan uppstå vid dålig svetsning eftersom det då kan orsaka vattenansamling. Kan förhindras genom att svetsa ordentligt.
Spänningskorrosion borde inte kunna uppstå (det uppstår när man tex böjer något så att olika sidor blir olika härdade)
Kompositionscell: olika material med olika spänningar kan bilda galvanisk cell. Förhindra genom att tex använda samma material.

Question 12

Definiera polymergruppen härdplaster och ge ett exempel.

Answer 12

Härdplasters molekylkedjor har starka kovalenta tvärbindningar mellan sig . Exempel epoxi, polyester

Question 13

Diskutera för- och nackdelar med härdplaster jämfört med termoplaster och elastomerer utifrån mekaniska egenskaper och återvinning

Answer 13

Härdplaster: Går inte att smälta, svåra att återvinna. Brinner ty väldigt starka kovalenta tvärbindningar. Starka och spröda.
Termoplaster: Billiga. Kan smältas och är därmed lätta att forma. Vanligaste typen används ofta som engångsplast.
Elastomerer:Kovalenta tvärbindningar som sitter glesare än hos härdplaster. Elastiska.
Termoplaster och elastomerer går att återvinna enklare eftersom de går att smälta. Härdplaster behöver malas ner för att kunna återanvändas.

Question 14

Trä räknas ofta till polymera material, motivera och diskutera varför.

Answer 14

Polymerer består av långa molekylkedjor, det gör trä med. Cellulosa och lignin.

Question 15

Beskriv utifrån struktur och mekaniska egenskaper de faser/strukturbeståndsdelar som kan finnas i ett stål vid rumstemperatur.

Answer 15

Ferrit - BCC, mjuk och låg hållfasthet
Cementit - hårt och sprött
Perlit- både ferrit och cementit, kombination av dess egenskaper: hög styrka och inte lika sprött
Austenit- FCC, endast vid höga temperaturer
Martensit - hård och spröd . mycket stor underkylning
Bainit - Ferrit och cementit, stor underkylning

Question 16

Aluminium är en lättmetall som ibland legeras med koppar för att uppnå en högre styrka. En
vanlig härdningsmetod är utskiljningshärdning. Vilka steg ingår i en sådan härdning?

Answer 16

1. Upplösningsbehandling: vill komma in i ett enfasområde.
2. Snabbkylning: vill till rumstemperatur, lägg i vatten eller olja
3. Åldring: tillåter kopparatomer att skapa små grupper med (theta)-struktur
   Får kopparatomerna att spridas ut mer jämt i materialet, gör att det lättare stoppar dislokationsrörelse

Question 17

Beskriv mikrostruktur, egenskaper och typiskt användningsområde för kompositer

Answer 17

Kompositer: är en blandning av två material, oftast en matris och en förstärkning (ex epoxi och kolfiber). Kompositer har ofta hög brottgräns och sträckgräns i förhållande till deras lätta vikt och används exempelvis i rotorbladen på ett vindkraftverk och inom flygindustrin. Dess starka sträckgräns beror på starka jonbindningar eller kovalenta bindningar.

Question 18

Beskriv mikrostruktur, egenskaper och typiskt användningsområde för gjutjärn

Answer 18

Gjutjärn består av järn och kol. Mängden kol ligger vanligtvis mellan 2-4 %, vilket är en stor mängd kol jämfört med stål. Detta ger gjutjärn egenskaper som att det är mycket starkare, men inte lika duktilt. Materialet används ofta som stekpannor och ugnsformar eftersom det är väldigt värmetåligt .

Question 19

Beskriv mikrostruktur, egenskaper och typiskt användningsområde för stål

Answer 19

Stål är ett väldigt duktilt ämne samt mycket segt. Används i många typer av maskiner och produkter man vill ska formas på ett visst sätt. MAn kan få många typer av härdat stål: ferritiskt, austenitiskt, martensitiskt, cementitiskt och perlitiskt. Några är enfasiga och för andra har en eutektoidisk eller euktektisk reaktion skett där en enfas går till två fasta faser. Då blir materialet starkare.
Man kan även anlöpa stål vilket gör att materialet får högre seghet

Question 20

Beskriv skillnaden på atomstruktur och kristallstruktur hos ett material.

Answer 20

Atomstruktur: Är hur atomerna är uppbyggda och hur de binder sig till varandra
Kristallstruktur: beskriver regelbundenheten i atomerna /molekylernas ordning. Det finns tre vanliga typer av kristallstruktur. FCC, BCC och HCP.
Skillnaden är alltså atomstruktur är fokuseras på atomens bindning och uppbyggnad och kristallstruktur hur atomerna/molekylerna är ordnade, i vilken regelbundenhet och ordning

Question 21

Motivera varför kristallfel spelar en viktig roll vid förståelsen av ett metalliskt materials mekaniska egenskaper

Answer 21

Kristallfel skapar hinder i materialstrukturen och gör att dislokationsrörelser stoppas snabbare. Betyder att materialet blir starkare.
Punktfel: Vakans, interstitiell, substitionell
Linjefel: dislokationer
Ytfel: korngränser
Volymfel: utskiljningar

Question 22

Förklara begreppen E-modul, sträckgräns, brottgräns, seghet, duktilitet och brottförlängning.

Answer 22

E-modul: Lutning på sträckgränslinjen
Sträckgräns: Hur stor kraft materialet kan utsättas för utan att deformeras plastiskt.Innan denna gräns rör sig bara atombindningarna
Brottgräns: Hur mycket ett material kan plastiskt deformeras utan att midjebildning sker.
Seghet: Den energimängd ett material kan ta upp innan brott. Arean under kurvan.
Duktilitet: Mått på plastisk deformation
Brottförlängning: Hur mycket materialet böjs innan brott

Question 23

Beskriv vad som menas med korrosion. Vidare, beskriv ett exempel då korrosion kan användas i ett positivt syfte.

Answer 23

Korrosion är då ett material fräts sönder eller bryts ner via kemiska (alla material, löses upp i korrosiv vätska eller UV-ljus) eller elektroniska angrepp (metaller pga de fria elektronerna). Galvanisk korrosion sker mellan två metaller som står i kontakt med varandra. Då elektroner vandrar från en anod till en katod genom en elektrolyt. Korrosion ses ofta som negativt och försöks undvika vid konstruktioner genom att använda samma material, ha en stor anod, undvika öppna spalter eller utforma bytbara korroderande delar. Men korrosion används i ett positivt syfte då man exempelvis elektropläterar medaljer för att täcka dem med ett guldskikt exempelvis.

Question 24

Man brukar säga att de flesta lätta konstruktionsmaterial har en hög specifik styrka och styvhet. Vad menas med hög styrka respektive styvhet.

Answer 24

Att de har en hög styrka respektive styvhet i förhållande till dess vikt. Vikt och densitet spelar stor roll i materialval, därför kan tex en komposit vara bättre att använda i rotorblad till vindkraft än stål som egentligen har högre styrka och styvhet än kompositen men i förhållande till sin egna vikt är stål väldigt tung och hade behövt mer kraft för att snurra och generera energi.

Question 25

Titanlegeringar räknar till gruppen lätta konstruktionsmaterial och man brukar säga att titanlegeringar är biokompatibla . Vad menas med att ett material är biokompatibelt, motivera även detta påstående utifrån materialets mikrostruktur.

Answer 25

Mtterialet är biokompatibelt eftersom det är motståndskraftigt mot korrosion vilket är särskilt viktigt i kroppen där det finns många korrosiva föreningar. Titan är dessutom ett lätt material vilket gör att det passar bra i kroppen. Låg densitet och hög styrka, motståndskraftig mot korrosion. Materialets mikrostruktur är att det får ett tätt skyddande oxidskikt på ytan som gör det motståndskraftigt mot korrosion.

Question 26

Beskriv typisk inre struktur (mikrostruktur och bindningar) hos de tre polymergrupperna, termoplaster, härdplaster och elastomerer.

Answer 26

Termoplaster: Svaga Van der Waalsbindningar. Inte särskilt starkt material men går att smälta pch forma enkelt. Ofta billigt. Vanligt till engångsartiklar. Delkristallin struktur, delvis amorf, delvis kristallin.
Härdplaster: Starka kovalenta tvärbindningar vilket ger dem väldigt starka och motståndskraftigt material. Men tål inte värme bra, pga av de starka bindningarna brinner de upp. Därmed svåra att återvinna eftersom de inte kan smältas, istället mals de ner.
Elastomerer: starka kovalenta tvärbindningar men mer glest utspridda, vilket ger dem mer elastiska egenskaper. Molekylkedjorna ihoplindade som spiraler och kan dras ut väldigt mycket.

Question 27

Motivera valet av en utskiljningshärdad aluminiumlegering till detaljer i flygplan utifrån kopplingen mellan materialets inre struktur och dess egenskaper.

Answer 27

Utskiljningshärdning sker i 3 steg: Upplösningshärdning, snabbkylning och åldring. Genom att göra denna härdningsprocess på aluminiumlegeringen ökar dess hårdhet eftersom utskiljningar minskar dislokationsrörelser. Rent aluminium är för formbart och svagt därför ökar man styrkan. Utskiljningshärdad aluminium är dessutom ett bra val då det väger relativt lite i förhållande till dess vikt

Question 28

Motivera valet av austenitiska rostfria stål utifrån kopplingen mellan materialets inre struktur och dess egenskaper.

Answer 28

Biomassa har relativ låg syrehalt vilket gör biomassa extra mottaglig för kemisk korrosion. Austenitiska rostfria stål har minst 11 % krom i sig och bildar ett kromoxidiskt skydd på yttre lagret i de varma delarna. Skyddet gör att delarna håller extra länge och klarar höga temperaturer.

Question 29

Beskriv vad som menas med atomstruktur.

Answer 29

Atomstruktur är beskrivning av atomens uppbyggnad och dess bindningar till andra atomer.

Question 30

Beskriv vad som menas med kristallstruktur.

Answer 30

Kristallstruktur är beskrivning av regelbundet ordnade atomer

Question 31

Vad som menas med en fas?

Answer 31

En fas är ett material eller del av ett material med samma kemiska sammansättning eller kristallstruktur

Question 32

Vad menas med kemisk sammansättning?

Answer 32

Andelar av respektive grundämne i en legering.

Question 33

Ge exempel på något som räknas till ett materials mikrostruktur. Beskriv även hur och på vilket sätt ditt exempel på mikrostruktur påverkar ett materials egenskaper.

Answer 33

Tex kornstorleken hos ett metalliskt material. En metall med små korn är i regel starkare (högre sträck- och brottgräns) jämfört med en metall med större korn. DEtta tack vare att korngränser fungerar som hinder för dislokationsrörelse och styrkan hos ett metalliskt material är starkt kopplad till förmågan att motstå dislokationsrörelse. Mekanismen kallas korngränshärdning.

Question 34

Motivera typiska användningsområden för metaller utifrån dess typiska egenskaper.

Answer 34

Metaller används ofta i konstruktioner/detaljer som klarar av stora krafter utan att gå sönder, tex byggnader och bilar. Metaller har hög styrka och duktilitet.

Question 35

Motivera typiska användningsområden för polymerer utifrån dess typiska egenskaper.

Answer 35

Polymerer är en lätt och billig materialgrupp som jämfört med metaller har låg styrka men är lätta och billiga att tillverka. Används därmed i produkter där kravet på styrka inte ör så högt, tex plastpåsar

Question 36

Motivera typiska användningsområden för keramer utifrån dess typiska egenskaper.

Answer 36

Keramer tål höga temperaturer och används därmed till exempel som ytbeläggningar på metalliska komponenter som ska utsättas för höga temperaturer.

Question 37

Motivera typiska användningsområden för kompositer utifrån dess typiska egenskaper.

Answer 37

Kompositer har hög styrka i förhållande till sin vikt. Används därmed i applikationer där detta är av intresse, tex inom flygindustrion och som material i rotorblad till vindkraftverk.

Question 38

Antag att en stång med diametern 15mm belastas i drag med kraften 100000 N. Materialet i stången har en sträckgräns på 550 MPa och en brottgräns på 600 MPa. Erhålls plastisk deformation? Erhålls midjebildning? Motivera beräkningar och resonemang.

Answer 38

Kraften F ger upphov till en spänning=100000/((pi*0,015^2)/4)=566MPa . Spänningen överstiger sträckgränsen för materialet vilket innebär att plastisk deformation sker. Dock har materialet en brottgräns på 600 MPa vilket innebär att midjebildning inte sker.

Question 39

Antag att du arbetar på ett företag där ni ska byta material i en komponent i en av företagets produkter. Anledningen till att byta ut material är att materialet som användes gav för stor elastisk deformation vid den maximala kraft som komponenten utsätts för. Vilken materialparameter bör ni fokusera på för att studera det nya materialet. Motivera ditt resonemang och ange även om materialparametern ska vara högre eller lägre för det nya materialet jämfört med det gamla.

Answer 39

E-modulen är den materialparameter som bör studeras för nya förslag på material. E-modulen är ett mått på materialets styvhet och anger materialets förmåga att motstår elastisk deformation. Ett material med en hög E-modul (brant lutning) ger en mindre elastisk deformation jämfört med ett material med en lägre E-modul om båda materialen utsätts för samma last. Det nya materialet bör ha en högre E-modul jämfört med det gamla materialet.

Question 40

Vad menas med utmattning av ett material? Beskriv även ett exempel på en produkt/ applikation där utmattning av material kan uppstå.

Answer 40

Med utmattning menas att materialet utsätts för upprepad belastning. Belastningen i varje cykel ligger under materialets sträckgräns på plastisk deformation sker inte (globalt) vid de första cyklerna. Men lokalt i materialet tex vid defekter, är spänningen högre, ibland över sträckgränsen och sprickor kan skapas och växa från dessa. Efter tillräckligt många belastningar sker därmed ett brott. Tex rotorbladen på ett vindkraftverk. En start och stopp av vindkraftverket kan ses som en utmattningscykel. Vidare när bladen snurrar kan vibrationer uppstå och materialet utsätts inte för en konstant last utan en varierande.

Question 41

Beskriv skillnaden i inre struktur mellan en amorf och delkristallin termoplast.

Answer 41

Samtliga polymerer är uppbyggda av långa molekylkedjor. I en amorf termoplast ligger molekylkedjorna huller om buller och mycket intrasslade i varandra. Hos en delkristallin termoplast finns amorfa områden men även områden där molekylkedjorna ligger mer ordnat och längs med varandra och dessa betraktas som kristallina

Question 42

Polymera material är temperaturkänsliga. Beskriv vad som menas med begreppet glasomvandlingstemperatur och hur denna påverkar egenskaperna hos delkristallina respektive amorfa termoplaster.

Answer 42

Med glasomvandlingstemperatur menas den temperatur då agenskaperna hos en polymer går från att vara sega och duktila till spröda. Under Tg sprött och över Tg segt och duktilt. Då glasomvandlingen enbart sker i den amorfa delen i polymeren påverkas amorfa termoplaster mer jämfört med delkristallina termoplaster

Question 43

Diskutera ifrån molekylstrukturen på plaster med stora sidogrupper hur egenskaper som E-modul och glasomvandlingstemperatur påverkas av molekylkedjestrukturen.

Answer 43

Stora sidogrupper leder till att molekylkedjan får svårt att veckal ut sig och rotera. Stora sidogrupper hakar lätt i varandra och försvårar deformation av polymeren. ATt kedjan kan veckla ut sig och rotera är mycket viktigt för E-modul och Tg därmed leder till att en stor sidogrupp ofta resulterar i högre E-modul och Tg.

Question 44

Härdning av metalliska material bygger i de flesta fall på att försvåra dislokationsrörelse genom att införa kristallfel i metallen. Redogör vad som menas med detta genom att beskriva begreppen dislokationsrörelse och kristallfel

Answer 44

Dislokationsrörelse: De flesta metalliska material är uppbyggda av en kristallstruktur, det vill säga att atomer sitter ordnade i ett gitter. Med elastisk deformation enbart leder till att atombindningar töjs så leder plastisk deformation till glidning längs atomplanen, så kallad dislokationsglidning eller dislokationsrörelse. En dislokation är således ett kristallfel.
Kristallfel: i den ordnade kristallstrukturen finns ibland fel, så kallade kristallfel. ex på sådana kan vara punktfel (tex interstitiella och supstitutionella), linjefel (dislokationer), ytfel (korngränser) och volymfel (utskiljningar).
Med härdning av metaller menas att man ökar styrkan hos materialet genom att försvåra för dislokationer att glida. Ju svårare dislokationer har att ta sig fram desto starkare material. Kristallfel hjälper till att försvåra för dislokationer att röra på sig.

Question 45

Vilken är skillnaden i kemisk sammansättning mellan stål och gjutjärn?

Answer 45

Både stål och gjutjärn är FE-C-legeringar. MEn stål består av upp till 2% kol medan gjutjärn har en högre kolhalt består av 2-4% kol (och kisel Si 0,5-3%)

Question 46

Efter kallbearbetning av ett metalliskt material genomför man ibland en rekristallisationsglödgning. Vad menas med detta och hur förändras den inre strukturen? Dessutom hur förändras metallens egenskaper under glödgningen?

Answer 46

Efter kallbearbetning har materialet ofta en hög styrka men låg duktilitet, man säger att det är deformationshärdat. Ibland är syftet med kallbearbetingen att erhålla en högre styrka medan ibland är syftet istället att erhåla nya dimensioner tex kallsvetsa en plåt så att tjockleken minskar. Ett kallbearbetat material har hög dislokationstäthet och kornen är utdragna. När sedan värmebehandlingen påbörjas börjar dislokationerna ordna upp sig i så kalade subkorn, detta steg kallas återhämtning. MAterialets mekaniska egenskaper är relativt oförändrade i detta steg då dislokationstätheten är oförändrad. När temperaturen ökar ytterliggare kommer man in i steget som kallas för rekristallisation. Subkornen blir till riktiga korn. Då dislokationstätheten minskar i detta steg sjunker styrkan medan duktiliteten ökar. Höjs temperaturen ytterligare får man så kallad korntillväxt, det vill säga att kornen växer. Styrkan fortsätter att sjunka.

Question 47

Både titan och aluminium tillhör gruppen lättetaller tack vare deras låga densitet. Diskutera vilka skillnader i egenskaper som finns mellan dessa två material. Nämn ett typiskt användningsområde för respektive metall.

Answer 47

Titan: biokompatibla, svåra att maskinarbeta pga dess kristallstruktur (HCP), hög hållfasthet. Användningsområden: flygindustrin, implantat.
Aluminium: lätta att maskinarbeta tack vare dess kristallstruktur (FCC), låg smältpunkt. Stor härdningsptential, dvs man kan höja styrkan mycket tex genom att legera och värmebehandla. Användningsområden: förpackningar, transport

Question 48

Vilken är principen för hur man kan skydda ett metalliskt material från att korrodera? Diskutera med villkoren för elektrokemisk korrosion som utgångspunkt.

Answer 48

Nödvändiga faktorer för elektrokemisk korrosion:
1. Potentialskillnad mellan två material. Dvs att ett material blir anod och det andra katod. Anoden avger elektroner och katoden tar upp elektroner.
2. Elektrisk ledningsförmåga. Dvs att elektroner kan vandra från anoden till katoden (Detta finns i metaller vilket gör att de är känsliga för korrosion)
3. Elektrolytisk ledningsförmåga. Elektrolyten måste kunna leda för att kretsen ska bli sluten.
För att skydda sig mot korrosion behöver man alltså utesluta någon av ovanstående faktorer. För att undvika punkt 1 kan man se till att använda sig av samma material och därmed undvika potentialskillnad. GEnom att isolera materialen från varandra tex med en plast, kan man undvika att elektroner vandrar mellan materialen.

Question 49

Varför har ett material med en hög E-modul även en hög smälttemperatur? Motivera ditt svar utifrån skillnader i materialens inre struktur.

Answer 49

Ett material med hög E-modul har i de flesta fall en hög smälttemperatur. Anledningen är att både E-modul och smälttemperatur är direkt kopplade till styrkan på atombindningarna som finns i materialet. Starka bindningar –> hög E-modul och smälttemperatur. Keramer har ofta kovalenta eller jonbindningar vilka är starka bindningar och därmed leder till hög E-modul och smältpunkt. Metaller har metallbindningar vilka är svagare än kovalenta och jonbindningar. Polymerer har svaga van-der-waals-bindningar vilket leder tilllåg E-modul och smältpunkt.

Question 50

Vad menas med ett materials E-modul?

Answer 50

E-modulen är ett mått på ett materials styvhet, alltså förmågan att motstå elastisk deformation.

Question 51

Vad betyder sträckgräns, brottgräns, brottförlängning och segheten hos ett material.

Answer 51

Sträckgräns: materialets motstånd mot plastisk deformation
Brottgräns: den högsta spänning ett material klarar av. Efter brottgräns kommer midjebildning.
Brottförlängning (duktilitet): materialets förmåga att deformeras plastiskt
Seghet: arean under kurvan. Ett mått på den energi materialet kan ta upp före brott.

Question 52

Vilka andra egenskaper förutom de mekaniska kan vara viktiga när man ska välja ett material?

Answer 52

Tex:

• Densitet: i de fall där komponenten/produkten ska flytta på sig är låg vikt ofta ett önskemål
• Pris: materialkostnad och tillverkningskostnad
• Korrosionsmotstånd: detaljer som ska utsättas för tuffa miljöer (sol, regn, saltvatten, kemisk industri) måste ha ett bra motstånd mot att brytas ner

Question 53

Definiera vad som menas med fas respektive strukturbeståndsdel inom materialtekniken

Answer 53

Fas: del av materialet med enhetlig struktur, kemisk sammansättning, egenskaper och väldefinieras gränsyta mot sin omgivning.
Strukturbeståndsdel: utskiljbar del av materialet som kan bestå av en eller flera faser.

Question 54

Beskriv varför ett metalliskt material som innehåller två eller flera faser ofta har en högre hållfasthet jämfört med ett metalliskt material med bara en fas.

Answer 54

Hållfastheten hos ett material är starkt kopplad till materialets förmåga att motstå glidning av dislokationer. Hinder i kristallstrukturen gör att dislokationer får svårt att glida och därmed erhålls ett starkare material (högre sträck- och brottgräns). Ett material med två eller fler faser sägs ofta vara partikelhärdat. Om en dislokation glider i en fas kommer den att stoppas upp är den möter en annan fas. I material med bara en fas kan dislokationer lättare glida längs långa sträckor innan de stoppas.

Question 55

Vad menas med ett materials mikrostruktur? Ge även ett exempel på vad som kan räknas till ett materials mikrostruktur.

Answer 55

Beskrivningar av materialet på mikronivå, det man kan se i ett mikroskåp, dvs exempelvis kornstorlek, faser och utskiljningar.

Question 56

Beskriv skillnaden mellan atomstruktur och kristallstruktur.

Answer 56

Med atomstruktur menas hur atomen är uppbyggd och hur den binder till andra atomer (atombindningar). Kristallstruktur är beskrivningen av regelbundet ordnade atomer/molekyler.

Question 57

Med diffusion menas en orienterad förflyttning av atomer i ett material. Flera av de härdningsmetoder som tagits upp i kursen är beroende av just diffusion. Förklara på vilket sätt som diffusion spelar en viktig roll vid härdning av metalliska material.

Answer 57

Många härdningsmetoder bygger på att skapa nya faser i materialet och därmed försvåra dislokationsglidning tex partikelhärdning. Fasomvandling är i de flesta fall diffusionsberoende, dvs att faserna skapas genom att atomer förflyttar sig inom materialet.

Question 58

Polymerer är uppbyggda av långa molekylkedjor och brukar delas in i tre undergrupper termoplaster, härdplaster och elastomerer. Beskriv den huvudsakliga skillnaden på dessa vad gäller deras inre struktur.

Answer 58

Den huvudsakliga skillnaden i inre struktur är hur molekylkedjorna är bundna till varandra. Termoplaster har svaga vanderwaalsbindningar mellan kedjorna. Härdplaster har starka kovalenta tvärbindningar och elastomerer har glesa kovalenta tvärbindningar. Hos elastomerer är kedjorna upplindade som spiraler vilket leder till stor förmåga till elastisk deformation hos denna materialgrupp.

Question 59

Förklara på vilket sätt som molekylkedjans struktur (förgreningar, sidogrupper etc.) påverkar polymerens mekaniska egenskaper.

Answer 59

Förgreningar och sidogrupper försvårar för molekylkedjan att veckla ut sig och rotera. Plastisk deformation hos polymerer handlar just om att kedjan vecklar ut sig och roterar. Försvårad molekylkedjerörelse –> försvårad plastisk deformation

Question 60

Definiera vad som menas med ett kompositmaterial. Ge även ett exempel på ett kompositmaterial.

Answer 60

Ett kompositmaterial är en blandning av två eller flera material. Ej att förväxla med en legering där två grundämnen blandas, tex stål som är en legering av järn och kol. Kompositer är ofta uppbygda av matris och förstärkning tex kolfiberkomposit där kolfiber agerar som förstärkning och epoxi ofta används som matris.

Question 61

Vad menas med korrosion? Beskriv skillnaden på hur metaller och polymerer kan påverkas av korrosion.

Answer 61

Korrosion är nedbrytning av material. Metaller bryts ofta ner genom elektrokemisk korrosion. För detta krävs att elektroner kan vandra från anod till katod och samtidigt löser anoden upp sig (förlorar joner). Polymerer kan ej drabbas av elektrokemisk korrosion då dessa ej är elektriskt ledande. Istället kan polymerer drabbas av kemisk korrosion, tex UV-ljus.

Question 62

Knivseggen på köksknivar är ofta tillverkade av ett martensitiskt rostfritt stål. Motivera detta materialval utifrån begrepp som legeringsämnen, materialegenskaper och inre struktur.

Answer 62

Rostfria stål har förutom järn och kol även krom i sig. Krom reagerar med syre och skapar ett kromoxidskikt som skyddar materialet från korrosion. Bra korrosionsmotstånd är en viktig egenskap för knivar. Vidare krävs det att knivseggen har hög styrka (hög sträck- och brottgräns) och har hög hårdhet. Martensitiska stål består v anlöpt martensit (ferrit och cementit) vilket har en hög hårdhet jämfört med andra strukturer hos stål.

Question 63

Vad menas med en superlegering? Ange användningsområde och typiska egenskaper hos denna materialgrupp.

Answer 63

En superlegering har “superegenskaper” vid höga temperaturer, både mekaniska och kemiska (tex korrosionsegenskaper). Detta gör att materialgruppen används i detaljer som ska utsättas för höga temperaturer, ofta över 500 grader. Tex vissa komponenter i gasturbiner, flygmotorer och kraftvärmeverk.