Metallenes mikrostruktur og egenskaper: Øving 8 - Andre metaller og legeringer

Oppgave 1

Oppgave 1a - Titan

Ren titan skifter krystallstruktur ved °C. Over denne temperaturen finner vi -fasen som har -struktur, og  under denne temperaturen eksisterer -fasen som har -struktur.

Oppgave 1b - Formbarheten til titan

  • Rent titan kan kaldvalses opp til 90 % ved romtemperatur.
  • HCP-metaller kan vanligvis ikke formes like mye som titan.
  • I titan foregår dislokasjonsglidning bare på strukturens basalplan ved romtemperatur, som gir god formbarhet.
  • Sannsynligvis skyldes formbarheten til titan det lave c/a-forholdet i enhetscellen for titan i sammenligning til andre HCP-materialer.
Hva er riktig om formbarheten til titan?

Oppgave 1c - Titanlegeringer

  • Den viktigste og mest brukte titanlegeringen er en α-β-legering
  • I α-legeringer vil hovedlegeringselementet tinn løses lettere i α-titan enn β-titan, dvs. at α-fasen stabiliseres.
  • α-β-legeringer smis i α-området av fasediagrammet.
  • Titan-martensitt er bløtt relativt til stål-martensitt.
  • β-legeringer kan bli enda sterkere enn α-β-legeringer fordi en glødeprosess gir finfordelte α-partikler i β-fasen.
  • Legeringer av aluminium og magnesium har et høyere styrke/vekt-forhold enn titanlegeringer.

Oppgave 1d - Martensitt i titan

  • Staver
  • Plater
  • Nåler
  • Sammenhengende partikler
I de titanlegeringene som har nok β-stabilisatorer kan det dannes martensitt. Hva slags martensitt blir vanligvis dannet?

Oppgave 2

Oppgave 2a - Magnesiums egenskaper

Tettheten til magnesium er 1,74 g/cm3. Dette gjør magnesium til det av de teknologiske metallene. Elasitetsmodulen er enn til aluminium. Magnesium i sjøvann. Magnesium forbrenner med et lys ved oppvarming til en høy temperatur. Tilsetting av øker korrosjonsmotstanden til magnesium.

Oppgave 2b - Magnesiums egenskaper

Formbarheten til magnesium er, som til de fleste HCP-metaller, dårlig ved romtemperatur. Over en viss temperatur er den derimot mye mer formbar, og dette skyldes at det har blitt aktivert en type  som slipp-plan.  

Teknisk rent magnesium som konstruksjonsmateriale.

Oppgave 2c - Styrke i magnesiumlegeringer

  • Partikkelherding
  • Kornforfining
  • Korngrenseherding
Hvordan oppnås høy styrke i magnesiumlegeringer?

2d - Sammensetning i magnesiumlegeringer

  • Opp til 1%
  • Opp til 2 %
  • Opp til 3 %
  • Opp til 4 %
  • Opp til 5 %
  • Opp til 6 %
Magnesiumlegeringer som kan utherdes inneholder ofte 6-11 % Al, opp til 6 % Zn eller 1,5-4 % Th, og har et relativt høyt styrke/vekt forhold. Elementene tilsettes ofte i kombinasjon (Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Th), og ofte sammen med sjeldne jordarter Ce, La og La. Hvor mye av disse sjeldne jordartene blir vanligvis tilsatt?

Oppgave 3

3a - Nikkel som teknologisk metall

  • Det er begrensende mengder av nikkel i verden.
  • Nikkel er kostbart.
Nikkel har generelt gode egenskaper som gjør det til et materiale som kan brukes til mange formål. Hva er hovedgrunnen til at det brukes så lite?

3b - Herdende partikler i nikkel superlegeringer

  • Inkoherente
  • Koherente
  • Semikoherente
Nikkel superlegeringer herdes ved utfelling av hvilke typer partikler?

3c - Dislokasjonsklatring i nikkel superlegeringer

  • Det kalles en fasegrense og har meget lav energi.
  • Det kalles en fasegrense og har meget høy energi.
  • Det kalles en antifasegrense og har meget lav energi
  • Det kalles en antifasegrense og har meget høy energi

De herdende partiklene er bløte og herder ikke grunnet sin hardhet; årsaken er den ordnede krystallstrukturen. Når en dislokasjon passerer i denne ordningen vil det ha oppstått et lokalt brudd i den opprinnelige ordningen.

Hva er riktig om fenomenet?

3d - Styrke på høy temperatur i nikkel superlegeringer

  • Fordi sentrifugalkraften er mindre enn flytespenningen.
  • Fordi de inneholder Co.
  • Fordi det dannes beskyttende oksider som fortsatt er stabile på brukstemperaturen.
  • Fordi det er veldig liten grenseflateenergi mellom presipitatene og nikkelfasen.

Signing i nikkel superlegeringer skjer ved gliding og klatring av dislokasjoner (som diskutert i forrige oppgave), som er diffusjonskontrollert. Dermed vil signing øke med økende temperatur. Vi ønsker dermed en legering som beholder sin styrke på høye temperaturer, slik at det blant annet kan brukes i flymotorer.

Hvorfor beholder nikkel superlegeringer sin styrke på brukstemperaturen i skovlene i en flymotor (700-850 °C)?

Oppgave 4

Oppgave 4a - Teknisk rent kobber

  • Oksygenholdig elektrolyttkobber
    burde ikke brukes i hydrogenatmosfære ved høye temperaturer
  • Oksygenfritt kobber
    blir fremstilt i en reduserende atmosfære av CO og nitrogen.
  • Desoksidert raffinadekobber
    har dårlig elektrisk ledningsevne.

Oppgave 4b - Messing

Messing er en legering av kobber og . Den viktigste effekten til dette elementet er å øke . Når materialet inneholder  av legeringselementet er det kategorisert som α-messing, men er det kalles det α + β’-messing. Den beste av disse for kaldforming er .

Oppgave 4c - Messing

1) Hva kalles messingtypen av α+β’-messing som har tilsats av opp til 7 % av legeringselementene Mn, Fe og Al?

Svar:  

2) Akkurat disse legeringselementene øker spesielt en av egenskapene. Hvilken?

Svar: De gir økt .

Oppgave 4d - Tinnbronse

Under er likevektsdiagrammet til kobber og tinn.

1) En Cu - 20 % Sn legering inneholder, etter avkjøling fra smelte, 50 % α, 30 % β og 20 % γ. Dersom avkjølingen hadde skjedd i likevekt, hvilke faser ville det vært?

Svar: 

2) Denne stabile konfigurasjonen utvinnes ikke industrielt fordi det er så sakte diffusjon ved lave temperaturer. Hvilke to bronser blir derimot produsert (basert på deres legeringsinnhold)?

Svar:

-bronse for innhold < 11 % Sn.

-bronse for innhold 11-18 % Sn.

Oppgave 4e - Taket på Nidarosdomen

  • Oksygenholdig elektrolyttkobber
  • Oksygenfritt kobber
  • Desoksidert raffinadekobber
  • Messing
  • Tinnbronse
Taket på Nidarosdomen er lagd av en type kobber. Fargen på taket er blå-grønn/irrgrønn. Hvilken type kobber er det mest sannsynlig laget av?

Oppgave 4f - Blanke mynter

  • Cu-Zn
  • Cu-Sn
  • Cu-Al
  • Cu-Si
  • Cu-Ni
Hvilket legeringssystem blir brukt til blanke mynter, f. eks. 1- og 5-kroninger?