KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 3

Samankaltaiset tiedostot
Dislokaatiot - pikauusinta

Faasialueiden nimeäminen/tunnistaminen (eutek1sessa) tasapainopiirroksessa yleises1

Tärkeitä tasapainopisteitä

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 1. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikka

KJR-C2004 materiaalitekniikka. Harjoituskierros 2

Luento 1 Rauta-hiili tasapainopiirros Austeniitin hajaantuminen perliittimekanismilla

Binäärinen tasapaino, ei täyttä liukoisuutta

Faasimuutokset ja lämpökäsittelyt

Deformaatio. Kiteen teoreettinen lujuus: Todelliset lujuudet lähempänä. σ E/8. σ E/1000

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta

Metallit jaksollisessa järjestelmässä

Lapin alueen yritysten uudet teräsmateriaalit Raimo Ruoppa

Mak Sovellettu materiaalitiede

KOVAJUOTTEET Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet.

KJR-C2004 materiaalitekniikka Materiaalinvalinta ja elinkaarianalyysi

Tina-vismutti juotosmetallin binäärinen seos Tekijä: Lassi Vuorela Yhteystiedot:

Korkealämpötilakemia

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Rauta-hiili tasapainopiirros

Alieutektoidisen teräksen normalisointi

Kon Teräkset Viikkoharjoitus 2. Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikan tutkimusryhmä Koneenrakennustekniikan laitos

Tina-vismutti seos juotosmetallina

Korkealämpötilakemia

Firan vesilaitos. Laitosanalyysit. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

Luento 2. Kon Teräkset DI Timo Kiesi Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Aalto-yliopisto

Terästen lämpökäsittelyn perusteita

Mak Materiaalitieteen perusteet

Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

Luento 5 Hiiliteräkset

Juottaminen J O H D A N T O... D J u o k s u t t e e n v a l i n t a t a u l u k k o... D 1. 3

CHEM-C2400 MATERIAALIT SIDOKSESTA RAKENTEESEEN (5 op) Laskuharjoitus 1

Metallit

Metallurgian perusteita

Fe - Nb - C ja hienoraeteräkset

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

PRONSSISEOKSET AIHIOT JA LIUKULAAKERIT

Metalliseokset. Alumiiniseokset. ValuAtlas Suunnittelijan perusopas Seija Meskanen, Tuula Höök

Faasipiirrokset, osa 3 Ternääristen ja monikomponenttipiirrosten tulkinta

MIG 350 DIN 8555: MSG 2 GZ 350 kovahitsaus, koneistettavaa MIG 600 DIN 8555: MSG 6 GZ 60 iskut, hankauskuluminen. 3-3

Kupari ja kuparimetallit.

17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L

17VV VV 01021

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

Pehmeä magneettiset materiaalit

Juottaminen. Juottaminen 121

Makroskooppinen approksimaatio

Valurauta ja valuteräs

Chem-C2400 Luento 4: Kidevirheet Ville Jokinen

Keskinopea jäähtyminen: A => Bainiitti

Kon Teräkset Harjoituskierros 6.

Tig hitsauslangat KORJAUS- JA KUNNOSSAPIDON AMMATTILAISILLE SEOSTAMATTOMAT NIUKKASEOSTEISET RUOSTUMATTOMAT KUPARI ALUMIINI NIKKELI MAGNESIUM TITAANI

Kokillivalu (Permanent mold casting) Jotain valimistusmenetelmiä. Painevalu (Diecasting) Painevalu

Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

CHEM-C2400 Sidoksesta Rakenteeseen. Ville Jokinen, Sami Lipponen, Orlando Rojas

Tina-vismutti -juotosmetallin binäärinen seos

Sulamisen ja jähmettymisen tarkastelu faasipiirroksia hyödyntäen

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

SEOSAINEIDEN VAIKUTUKSET TERÄSTEN HITSATTAVUUTEEN. MIKRORAKENTEEN MUUTOKSET HITSAUSLIITOKSESSA.

Jotain valimistusmenetelmiä

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Joitain materiaaleja Kriittinen lämpötila

OMEGA kovametalliviilat

Lovilujittuminen. Lovessa kolmiaksiaalinen jännitystila Lovessa materiaali käyttäytyy kuin se*olisi lujempi

AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT

TUOTELUETTELO HARALD PIHL AB S P E C I A L A L L O Y S A N D T I T A N I U M

J O H D A N T O... E 1. 2

TYÖYMPÄRISTÖN MATERIAALIT

Tuoteluettelo PRONSSIAIHIOT JA LAAKERIT. Johnson Metall Oy. Your first choice in bronze. Turkkirata 14, PL Pirkkala. Puhelin (03)

Metallit

Hakemisto. C CCT-käyrä... ks. S-käyrä CVD-pinnoitus...ks. kaasufaasipinnoitus

RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET

Sisällysluettelo. Kierretapit Kierretappien valintajärjestelmä ja symbolien merkitys Metrinen kierre M 56-74

kansainvälisyys JACQUET johtava, maailmanlaajuinen ruostumattomien kvarttolevyjen käyttäjä 483 työntekijää

Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

Normaalisti valmistamme vastuksia oheisen taulukon mukaisista laadukkaista raaka-aineista. Erikoistilauksesta on saatavana myös muita raaka-aineita.

Työ 3: STAATTISET ELPYMISMEKANISMIT JA METALLIEN ISKUSITKEYS

Fysikaaliset ominaisuudet

Raerajalujittuminen LPK / Oulun yliopisto

Liite 1 (1/2) ISO/DIS µg/l

Luku 4: Hilaviat. Käsiteltäviä aiheita. Mitkä ovat jähmettymismekanismit? Millaisia virheitä kiinteissä aineissa on?

MINERAALI- TUOTTEET Kierrätys ja Mineraalituotteet

Sinkki. Esitiedot. Yleistä. Yleistä

Esitiedot. Mikä periaattellinen ero on 4% ja 8% alumiinia sisältävien sinkkiseosten välillä?

Korkealämpötilakemia

KJR-C2004 Materiaalitekniikka. Käytännön järjestelyt, kevät 2017

ENERGIA- JA METSÄTEOLLISUUDEN TUHKIEN YMPÄRISTÖKELPOISUUS

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Metallit

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Titaani. Titaani. Yleistä. Yleistä

Titaani. Hilarakenne Heksagoninen α- faasi 882 C saakka. Tilakeskinen β-faasi 882 C yläpuolella. Tiheys 4,54 g/cm 3. Kimmokerroin 105 kn/mm 2

Metallin rakenteen mallintaminen

Sisällysluettelo Kierretapit UNC Kaikki hinnat ilman Alv.

FERRIITTISET RUOSTUMATTOMAT TERÄKSET.

Korkealämpötilakemia

Transkriptio:

KJR-C2004 materiaalitekniikka Harjoituskierros 3

Tänään ohjelmassa 1. Tasapainopiirros 1. Tulkinta 2. Laskut 2. Faasimuutokset 3. Ryhmätyöt 1. Esitehtävän yhteenveto (palautetaan harkassa) 2. Ryhmätehtävä - Kupariseokset

Pienryhmäharjoitusten aiheet 1. Materiaaliominaisuudet ja tutkimusmenetelmät 2. Metallien lujittamismenetelmät 3. Faasimuutokset 4. Tarkka aihe auki, mutta liittyy materiaaleihin ja ympäristöön

Kertaus edellisestä harjoituksesta Metallin kykyyn deformoitua vaikuttavat Kiderakenne Mikrorakenne Muokkaushistoria Tärkein plastisen deformaation mekanismi on dislokaatioiden liukuminen liukusysteemissä Lujittaminen perustuu deformaation estämiseen, keinot ovat Muokkauslujittaminen Raekoon pienentäminen Liuoslujittaminen (välisija- ja korvaustomit) Faasirakenteen aiheuttama lujittuminen: faasirajat ja erkaumarakenteet

Faasimuutokset

Tasapaino Tasapaino on energeettisesti optimaalinen tila Tasapaino riippuu lämpötilasta, paineesta ja koostumuksesta Rakenne muuttuu spontaanisti kohti tasapainon mukaista tilaa, jos tähän on mekanistiset edellytykset Diffuusion kontrolloimaa, jolloin nopeus on riippuvainen lämpötilasta Käytännössä täydellistä tasapainorakennetta ei koskaan saavuteta 6

Tasapainorakenne esimerkki Yksifaasisilla seoksilla täysin tasapainon mukainen rakenne on erilliskide Ei kide- eli raerajoja Ainoana hilavirheenä lämpötilasta riippuva tasapainotilan mukainen määrä vakansseja Jos tasapainossa useita faaseja, koostuu tasapainorakenne useasta erilliskiteestä, joita erottaa faasirajat 7

Tasapainopiirros Tasapainopiirros on "kartta, joka kertoo tasapainon mukaiset faasit ja faasien koostumukset eri lämpötiloissa ja eri seoskoostumuksilla Tasapainopiirroksen avulla voidaan ennustaa koostumuksen ja lämpötilan vaihteluiden vaikutusta materiaalin ominaisuuksiin 8

Tasapainopiirros Tasapainopiirros ei kerro mitään nopeudesta, jolla tasapaino saavutetaan Seosaineiden määrän mukaan tasapainopiirroksia kutsutaan Binäärisiksi(2) Ternäärisiksi (3) Kvarternäärisiksi (4) Hyperternäärisiksi (>4). Tasapainopiirroksia määritetty lukuisille eri systeemeille => taulukkotietoa 9

Binäärisiä tasapainopiirroksia Cu-Ni Aukoton liukoisuus eli kupari ja nikkeli liukenevat täydellisesti toisiinsa kaikilla seostuksilla Alkuaineiden seossuhde 10

Binäärisiä tasapainopiirroksia Pb-Sn Lyijyvaltainen faasi (seos) Tinavaltainen faasi (seos) Faasiseosalue Alkuaineiden seossuhde 11

Hopea - kupari -seokset Sterling-hopea (Ag max 92,5 %, Cu max 7,5 %): puhdasta hopeaa halvempi ja lujempi seos Shibuichi (Ag 25%, Cu 75%) Muokattava, tumma seos Kashira katanassa (koriste kädensijan päädyssä) Miksi toinen tummuu? toinen on luja? kyseinen koostumus? 12

Tehtävä 1 Merkitse hopea (Ag)-kupari (Cu) -tasapainopiirrokseen (kohdat a- e) / vastaa kysymyksiin (kohdat f-j): a) solidus b) likvidus c) solvus d) eutektinen piste e) eri faasien esiintymisalueet (kuparivaltainen a, hopeavaltainen b ja sula S sekä niiden seokset) f) Mikä on hopean sulamispiste? g) Mikä on kuparin sulamispiste? h) Mikä on eutektinen lämpötila? i) Mikä on hopean liukoisuus faasiin a huoneenlämpötilassa? j) Mikä on kuparin liukoisuus faasiin b eutektisessa lämpötilassa? 13

Cu:n sulamispiste Likvidus L Ag:n sulamispiste Solidus α α + L β + L Solidus Ag:n liukoisuus a- faasiin huoneenlämpötilassa Eutektinen lämpötila Solvus α + β Eutektinen piste Solvus Cu:n liukoisuus b- faasiin eutektisessa lämpötilassa

Tehtävä 2 Määritä hopea-kupari tasapainopiirroksen avulla esiintyvien faasien koostumukset, a) kun tarkastellaan seosta, jossa on 30 p-% hopeaa lämpötilassa 800 b) kun tarkastellaan seosta, jossa on 5 p-% kuparia lämpötilassa 750 c) kun tarkastellaan seosta, jossa on 5 p-% kuparia lämpötilassa 300 15

Faasien koostumus Kun tunnetaan seoksen koostumus ja lämpötila, voidaan tasapainopiirroksesta nähdä, mitä faaseja tasapainorakenteessa on. mikä on kunkin faasin koostumus. - Alueen rajaviiva ko. lämpötilassa esim. oheisessa kuvassa Ag 70 %, T = 600 a:n koostumus b:n koostumus Seoksen koostumus

Koostumukset A) Kaksi faasia α ja sula 17

Koostumukset A) Kaksi faasia α ja sula α koostumus Luetaan solvusrajalta: 8 p-%ag 92 p-%cu 18

Koostumukset A) Kaksi faasia α ja sula Sulan koostumus Luetaan likvidusrajalta: 65 p-%ag 35 p-%cu 19

Koostumukset Seos, jossa on 30 p-% Ag ja 70 p-%cu on 800 o C lämpötilassa kahtena faasina: kuparivaltainen α ja sula. α:n koostumus 8 p- %Ag - 92 p-%cu Sulan koostumus 65 p-%ag - 35 p-%cu 20

Tehtävä 2 b) Lämpötilassa 750 o C seos on kokonaan β-faasia. Koostumus sama kuin seoksen kokonaiskoostumus: 95 %Ag 5 %Cu c) Lämpötilassa 300 o C on kahta faasia (α+β) Koostumukset luetaan solvusrajoilta: - α 100 %Cu - β 100 %Ag 21

Tehtävä 3 Laske hopea-kupari tasapainopiirroksen avulla esiintyvien faasien osuudet, a) kun tarkastellaan seosta, jossa on 30 p-% hopeaa lämpötilassa 800 b) kun tarkastellaan seosta, jossa on 5 p-% kuparia lämpötilassa 750 c) kun tarkastellaan seosta, jossa on 5 p-% kuparia lämpötilassa 300 22

Vipusääntö Tasapainopiirroksesta voidaan laskea eri faasien osuudet vipusäännön avulla a b c c 2 % 100% c 1 2 c c 1 % 100% c 1 2 23

Tehtävä 3 a) Lämpötilassa 800 C on kahta faasia (L+a) a a a 2 a 1 2 1 L a 1 a 2 37 37 22 63% a 22 37% 37 22 b) Lämpötilassa 750 seos on kokonaan b-faasia. c) Lämpötilassa 300 on kahta faasia (α+b) a b c c c 2 1 2 c c c 1 1 2 4 95 4 95 95 4 4% 96% 24

Tehtävä 4 Piirrä tehtävän seosten lopulliset mikrorakenteet huoneenlämpötilassa, kun mikäli oletetaan jähmettymisen olevan tasapainon mukaista. 25

Tehtävä 4 26

Hopea - kupari -seokset Sterling-hopea (Ag max 92,5 %, Cu max 7,5 %): puhdasta hopeaa halvempi ja lujempi seos Shibuichi (Ag 25%, Cu 75%) Muokattava, tumma seos Kashira katanassa (koriste kädensijan päädyssä) Miksi toinen tummuu? toinen on luja? kyseinen koostumus? 27

Monimutkaisempia tp-piirroksia 28

Tasapainopiirroksia (Phase diagrams) Kalkogenidilasi esim: AgInSbTe (CD-RW) Vesi GeSbTe (DVD-RW) 29

Ruostumattomat teräkset Rauta Fe Kromi Cr Nikkeli Ni 30

Kuvat www.outokumpu.com 31

Faasimuutoksista Tasapainopiirroksen ymmärtäminen antaa avaimet faasimuutosilmiöiden ymmärtämiseen ja soveltamiseen Käytännön sovelluksia mm. lämpökäsittelyissä Terästen lämpökäsittelyt tai alumiinin erkautuskarkaisu perustuu pitkälti tasapainopiirroksen soveltamiseen. Tasapainopiirroksia käytetään apuna myös muiden materiaaliryhmien ominaisuuksien tulkinnassa: Keraamit, geologia 32

Rauta (Fe)- hiili (C) Teräkset, valuraudat 33

Hiiliteräksen mikrorakenteen muokkaaminen jäähtymisnopeudella Jäähtymisnopeus kasvaa Kovuus ja lujuus kasvavat 34

Miksi faasimuutokset kiinnostavat? Koostumus Määrittää tasapainon Prosessointi Kuinka kaukana rakenne on tasapainosta Mikrorakenne ja ominaisuudet Materiaalin käyttökelpoisuus 35

Ryhmätyö: kupariseokset 36

Teollisia kupariseoksia EN ISO UNS Nimellis-% Kauppanimi CW500L CuZn5 Zn C21000 95Cu-5Zn Gilding metal CW501L CuZn10 Zn C22000 90Cu-10Zn Commercial bronze Zn C22600 87,5Cu-12,5Zn Jewelry bronze CW502L CuZn15 Zn C23000 85Cu-15Zn Red brass CW503L CuZn20 Zn C24000 80Cu-20Zn Low brass CW504L CuZn28 Zn C25600 CW505L CuZn30 Zn C26000 70Cu-30Zn hylsymessinki CW506L CuZn33 Zn C26800 65Cu-35Zn Yellow brass CW507L CuZn36 Zn C27400 CW509L CuZn40 Zn C28000 60Cu-40Zn Muntz metal Sn C50500 98,7-1,3Sn tinapronssi CW450K CuSn4 Sn C50900 CW452K CuSn6 Sn C51900 CW453K CuSn8 Sn C52100 92Cu-8Sn tinapronssi Sn C52400 90Cu-10Sn tinapronssi CC480K CuSn10 Sn C90700 89Cu-11Sn valutinapronssi CW300G CuAl5 Al C60800 95Cu-5Al alumiinipronssi - CuAl8 Al C61000 92Cu-8Al alumiinipronssi 37

Kupari (Cu) ja sinkki (Zn) Messinki 38

Kupari (Cu) ja tina (Sn) Tinapronssit 39

Alumiini (Al) ja kupari (Cu) valettavat alumiiniseokset, alumiinipronssit

Ryhmätyö Ryhmä Aihe Cu-Al vs Cu-Zn Cu-Al vs Cu-Sn Cu-Sn vs Cu-Zn 1. Tarkastelkaa oheista listaa teollisesti käytettävistä kupariseoksista 2. Tulkitkaa vastaavaa tasapainopiirrosta ja havainnoikaa seosten yhteneväisyyksiä ja eroja. 3. Etsikää selitys, miksi kyseisiä seostuksia käytetään. 4. Selvittäkää, millainen on tyypillinen mikrorakenne: Etsikää http://www.doitpoms.ac.uk/miclib/index.php sopivat mikrorakennekuvat, jotka kuvaavat tutkimianne seoksia parhaiten. 5. Selvittäkää mitä mekaanisia ominaisuuksia seoksilla on: Käyttäkää apuna CES Edupack Level 2 ja 3 (browse) Tarkempi tehtävänanto MyCoursesissa!

Muutama juttu kertauksena Merkitkää kiertävään listaan jäsenten nimet Palauttakaa MyCoursesiin ryhmäkohtainen palautus seuraavasta ryhmätehtävästä viikon kuluessa harjoituksesta Hyväksytystä tehtävästä 5 p Tällä kertaa tehtävä on aiempaa vaativampi, jonka vuoksi virheellinen tehtävä voidaan palauttaa korjattavaksi. Täysin luokattomat suoritukset hylätään ilman korjausmahdollisuutta. Virheellinen tehtävä voidaan palauttaa korjattavaksi, jolloin -2 p Myöhästynyt palautus -1 p / päivä Tehkää raporttiin kansisivu, jossa ilmenee ryhmän jäsenten nimet, ryhmä ja aihe. Pituus ja muotoilu vapaat, teknisen kirjoittamisen ohjeet luonnollisesti voimassa. 42