ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΒΑΘΥΝΣΗΣ

Transcript

1 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΜΒΑΘΥΝΣΗΣ Α. ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΤΗΝ ΕΥΣΤΑΘΗ ΠΕΡΙΟΧΗ Α.1. Ποια οικογένεια υλικών αφορά η μορφοποίησή τους με διαμόρφωση; Χρησιμοποιώντας ένα τυπικό διάγραμμα εφελκυσμού, αναφέρετε πώς οι διακριτές περιοχές διαφορετικής συμπεριφοράς μπορούν να αξιοποιηθούν για την κατεργασία και τη χρήση του.. Α.2. Ποιο φαινόμενο λαμβάνει χώρα κατά τη διαμόρφωση μεταλλικών υλικών, τι συμβαίνει κατά τη διάρκειά του και ποια είναι η επίδρασή του στις ιδιότητες του κατεργαζόμενου; Α.3. Ποιες οι διαφορές μεταξύ του συμβατικού και του πραγματικού διαγράμματος εφελκυσμού ενός υλικού. Δώστε ένα σχετικό διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων. Α.4. Γιατί ένα πολυκρυσταλλικό υλικό εμφανίζει υψηλότερη μηχανική αντοχή από το αντίστοιχο μονοκρυσταλλικό; Α.5. Ποιές ομάδες τεχνικών διακρίνουμε κατά τη διαμόρφωση συμπαγούς όγκου, βάσει της θερμοκρασίας στην οποία υλοποιούνται; Α.6. Γιατί, συνήθως, μετά από μια κατεργασία διαμόρφωσης το υλικό υποβάλλεται σε ανόπτηση; Τι προκαλεί στη μικροδομή του υλικού η ανόπτησή του σε διαφορετικές θερμοκρασίες, πώς ονομάζονται οι αντίστοιχες θερμικές κατεργασίες; Β. ΧΥΤΕΥΣΗ ΤΗΞΗ ΚΑΙ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ Β.1. Ποιες παράμετροι του τήγματος και του τύπου χύτευσης επηρεάζουν την ποιότητα του παραγόμενου χυτού αντικειμένου; Β.2. Ποια είναι η τυπική μορφολογία της μικροδομής ενός χυτού αντικειμένου; Β.3. Ποιες μεταβολές του όγκου αναμένετε, κατά τη χύτευση τήγματος και έως την ψύξη του σε θερμοκρασία περιβάλλοντος; Β.4. Με ποιες μεθόδους αποφεύγονται προβλήματα συρρίκνωσης, σε μια κατεργασία χύτευσης; Β.5. Ποια είναι τα συνήθη ελαττώματα χυτών αντικειμένων; Γ. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ, ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΦΑΣΕΩΝ Γ.1. Ποια είναι η κατηγοριοποίηση των τεχνικών συγκόλλησης, βάσει των θερμοκρασιών στις οποίες υλοποιούνται και του χρησιμοποιούμενου μέσου πλήρωσης; Γ.2. Σε τι πλεονεκτούν οι κατεργασίες συγκόλλησης έναντι των μηχανικών μεθόδων σύνδεσης και ποια τα κύρια μειονεκτήματά τους; Γ.3. Τι καθορίζει την ιδιαιτερότητα των θερμικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα κατά τη συγκόλληση και ποια χαρακτηριστικά της ποιότητας των συγκολλητών κατασκευών επηρεάζονται από αυτά;

2 Γ.4. Τι ονομάζεται θερμικός κύκλος σημείου, από τι εξαρτάται, πώς μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της συγκόλληση και πώς μεταβάλλεται με την απόσταση από την περιοχή τήξης; Γ.5. Τι καλείται θερμοκρασιακή κατανομή, δώστε ένα τυπικό σκαρίφημα της μορφής της και αναφέρετε τις πληροφορίες που μπορούν να αντληθούν από αυτήν. Γ.6. Ποιες ιδιότητες του συγκολλούμενου υλικού και της γεωμετρίας της κατασκευής επιδρούν στην ένταση των θερμικών φαινομένων κατά τη συγκόλληση; Γ.7. Ποιες πηγές θερμότητας συνεισφέρουν στο θερμικό φορτίο κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης; Γ.8. Ποιοι μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί λαμβάνουν χώρα κατά τη συγκόλληση, στις διακριτές ζώνες του υλικού; Γ.9. Τι καλείται αραίωση και πώς επηρεάζει τη χημική σύσταση της ζώνης τήξης; Γ.1. Περιγράψτε το μηχανισμό ανάπτυξης της δενδριτικής δομής, τι είναι ο μικροδιαφορισμός και πώς αντιμετωπίζεται τελικά; Γ.11. Περιγράψτε το διάγραμμα Schaeffler, ποια η φυσική σημασία των μεγεθών «ισοδύναμο νικελίου» και «ισοδύναμο χρωμίου»; Γ.12. Πώς μπορεί να καθορισθεί το εύρος της θερμικά επηρεασμένης ζώνης για τις διάφορες κλάσεις μεταλλικών υλικών; Γ.13. Ποια είναι τα κύρια ελαττώματα των συγκολλητών κατασκευών και ποιες δοκιμές περιλαμβάνονται σε ένα τυπικό πρωτόκολλο ελέγχου της ποιότητας συγκολλητών κατασκευών; Τι πληροφορίες μπορούν να αντληθούν από κάθε δοκιμή; Γ.14. Για ποιο λόγω αναμένεται η ανάπτυξη εσωτερικών τάσεων σε μια συγκολλητή κατασκευή, με ποιο απλοποιημένο φυσικό μοντέλο περιγράφεται ο τρόπος ανάπτυξής τους, ποια η επίδρασή τους στην τελική κατασκευή και πώς μπορούν να αντιμετωπισθούν; Δ. ΚΟΝΙΟΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ Δ.1. Ποιος μηχανισμός επιτρέπει την μορφοποίηση συμπαγών αντικειμένων τεχνικές κονιομεταλλουργίας; Τι συμβαίνει κατά τη διάρκειά του; Δ.2. Ποιες παράμετροι της κατεργασίας επηρεάζουν την ποιότητα ενός προϊόντος κονιομεταλλουργίας; Δ.3. Δώστε ένα τυπικό διάγραμμα ροής των σταδίων παραγωγής ενός προϊόντος κονιομεταλλουργίας από ορυκτή πρώτη ύλη. Δ.4. Αναφέρετε τις διαφορετικές ομάδες τεχνικών κονιομεταλλουργίας και περιγράψτε, εν συντομία, γιατί διαφοροποιούνται μεταξύ τους ως προς τις συνθήκες κατεργασίας και ως προς την ποιότητα του τελικού προϊόντος.

3 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Α. ΠΛΑΣΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΤΗΝ ΕΥΣΤΑΘΗ ΠΕΡΙΟΧΗ Βασικές σχέσεις (ΔΕΝ θα δίδονται): Ποσοστό Α Α ψυχρηλασίας Α τ 1 Ποσοστό μείωσης του t t πάχους t τ 1 Α.1. Ένα έλασμα χαλκού, με αρχικό πάχος 1 mm, υποβάλλεται σε ψυχρηλασία, προκειμένου το πάχος του να μειωθεί στα 5 mm, και, εν συνεχεία, στα 1.6 mm. Προσδιορίστε το ολικό εκατοστιαίο ποσοστό της ψυχρηλασίας και την αντοχή σε εφελκυσμό του ελάσματος, με πάχος 1.6 mm (χρησιμοποιήστε τα Σχήματα που ακολουθούν). (α) (β) ΣΧΗΜΑ 1. (α) Επίδραση της ψυχρηλασίας στις μηχανικές ιδιότητες του χαλκού, (β) σκαρίφημα διάταξης έλασης. Α.2. Σχεδιάστε μια κατεργασία μορφοποίησης ελάσματος χαλκού με πάχος 1 mm, το οποίο να έχει ελάχιστη αντοχή σε εφελκυσμό MΡa, όριο διαρροής MΡa και επιμήκυνση 5%. Α.3. Παράγουμε ταινίες χαλκού, με πάχος 1 mm και πλάτος 6 mm, με ελάχιστο όριο διαρροής MΡa και επιμήκυνση 5%, από εμπορικά διαθέσιμα ελάσματα πλάτους 6 mm και πάχους 5 mm. Σχεδιάστε μια κατεργασία παραγωγής του προϊόντος με τις επιθυμητές ιδιότητες. Μπορούμε να διαμορφώσουμε εν ψυχρώ ένα έλασμα από τα 5 στα.182 cm;

4 Α.4. Α.5. Α.6. Α.7. Ένα έλασμα χαλκού, με αρχικό πάχος 6.35 mm, υφίσταται ψυχρηλασία με ποσοστό 63%. Βρείτε το τελικό πάχος του ελάσματος. Μια ράβδος χαλκού, με αρχική διάμετρο 6.35 mm, υφίσταται ψυχρηλασία κατά τον άξονα της, με ποσοστό 63%. Βρείτε την τελική διάμετρο της ράβδου. Μια ράβδος χαλκού, με αρχική διάμετρο 5.8 mm, πρόκειται να υποστεί ψυχρηλασία ως μια τελική διάμετρο 25.4 mm και προτείνονται δυο σχήματα κατεργασίας. Το πρώτο περιλαμβάνει την ψυχρηλασία σε δυο στάδια: η ράβδος παραμορφώνεται ως μια ενδιάμεση τιμή διαμέτρου των 38.1 mm και, εν συνεχεία, το ενδιάμεσο προϊόν παραμορφώνεται ως την επιθυμητή τελική διάμετρο. Το δεύτερο σχήμα αφορά την ψυχρηλασία σε ένα και μόνο στάδιο, δηλαδή τη μείωση της διατομής από τα 5.8 στα 25.4 mm. Υπολογίστε το εκατοστιαίο ποσοστό ψυχρηλασίας (% CW) στις δυο περιπτώσεων. Σύρμα καθαρού χαλκού, με αρχική διάμετρο 2 mm, υποβάλλεται σε ψυχρηλασία για τη μείωση της διαμέτρου του στα 1.75 mm. Ποια είναι η αντοχή του σε εφελκυσμό; Β. ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΣΗ Βασικές σχέσεις (ΔΕΝ θα δίδονται): Κανόνας του Chvorinov: ο χρόνος, t s για την πλήρη στερεοποίηση απλού χυτού Επίδραση του χρόνου στερεοποίησης στη μικροδομή του χυτού αντικειμένου Πορεία στερεοποίησης: n V ts B A Β.1. Βρείτε τη σταθερά του τύπου χύτευσης (Β) και τον εκθέτη (n) του κανόνα του Chvorinov γραφικά, χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα δεδομένα:

5 Β.2. Κύβος με ακμή 5.8 mm, στερεοποιείται σε 276 s. Θεωρώντας ότι n=2, υπολογίστε: (α) την σταθερά (Β) του τύπου χύτευσης και (β) τον χρόνο στερεοποίησης δοκού με διαστάσεις 12.7 mm 12.7 mm mm, η οποία χυτεύθηκε υπό τις ίδιες συνθήκες. B.3. Εστω ότι παράγουμε ορειχάλκινα χυτά αντικείμενα με τη μορφή δίσκων διαμέτρου 457 mm και πάχους 5.8 mm. Γνωρίζουμε ότι η επιτάχυνση της στερεοποίησης κατά 25%, θα επιφέρει βελτίωση στις μηχανικές ιδιότητες του υλικού, που θα επιτρέψει τη μείωση του βάρους της κατασκευής στην οποία χρησιμοποιείται το χυτό. Σχεδιάστε την κατεργασία χύτευσης που θα το καταστήσει αυτό δυνατό, θεωρώντας ότι η σταθερά του τύπου χύτευσης, για τη συγκεκριμένη διεργασία (Β) είναι s/m 2 και ότι n = 2. B.4. Υπολογίστε το πάχος μιας χυτής πλάκας κράματος αλουμινίου, η οποία έχει μήκος 31,8 mm, πλάτος 23,2 mm και αντοχή σε εφελκυσμό 29 ΜΡα. Η σταθερά του τύπου χύτευσης από άμμο (Β) είναι 4, s.m -2. Λάβετε υπόψη σας τα δεδομένα των ακόλουθων διαγραμμάτων. Β.5. Μετά τη χύτευση πλάκα κράματος αλουμινίου με διαστάσεις 2 mm 1 mm 2 mm, η απόσταση μεταξύ των δευτερογενών βραχιόνων των δενδριτών (SDAS) θα πρέπει να είναι.1mm. Θεωρώντας ότι n=2, ποιά είναι η τιμή της σταθεράς (Β), βάσει της οποίας θα επιλέξετε το υλικό κατασκευής του τύπου χύτευσης;

6 Β.6. Προσδιορίστε τις σταθερές k και m, οι οποίες συσχετίζουν την απόσταση μεταξύ των δευτερογενών βραχιόνων των δενδριτών με το χρόνο τοπικής στερεοποίησης, εάν σας δίνονται τα ακόλουθα δεδομένα: Χρόνος στερεοποίησης, s SDAS, mm B.7. Κύλινδρος αλουμινίου με διάμετρο 11.6 mm στερεοποιείται ως ένα βάθος 12.7 mm από την επιφάνεια σε 3 s, ενώ μετά από 12 s η στερεοποίηση της ράβδου έχει προχωρήσει σε βάθος 38.1 mm. Πόσος χρόνος χρειάζεται για την ολική στερεοποίηση της ράβδου; Β.8. Tηγμένος χαλκός, που μπορεί να προσομοιωθεί με σφαίρα διαμέτρου 1 mm, αφήνεται να στερεοποιηθεί και στο εσωτερικό του δημιουργείται σφαιρική κοιλότητα, λόγω συστολής. Συγκρίνετε τον όγκο και τη διάμετρο της εσωτερικής κοιλότητας στο χυτό του χαλκού, με εκείνο κατά τη στερεοποίηση ίδιου όγκου τηγμένου σιδήρου. Β.9. Κύβος τηγμένου μετάλλου με ακμή 1 mm αφήνεται να στερεοποιηθεί. Αν στο εσωτερικό του χυτού εντοπίσθηκε σφαιρική κοιλότητα λόγω συστολής, με διάμετρο 35 mm, προσδιορίστε το ποσοστό της μεταβολής του όγκου που έλαβε χώρα κατά τη στερεοποίηση. Β.1. Χυτό αντικείμενο μαγνησίου με όγκο 6 mm 4 mm 2 mm, βρέθηκε να ζυγίζει 8 g. Προσδιορίστε (α) τον όγκο σφαιρικής κοιλότητας λόγω συστολής, στο εσωτερικό του χυτού

7 και (β) το ποσοστό συρρίκνωσης κατά τη στερεοποίηση, δεδομένου ότι η πυκνότητα του μετάλλου είναι 1,738 kg/m 3. B.11. Σχεδιάστε κυλινδρική ψευδοκεφαλή με ύψος διπλάσιο της διαμέτρου της, ώστε να αντισταθμισθεί η συρρίκνωση χυτής πλάκας διαστάσεων 2mm8mm16mm. Γ. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ Βασικές σχέσεις (Θα δίδονται): Ειδική θερμική παροχή: VI h u, σε J/m. Σχετικό πάχος ελάσματος: H H c( T T h Η >,75: T t 2k ( T T h 2 ) Η <,75: T t H 2 kc ( T T h 2 ) 3 Βασική σχέση (ΔΕΝ θα δίδεται): % Μ.Β. % αραίωση = % Μ.Β.+%Υ.Π. Γ.1. Να υπολογισθεί ο ρυθμός ψύξης κατά τη συγκόλληση με τη μέθοδο SMAW, χαλύβδινου ελάσματος πάχους 5 mm, από τους 55 C. Υπολογίστε, επίσης: Πώς θα μεταβληθεί ο ρυθμός ψύξης, εάν το έλασμα έχει προθερμανθεί στους 1 C Πώς θα μεταβληθούν οι ρυθμοί ψύξης, εάν τριπλασιασθεί το πάχος του ελάσματος

8 Γ.2. Πώς θα μεταβληθούν οι ρυθμοί ψύξης,, σε όλες τις περιπτώσεις, εάν η συγκόλληση γίνει με τη μέθοδο TIG. Δίνονται: (α) Οι συνθήκες συγκόλλησης : 25 V, 28 A, 1 mm/s και 25 C (β) Οι ιδιότητες του χάλυβα: 7,8 g/cm 3,,465 J/g.K,,5 W/mm.K Προσδιορίστε τη μικροδομή της ζώνης τήξης κατά τη συγκόλληση ελασμάτων ανοξείδωτου χάλυβα 34, όταν γνωρίζεται ότι χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρόδιο τύπου ΕR 38 και η αραίωση ήταν 1%. Βάσει του διαγράμματος Schaeffler που ακολουθεί, ποιά είναι η αναμενόμενη μικροδομή της ζώνης τήξης; Δίνονται (α) ΑISI 34: <,8% C, 19% Cr, 9% Ni και (β) ER38:<.8% C, %Cr, 9-11% Ni.