ΑΕΝ ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ ΜΕΤΑΛΛΟΓΝΩΣΙΑ Ε εξαμήνου ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΔΑΝΙΗΛ ΠΛΑΪΝΑΚΗΣ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΩΝ ΕΤΩΝ Α) Θέματα ανάπτυξης 1. Να συγκρίνετε την ανόπτηση με την εξομάλυνση και να διατυπώσετε τα συμπεράσματά σας. 2. Να συγκρίνετε το χυτοσίδηρο με το χάλυβα και να διατυπώσετε τα συμπεράσματά σας. 3. Να κατασκευάσετε το θερμικό διάγραμμα ισορροπίας ενός κράματος σύνθετου ευτηκτικού τύπου και να αναφέρετε τι δείχνει κάθε γραμμή, κάθε περιοχή και κάθε χαρακτηριστικό σημείο ( άκρο γραμμής, τομή γραμμών ). 4. Να αναφέρετε με αιτιολόγηση ποιος από τους δύο και σε ποιες ιδιότητες υπερτερεί, μεταξύ του χυτοσιδήρου με μαύρη επιφάνεια θραύσης και του φαιού χυτοσιδήρου. 5. Με δεδομένα ότι οι ειδικές αντιστάσεις του χαλκού και του αλουμινίου είναι ανάλογες προς τους αριθμούς 5 και 8 αντίστοιχα, τα ειδικά βάρη τους ανάλογα προς τους αριθμούς 9 και 3 αντίστοιχα και οι τιμές τους ανά κιλό ανάλογες προς τους αριθμούς 5 και 4 αντίστοιχα να εξηγήσετε αναλυτικά εάν το αλουμίνιο μπορεί να αντικαθιστά το χαλκό στα καλώδια. 6. Ένας τεχνίτης, προκειμένου να κατασκευάσει ένα κοπτικό εξάρτημα, αγοράζει χάλυβα βαμμένο, περιεκτικότητας 1% C, σε ράβδους. Κατόπιν τον διαμορφώνει σε μικρότερα τεμάχια με αιχμηρή απόληξη, στην συνέχεια τον θερμαίνει στους 800 βαθμούς Κελσίου και τέλος τον αποψύχει σε κάμινο πολύ αργά. Να σχολιάσετε αναλυτικά και με αιτιολόγηση κάθε φάση της διεργασίας αυτής που ακολουθεί ο τεχνίτης, διατυπώνοντας τις συμφωνίες ή τις αντιρρήσεις σας. Τέλος να προτείνετε εσείς την ορθή διαδικασία, ώστε με την ίδια αρχική ύλη να πετύχετε τον επιθυμητό σκοπό. 7. Για την κατασκευή ενός ζουμπά, ένας τεχνίτης παίρνει κοινό χάλυβα περιεκτικότητας 1% C, το θερμαίνει στους 1200 βαθμούς Κελσίου και τον αποψύχει μέσα σε ήρεμο νερό. Στην συνέχεια το θερμαίνει μέσα σε ατμόσφαιρα αζώτου και τέλος τον αφήνει να αποψυχθεί μέχρι την θερμοκρασία περιβάλλοντος. Να σχολιάσετε αναλυτικά και με αιτιολόγηση κάθε φάση της διεργασίας αυτής που ακολουθεί ο τεχνίτης, διατυπώνοντας τις συμφωνίες ή τις αντιρρήσεις σας.
2 8. Να αναφέρετε, με αναλυτική αιτιολόγηση, χρησιμοποιώντας τα παρακάτω διαγράμματα εάν και στα δύο, σε κανένα, ή σε ποιο από τα δύο παρακάτω θερμικά διαγράμματα ισορροπίας διμερών κραμάτων, επαληθεύεται η παρακάτω πρόταση : «Υπάρχει μία θερμοκρασία όπου το κράμα για μία ορισμένη σύσταση εμφανίζει το χαμηλότερο σημείο αρχής πήξης από τις γειτονικές». α) β) Θ Θ Π%Β Π%Β 9. Ένας τεχνίτης σκοπεύοντας να κατασκευάσει ένα εξάρτημα με καλή μηχανική αντοχή χρησιμοποιεί χάλυβα με περιεκτικότητα 0,9 % C, τον θερμαίνει στους 900 βαθμούς Κελσίου και τον ψύχει απότομα. Στη συνέχεια το θερμαίνει στους 880 βαθμούς Κελσίου και τον αφήνει να ψυχθεί πολύ αργά μέσα σε κάμινο. Να σχολιάσετε αναλυτικά και με αιτιολόγηση κάθε φάση της διεργασίας αυτής που ακολουθεί ο τεχνίτης, διατυπώνοντας τις συμφωνίες ή τις αντιρρήσεις σας. Τέλος να προτείνετε εσείς την ορθή διαδικασία, ώστε με την ίδια αρχική ύλη να πετύχετε τον επιθυμητό σκοπό. 10. Με σκοπό την κατασκευή εξαρτήματος από κοινό χάλυβα με περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,4 %, με ικανοποιητική σκληρότητα ο τεχνίτης Α χρησιμοποιεί ενανθράκωση ενώ ο τεχνίτης Β εναζώτωση. Να αναφέρετε με αιτιολόγηση εάν συμφωνείτε και με ποιον από τους δύο. Στην περίπτωση που διαφωνείτε και με τους δύο να προτείνετε το δικό σας τρόπο. 11. Να περιγράψετε αναλυτικά και να σχεδιάσετε τα τρία κυριότερα κρυσταλλικά συστήματα στα οποία κρυσταλλώνονται τα μέταλλα. 12. Να σχεδιάσετε το θερμικό διάγραμμα ισορροπίας ενός κράματος απλού ευτηκτικού τύπου και να αναφέρετε τι δείχνει κάθε άξονας, κάθε γραμμή, κάθε περιοχή και κάθε χαρακτηριστικό σημείο. 13. Να συγκρίνετε την βαφή με την φλογοβαφή : α) ως προς τη διαδικασία κατεργασίας του τεμαχίου β) ως προς τα αποτελέσματα που επιφέρουν στο τεμάχιο και να διατυπώσετε τα συμπεράσματά σας. 14. Να περιγράψετε αναλυτικά τη στερεοποίηση ενός καθαρού μετάλλου γενικά και να κάνετε το σχετικό διάγραμμα θερμοκρασίας χρόνου. Πάνω στο διάγραμμα αυτό να σημαδέψετε με Α το σημείο που αρχίζει η στερεοποίηση και με Π το σημείο που τελειώνει, ακόμη με t A τη χρονική στιγμή που αρχίζει η στερεοποίηση και με t Π τη χρονική στιγμή που τελειώνει.
3 15. Να περιγράψετε τη στερεοποίηση ενός καθαρού μετάλλου που πραγματοποιείται μέσα σε καλούπι: α) χωρίς ιδιαίτερη μόνωση β) μέσα σε άμμο αναφέροντας το σχήμα και το μέγεθος των κόκκων σε κάθε περίπτωση. Τέλος, εάν πιστεύετε ότι υπάρχει σχέση μεταξύ του ρυθμού απαγωγής θερμότητας και της αντοχής του μεταλλικού εξαρτήματος, να την αναφέρετε αναλυτικά. 16. Οι χάλυβες που περιέχουν συγχρόνως νικέλιο και χρώμιο ποιοι χάλυβες είναι ; Ονομάστε και αναπτύξτε μία μία όλες τις κατηγορίες. 17. Να κατατάξετε τα είδη των χυτοσιδήρων με κριτήριο την ποιότητά τους, από τους χειρότερους προς τους καλύτερους και να αναπτύξετε τις ιδιότητες και τις κυριότερες χρήσεις κάθε κατηγορίας. 18. Να περιγράψετε, κάνοντας χρήση και του θερμικού διαγράμματος ισορροπίας του κράματος, τη διαδικασία μετάβασης από την κατάστασης τήγματος στην στερεή κατάσταση : α) ενός κράματος υποευτηκτικού, απλού ευτηκτικού τύπου. β) ενός κράματος υπερευτηκτικού, σύνθετου ευτηκτικού τύπου. Β) Ερωτήσεις τύπου σωστού ( Σ ) λάθους ( Λ ) με αιτιολόγηση Να χαρακτηρίσετε κάθε μια από τις παρακάτω προτάσεις σαν «ορθή» ( Σ ) ή «λανθασμένη» ( Λ ), αιτιολογώντας αναλυτικά τον χαρακτηρισμό σας : 1. «Όταν κάνουμε εξομάλυνση θερμαίνουμε τους χάλυβες σε θερμοκρασία υψηλότερη από τη γραμμή πέρατος μετασχηματισμού σε ωστενίτη ανεξάρτητα από την περιεκτικότητα του χάλυβα σε άνθρακα». 2. «Όταν κάνουμε βαφή θερμαίνουμε τους χάλυβες σε θερμοκρασία κατά 50 βαθμούς υψηλότερη από τη γραμμή που τελειώνει ο μετασχηματισμός σε ωστενίτη ανεξάρτητα από το αν ο χάλυβας είναι υπερευτηκτοειδής ή όχι». 3. «Όταν ένα μεταλλικό εξάρτημα, που προέκυψε με σφυρηλασία, κατά τη λειτουργία του σε κάποια αυξημένη θερμοκρασία σπάσει κοντά, όχι πάνω στη συγκόλληση, τότε μπορούμε να πούμε ότι αυτό είναι αποτέλεσμα καλής συγκόλλησης». 4. «Όταν κάνουμε ανόπτηση θερμαίνουμε τους χάλυβες σε θερμοκρασία κατά 50 βαθμούς υψηλότερη από τη γραμμή που τελειώνει ο μετασχηματισμός σε ωστενίτη ανεξάρτητα από το αν ο χάλυβας είναι υπερευτηκτοειδής ή όχι». 5. " Δεν είναι δυνατόν να εκτελέσουμε βαφή σε χάλυβες με πολύ μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα ". 6. "Η απότομη ψύξη ενός χάλυβα από τους 1200 ο C μέχρι τη θερμοκρασία περιβάλλοντος δεν περιγράφεται από το θερμικό διάγραμμα ισορροπίας σιδήρου - άνθρακα ". 7. "Η αυξημένη περιεκτικότητα του μαρτενσίτη σε άνθρακα είναι η αιτία της στρέβλωσης του κρυσταλλικού πλέγματός του ". 8. «Οι πυρίμαχοι χάλυβες διαβρώνονται ευκολότερα από τους ανοξείδωτους». 9. «Οι χυτοσίδηροι σφαιροειδούς γραφίτη είναι ποιοτικά καλύτεροι από τους φαιούς χυτοσιδήρους». 10. «Ο χαλκός με τη χύτευση σχηματίζει άριστα χυτά αντικείμενα». 11. «Ο ορείχαλκος με τη χύτευση εμφανίζει προβλήματα, λόγω της απορρόφησης φυσαλίδων».
4 12. «Το νικέλιο, σαν προσθήκη δίνει στο χάλυβα κυρίως αντοχή σε φθορά από τριβή». 13. «Το χρώμιο, σαν προσθήκη δίνει στο χάλυβα κυρίως αντοχή σε διάβρωση και σε φθορά από τριβή». 14. «Το μαγγάνιο δεν χρησιμοποιείται πολύ σαν προσθήκη στους χάλυβες, λόγω της υψηλής τιμής του». 15. «Το πρώτο κράμα που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος, ήταν το χαλκονικέλιο, επειδή ήταν ιδιαίτερα εύτηκτο και μαλακό και επομένως ευκατέργαστο». 16. «Ο συνδυασμός προσθήκης νικελίου και χρωμίου στο χάλυβα προσφέρει μεν τα πλεονεκτήματα του νικελίου αλλά συγχρόνως και τα μειονεκτήματα του χρωμίου». 17. «Ο χάλυβας υπερέχει από το χυτοσίδηρο ως προς τα χυτά τεμάχια που παράγει». 18. «Η απότομη ψύξη του χάλυβα δημιουργεί ένα τελείως νέο κρυσταλλικό είδος που δεν προϋπήρχε στο θερμικό διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων του σιδήρου σεμεντίτη». 19. «Ο ζουμπάς πρέπει εξωτερικά να είναι μαλακός, ώστε να μη θραύεται με το κτύπημα και εσωτερικά μηχανικά «γερός» ώστε να αντέχει σε κραδασμούς». 20. «Οι μήτρες σφυρηλασίας πρέπει να κατασκευάζονται από υλικά με ικανοποιητική δυσθραυστότητα». Γ) Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση γράφοντας, στην κόλλα σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα μέσα σε κύκλο το αντίστοιχο γράμμα : 1. Όταν επιθυμούμε να σκληρύνουμε ένα χαλύβδινο εξάρτημα, με μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα, τότε εκτελούμε : α. Εναζώτωση β. Ανόπτηση γ. Βαφή δ. Διέλαση 2. Όταν επιθυμούμε να μειώσουμε το πάχος ενός ελάσματος τότε εκτελούμε : α. Διέλαση β. Τύπωση γ. Φλογοβαφή δ. Ανόπτηση 3. Ένα χαλύβδινο εξάρτημα ελαττώνει το μέγεθος των κόκκων του κατά τη : α. Βαφή β. Ανόπτηση γ. Φλογοβαφή δ. Εξέλαση 4. Όταν επιθυμούμε να σκληρύνουμε ένα χαλύβδινο εξάρτημα σε ελεγχόμενο βάθος τότε εκτελούμε : α. Ενανθράκωση β. Φλογοβαφή γ. Κοίλανση δ. Εξομάλυνση
5 5. Κατά την ανόπτηση θερμαίνουμε το χάλυβα σε τελική θερμοκρασία ( σε βαθμούς Κελσίου ), περίπου : α. 300 β. 700 γ. 1000 δ. 1400 6. Η εξομάλυνση χρησιμοποιείται κυρίως σε τεμάχια τα οποία προηγουμένως έχουν υποστεί : α. θερμηλασία β. ψυχρηλασία γ. παρατεταμένη ανόπτηση δ. φθορίωση 7. Ο μαρτενσίτης είναι : α. Φερρίτης με λίγο άνθρακα β. Ωστενίτης με λίγο άνθρακα γ. Φερρίτης υπέρκορος σε άνθρακα δ. Ωστενίτης κορεσμένος σε άνθρακα 8. Ο περλίτης είναι : α. Στερεό διάλυμα παρεμβολής β. Ευτηκτοειδές κράμα γ. Ευτηκτικό κράμα δ. Στερεό διάλυμα αντικατάστασης 9. Ο χημικός τύπος του σιδηρίτη είναι ο εξής: α. Fe 2 O 3 β. Fe 3 O 4 γ. FeCO 3 δ. Fe 2 O 3 *xh 2 O 10. Ένα υπερευτηκτοειδές κράμα σιδήρου άνθρακα μπορεί να είναι : α. Μαλακός σίδηρος β. Χάλυβας γ. Χυτοσίδηρος δ. Καθαρός σεμεντίτης 11. Ένα κράμα ωστενίτη με περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,8 % όταν ψύχεται μετασχηματίζεται σε : α. Φερρίτη και περλίτη β. Λεδεμβουρίτη γ. Μόνο σε περλίτη δ. Περλίτη και σεμεντίτη
6 12. Ο σιδηροπυρίτης περιέχει : α. Θειάφι β. Χυτοσίδηρο γ. Πυρίτιο κυρίως δ. Σίδηρο με αναλογία 1 % 13. Η μέθοδος Shore χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της : α. Σκληρότητας β. Διείσδυσης γ. Δυσθραυστότητας δ. Πλαστικότητας 14. Το εξάρτημα που χρησιμοποιεί η μέθοδος Vickers είναι : α. Χαλύβδινη σφαίρα β. Διαμαντένια πυραμίδα γ. Διαμαντένια σφαίρα δ. Χαλύβδινος κώνος 15. Το μέτρο ελαστικότητας : α. Είναι καθορισμένο για ένα ορισμένο υλικό β. Εξαρτάται από τη δύναμη που εφαρμόζουμε γ. Εξαρτάται από την τάση που εφαρμόζουμε δ. Εξαρτάται και από τη δύναμη και από την τάση που εφαρμόζουμε 16. Η δοκιμασία θλίψης έχει μεγάλη σημασία για τα υλικά που είναι : α. συνεκτικά β. όλκιμα γ. ψαθυρά δ. σκληρά