Demoprøve

Oppgave 2 – Mekaniske egenskaper (2a–2f)

Skriv svaret ditt som en tydelig liste med deloppgaver (2a–2f). Der det spørres om «koble», skriv f.eks. «2a: 1) Strekketest, 2) …».

Bruk enheter som etterspurt. Vis mellomregning der det er naturlig.

2a) Koble test til utsagn Nedenfor er det gitt seks ulike tester for å måle mekaniske egenskaper til materialer: - Sigetest - 3-punktstest - Charpy-test - Utmattningstest - Vickers - Strekketest

Koble hvert utsagn (1)–(6) til riktig test: (1) Måler antall spenningssykluser til brudd. (2) Måler plastisk deformasjon som funksjon av tid. (3) Måler bøyestyrke. (4) Måler hardhet. (5) Måler energi absorbert ved brudd. (6) Måler flytespenning.

2b) Verdier fra spenning–tøyningsdata (strekketest) En spenning–tøyningskurve fra en strekketest for et metall er gitt ved punktene under (tilnærmet). Anta at kurven går gjennom origo og at det elastiske området er lineært.

Gitte punkter (tøyning $\varepsilon$, spenning $\sigma$ i MPa): - Punkt i elastisk område: $(\varepsilon,\sigma)=(0.0045, 405)$ - Flyt starter omtrent ved $\sigma_y=435\,\text{MPa}$ - Maksimal spenning (toppunkt): $\sigma_{TS}=455\,\text{MPa}$ - Brudd ved tøyning: $\varepsilon_f=0.16$

Beregn/angi: (1) E-modul i GPa (2) Flytespenning i MPa (3) Strekkfasthet i MPa (4) Duktilitet $\%EL$ i %

2c) Kvalitativ tolkning av fire spenning–tøyningskurver Fire spenning–tøyningskurver for materialer A, B, C og D er beskrevet slik (samme skala på begge akser):

- Kurve A: Bratt elastisk stigning, flyt ved ca. $260\,\text{MPa}$, liten plastisk deformasjon, brudd ved $\varepsilon\approx 0.03$, topp rundt $290\,\text{MPa}$. - Kurve B: Nesten helt lineær til brudd, brudd ved $\varepsilon\approx 0.01$ og $\sigma\approx 320\,\text{MPa}$ (sprø). - Kurve C: Moderat elastisk stigning, tydelig plastisk område og stor tøyning, topp rundt $310\,\text{MPa}$, brudd ved $\varepsilon\approx 0.10$. - Kurve D: Lav elastisk stigning, lav topp rundt $120\,\text{MPa}$, lang plastisk hale, brudd ved $\varepsilon\approx 0.10$.

Koble hvert utsagn til riktig materiale (A, B, C eller D): (1) Har høyest strekkfasthet. (2) Har lavest E-modul. (3) Har høyest seighet. (4) Har høyest duktilitet. (5) Har absorbert mest energi før brudd. (6) Har ingen plastisk deformasjon. (7) Har høyest flytespenning.

Merk: Seighet/absorbert energi før brudd tolkes som størst areal under $\sigma$–$\varepsilon$-kurven.

2d) Strekk av massiv profil (kobber-nikkel-legering) En massiv profil utsettes for en strekkraft $F$.

Geometri: - Høyde: $h=2.5\,\text{cm}$ - Bredde: $b=1.8\,\text{cm}$ - Lengde: $L=1.60\,\text{m}$

Materialdata: - Flytespenning: $\sigma_y=520\,\text{MPa}$ - E-modul: $E=155\,\text{GPa}$ - Strekkfasthet: $\sigma_{TS}=610\,\text{MPa}$ - Bruddseighet: $K_{Ic}=30\,\text{MPa}\cdot \text{m}^{1/2}$ - Anta geometri-faktor $Y=1$

Svar i kN for krefter og mm for forlengelse.

(i) Hvor stor kraft i strekk tåler profilen før den plastisk deformeres? (ii) Hvor stor er den elastiske forlengelsen når strekkraften er $12\,\text{kN}$? (iii) Hvor stor kraft tåler profilen før den går til brudd (anta at profilen ikke inneholder kritiske sprekker)? (iv) Hvor stor kraft tåler profilen før den går til brudd dersom den inneholder en overflate-sprekk med lengde $a=2.5\,\text{mm}$?

2e) Begreper (skriv ordet) Skriv riktig begrep på norsk. Svar som «2e: (1) …, (2) …, …».

(1) Materialegenskap som beskriver den maksimale spenningen materialet tåler i strekk før brudd. (2) Materialegenskap som beskriver forholdet mellom elastisk tøyning på langs og på tvers av strekkretningen. (3) Hardhetsmål som bestemmes fra dimensjonen på et firkantet inntrykk i overflaten. (4) Materialegenskap som beskriver spenningen der plastisk deformasjon starter. (5) Størrelse som beskriver tøyningshastighet ved statisk belastning over lang tid ved høy temperatur. (6) Bruddtype som absorberer minst energi i en Charpy-test. (7) Bruddtype som kommer plutselig etter sykliske belastninger over lang tid. (8) Materialegenskap som beskriver motstand mot sprøtt brudd når en sprekk er tilstede. (9) Bruddtype som kommer etter betydelig plastisk deformasjon. (10) Størrelse/materialparameter som kan avleses fra en S–N-kurve/diagram.

2f) Charpy-test (velg riktig ord) Skriv hele setningen på nytt og erstatt hvert parentesvalg med riktig ord.

En Charpy-test utføres ved å (sla, vri, presse, strekke) en prøve som er fastspent til (plastisk deformasjon, den bøyes, brudd, elastisk deformasjon) ved hjelp av en (presse, spiss, tvinge, hammer).

Prøven er formet med et (hull, ovalt, firkantet, sirkulært) tverrsnitt og den har (en bøye, et hakk, en vinkel, et hull).

Det som måles i testen er forskjell i (dimensjon, temperatur, forlengelse, høyde) på (prøveholderen, rommet, hammeren, prøven) før og etter testen.

Dette gir et tall på hvor mye (varme, spenning, tøyning, energi) prøven har tatt opp, som gir informasjon om materialets (krystallstruktur, seighet, varmeledningsevne, mikrostruktur).

Ofte brukes denne testen til å finne (E-modul, duktil sprø overgangstemperatur, varmekapasitet, smeltetemperatur) i metaller, som er viktig for anvendelser ved lave temperaturer.