D9: Materiaalstructuren
A. Brokmet medewerking van F. Konst & J. Kamphuis
Versie April 2011www.broksite.tk
D9000 Menu Materiaalstructuren
Inleiding
IJs -Water - Stoom
Diagram Cd - Bi
Diagram Cu - Ni
Diagram Pb - Sn
Diagram Fe - Fe3C
Samenvatting
D9010 Inleiding 1
Materiaalstructuur
Ongelegeerd Gelegeerd
Mechanische eigenschappen
Fysische eigenschappen
Chemische eigenschappen
D9011 Inleiding
Opbouw metalen
Atomen
Grondcel
Kristal
Kristalstructuur
D9510 Diagram Fe - Fe3C 1
KRG (Ferriet)
KVG (Austeniet)
HEX (Titanium)
Grondcellen
(9 Fe-atomen Kubisch Ruimtelijk Gecentreerd) (14 Fe-atomen
Kubisch Vlakken Gecentreerd) (14 Ti-atomen
Hexagonaal)
D9020 Inleiding 2
Ongelegeerde metalen worden in de werktuigbouwkunde zelden toegepast. (uitzondering staal)
Ze zijn te zwak en te zacht.
Legeren
Door toevoegen van bepaalde legeringselementen kunnen eigenschappen worden verbeterd
Bijv. treksterkte, rekgrens,corrosiebestendigheid,smelttemperatuur.
D9030 Inleiding 3
Door toevoeging van legeringselementen verandert de structuur van een metaal.
Legeren
De mate van verandering van structuur en eigenschappen hangt af van:
• soort legeringselement,
• hoeveelheid (massapercentage).
Belangrijk gegeven: oplosbaarheid legeringselementen
Legeringselementen in vaste toestand niet in elkaars rooster oplosbaar
Legeringselementen in vaste toestand volledig in elkaars rooster oplosbaar
Legeringselementen in vaste toestand gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar
Plaats van de atomen
Op de plaats van = substitutie
Op de plaats van = substitutie
Er tussen= interstitie
Hoe groter de roosterverstoring door de legeringsatomenHoe hoger de inwendige spanningen in het metaalHoe hoger sterkte en hardheid.
Stolling van een zuiver element
D9040 Inleiding 4 Legeringen
Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut)
Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel)
Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)
Zuiver Cd
Zuiver Bi
70% Cu30% Ni
Zuiver Sn98% Pb2% Sn
mengkristallen
mengkristallen
D9050 Smelt- en stolgedrag
Zuivere stof WATER
T 0° C
T = 0° C
0 T 100° C
T = 100° C
T > 100° C
Vast (ijs)
Brij (ijs + water)
Vloeibaar (water)
Kookpunt (water + stoom)
Damp (stoom)
D9100 IJs - Water - Stoom 1
0 T 100° C water
T 100° C stoom
T 0° C ijs
D9110 IJs - Water - Stoom 2
Haltepunt 1: ijs water
Haltepunt 2: water stoom
D9120 IJs - water - stoom 3
Stoom
Stoom water
Water
Water ijs
IJs
D9200 Inleiding Bi - Cd Legeringen
Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut)
Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel)
Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)
Zuiver Cd
Zuiver Bi
D9210 Diagram Cadmium - Bismut 1
Vloeistof (L)
Cd + L Bi + L
Vast (Cd + Bi)
D9212 Toetsscherm
Vraag 1
Boven de lijn A-B-C bestaat de massa uit: Bi-kristallen in vloeistof� Cd-kristallen in vloeistof � Vaste Cd en Bi -kristallen� Vloeibare Cd en Bi � *
Vraag 2
In het gebied B-C-E bestaat de massa uit: Bi-kristallen in vloeistof � * Cd-kristallen in vloeistof � Vaste Cd en Bi -kristallen� Vloeibare Cd en Bi�
Vraag 3
Onder de lijn D-B-E (146°C) bestaat de massa uit: Bi-kristallen in vloeistof� Cd-kristallen in vloeistof � Vaste Cd en Bi -kristallen � * Vloeibare Cd en Bi�
Beantwoord de volgende vragen
D9220 Diagram Cadmium - Bismut 2
T
t
260°
146°
kamertemperatuur
D9230 Diagram Cadmium - Bismut 3
T
t
240°
146°
kamertemperatuur
D9240 Diagram Cadmium - Bismut 4
T
t
146°
kamertemperatuur
D9242 Toetsscherm
Vraag 4
Bij de eutectische samen-stelling begint de stolling op: 321 °C� 271 °C� 150 °C� 146 °C � *
Vraag 5
De eutectische samenstelling vertoont een: Stolpunt waarop grote Cd- en Bi-kristallen ontstaan.� Stolpunt waarop kleine Cd- en Bi-kristallen ontstaan. � * Stoltraject waarover steeds meer grote Cd- en Bi-kristallen ontstaan.� Stoltraject waarover steeds meer kleine Cd- en Bi-kristallen ontstaan.�
Beantwoord de volgende vragen
D9250 Diagram Cadmium - Bismut 5a80% Cd20% Bi
100% Cd
S L
50% Cd50% Bi
30
50Aandeel vast (S)
30 / 50 60%
D9251 Diagram Cadmium - Bismut 5b80% Cd20% Bi
100% Cd
S L
50% Cd50% Bi
2050Aandeel vast (S)
30 / 50 60%
Aandeel vloeibaar (L)
20 / 50 40%
D9252 Diagram Cadmium - Bismut 5c80% Cd20% Bi
100% Cd
100% Cd S L
50% Cd50% Bi
41% Cd59% Bi
39
59
Aandeel vast (S)
39 / 59 66,1 %
D9253 Diagram Cadmium - Bismut 5d80% Cd20% Bi
100% Cd
100% Cd S L
50% Cd50% Bi
41% Cd59% Bi
20
59
Aandeel vast (S)
39 / 59 66,1 %
Aandeel vloeibaar (L)
20 / 59 33,9 %
D9254 Diagram Cadmium - Bismut 5e80% Cd20% Bi
100% Cd
100% Cd
S2
50% Cd50% Bi
41% Cd59% Bi
40
60
100% Cd
40% Cd60% Bi Aandeel vast 1 (S1)
40 / 60 66,66 %
S1
D9255 Diagram Cadmium - Bismut 5f80% Cd20% Bi
100% Cd
100% Cd
50% Cd50% Bi
40% Cd60% Bi
20
60
100% Cd
40% Cd60% Bi Aandeel vast 1 (S1)
40 / 60 66,66 %Aandeel vast 2 (S2)20 / 60 33,33 %
D9256 Toetsscherm
Vraag 6
Op ca. 230 °C begint: de stolling van Bi� de stolling van Cd � * de stolling van Bi en Cd� de stolling van mengkristallen�
Vraag 7
Op 200 °C bestaat de massa uit: 25% Bi-kristallen en 75% vloeistof� 25% Cd-kristallen en 75% vloeistof � * 75% Bi-kristallen en 25% vloeistof� 75% Cd-kristallen en 25% vloeistof�
Vraag 8
Op 150 °C bestaat de massa uit: Bi-kristallen in vloeistof� Cd-kristallen in vloeistof � * Vaste Cd en Bi -kristallen� Vloeibare Cd en Bi�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
D9257 Toetsscherm
Vraag 9
Op 150 °C bestaat de vloeistof uit: 41% Bi en 59% Cd.� 59% Bi en 41% Cd. � * 50% Bi en 50% Cd.� 60% Bi en 40% Cd.�
Vraag 10
Op 140 °C bestaat de structuur uit: 50% grote Cd-kristallen en 50% kleine Cd - en Bi-kristallen � * 60% grote Cd-kristallen en 40% kleine Cd - en Bi-kristallen� 70% grote Cd-kristallen en 30% grote Bi-kristallen� 50% kleine Cd-kristallen en 50% grote Cd - en Bi kristallen�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
D9300 Inleiding Cu - Ni Legeringen
Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut)
Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel)
Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)
Zuiver Cd
Zuiver Bi
70% Cu30% Ni
mengkristallen
D9310 Diagram Koper - Nikkel 1
Vloeistof (L)
Vast CuNi -mengkristallen
CuNi mengkr. + L
D9320 Diagram Koper - Nikkel 2a
T
t
1230°
1110°
kamertemperatuur
D9322 Diagram Koper - Nikkel 2b
80% Cu20% Ni
SL
60% Cu40% Ni
90% Cu10% Ni
Aandeel vast (S)10 / 30 33,33 %
Aandeel vloeibaar (L)20 / 30 66,66 %
1100
1200
1160
D9324 Diagram Koper - Nikkel 2c
80% Cu20% Ni
60% Cu40% Ni
90% Cu10% Ni
80% Cu20% Ni
100% mengkristallen CuNi
1050
D9330 Diagram Koper - Nikkel 3
T
t
1405°
1290°
kamertemperatuur
D9332 Toetsscherm
Vraag 11
Op 1300 °C bestaat de massa uit: Cu- en Ni-kristallen in vloeistof� Ni-kristallen in vloeistof� CuNi-mengkristallen � CuNi-mengkristallen in vloeistof � *
Vraag 12
Op 1200 °C bestaat de vaste stof uit: 50% Cu- en 50% Ni-kristallen � mengkristallen met 50% Cu en 50% Ni � * 85% Cu- en 15% Ni-kristallen � mengkristallen met 85% Cu en 15% Ni�
Vraag 13
Op 1200 °C bestaat de vloeistof uit: 28,6% Cu en 71,4% Ni� 50% Cu en 50% Ni� 71,4% Cu en 28,6% Ni� 85% Cu en 15% Ni � *
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
D9333 Toetsscherm
Vraag 14
Op 1200 °C bestaat de massa uit: 28,6% vaste stof en 71,4% vloeistof.� 50% vaste stof en 50% vloeistof.� 71,4% vaste stof en 28,6% vloeistof. � * 85% vloeistof en 15% vaste stof.�
Vraag 15
De soliduslijn wordt gepasseerd op ca.: 1083 °C. � 1168 °C. � * 1324 °C. � 1453 °C. �
Vraag 16
Onder 1100 °C koelen de mengkristallen (60% Cu + 40% Ni) verder af. � * koelen de mengkristallen (50% Cu + 50% Ni) verder af.� scheiden de mengkristallen tot 1183 °C nog Cu uit.� scheiden de mengkristallen tot 1183 °C nog Ni uit.�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
D9400 Inleiding Pb - Sn Legeringen
Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut)
Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel)
Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)
Zuiver Cd
Zuiver Bi
70% Cu30% Ni
Zuiver Sn
98% Pb2% Sn
mengkristallen
mengkristallen
D9410 Diagram Lood - Tin 1
Vloeistof (L)
Pb Sn + LSn + L
PbSn
Vast
D9420 Diagram Lood - Tin 2
T
t
225°
183°
kamertemperatuur
D9430 Diagram Lood - Tin 3
T
t
183°
kamertemperatuur
D9440 Diagram Lood - Tin 4
T
t
265°
183°
kamertemperatuur
D9450 Diagram Lood - Tin 5
T
t
305°
145°
kamertemperatuur
255°
D9452 Toetsscherm
Vraag 17
Op 225 °C bestaat de massa uit: Pb- en Sn-kristallen in vloeistof� Pb-kristallen in vloeistof� PbSn-mengkristallen � PbSn-mengkristallen in vloeistof � *
Vraag 18
Op 200 °C bestaat de vaste stof uit: 50% Pb- en 50% Sn-kristallen � mengkristallen met 50% Pb en 50% Sn� 82% Pb- en 18% Sn-kristallen � mengkristallen met 82% Pb en 18% Sn � *
Vraag 19
Op 200 °C bestaat de vloeistof uit: 19% Sn en 81% Pb� 40% Pb en 60% Sn � * 60% Pb en 40% Sn� 62% Sn en 38% Pb �
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
D9460 Diagram Lood - Tin 6a70% Pb30% Sn
89% Pb11% Sn S
L64% Pb36% Sn
6
25
Aandeel vast (S)
6 / 25 24%
250
3070
1189
3664
D9461 Diagram Lood - Tin 6b70% Pb30% Sn
19
25
Aandeel vloeibaar (L)
19 / 25 76 %
89% Pb11% Sn
64% Pb36% Sn
SL
Aandeel vast (S)
6 / 25 24%
250
3070
D9462 Diagram Lood - Tin 6c70% Pb30% Sn
82% Pb18% Sn
S L
43% Pb57% Sn
27
39
Aandeel vast (S)27 / 39 69,2 %
89% Pb11% Sn
64% Pb36% Sn
250
3070
D9463 Diagram Lood - Tin 6d70% Pb30% Sn
12
39
Aandeel vloeibaar (L)12 / 39 30,8 %
89% Pb11% Sn
64% Pb36% Sn
43% Pb57% Sn
Aandeel vast (S)27 / 39 69,2 %
S L
82% Pb18% Sn
250
3070
D9464 Diagram Lood - Tin 6e70% Pb30% Sn
S2
32
52
90% Pb10% Sn
38% Pb62% Sn
Aandeel vast 132 / 52 61,5 %
S1
89% Pb11% Sn
64% Pb36% Sn
82% Pb18% Sn
43% Pb57% Sn
250
3070
D9465 Diagram Lood - Tin 6f
20
52
Aandeel vast 220 / 52 38,5 %
70% Pb30% Sn
89% Pb11% Sn
64% Pb36% Sn
82% Pb18% Sn
43% Pb57% Sn
90% Pb10% Sn
38% Pb62% Sn
Aandeel vast 132 / 52 61,5 %
250
3070
D9466 Diagram Lood - Tin 6g
S2
90% Pb10% Sn
38% Pb62% Sn
S1
250
3070
D9467 Diagram Lood - Tin 6h
S2
38% Pb62% Sn
S1
93% Pb7% Sn
250
3070
D9468 Diagram Lood - Tin 6j
S2
38% Pb62% Sn
S1
93% Pb7% Sn
Eutecticum
Mengkristallen: 93% Pb en 7% Sn
Zuivere Sn - kristallen
38/93 40,9%
55/93 59,1%
250
3070
Tot hier voor de toets van kwartiel 12
D9469 Toetsscherm
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
Vraag 20
Op 200 °C bestaat de massa uit:
19% vaste stof + 62% vloeistof��*47,6% vaste stof + 52,4% vloeistof 50% vaste stof + 50% vloeistof� 52,4% vaste stof + 47,6% vloeistof�
Vraag 21
Bij voortzetting van de afkoelproef blijft de temperatuur op 183 °C enige tijd gelijk omdat:
de stollingswarmte van het eutecticum moet wegvloeien � *� de stollingswarmte van de PbSn-mengkristallen moet wegvloeien de vorming van mengkristallen tijd nodig heeft� het eutecticum een stoltraject moet doorlopen�
D9500 Inleiding Fe - Fe3C
D9510 Diagram Fe - Fe3C 1
Vloeistof (L)
Austeniet (A)
A + L
Ferriet (F)Perliet (P) Cementiet (C)
F + A
F + P
M
A + C
P + C
T
[°C]
1,5%
Ongelegeerdstaal
D9520 Diagram Fe - Fe3C 2a
0,4
L
A L
A
A
F
P F
Austeniet
D9522 Toetsscherm
Vraag 22
In gebied A-E-C bestaat de massa uit: 100% Austenietkristallen� 100% vloeistof� Austenietkristallen in vloeistof � * Ferrietkristallen in vloeistof�
Vraag 23
In gebied P-S-G bestaat de massa uit: Austeniet- en Ferrietkristallen� * Austeniet- en Perlietkristallen� Ferriet- en Perlietkristallen� Ferriet- en Cementietkristallen�
Bestudeer het diagram en beantwoord de volgende vragen
Vraag 24
Onder lijn P-S bestaat de massa uit: Austeniet- en Ferrietkristallen� Austeniet- en Perlietkristallen� Ferriet- en Perlietkristallen � * Ferriet- en Cementietkristallen�
D9524 Toetsscherm
Vraag 27
IJzer met 0,8% koolstof heet: Austeniet� Cementiet� Ferriet� Perliet � *
Bestudeer het diagram en beantwoord de volgende vragen
M
Vraag 25
In gebied S-M-E bestaat de massa uit: Austeniet- en Cementietkristallen� * Austeniet- en Perlietkristallen� Ferriet- en Perlietkristallen� Ferriet- en Cementietkristallen�
Vraag 26
Onder lijn S-M bestaat de massa uit: Austeniet en Cementiet� Austeniet en Perliet� Ferriet en Perliet� Perliet en Cementiet � *
D9530 Diagram Fe - Fe3C 2b
0,4
LS
99,6% Fe0,4% C
0,22% C 0,59% C
Austeniet0,22% C
Vloeistof0,59% C
0,4% C
Aandeel vast0,19 / 0,37 51,3 %
Aandeel vloeistof0,18 / 0,37 48,7 %
0,19
0,37
0,18
0,37
D9531 Diagram Fe - Fe3C 2c
0,4
Austeniet0,4% C
D9532 Diagram Fe - Fe3C 2d
0,4
S1
Ferriet0% C
S2
Austeniet0,7% C
Aandeel Ferriet 0,3 / 0,7 42,9 %
Aandeel Austeniet 0,4 / 0,7 57,1 %
D9533 Diagram Fe - Fe3C 2e
0,4
S2 S1
Ferriet0% C
Perliet0,8% C
Aandeel Ferriet 0,4 / 0,8 50 %
Aandeel Perliet 0,4 / 0,8 50 %
D9534 Diagram Fe - Fe3C 2f
0,4
S2 S1
Ferriet0% C
Perliet0,8% C
Ferrietlamellen 5,86 / 6,66 88 %
Cementietlamellen 0,8 / 6,66 12 %
D9536 Toetsscherm
Vraag 28
Op 1450 °C bestaat de massa uit: 30% Austenietkristallen, rest vloeistof��*70% Austenietkristallen, rest vloeistof 100% Austenietkristallen� 40% Ferrietkristallen, rest vloeistof�
Vraag 29
Op 1450 °C bestaat het vaste deel uit: Austeniet met ca. 0,4% C� * Austeniet met ca. 0,6% C� Austeniet met ca. 1,0% C� Ferriet met ca. 0,6% C�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
Vraag 30
Op 900 °C bestaat de massa uit: Austeniet- en Ferrietkristallen� Austenietkristallen met 0,6% C � * Ferrietkristallen met 0,6% C� Ferriet- en Perlietkristallen�
1450
D9538 Toetsscherm
Vraag 31
Op 800 °C bestaat de massa uit: 100% Austeniet en 0 % Ferriet � * 86% Austeniet en 14% Ferriet� 75% Austeniet en 25% Ferriet� 75% Perliet en 25% Ferriet�
Vraag 32
Op 700 °C bestaat de massa uit: 12% Cementiet en 88% Ferriet� 86% Perliet en 14% Ferriet� 75% Austeniet en 25% Ferriet� 75% Perliet en 25% Ferriet � *
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
Vraag 33
Op 500 °C bestaat zuiver Perliet uit: 12% Cementiet en 88% Ferriet � * 88% Cementiet en 12% Ferriet� 6,66% Cementiet, rest Ferriet� Ferriet met 0,8% C�
D9540 Diagram Fe - Fe3C 3
1,1
L
A L
AAusteniet
A
C
P
C
D9550 Diagram Fe - Fe3C 4a
1,1
98,9% Fe1,1% C
Austeniet0,8% C
Vloeistof1,7% C
Aandeel Austeniet: 0,6 / 0,9 66,66 %
Aandeel vloeistof: 0,3 / 0,9 33,33 %
D9551 Diagram Fe - Fe3C 4b
1,1
Austeniet98,9% Fe1,1% C
Austeniet0,9% C
Cementiet6,66% C
Aandeel Austeniet: 5,56 / 5.76 96,5 %
Aandeel Cementiet: 0,2 / 5,76 3,5 %
D9552 Diagram Fe - Fe3C 4c
1,1
Austeniet0,9% C
Perliet0,8% C
Cementiet6,66% C
Aandeel Perliet: 5,56 / 5,86 94,8 %
Aandeel Cementiet: 0,3 / 5,86 5,2 %
Cementiet6,66% C
D9553 Toetsscherm
Vraag 34
Op 1350 °C bestaat de massa uit: 43% Austenietkristallen, rest vloeistof��*57% Austenietkristallen, rest vloeistof 100% Austenietkristallen� 57% Ferrietkristallen, rest vloeistof�
Vraag 35
Op 1350 °C bestaat het vaste deel uit: Austeniet met ca. 0,45% C� Austeniet met ca. 0,95% C � * Austeniet met ca. 1,4% C� Ferriet met ca. 1,0% C�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
Vraag 36
Op 1000 °C bestaat de massa uit: Austeniet- en Ferrietkristallen� Austenietkristallen met 1,0% C� Austenietkristallen met 1,4% C � * Ferriet- en Cementietkristallen�
D9554 Toetsscherm
Vraag 37
Op 850 °C bestaat de massa uit: 1,4% Austeniet, rest Cementiet� 90% Perliet, rest Cementiet� 90% Austeniet, rest Cementiet� 96% Austeniet, rest Cementiet � *
Vraag 38
Op 750 °C bestaat de massa uit: 0,9% Austeniet, rest Cementiet� 91% Perliet, rest Cementiet� 91% Austeniet, rest Cementiet � * 96% Austeniet, rest Cementiet�
Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen
Vraag 39
Op 700 °C bestaat de massa uit: 0,8% Perliet, rest Cementiet� 90% Perliet, rest Cementiet � * 94% Perliet, rest Cementiet� 96% Perliet, rest Cementiet�
D9600 Samenvatting
Doel van legeren kunnen verklaren
Structuur van legeringen kunnen toelichten
Doelstellingen
Stollingsdiagrammen van legeringen kunnen verklaren
EINDE