Krystallstruktur

Question 1

Forklar mekanismen på atomnivåkjøler når vi kjøler ett metall ned fra romtemperatur til -20°C.

Answer 1

Dislokasjonsbevegelse er hjulpet at termisk bevegelse av atomer. Når temperaturen synker avtar

bevegelsen av atomer.
Dette skjer f.eks. i en b.c.c. struktur der man ikke har tettpakkede plan så der er
dislokasjonsbevegelsen avhengig av termisk agitasjon av atomene. Når temperaturen er for lav

bremses dislokasjonsbevegelsen, og dermed øker flytespenningen. Når flytespenningen blir høy,
minsker den plastiske sonen foran sprekktuppen og bruddmekanismen går fra duktilt brudd til sprøtt
brudd.

Kommentar: I en f.c.c. struktur derimot har man mange tettpakkede plan, og langs disse beveger
dislokasjonene seg lett. Dislokasjonsbevegelsen er uavhengig av termisk vibrering av atomer og
dermed temperatur.

Question 2

Kan du forklare hva som skjer i et metall på atomnivå når det strekkes/forlenges ved en strekkspenning mindre enn flytespenningen?

Answer 2

Når vi strekker på et metall, vil vi egentlig strekke på atombindingene i metallet. I det lineær elastiske området oppfører atombindinger seg som fjær. Når vi strekker på et materiale ved å påføre det en strekkspenning, strekker vi atomene litt lenger fra hverandre. Avstanden mellom atomene blir litt større enn likevektsavstanden r0, og dette fører til at materialet forlenges.

Question 3

Forklar hvorfor seigheten i
fiberforsterkede kompositter er retningsavhengig.

Answer 3

Spenningen i nærheten av sprekktuppen er større enn gjennomsnittsspenningen i
materialet. Skarpere sprekktupp medfører høyere lokale spenninger. Når sprekken nærmer seg en fiber orientert vinkelrett på sprekken vil spenningsfeltet rett foran sprekken separere matriksen fra fiberen over et lite område. Resultatet er at man da ikke lenger har en skarp sprekkspiss og bevegelsen av sprekken kan arresteres. Når fibrene er parallelle med sprekken vil de ikke ha et slikt arresterende effekt på sprekkene.

Question 4

Forklar på mikronivå hvorfor duktile metaller har høy Gc , mens keramer og glass har lav

Answer 4

Question 5

Hva er årsaken til duktil-sprø overgang i metaller?

Answer 5

Metaller kan undergå en overgang fra duktil til sprø oppførsel nå de blir kjølt ned. Ved lavere temperaturer kan bevegelsen av dislokasjoner bli begrenset på grunn av minskning av termisk agitasjon eller brownske bevegelser.

Redusert bevegelighet av dislokasjoner resulterer i en økning av flytespenningen og dermed en minskning av seigheten. Økning i flytespenning fører til en reduksjon av den plastiske sonen foran sprekktuppen. Når den plastiske sonen blir såpass liten vil bruddmekanismen endres fra duktil rivning til sprøtt kløvningsbrudd.

Question 6

Forklar hvorfor metaller med b.c.c. struktur typisk utviser en duktil/sprø-overgang mens f.c.c. metaller ikke gjør det?

Answer 6

Metaller med f.c.c. struktur utviser ikke denne temperaturavhengigheten på grunn av at de har et bra glidesystem (mange glideplan og glideretninger) som tillater relativt fri bevegelse av dislokasjoner uavhengig av temperaturen. Metaller som ikke har f.c.c. struktur, men heller f.eks. en b.c.c. struktur, har ikke så bra glidesystem og bevegelsen av dislokasjoner er mer avhengig av termisk agitasjon eller brownske bevegelser. Disse metallene utviser typisk en sprø-duktil overgang ved nedkjøling.