Projektowanie Materiałów Inżynierskich

Zbiór zadań

dr inż. Krzysztof Widanka

Zadanie 1. Wybrać 5 właściwości materiału na ramę roweru górskiego i uszeregować je wg ważności
(przez wyliczenie wsp. wagi) wymienione: Rm, Rpl, udarność, twardość itd.

Zadanie 2. Który z brązów: CuSn4 czy CuSn6 ma większą wytrzymałość i dlaczego? Sieć Cu A2, Sn A1,
max. rozpuszczalność Sn w Cu 8% w temperaturze pokojowej. Wielkość promieni atomowych: Cu
0,128 nm, Sn 0,158 nm.

Zadanie 3. Dlaczego CuZn10 ma w stanie miękkim wytrzymałość 210 MPa a w stanie zgniecionym
505 MPa?

Zadanie 4. Obliczyć udział objętościowy włókien Kevlaru w kompozycie o osonowie metalicznej,
wiedząc, że wsp. umocnienia kompozytu wynosi 3, Rm metalu bazowego 455MPa, Rm włókien
3100MPa, średnica włókien 12 mikrometrów.

Zadanie 5. Z zależności Larsona Millera : LM=25500, t=10000h, c=20 obliczyć max temperaturę pracy.

Zadanie 6. Dwa identyczne brązy CuZn4 i CuZn6 o rozpuszczalności cynku w miedzi 37%. W obydwu
przypadkach dodanie cynku wywołało efekt umocnienia roztworowego, w którym przypadku efekt ten
był większy? Promień cynku i promień atomowy miedzi podane .

Zadanie 7. Oblicz średnia odległość miedzy atomami w stopie AL- Cu kiedy "tał" = 500Mpa G= 40GPa i
parametr siatki wynosi a=0,336

Zadanie 8. Który z CuAl6 czy CuAl5 ma większa wytrzymałość. Podane promienie atomowe, sieci
krystaliczne.
Zadanie 9. CuZn10 w stanie miękkim i zgniecionym. Dlaczego w stanie zgniecionym ma większą
wytrzymałość?

Zadanie 10. Dobrać kompozyt, podane 3 rodzaje osnów, wartości Rm i gęstości, 4 rodzaje włókien
(Rm i gęstość podana). Kompozyt pracuje w temp. otoczenia, osiowo rozciągany. Włókna mają
przenosić 75% wartości siły. Ile będzie % objętościowo.

Zadanie 11. Opisać mechanizm umocnienia odkształceniowego.

Zadanie 12. Kompozyt epoksydowo-węglowy, Rm osnowy 100MPa włókien 3400, 60% włókien; Jaką
część siły przyłożonej wzdłuż włókien będą one przenosić?

Zadanie 13. Dural zbrojony cząstkami Al2O3 o średnicy 3 mikrometrów w ilości 30% ma
wytrzymałość [ileśtam] MPa. Jak zmieni się wytrzymałość, gdy zmniejszymy średnicę do 1 mikrona?

Zadanie 14. Opisać rodzaj umocnienia itd [oczywiście różnica jakościowa, bo wartości dokładnej nie
da się wyliczyć]

Zadanie 15. Kompozyt o osnowie stopu aluminium zbrojony cząstkami węglika krzemu w ilości 30%
całej jej objętości o śr. 0,5um ma Rm=400MPa.

Zadanie 16. Jaka będzie wytrzymałość tego samego kompozytu, kiedy średnica cząstek węglika
krzemu będzie wynosiła 1um. Uzasadnij swoją odpowiedź na gruncie teorii umocnienia.

Zadanie 17. Kompozyt o osnowie żywicy epoksydowej o wytrzymałości 65 MPa jest zbrojony
włóknami Al2O3, której wytrzymałość wynosi 1350 MPa. Ile włókien objętościowych trzeba dodać do
tego kompozytu, aby przenosiły one 75% obciążeń w kierunku równoległym do kierunku ułożenia
włókien.

Zadanie 18. Stal mikrostopowa HSLA posiada następujący skład chemiczny: 0,2%C, 1,6%Mn ,
0,014%P, 0,018%S, 0,35%Si, 0,11%Mo, 0,11% V i 0,03 % Nb. Jaką rolę odgrywają w tej stali Mangan,
Wanad i Niob.

Zadanie 19. Który z brązów (CuSn4 ; CuSn6) ma większą wytrzymałość i dlaczego. Dane:
Rozpuszczalność 8%, średnica Cu 0,128 nm, śr Sn 0,158 nm
Zadanie 20. LM=25500, t=10000h, c=20. Obliczyć max temperaturę pracy.

Zadanie 21. Stal mikrostopowa HSLA posiada następujący skład chemiczny: 0,2%C, 1,6%Mn ,
0,014%P, 0,018%S, 0,35%Si, 0,11%Mo, 0,11% V i 0,03 % Nb. Jaką rolę odgrywają w tej stali Mangan,
Wanad i Niob.

Zadanie 22. Obliczyć udział objętościowy włókien kevlaru w kompozycie o osnowie metalicznej,
wiedząc, że wsp. umocnienia kompozytu wynosi 3, Rm metalu bazowego 455MPa, Rm włókien
3100MPa, średnica włókien 12 mikrometrów.

Zadanie 23. Kompozyt o osnowie żywicy epoksydowej o wytrzymałości 65 MPa jest zbrojony
włóknami Al2O3, której wytrzymałość wynosi 1350 MPa. Ile włókien objętościowych trzeba dodać do
tego kompozytu, aby przenosiły one 75% obciążeń w kierunku równoległym do kierunku ułożenia
włókien.

Zadanie 24. Kompozyt epoksydowo-węglowy, Rm osnowy 100MPa włókien 3400, 60% włókien; jaką
część siły przyłożonej wzdłuż włókien będą one przenosić.

Zadanie 25. Dobrać kompozyt, podane 3 rodzaje osnów, wartości Rm i gęstości, 4 rodzaje włókien
(Rm i gęstość podana). Kompozyt pracuje w temp. otoczenia, osiowo rozciągany. Włókna mają
przenosić 75% wartości siły. Ile będzie % Vw.

Zadanie 26. Dwa identyczne brązy CuZn4 i CuZn6 o rozpuszczalności cynku w miedzi 37%. W
obydwu przypadkach dodanie cynku wywołało efekt umocnienia roztworowego, w którym przypadku
efekt ten był większy? Promień cynku i promień atomowy miedzi podane .

Zadanie 27. Który z CuAl6, CuAl5 który ma większa wytrzymałość?
Podane promienie atomowe, sieci krystaliczne.

Zadanie 28. CuZn10 ma w stanie miękkim wytrzymałość 210 MPa a w stanie zgniecionym 505 MPa?
Dlaczego w stanie zgniecionym ma większą wytrzymałość?

Zadanie 29. Stopy aluminium:
A. Oblicz średnia odległość miedzy atomami w stopie AL- Cu kiedy "tał"=500Mpa,
G=40GPa i parametr siatki wynosi a=0,336.
B. Zadanie z gr. plastyczności zależną od wielkości ziarna (ziarno 2,8,12) i wyliczyć stałe
+ gr. plast. dla ziarna nr 12,
C1. Podać jaki mechanizm umocnienia przy stopie Al z dodatkiem Al2O3 i jak się będzie zmieniał przy
zmianie promienia cząsteczek dodatku
C2. Kompozyt o osnowie stopu aluminium zbrojony cząstkami węglika krzemu w ilości 30% całej jej
objętości o śr. 0,5um ma Rm=400MPa.
Jaka będzie wytrzymałość tego samego kompozytu, kiedy śr cząstek węglika krzemu będzie wynosiła
1um. Uzasadnij swoją odpowiedź na gruncie teorii umocnienia.
C3. Dural zbrojony cząstkami Al2O3 o średnicy 3 mikrometrów w ilości 30% ma wytrzymałość [ileś
tam] MPa. Jak zmieni się wytrzymałość, gdy zmniejszymy średnicę do 1 mikrona? Opisać rodzaj
umocnienia itd.

Zadanie 30. Kompozyt na osnowie stopu Al wzmocniono cząstkami Sic o średnicy 0,5 mikrometra.
Drugi o średnicy 1 mikrometra. Objętość Sic w kompozycie 30%. Który będzie wytrzymalszy?
Uzasadnić z teorii umocnienia.

Zadanie 31. Dlaczego metale krystalizujące w sieci A1 mają większą odporność na
pełzanie od metali krystalizujących w sieci A2?

Zadanie 32. W jakich konkretnych przypadkach wielkość ziarna będzie miała istotny
wpływ na prędkość pełzania?

Zadanie 33. Jakie mechanizmy umocnienia składają się na mechanizm umocnienia przez
przemianę martenzytyczną?

Zadanie 34. Srebrowo wolframowy kompozyt na styki elektryczne jest wykonywany
technologią metalurgii proszków w ten sposób, że najpierw jest wykonywana
wypraska z czystego proszku wolframowego która następnie jest infiltrowana
czystym srebrem. Gęstość wyprasek wolframu przed infiltracją wynosi 13,3 g/cm3.
Oblicz objętość porów ( przed infiltracją) i końcową zawartość srebra w kompozycie
w % masowych

Zadanie 35. Odszukać w literaturze układ równowagi fazowej (wykres) układu 2
składnikowego SiO2-Al2O3(ceramika - kaolinit) w postaci AL2O3 x 2 SiO2 x 2
H2O podgrzewany do 1500 st C.
A. Jakie formy są obecne w tej strukturze w temp 1500 st C!
B. Jaka jest temperatura pracy dla osłony ogniotrwałej z Kaolnitu3? Jaka
ilość tego Al2O3 należy dodać do tego Kaolinitu aby znacząco podnieść jego
temperaturę pracy?

Zadanie 36. Opisać mechanizm umocnienia roztworowego.