Materialer og materialtekniske begreper

Per-Einar Rosenhave 1 02.05.2020

Hva er gjenstander laget av?

   Personer uten teknisk bakgrunn bruker enkle samlebegreper som metall og plast.

Vi som skal bli ingeniører og produktutviklere må vite mer.

Jo mer vi forstår, jo større nytte kan vi dra av ulike materialers forskjellige egenskaper.

2 02.05.2020

Dagsorden

 Litt historie  Materialegenskaper   Hvordan vi kan dele inn materialene i grupper Noen miljøbetraktninger 3 02.05.2020

Bronse

    Kobber ble funnet på bakken i forhistorisk tid Utbanking gjorde kobberet hardt Ved tilførsel av varme smeltet kobberet, og det kunne støpes Ved å tilsette kobbersmelta tinn, oppstod den harde legeringen bronse 4 02.05.2020

Jern

    Jernoksid er jernets naturlige tilstand Stein som inneholdt jernoksid ble blandet med trekull Karbonet i trekullet og oksygenet i jernoksidet dannet CO 2 CO 2 gassen forsvant når trekullet brant. Tilbake var jernet 5 02.05.2020

Aluminium

   8 % av jordskorpa består av aluminium Den kjemiske bindingen mellom aluminium og oksygen er mye sterkere enn mellom oksygen og jern De store energimengdene som skal til for å skille oksygen og aluminium var ikke tilgjengelig før vannkraften ble utbygget 6 02.05.2020

Plast

  Plast ble først laget av eggehvitestoffer Første brukbare plast var laget av cellulose  Fart i plastproduksjonen ble det først da man tok i bruk olje og naturgass som råstoff 7 02.05.2020

Flymotor

    Kompressor som sitter lengst framme komprimerer meget kald luft som blir meget varm. Her brukes titan som opprettholder styrken i forskjellige temperaturområder I forbrenningsdelen, som sitter lenger bak, er temperaturen svært høy. Her brukes det en nikkelbasert superlegering. Drivakselen skal tåle vridning og overføre høye effekter. Den lages av en stål. Selve dekselet rundt motoren kan være laget av aluminium som har lav massetetthet.

8 02.05.2020

Dieselmotor

    Stemplene må være lette for at motoren skal gå hurtig og vibrasjonsfritt Ventilfjærene må være elastiske og tåle millioner av sammentrykninger uten å ryke Stempel og sylinder må kunne lede vekk varme Veivaksel må ha harde glideflater for å unngå slitasje og støy 9 02.05.2020

Styrke, elastisitet og hardhet

    Blir en spiralfjær strekkbelastet, forlenges den. Fjernes belastningen, går fjæra tilbake til opprinnelig lengde. Fjæra er elastisk. Blir fjæra strukket for langt, får den en varig eller plastisk deformasjon.

Metaller som blir belastet oppfører seg som fjæra. blir. Elastisitetsgrensen (

R

e

E

modulen angir hvor stor den elastiske deformasjonen ) angir hvor stor belastning (N/mm²) materialet tåler før det blir plastisk deformert.

Sterke materialer har høy elastisitetsgrense. Elastiske materialer har lav

E

-modul.

Hardhet er motstanden et materiale yter mot inntrengning av et legeme. Harde materialer har høye hardhetsverdier. 10 02.05.2020

Duktilitet

   Materialer som skal formes må være duktile Avgjørende for om materialet egner seg til plastisk forming er hvor langt det kan strekkes før det ryker Bruddforlengelsen, A 0 , angir duktiliteten. Høy verdi viser at materialet er duktilt 11 02.05.2020

Materialgrupper

     Metaller og legeringer, for eksempel stål, støpejern, aluminium og kobber. Stål og støpejern er jernlegeringer. Aluminium er lettmetall mens kobber regnes som tungmetall. Keramer, for eksempel glass og hardmetaller Polymerer, for eksempel polyetylen og epoksy Kompositter, for eksempel fiberarmert plast, limtre og jernarmert betong Halvledere, for eksempel silisium og germanium 12 02.05.2020

Stål – verdens mest brukte metall

    Stål er jern med mindre enn 2 % C. Stål med lite karbon (0,1 %) er mykt og seigt. Det brukes til skipsskrog og bruer Stål med mer karbon, for eksempel 0.5 %, er hardere og sprøere og brukes til maskindeler Stål med mye karbon (1%) brukes til verktøy 13 02.05.2020

Lettmetaller

    Lettmetallene har massetetthet mindre enn 5000 kg/m³ Aluminium kombinerer god styrke og formbarhet med lav vekt og moderat pris Magnesium er ekstremt lett Titanlegeringer kan ha enorm styrke, men er vanskelige å forme og produktene blir kostbare 14 02.05.2020

Tungmetaller

      Kobber: Legeres til messing Sink: Benyttes mest til korrosjonsbeskyttelse av stål Tinn: Svakt. Brukes i lagermetaller og til pyntegjenstander Bly: Liten teknisk betydning Nikkel: Brukes til fornikling og som tilsetting i syrefaste stål Krom: Brukes til forkromming og som tilsetting i rustfrie stål 15 02.05.2020

Plaster

  Termoplastene blir myke eller flytende og lette å forme når de varmes opp. De stivner igjen ved avkjøling. De kan smeltes om Herdeplastene må formes før plastmolekylene dannes. De kan ikke smeltes om. Polyester og epoksy er kjente eksempler 16 02.05.2020

Komposittmaterialer

 Kompositter er to eller flere materialer som samlet har bedre egenskaper enn hvert materiale ville hatt alene  Jernarmert betong og glassfiberarmert polyester er eksempler på mye brukte kompositter 17 02.05.2020

Materialer og miljø

 Lite CO 2 lav vekt krever  EU krever at materialer skal kunne resirkuleres  Livssyklus – framstilling, levetid og gjenbruk 18 02.05.2020

Oppsummering

 God kunnskap om ulike materialer og egenskapene deres er nødvendig for å kunne utvikle nyttige kvalitetsprodukter med riktig miljøprofil 19 02.05.2020