CONSTRUCTIEMATERIALEN EN INDUSTRIËLE
advertisement
CONSTRUCTIEMATERIALEN EN INDUSTRIËLE MATERIAALKUNDE: Examenvragen Inclusief dyslectische fouten “*” voor de vraag betekend grote vraag (3/115) na vraagstelling betekent dat van alle 115 gevonden vragen, deze 3 keer terugkwam Wees kritisch ten opzichte van de geformuleerde antwoorden! POLYMEREN: Wat is additie-en condensatiepolymerisie? (3/115) Om afzonderlijke monomeren om te vormen tot lange polymeerketens, bestaan er twee manieren van polymerisatie; additie –en condensatiepolymerisatie. Bij additiepolymerisatie vertrekt men van onverzadigde monomeren in oplossing, emulsie, dampvorm of gewoon onverdunde vloeistof. De dubbele binding van het monomeer gaat open (onder invloed van de radicaal) en reageert met de dubbele binding van het volgende molecuul. Door herhaling worden de monomeren aan elkaar geschakeld, net als kralen in een ketting. Het proces bestaat uit drie stappen; de initiatiestap (door aanwezigheid van een radicaal, kation of katalysator), de propagatiestap en de terminatiestap. De schakels in het polymeer hebben dezelfde chemische samenstelling als de monomeermolecule. Bij condensatiepolymerisie vertrekt men van monomeren met aan beide uiteinden een functionele groep. Tijdens de vormingsreactie hecht zich een nieuw molecule aan een ander molecule. Vaak vormt er zich hierbij een bijproduct (water of condensatie). Bij polyadditie wordt dat op een andere plaats terug in de keten opgenomen. De schakels in de polymeren hebben een andere chemische samenstelling als de uitgangsmaterialen. 1 Bespreek een Dalton. (2/115) Het moleculair gewicht is de massa van één mol van het materiaal. het wordt uitgedrukt in g/mol of Dalton. 1g/mol = 1Dalton. Definieer het moleculair gewicht bij polymeren en geef de eenheid. (4/115) Het moleculair gewicht is de massa die één mol van het materiaal. Omdat polymeren uit lange ketens bestaan die onderling verschillen, kunnen we enkel een gemiddeld gewicht bepalen. Het kan gemeten worden door een vorm van chromatografie of door viscositeitsmetingen. Een hoog moleculair impliceert lange ketens en maakt een materiaal dus doorgaans taaier, sterker, stijver en stropiger, maar ook moeilijker bewerkbaar. Men onderscheidt het gemiddeld gewicht (Mn), het gewichtsgemiddelde (Mw) en het viscositeitsgemmiddelde (Mv). Het gemiddeld molecuulgewicht (Mn) (ook wel aantalgemiddelde genoemd) is het totaal gewicht van alle ketens gedeeld door het aantal ketens: Mn = ∑ N i ∗ Mi ∑ Ni Het moleculair gewichtsgemiddelde (Mw) is de som van de gewichten van de ketens gedeeld door het totaal gewicht. Mw = ∑(Ni ∗ Mi ) ∗ Mi ∑ N i ∗ Mi Het viscositeitsgemmiddelde (Mv) is het gewicht bepaald uit de viscositeitsmetingen. Het ligt korter bij het gewichtsgemiddelde dan het aantalgemmidelde. Het moleculair gewicht wordt uitgedrukt in gram per mol. De eenheid hiervoor is de Dalton. 1Dalton = 1g/mol. 2 Bespreek de glasovergangstemperatuur en pas dit toe op polymeren. (5/115) De glasovergangstemperatuur (Tg), ook wel glaspunt, glas-rubber-overgangstemperatuur genoemd, is de temperatuur waarbij een polymeer verweekt bij verhitting en bros wordt bij koeling. Als T > Tg, is een amorf polymeer een rubberachtige ‘vloeistof’, net als een vers gekauwde kauwgom. Dit komt omdat bij deze temperatuur de ketens over elkaar kunnen glijden en een plastisch karakter krijgen. Als T< Tg, is het polymeer een vaste, glasachtige stof. Puur kristallijne polymeren hebben geen Tg. Een polymeer is echter altijd semikristallijn. Het amorfe gedeelte zal dus wel rubberachtig worden. Bij thermoplasten zal het amorfe gedeelde viskeus worden boven de T g. De kristallijne zones zullen, samen met de rest smelten bij Tm. Amorfe thermoharders vertonen een lichte werking boven Tg. Als de temperatuur verder wordt opgedreven, zullen ze niet smelten vanwege hun crosslinks, maar verkolen, verbranden of sublimeren. Elastomeren zijn thermoharders waarbij de Tg onder de kamertemperatuur ligt. Ze zijn boven Tg erg elastisch. Wat is het onderscheid tussen thermoharders, thermoplasten en elastomeren? (Maak ook het verband met de glasoverganstemperatuur.) (2/115) Thermoplasten zijn polymeren die bestaan uit lange, lineaire ketens met een tweedimensionale structuur. Ze zijn onderling zwak verbonden, waardoor ze plastisch werken vanaf de Tg. Ze kunnen zowel amorf als (semi-)kristallijn zijn. De amorfe zones vormen viskeuze vloeistoffen boven Tg. De kirstallijne zones zullen smelten bij Tm. Ze zijn makkelijk vervormbaar en recyclebaar boven Tg. Hun gebruik is echter beperkt tot matige temperaturen. Als de kristalliniteit verhoogt, verhoogt ook de sterkte en stijfheid, maar verlaagt de ductiliteit. Polyethyleen en Polyvinylchloride zijn bijvoorbeeld thermoplasten. Thermoharders zijn polymeren die bestaan uit driedimensionale netwerken met vele crosslinks, die na verhitting hun driedimensionale structuur behouden. Ze hebben een amorfe structuur. Boven Tg zullen thermoharders gaan werken, maar ze blijven toch een vaste stof. Bij nog hogere temperaturen zullen ze, vanwege de sterke cross-links, niet smelten, maar verbranden, verkolen of sublimeren. Thermoharders zijn hard en rigide, zeker beneden T g. Ze hebben een hoge dimensionale stabiliteit en zijn goed bestand tegen vervorming en kruip onder belasting. Ze hebben ook een hogere temperatuurscapaciteit dan thermoplasten. Fenolen en Expoxyharsen zijn voorbeelden van thermoharders. Elastomeren tenslotte, zijn al week bij kamertemperatuur. Ze bestaan uit lange ketens met enkele crosslinks. Boven Tg zijn elastomeren erg elastisch en beneden Tg zijn ze bros. Natuurrubber en siliconen zijn voorbeelden van elastomeren. Voor de uitleg van Tg, zie andere vraag. 3 THERMOPLASTEN WAT? STRUCTUUR? THERMOHARDERS ELASTOMEREN Lange, lineaire 2D 3D netwerken met Lange ketens met ketens met zwakke onderling sterke cross- enkele cross-links onderlinge bindingen links Amorf en (semi-) Amorf door cross-links Amorf (?) kristallijn EFFECTEN Amorfe zones: (lichte) werking boven Bros bij T<Tg, Elastisch(!) TEMPERA- Viskeuze vloeistoffen Tg, hogere tempera- bij T>Tg TUUR, boven Tg, turenverbranden/ver- Tg< Tkamer Kristallijne zones: kolen/sublimeren Smelten bij Tm EIGENSCHAPPEN? - Makkelijke hervormbaar/recycleb aar boven Tg - Gebruik bij matige T - Kristallinitiet ↑ - Hard en rigide, zeker beneden Tg - Hoge dimensionale stabiliteit - Crosslinkdichtheid ↑ sterkte, stijfheid ↑; vervormbaarheid ↓ - Resistent aan kruip, sterkte, stijfheid ↑; vervorming onder ductitliteit ↓ belasting - Gebruik bij hogere T dan thermoplasten VB? Polyethyleen, PVC Fenolen, Expoxyharsen Natuurrubber, Siliconen *Geef 5 (6) versterkingsmethoden voor polymeren. (3/115) Er zijn 8 verschillende versterkingsmethoden; lineaire polymeren, vertakte polymeren, corsslinking, ketenverstijving, kristalliniteit, toevoegmaterialen, mangpolymeren en IPN’s. Lineaire polymeren bestaan uit lange tweedimensionale ketens. Ze zijn onderling gebonden door (zwakke) Vanderwaalskrachten/waterstofbruggen/interactie tussen polaire groepen. Ze kunnen buigen rond hun C-atoom die werken als bolscharnieren en zijn dus flexiebel. Hierdoor kunnen ze onderling verstrengelen. Een hoger moleculair gewicht impliceert langere ketens, waardoor ze een grotere trek –en druksterkte krijgen. Hun buigzaamheid is afhankelijk van de maat waarin ze vervlochten zijn en van hun onderlinge oriëntatie (amorf of kristallijn). Polymeren kunnen bij hun polymerisatie vertakken. deze vertakte polymeren zijn veel meer vervlochten dan de gewone lineaire polymeren en hebben dus een grotere stijfheid. Er bestaan speciale procestechnieken en katalysatoren voor de bevordering van vertakkingen. Als polymeren tijdens de polymerisatie onderling sterke chemische bruggen gaan maken (crosslinking), ontstaat er een grote, sterke driedimensionale structuur. Die is zeer sterk en stijf. 4 Des te meer cross-links er zijn, des te groter de stijfheid/ minder de chemische oplosbaarheid/ minder (of helemaal niet meer) de hersmeltbaarheid. De ketenstijfheid kan door ketenverstijving vergroot worden. Dit gebeurt door substitutie van een omvangrijke moleculaire groepen al functionele groepen, ook wel zijgroepen genoemd. Als de kristalliniteit verhoogt wordt, heeft dat een aantal gevolgen voor de mechanische eigenschappen. Een kristallijn polymeer betekent dat de ordening van het polymeer niet geheel toevallig is. De polymeren zijn ongeveer evenwijdig georiënteerd. De kristalliniteit kan bevorderd worden door het vormen in matrijzen, straling of (mechanische) invloed uit te oefenen op de ketenoriëntatie. Als de kristalliniteit verhoogt, dan verhoogt het smeltpunt/ neemt de chemische oplosbaarheid af/ vermindert de slagvastheid. Het heeft ook een aantal gunstige effecten op de mechanische eigenschappen. De eigenschappen kunnen ook beïnvloed worden door toevoegmaterialen. Vulstoffen in plastics (hout, asbest, zand, glas …) hebben dezelfde rol als aggregaat in beton. Ze veranderen de sterkte en maatvastheid. Additieven hebben andere doelen dan mechanische eigenschappen veranderen (kleurstoffen, crosslink middelen, antioxidantia …). Een weekmaker is een additief om de taaiheid en buigzaamheid te verhogen. Het werkt als een smeermiddel; het laat lange polymeermoleculen makkelijker ten opzichte van elkaar bewegen. Er bestaan twee soorten weekmakers; organische chemicaliën en interne plastificering, waarbij een copolymerisatie optreed met een ander polymeer dat uit zeer grote moleculen bestaat, waardoor de afstand tussen de ketens verhoogt. Door veroudering is dit echter niet geschikt voor duurzame constructiematerialen. Er bestaan twee soorten polymeer-’blends’; mengpolymeren en polymeermengsels. Mengpolymeren vormen een éénfasig, homogeen mengsel. De eigenschappen van het mengsel zijn niet af te leiden uit de eigenschappen van de oorspronkelijke polymeren. Als de polymeren niet mengbaar zijn, ontstaat er een heterogeen, tweefasig mengsel. De eigenschappen van het mengsel zijn een gemiddelde van de twee oorspronkelijke polymeren. Een verschil in Tg van die twee kan wel problemen geven bij het vervormen. Research is dus nodig. Tenslotte is er nog de versterkingsmethode door interpenetrerende netwerken, IPN’s. Ook dit is een mengsel tussen (twee) polymeren. Hierbij vormt één van de polymeren (meestal een thermoharder) een netwerk da volledig doorvlochten is door een ander polymeer. Het eerste polymeer (het netwerk) vormt een driedimensionale versteviging van het andere polymeer (de matrix). We onderscheiden semi-IPN materialen en (totale) IPN materialen. Bij semi-IPN materialen is de matrix een lineair polymeer dat binnen het netwerk wordt gepolymeriseerd. De matrix neemt daarna het grootste volume in. Bij totale IPN materialen vormt het de matrix na de polymerisatie ook nog een crosslinked netwerk. Het resultaat heeft zowel chemische als mechanische superieure eigenschappen. 5 Bespreek interpenetrerende polymeernetwerken. (4/115) Interpenetreredne polymeernetwerken of IPN’s bestaan uit een mengsel van twee polymeren. Het eerste polymeer (het netwerk), meestal een thermoharder, wordt doorvlochten door het tweede (de matrix). Het netwerk vormt dus een driedimensionale versteviging voor de matrix. We onderscheiden semi-IPN materialen en (totale) IPN materialen. Bij semi-IPN materialen is het tweede polymeer een lineair polymeer dat wordt gepolymeriseerd binnen het netwerk. Bij totale IPN materialen vormt het tweede polymeer na polymerisatie ook nog crosslinked netwerk binnen het netwerk van het eerste polymeer. Het resulterende mengsel heeft zowel chemisch als mechanisch superieure eigenschappen. IPN’s kunnen ook uit twee dezelfde polymeren opgebouwd zijn. Geef de structuur van PE, PVC, PTFE en Styreen. (1/115) Polyetheen: Polyvinylchloride: Polytetrafluoretheen: styreen: Geef de chemische backbone van siliconen en polydimethylsiloxaan. (2/115) Siliconen: Polydimethylsiloxaan: Schrijf voluit de naam van (PE), LDPE, HDPE, (LLPE), UHMWPE, (PP), PVC, PS, ((SB)), ((EPS)), PTFE, ((FEP)), ((PFA)), ((PVDF)), ((E-CTFE)), PMMA, (PA), PET, PC, PEEK, ((MF)), ((UF)), (1/115) o PE: Polyetheen LDPE: low density polyetheen HDPE: high density polyetheen LLPE: lineaire lagedichtheidspolyetheen UHMWPE: Ultra high molecular weight polyetheen o PP: Polypropeen PVC: Polyvinylchloride PS: Polystyreen o SB: styreen-butadieen copolymeer o EPS: expanded polystyreen 6 PTFE: polytetrafluoretheen o FEP: fluor-ethyleen-propyleen o PFA: perfluoralkoxy o PVDF: polyvinylideenfluoride o E-CTFE: ethyleen-chlorotrifluorethyleen PMMA: polymethylmethacrylaat o PA: Polyamide PET: polyetheentereftalaat PC: Polycarbonaat PEEK: polyetheretherketon o MF: Melamineformaldehyde o UF: Ureumfomaldehyde Bespreek PTFE en geef een toepassing. (2/115) PTFE staat voor polytetrafluoretheen, ook wel bekend als Teflon, Hostaflon, Halon … Het thermoplastische fluorplastic heeft als monomeer hetzelfde als dat van etheen, maar de waterstofatomen zijn vervangen door fluoratomen. PTFE is duur, is niet erg sterk en heeft last van kruip. Daarom is het niet geschikt als constructiemateriaal. Het is wel zeer goed bestand tegen chemicaliën en oplosmiddelen en kan gebruikt worden bij relatief hoge temperaturen, waardoor het vaak gebruikt wordt als antiaanbaklaag in pannen. PTFE is moeilijk te verwerken omdat het niet smelt of vloeit bij hoge temperaturen zoals gewone thermoplasten. Bespreek B-harsen. (3/115) De polymerisatie van thermohardende harsen bestaat uit het A,- B –en C-stadium. Tijdens het A-stadium reageert een mengsel bij een bepaalde temperatuur tot een viskeus hars dat wordt opgelost in oplosmiddel. Het hars dat nu overblijft heet het A-stadium-hars, waar nog geen crosslinking is opgetreden. Het hars wordt verder gekoeld tot in vaste toestand en dan gegranuleerd. Vervolgens worden eventueel vulmaterialen, kleurstoffen en smeermiddelen met het poeder vermengd. Het mengsels wordt dan over verwarmde rollen geleid, waar enige cross-linking begint op te treden. Na een tijd ontstaat een rubberachtig, kleverig hars; het B-stadium-hars. Het B-stadium-hars kan nog worden gegranuleerd, verwarmd, waardoor er meer crosslinks onststaan en geconsolideerd in een matrijs, waarna een C-stadium-hars ontstaat. 7 Bespreek vulkanisatie. (4/115) Rubbers worden vaak gevulkaniseerd om er een vormproduct van te maken. Het uitgangsmateriaal wordt in een gewenste matrijs verhit tot 150°C. Zwavelmoleculen worden toegevoegd, die crosslinks vormen tussen verschillende polymeren in het materiaal. COMPOSIETEN. Wat is het verschil tussen E-glas en S-glas? (1/115) Bij polymeercomposieten wordt vaak glas als wapening gebruikt. Twee soorten die vaak gebruikt worden zijn E-glas en S-glas. E-glas is borosilicaatglas (Pyrex) en wordt vaak gebruikt bij elektrische toepassingen. S-glas wordt gemaakt van magnesium -, aluminium –of siliciumoxiden. Het heeft een hogere sterkte dan S-glas. E-glas kan bij lagere temperaturen worden gemaakt en is dus goedkoper. Bespreek de essentie van keramische materialen en geef de eigenschappen. (3/115) Keramieken zijn alle anorganische, niet metallische materialen die worden verkregen uit sinterprocessen bij hoge temperatuur. Het zijn combinaties van één of meer metalen met één of meer niet-metallische elementen, voornamelijk oxiden, carbiden, nitriden, boriden, metalloïden en combinaties daarvan. Het voornaamste verschil tussen keramieken en andere materialen is de aard van hun bindingen. Bij keramieken zijn er stijve covalente en/of ionbindingen of (doorgaans) allebei. Traditionele keramieken zoals bakstenen of kruiken zijn gebaseerd op natuurlijke grondstoffen zonder specifieke samenstelling of kenmerken. De geavanceerdere technische keramieken zijn gebaseerd op zuivere grondstoffen, hoofdzakelijk synthetisch. Ze hebben wel een specifieke samenstelling en eigenschappen. Ze worden door een strikt gecontroleerd productieproces gemaakt en worden specifiek ontwikkeld voor een bepaalde toepassing. Bespreek Cermets een geef een voorbeeld. (5/115) Cermets zijn metaal-keramische compositen (vandaar de naam cerm-mets). Ze worden gemaakt door de combinatie van een metaalmatrix en een keramisch poeder. Cermets combineren de voordelen van keramieken (bruikbaarheid bij hoge temperaturen) en metalen (plastische vervormbaarheid). Een voorbeeld is Co+WC, ook wel hardmetaal, gecementeerd carbide of Widia genoemd. Deze combinatie word wel eens gebruikt voor snijgereedschappen. Waarom is zirconia zo moeilijk bruikbaar en wat kan men hieraan doen? (2/115) 8 Zirconia of zirkoniumoxide (ZrO2) vertoont een kristallijne overgang van tetragonaal naar monoklien bij ongeveer 950°C. Hierbij treedt een volumeverandering op van 4,9%, wat aanleiding kan geven tot grote inwendige spanningen en zelfs (micro-)scheuren. Om dit probleem te vermijden wordt ZrO2 gestabiliseerd met CaO, MgO, CeO2 of Y2O3. *Bespreek de structuur en eigenschappen van glas. (1/115) Glas is een amorfe stof die onstaat door een gesmoten materiaal snel genoeg te koelen zodat er geen kristalstructuur onstaat. Boven Tg is het materiaal een onderkoelde vloeistof met beweeglijke wanorde. Onder Tg is het echter een vaste stof met een vaste wanorde. De meeste glazen bestaan voornamelijk uit SiO2, maar er zijn ook andere verbindingen die glasvormig zijn. Er bestaan zelfs metallische glazen. Het SiO2 zit in het glas als een volledig willekeurige stapeling van (SiO 4)2- tetraëders, die in een open structuur verbonden zijn met Si-O-Si bruggen. Zuiver SiO2 of kwartsglas is hard en moeilijk smeltbaar. Om het smeltpunt te verlagen kunnen andere ionen in het netwerk worden ingebouwd. In gewoon vensterglas zit bijvoorbeeld Na2O en CaO. Door de toevoeging van deze (metaal-)oxiden met één, twee of driewaardige kationen (Na2O, CaO, B2O3, Al2O3)wordt een deel van de Si-O-Si bruggen verbroken en ontstaan eindstandige negatief geladen zuurstofatomen. De vreemde kationen (Na+, Ca2+, B3+) vinden een plaats tussen de tetraëders zodat de elektronenneutraliteit behouden blijft. De samenhang van het geheel is echter verminderd en het materiaal heeft dus een lager smeltpunt. Glas is een bros materiaal en heeft een lage treksterkte. Door de snelle afkoeling zijn er drukspanningen in de buitenlaag. Als men het materiaal tempert, krijgt men voorgespannen glas, wat sterk is en bij breuk in vele kleine stukjes uiteenvalt. In het algemeen heeft glas een zeer goede corrosievastheid. Eventuele aantasting kan gebeuren bij ionenwisseling van de kationen tussen de tetraëders, waarbij het silicaatnetwerk wordt afgebroken. De aantasting is echter altijd uniform. Ze stijgt ook exponentieel met de temperatuur en verloopt lineair in de tijd, waardoor het goed extrapoleerbaar is. HF, sterke basen en water kunnen glas aantasten. De warmteuitzettingscoëfficiënt en de warmtegeleiding ligt veel lager dan bij metalen. Glas is ook een goede elektrische isolator. Glas wordt toegepast als vensterruiten, glasvezel, getemperd en gelaagd glas, chemisch resistent glas en email. Dat laatste is een relatief dun laagje glas dat op een ander materiaal wordt aangebracht om corrosie of slijtage tegen te gaan. *Bespreek de verschillende structuren waaronder koolstof als constructiemateriaal kan voorkomen en geef enkele toepassingen waar koolstof in één of andere vorm wordt gebruikt. (3/115) 9 In de natuur komt koolstof in drie vormen voor; amorf koolstof, in plaatachtige kubische vorm als hard diamant en in hexagonale vorm als zacht grafiet. Een constructiemateriaal waar koolstofstof in voorkomt zijn koolstofvezels. Ze worden gemaakt door verkoling van polyacrylonitrile (PAN) vezels, ketenmolecules van benzeenringen, die vervolgens worden gegrafitiseerd. Koolstofvezels hebben een bijzonder hoge treksterkte en worden daarom vaak toegepast als versterkend vezelmateriaal (warmtewisselaars, vliegtuigen…). Een ander materiaal waar koolstof in wordt gebruikt zijn diamond like coatings (DLC). Deze worden gemaakt door het opdampen van grafiet op het oppervlakte. Het wordt onder andere toegepast als scheermesje. Koolstof kan ook nog in de vorm van gecementeerde carbiden als constructiemateriaal voorkomen. Ze worden toegepast als snijmaterialen. STAAL EN STAALLEGERINGEN (FERRO) & CORROSIE. *Beschrijf de verwerking van ijzererts tot ruwijzer? (2/115) IJzer komt niet zuiver in de natuur voor, maar wel in de vorm van ertsen die bestaan uit ijzeroxiden, zoals hematiet (Fe2O3), magnetiet (Fe3O4) of taconiet. Het ijzeroxide wordt na ontginning gepelletiseerd en gesinterd. Het ijzererts wordt samen met cokes en kalksteen in een hoogoven gebracht. De cokes zorgen voor warmte en zijn de bron van het reducerend gas, dat de zuurstofatomen uit het ijseroxide haalt. Dit gebeurt volgens deze chemische reacties: Productie van het reducerende gas: 𝑪(𝒄𝒐𝒌𝒆𝒔) + 𝑶𝟐 → 𝑪𝑶𝟐 𝑪𝑶𝟐 + 𝑪(𝒐𝒗𝒆𝒓𝒎𝒂𝒂𝒕 𝒄𝒐𝒌𝒆𝒔) → 𝟐𝑪𝑶 Reductie van het ijzeroxide: 𝑭𝒆𝟐 𝑶𝟑 (𝒆𝒓𝒕𝒔) + 𝟑𝑪(𝒄𝒐𝒌𝒆𝒔) → 𝟐𝑭𝒆 + 𝟑𝑪𝑶 ↑ 𝑭𝒆𝟐 𝑶𝟑 (𝒆𝒓𝒕𝒔) + 𝟑𝑪𝑶 → 𝟐𝑭𝒆 + 𝟑𝑪𝑶𝟐 Bij dit proces is lucht essentieel, want het zorgt voor de verbranding. De kalksteen dient als vloeimiddel en zuiveringsmiddel. Silicaten uit ganggesteenten binden bijvoorbeeld tot een dunvloeibare slak. Aan de onderkant wordt dan ruwijzer en slak afgetapt. Het ruwijzer is nog onzuiver en moet verder bewerkt worden. De slak kan gebruikt worden voor grondophoping of betonaggregaat. 10 Er bestaan tegenwoordig ook alternatieve, minder vervuilende methoden. Tegen 2015 zou 20% van de staalproductie via deze alternatieve methoden moeten gebeuren. Een eerste manier is dat het ijzererts, steenkool en zuurstof samen in één vat worden samengebracht, waarna vrij zuiver ijzer kan worden afgetapt. Bij een tweede methode wordt het ijzererts in fijn poeder gesmolten. Dit laat men dan reageren met methaan en waterstof bij ongeveer 600°C. Het waterstof reduceert het ijzeroxide tot een metallisch ijzer dat dan het koolstof van het methaan betrekt. Zo wordt er FeC gevormd dat daarna in vloeibaar staal wordt opgelost waar het met zuurstof reageert tot Fe. Bespreek gekalmeerd staal. (3/115) Bij het gieten van staal ontstaan inhomogeniteiten door segregatie, waarbij het gedeelte dat eerst stolt zuiverder is dan het laatst stollende, en slinkholten door krimp bij stolling. Dit soort staal noemen we ongekalmeerd staal. Om dit probleem op te lossen kan staal gekalmeerd worden. Al en Si worden toegevoegd en dienen als desoxidatiemiddelen. Ze verwijderen de opgeloste zuurstof zodat de stolling rustiger verloopt. Dit gaat de segregatie tegen en zorgen ervoor dat er minder gas en slinkholten voorkomen. Deze productiemanier heeft echter wel een hogere prijs. Continu gieten kan enkel met gekalmeerd staal. *Bespreek TTT en CCT voor Fe en C. schets het ook voor 0,3% C. (5/115) Het tijd-temperatuur-transitie diagram (TTT) is een grafiek met op de verticale as de temperatuur en op de horizontale de transformatietijd. In het diagram zijn de (stabiele) fasen getekend. Het diagram toont hoelang men een materiaal op een bepaalde temperatuur moet houden om een bepaalde structuur te verkrijgen. Het continuous-cooling-transformation diagram (CCT) heeft is net als het TTT diagram een plot met op de verticale as de temperatuur en op de horizontale de transformatietijd. Hier kan men afleiden hoe snel men moet koelen om een bepaalde structuur te bekomen. TTT 0,3%C: 11 CCT 0,3%C: Bespreek zachtgloeien van staal. (2/115) Om de vervormbaarheid en bewerkbaarheid van een staal te verbeteren kan het zachter gemaakt worden door zachtgloeien. Het materiaal wordt opgewarmd tot net onder de AC1 lijn (eutectoïdische temperatuur), waarna het langzaam terug wordt afgekoeld. De cementietlamellen zullen hierbij globulariseren (bolvormig worden), waardoor hun oppervlakteenergie verlaagt. Dit laat gemakkelijker bewerken toe, vooral van een hoog koolstof staal. Bespreek normaalgloeien van staal. (2/115) Bij normaalgloeien wordt het staal opgewarmd tot net in het austenietgebied. Het wordt vaak op warmvormende producten toegepast om de homogenisatie van korrel en samenstelling te verkrijgen. Bij het normaalgloeien zorg de nieuwe kiemvorming doorgaans voor equiaxiale korrels. Normaalgloeien is luchtgekoeld. Wat verstaat men onder de hardbaarheid van staal? (1/115) Of een staal al dan niet hardbaar is, wordt bepaald door de samenstelling. Een staal kan waterhardend, oliehardend of luchthardend zijn. Door een materiaal langzamer te laten afschrikken daalt de kans of scheurvorming door de afschrikspanningen. Bovendien laat het toe dikkere stukken te harden. Wat is het carboneren van staal? (1/115) Oppervlakteharding kan gebeuren door bepaalde elementen in het oppervlak te laten diffunderen. Als die elementen koolstof zijn, spreekt men van carboneren. Bespreek het ontlaten van staal. (7/115) 12 Ontlaten, ook wel temperen genoemd, is net als zachtgloeien een manier om staal te ontharden om de vervormbaarheid verhogen. Staal dat door afschrikking verhard is, een martensiet, is zeer bros. Als het martensiet terug wordt verwarmd tot onder de A1-lijn; tussen 200 en 400°C. voor laag ontlaten en tussen 400 en 600°C voor hoog ontlaten of veredelen. Het resultaat is een minder bros, maar sterk en taai staal met weinig verlies aan hardheid. Dit komt omdat de C-atomen uit het martensiet diffunderen, waardoor fijne ε-carbide-precipitaten in een ferriet matrix ontstaan. Deze structuur wordt ook wel sorbiet genoemd. Wat is martensiet en sorbiet? (1/115) Bij transformatieharden wordt austeniet (KRC) afgeschrikt en ontstaat martensiet (tetragonaal ruimtelijk gecenterd rooster). Dit zeer brosse materiaal materiaal kan minder bros gemaakt worden door het te ontlaten. Het martensiet wordt verwarmd. De koolstofatomen uit het martensiet difunderen en er ontstaan fijne ε-carbide-precipitaten in een ferriet matrix. Dit materiaal noemt men sorbiet. Hoe kan je een staal harder maken, maar de kern ductiel houden? (1/115) Door oppervlakteharding of selectief harden. Bij oppervlakteharding diffunderen bepaalde elementen door het oppervlakte (intersitiële of substitionele substitutie). Een staal kan ook lokaal martensiet vormen door selectieve harding. Bij vlamharden wordt een vlam en water op het oppervlakte gespoten zodat dat hardt. Bespreek HSLA staal. (2/115) HSLA staat voor high strength low alloy steel met een laag koolstofgehalte (<0,2%). Het heeft verbeterde mechanische eigenschappen door de kleine korrel. Carbidevormers (Ti, Nb, V …) belemmeren immers de korrelgroei. Er worden sulfiden en oxiden gevormd die niet vervormen. Het wordt gebruikt in warmgevormde toestand en moet gehard worden door oplossingsharding. Het is een constructiemateriaal dat goed lasbaar is. Het wordt onder meer gebruikt voor containers. *Bespreek gereedschapsstalen. (2/115) Gereedschapsstalen of tool steels hebben een zeer goede hardbaarheid en hardingsdiepte, een hoge slijtvastheid, zijn goed hittebestendig en hebben een zeer goede vermoeiingssterkte, maar zijn moeilijk bewerkbaar, niet lasbaar en redelijk duur. Ze worden gesmolten in electro-ovens of door vacuümboogomsmelten om een grote zuiverheid te halen. Ze worden geleverd als stangen, staven, grote gesmede producten of warmgewalste platen. Ze bevatten nog meer en in grotere consentraties legeringselementen dan 13 gelegeerde staalsoorten. Het koolstofgehalte schommelt tussen 0,5% en 2%. Ze worden gebruikt als matrijzen, beitels, boren, tappen, smeedhamers … Gereedschapsstalen worden op een bepaalde manier ingedeeld: Koudwerkend: - W: Waterhardend - O: Oliehardend - A: luchthardend (laag gelegeerd) - D: hoog gelegeerd Schokvast: S Warmwerkend: - Chroomsoorten - Wolfraamsoorten - Molybdeensoorten Snelstaal: - M: Molybdeen - T: Wolfraam (Tungsten) P: Matrijzenstaal L: Voor speciale toepassingen *Bespreek het basisprincipe van elektrochemische corrosie. Hoe kan je de corrosiesnelheid meten? (3/115) Corrosie bij metalen is een elektrochemische reactie waarbij transport van elektronen optreedt. Aan de anode (negatief) geeft het element elektronen af, waardoor het wordt geoxideerd. Aan de kathode (positief) neemt het element die elektronen op, waardoor het wordt gereduceerd. Dit geheel is een redoxreactie. Als ijzer bijvoorbeeld in contact komt met water en lucht, gebeurt het volgende: aan de buitenkant lost O2 op in de waterdruppel. Samen met water oxideert dit tot OH-; 𝑶𝟐 + 𝑯𝟐 𝑶 → 𝟐𝑶𝑯− het kathodisch proces en vormt een kathode. Binnen in de druppel is er minder O 2 aanwezig en geeft het Fe twee elektronen af en vormt zo Fe2+; 𝑭𝒆 → 𝑭𝒆𝟐+ + 𝟐𝒆− het anodisch proces. Hier vormt zich de anode. Het OH- en het Fe2+ reageren vervolgens tot Fe2O3 en H2O. vervolgens ontstaat er een oranjekleurige neerslag (roest) door de volgende reactie; 𝟐𝑭𝒆 + 𝟐𝑯𝟐 𝑶 + 𝑶𝟐 → 𝟐𝑭𝒆𝟐+ + 𝟒𝑶𝑯− → 𝟐𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 Door ontwatering van de oppervlaktelaag gebeurt ook nog de volgende reactie; 𝟐𝑭𝒆(𝑶𝑯)𝟐 → 𝑭𝒆𝟐 𝑶𝟑 + 𝟑𝑯𝟐 𝑶 De tendens wordt het best herkend in de standaard potentialen (wet van Nernst). Dit is een potentiaal gemeten ten opzichte van een waterstofelektrode bij 25°C. en een H + concentratie van 14 1 mol/l (Ph=0)., waarbij een platinum elektrode in de oplossing is gedompeld. Sommige metalen geven liever elektronen af dan H2 (negatieve potentiaal; oxidators) en anderen geven dan weer sneller elektronen af (positieve potentiaal; reductors). Omdat materialen meestal niet zuiver zijn heeft men praktijkreeksen opgesteld. Corrosie wordt sterk beïnvloedt door materiaaleigenschappen, redoxpotentialen en de omgeving. Corrosie kan ook vertraagd worden door passivering van het oppervlakte, het metaal te bekleden, bijlegeren van de elementen of door het conditioneren van de omgeving. De corrosiesnelheid wordt weergeven door de stroomdichtheid te bekijken als gevolg van de potentiaal. Tussen de elektronen ontstaat namelijk een potentiaal wegens de aanwezigheid van de ionen en de elektronen waardoor ladingtransport plaatsvindt. Er zal een uitwisselingsstroom ontstaan. Bespreek galvanische corrosie. (2/115) Het normale corrosiegedrag van metalen kan veranderen als gevolg van een elektrische stroom, wanneer een metaal in elektrisch contact is met een ander materiaal in een corrosieve omgeving (oplossing, lucht, gas). Men spreekt dan van een galvanisch koppel. De corrosie van één metaal wordt versneld door de aanwezigheid van het andere metaal. De oorzaak hiervan is het verschil in potentiaal van elk metaal afzonderlijk in de aanwezige oplossin. “corrosion between a noble and less noble metal in the presence of an aggressive medium.” Wat is het passiveren van een metaal? (1/115) Om corrosie te vertragen kan het oppervlakte van een metaal gepassiveerd worden. Het krijgt een anodische bescherming. Dit is doorgaans de vorming van een oxide of een ander reactieproduct dat het metaal beschermt tegen het in oplossing gaan. Voorbeelden zijn TiO 2 op Ti, Cr-oxiden in roestvrij staal of PbSO4 op Pb. Passiveren wordt vooral gebruikt bij metalen met een onvolledig bezette d-schil (Cr, Fe, Co, Ni …). Zuurstofatomen verbinden zich met de oppervlaktelaag ter vorming van een zeer dunne film. Passivering kan aan de lucht gebeuren. Beschadiging van de laag kan echter versnelde corrosie veroorzaken. Hoe kan een stalen ondergrondse buis beschermd worden tegen corrosie? (1/115) In deze situatie kan men te maken krijgen met galvanische corrosie. Men kan dan het staal beschermen met een opofferanode van een minder edel metaal zoals bijvoorbeeld Mg. Deze anode wordt door een geïsoleerde koperen draad aan de buis verbonden. De buis dient hier als kathode, vandaar dat we spreken over kathodische bescherming. Mg zal als eerste corroderen en zo blijft het staal onaangeroerd. 15 *Geef de verschillende roestvaste stalen naar kristalstructuur (fasenstructuur) met de belangrijkste eigenschappen. (1/115) Men spreekt van roestvrij staal vanaf een gewichtspercentage van minstens 10% chroom. De verschillende roestvaste stalen zijn ferrietisch, martensietisch, austenietisch, precipitatiehardend en duplex RVS. Ferrietisch RVS heeft een KRG-kristalstructuur. Het koolstofgehalte is laag tot zeer laag (<0,2%) om de vorming van carbiden te voorkomen. Het Cr-gehalte ligt tussen 16 en 20%. Ferrietisch RVS is niet hardbaar, heeft een slechte lasbaarheid, is kerfgevoelig, mag niet boven 340°C. gebruikt worden, is zeer goed bestand tegen spanningscorrosie en heeft magnetische eigenschappen. Martensietisch RVS heeft een samenstelling van 12 tot 18% Cr en tot 1,2% C. het is hardbaar (martensiet) en kan dus heel sterk worden, eventueel na ontlaten. Het is meer corrosiebestendig in Cl-omgevingen. Austenietisch RVS is het meest gebruikte RVS. Het heeft een metastabiel kvg-structuur (niet magnetisch) en moet worden afgeschrikt vanaf een hoge temperatuur. De samenstelling bestaat uit 16 tot 26% Cr, minstens 8% Ni, een zeer laag koolstofgehalte. Het is koudvervormbaar en wordt vaak bijgelegeerd met Mo, Ti … Precipitatiehardend (PH) RVS komt in drie types; martensietisch, semi-austenietisch en austenietisch. Martensietisch heeft een Cr/Ni verhouding 13:8 of 15:5 of 17:4. Het wordt bekomen na gloeien en afschrikken in martensitiesche toestand, ontlaten rond 540°C, waarbij opgeloste elementen als Ti, Al, Cu … uitprecipiteren. Semi-austenietisch heeft Cr/Ni verhoudingen van 17:7 en 25:7. Het is austinietische op kamertemperatuur, maar martensietisch na diep koelen met daarna ontlating. Het is sterker dan martensietisch PH RVS. Austenietisch wordt tenslotte bekomen door precipitatie in austeniet. Het is minder sterk. Duplex-RVS tenslotte bestaat uit ferriet en austeniet door het bijlegeren van zowel ferrietstabilisatoren en austenietstabilisatoren. De vulume vracties van respectievelijk ferriet en austeniet zijn 40% en 60%. Het ferriete gedeelte voorkomt beter scheurvorming bij hoge temperaturen. De sterkte van het materiaal ligt veel hoger van bij de andere monofazige RVS. De samenstelling bestaat uit maximum 0,03% koolstof, 20 tot 30% Ni en ongeveer 5% van de stabiliserende elementen. 0,12% N wordt bijgelegeerd om het verschil in corrosie tussen ferriet en austeniet te minimaliseren. 16 Waarom heeft roestvast staal een laag koolstofgehalte? (2/115) Om de vorming van chroomcarbiden te vermijden. Chroomcarbiden zorgen immers voor scheuren, waardoor het staal niet meer roestvast is. Welke fasen onderscheidt men in grijs (perlietisch) gietijzer? (3/115) Grijs gietijzer is het meest gewone gietijzer. Bij een eerste eutectische reactie word de vloeibare legering omgezet in austeniet en grafiet. Als de temperatuur verder daalt tot onder 738°C. verandert de legering in martensiet (bij afschrikking), ferriet plus grafiet of perliet, afhankelijk van de afkoelsnelheid en de legeringssamenstelling. De fasen in perlietisch gietijzer zijn ferriet (KRG) en cementiet (Fe3C). Bespreek nodulair gietijzer. (2/115) De structuur van nodulair gietijzer lijkt op die van grijs gietijzer, maar er vormen kleine bolvormige grafietnodulen, die verkregen worden door toevoegstoffen aan de legeringen toe te voegen (Ni, Mg) of door inoculatie met entstoffen in een gietpan (Mg, Ce). De fasen die in nodulair gietijzer kunnen voorkomen zijn ook ferrietisch, perlietisch of martensietisch. Het heeft superieure mechanische eigenschappen, ongeveer dezelfde corrosieweerstand als grijs gietijzer, maar wel een veel lagere elektrische weerstand. Bespreek wit gietijzer. Welke fasen komen erin voor? (3/115) Wit gietijzer heeft een gecontroleerde samenstelling en stollingssnelheid. Het bevat een koolstofgehalte van 2 tot 3,5%, een Si-gehalte van 0,5 tot 2%, 0,5% Mn en Fe. Snelle koeling verhinderd de grafitisatie die bij grijs gietijzer wel optreedt. De term ‘wit’ verwijst naar het feit dat er geen vrije grafiet in de microstructuur te zien is. Het resultaat is een harde, brossen en min of meer bewerkbare legering. Het wordt toegepast bij bijvoorbeeld abrasie-resistentie. De microstructuur van wit gietijzer bevat zoals net aangehaald geen vrije grafiet, maar wel fijnkorrelig perliet en vrije cementiet. Bespreek Perliet. (1/115) Perliet is een fase in staal. Het bestaat uit lamellaire structuur met afwisselend ferriet en cementiet (Fe3C), waarbij ferriet de ondergrond of de samenhangende fase is. NON-FERROLEGERINGEN. *Bespreek de productie van zuiver koper vanaf het erts. (2/115) Koper wordt in zes stappen uit sulfide-ertsen geproduceerd. In de eerste stap wordt het erts geconcentreerd door flotatie en andere scheidingstechnieken. In de tweede stap wordt het erts 17 in speciale ovens geroost om de vluchtige stoffen te verwijderen. Het erts wordt hier echter niet gesmolten. Vervolgens, in stap drie, wordt het erts gesmolten in een gecontroleerde atmosfeer tot een matte met ongeveer 30% Cu. In stap vier wordt lucht of zuurstof door het gesmolten Cusulfide mengsel geblazen. De sulfiden worden geoxideerd waardoor metallisch koper wordt gevormd; blister koper (98 tot 99% zuiver). In stap vijf gebeurt er een elektrolyse van koper met anodes van blister koper. Cu slaat neer op de kathode (Cu). Het koper is nu 99,9% zuiver. In de zesde en laatste stap wordt de kathode gesmolten tot draadstaven of knuppels; ETP-koper (electrolytic tough pitch koper). Dit is een electrolytisch zuurstofhoudend koper. Waarom wordt Pb bij Cu gelegeerd? (1/115) Pb wordt in Cu gelegeerd om de verspaanbaarheid te verbeteren. Pb lost echter niet op en het is de bedoeling dat Pb in de toekomst verdwijnt. Wat is de laatste thermische behandeling van een Cu-Be veer en bespreek. (1/115) De laatste thermische behandeling is precipitatieharding; verhitten van de legering tot een bepaalde hoge temperatuur; afschrikken in een vloeistof; precipitatie bij een gematigde temperatuur. De Cu-Be legering wordt hierdoor versterkt. Wat betekend de IACS-waarde? (2/115) IACS staat voor international annealed copper standard. Het is een maat voor de geleidbaarheid van een metaal. Koper wordt hierbij als standaard gebruikt. de IACS-waarde van wordt gedefinieerd als 100%. Andere materialen kunnen zich daarmee meten. *Bespreek de productie van erts tot zuiver aluminium. (1/115) Aluminium wordt geproduceerd uit aluminiumoxide-erts, ook wel bauxiet genoemd. Dat bauxiet wordt eerst gereduceerd tot aluminium door electrolyse in een gesmolten zout; kryoliet. Waarin het Al2O3 oplost. Vervolgens slaat het aluminium neer aan de koolstofkathode in vloeibare toestand. De anode is eveneens uit koolstof. Wat is duraluminium? (1/115) 18 Duraluminium is een legering die voor 95,5% uit aluminium, voor 3% uit koper, voor 1% uit mangaan en voor 0,5% uit magnesium bestaat. Ze wordt genummerd volgens 2XXX. Het wordt gemaakt doordat koper bij uitgloeien op 550°C. oplost in de Al-matrix. Vervolgens wordt het afgeschrikt en verouderd bij een temperatuur beneden 200°C. (precipitatieharding). *Bespreek 4 methoden om de vloeigrens van een metaal legering te verhogen. (4/115) 19 NON-FERRO METALEN 1) (8 punten) geef 4 methoden om de vloeigrens van een metaal legering te verhogen (deze vraag geeft hij graag omdat het antwoord in het opgeloste vragen document fout is) 1. Benoem en bespreek 3 methoden om de vloeigrens van metallische legeringen te verhogen. 1. Bespreek de productie van koper vanaf erts - productie van erts tot zuiver aluminium e. waarom word Pb bij Cu gelegeerd. - iets in den aard van wat is de laatste thermische behandeling van Be-Cu veer + uitleg 1: geef de productie van koper van erts tot zuiver - Iets over titanium (eigenschappen of soorten, ben niet meer zeker) Bespreek 3 methoden om de vloeigrens van metaallegeringen te verhogen. (5ptn) - Wat betekent de IACS-waarde? Wat betekent de IACS-waarde? (zie koper) b) Wat is de laatste thermische behandeling van een Cu-Be veer en bespreek. d) Wat is duraluminium. STAAL en corrosie: f) wat verstaat men onder de hardbaarheid van staal - ontlaten van staal - wit gietijzer a) Ontlaten staal c) Welke fasen vindt je in grijs gietijzer? d) Gekalmeerd staal Geef 3 methoden om de vloeigrens van metaallegeringen te verhogen, die gelden voor alle legeringen (dus ook Cu-, Tilegeringen, staal,...) 20 d. wat is ontlaten van staal - fasen in perlietisch grijs gietijzer Beschrijf de verwerking van ijzererts tot ruw ijzer - Waarom heeft RVS een laag koolstofgehalte? - beschrijf zachtgloeien 3: bespreek TTT en CCT en voor Fe en C en schets voor C: 0.3% a) teken de cct en ttt diagrammen van perlietisch staal - Bespreek TTT en CTT voor Fe en C. Schets het ook voor 0,3%C. - Bespreek het ontlaten van staal. Ontlaten staal Nodulair gietijzer 1) Noem de RVS soorten volgens hun fazenstructuur en geef hun essentiele kenmerken. - Wat is ontlaten van staal? - Wat is normaalgloeien van staal? Wat is martensiet en sorbiet? (zie ontlaten van staal) - welke fasen onderscheidt men in grijs perlietisch gietijzer? - gekalmeerd staal - ontlaten 3. Bespreek gereedschapsstalen. - Wit gietijzer - welke fasen vind je in wit gietijzer? -gekalmeerd staal a) Waarom beperkt men het percentage C in RVS? d) Wat is het zachtgloeien van staal? a)Wat zijn TTT en CCT- diagrammen en teken dit voor Fe met 3% C b) Hoe kan je staal harder maken, maar de kern ductiel houden. e) Wat is normaalgloeien. 2.a) wat is het carboneren van staal? b) wat is nodulair gietijzer? 21 d) wat is het passiveren van een metaal? e) hoe kan je een stalen ondergrondse buis beschermen tegen corrosie? Hoe verkrijgt men ruwijzer uit ijzererts? - perliet Leg CCT- en TTT-diagrammen uit en teken ze voor staal met 3% C. (5ptn) 50 HSLA b) hoe kan men corrosiesnelheid meten - galvanische corrosie Galvanische corrosie Bespreek het basisprincipe van elektrochemische corrosie. Hoe kan je de corrosiesnelheid meten? Bespreek het basisprincipe van elektrochemische corossie. Hoe kan je de corrosiesnelheid meten? Bespreek elektrochemische corrosie 22 23 Keramieken c. wat zijn cermets en geef een voorbeeld b) Cermets + 1vb - essentie en eigenschappen van keramieken - eum iets met de problemen van zirconia en wat daaraan gedaan kan worden - Bespreek cermets en geef een voorbeeld. - cermets (voorbeeld) -keramische materialen (essentie) c) Waarom is zirconia zo moeilijk bruikbaar en wat kan men hieraan doen? c) Wat is een cermets. 100 Wat is het verschil tussen E-glas en S-glas? (zie composieten) Bespreek de structuur en de eigenschappen van glas. d) definitie en eigenschappen van keramieken 3. Bespreek de verschillende structuren waaronder koolstof als constructiemateriaal kan voorkomen en geef enkele toepassingen waar koolstof on 1 of andere vorm wordt gebruikt. 3. In welke vormen kan koolstof voorkomen als constructiemateriaal? Geef ook toepassingen. 3. Bespreek de verschillende structuren waaronder koolstof als constructiemateriaal kan voorkomen en geef enkele toepassingen waar koolstof on 1 of andere vorm wordt gebruikt. Polymeren: - interpenetrerende netwerken bij polymeren - definieer het moleculair gewicht van een polymeer en geef de eenheid e) Een Dalton 3. Bespreek 5 verschillende versterkingsmethoden of -oorzaken bij polymeren. a. geef 6 versterkingsmethoden voor polymeren b. bespreek glasovergang en pas dit toe op de verschillende polymeren. - glaspunt van polymeren - IPN - Geef de chemische formule van poly-dimethylsiloxaan en (ik denk) waaruit bestaat de backbone keten 2: - geef de structuur van PE, PE, PVC, PTFE, Styreen - bespeek ptfe - B harsen Bespreek glasovergang en pas dit toe op de verschillende polymeren. 24 B-harsen Glasovergang bij polymeren - Definieer het moleculegewicht van een polymeer en geef de eenheid. - Wat is condensatiepolymerisatie en additiepolymerisatie? Leg uit: condensatiepolymerisatie en additiepolymerisatie. Wat is het moleculair gewicht voor een polymeer? - schrijf voluit de naam van: LDPE, HDPE, PTFE, PET, PS, PVC, PMMA, PC, PEEK, UHMWPE - wat is een Dalton - IPNs - moleculair gewicht: definitie & eenheden - interpenetrerende netwerken - B harsen -glasovergang bij polymeren -condensatiepolymerisatie e) Geef de chemische backbone van siliconen en polydimethylsiloxaan. a) Wat is het onderscheid tussen thermoplasten/-harders en elastomeren. c) wat is PTFE? geef ook een toepassing - vulkanisatie - Bespreek vulkanisatie. - Vulkaniseren c) wat is vulcaniseren e) wat zijn thermoplasten, thermoharders en elastomeren en maak referentie tot hun Tg 25 19 juni 2012 (12u21) 1) (8 punten) geef 4 methoden om de vloeigrens van een metaal legering te verhogen (deze vraag geeft hij graag omdat het antwoord in het opgeloste vragen document fout is) 2) (12 punten) a) teken de cct en ttt diagrammen van perlietisch staal b) hoe kan men corrosiesnelheid meten c) wat is vulcaniseren d) definitie en eigenschappen van keramieken e) wat zijn thermoplasten, thermoharders en elastomeren en maak referentie tot hun Tg f) wat verstaat men onder de hardbaarheid van staal Constructiematerialen: Oude examenvragen 13 augustus 2009 (8u30) 1. Benoem en bespreek 3 methoden om de vloeigrens van metallische legeringen te verhogen. 2. Leg de volgende items uit samen op 1 blz. - interpenetrerende netwerken bij polymeren - definieer het moleculair gewicht van een polymeer en geef de eenheid - vulkanisatie - ontlaten van staal - wit gietijzer 3. Bespreek de verschillende structuren waaronder koolstof als constructiemateriaal kan voorkomen en geef enkele toepassingen waar koolstof on 1 of andere vorm wordt gebruikt. 3 september 2009 (8u30) 1. Bespreek de productie van koper vanaf erts 2. Bespreek, samen op 1 blz a) Ontlaten staal b) Cermets + 1vb c) Welke fasen vindt je in grijs gietijzer? d) Gekalmeerd staal e) Een Dalton 3. Bespreek 5 verschillende versterkingsmethoden of -oorzaken bij polymeren. 9 juni 2010 (23u11) In dit document zitten alle examenvragen van 2009 en het eerst examen van 2010 opgelost met de cursus. Opgeloste Examenvragen 2009-....doc 17 juni 2011 (17u08) vraag 1: (5punten) Geef 3 methoden om de vloeigrens van metaallegeringen te verhogen, die gelden voor alle legeringen (dus ook Cu-, Tilegeringen, staal,...) vraag 2: (15 punten) a. geef 6 versterkingsmethoden voor polymeren b. bespreek glasovergang en pas dit toe op de verschillende polymeren. 26 c. wat zijn cermets en geef een voorbeeld d. wat is ontlaten van staal e. waarom word Pb bij Cu gelegeerd. wiki-vragen dus :) 15 juni 2010 (0u00) Gewoon de examenvragen die hier al opstaan, namelijk: - productie van erts tot zuiver aluminium - galvanische corrosie - essentie van keramieken - glaspunt van polymeren - fasen in perlietisch grijs gietijzer - IPN 17 juni 2010 (15u09) VRAAG 1 Beschrijf de verwerking van ijzererts tot ruw ijzer VRAAG 2 - Waarom heeft RVS een laag koolstofgehalte? - Geef de chemische formule van poly-dimethylsiloxaan en (ik denk) waaruit bestaat de backbone keten ... - beschrijf zachtgloeien - eum iets met de problemen van zirconia en wat daaraan gedaan kan worden - iets in den aard van wat is de laatste thermische behandeling van Be-Cu veer + uitleg 15 juni 2009 (0u00) 1: geef de productie van koper van erts tot zuiver 2: - geef de structuur van PE, PE, PVC, PTFE, Styreen - bespeek ptfe - B harsen - perliet 3: bespreek TTT en CCT en voor Fe en C en schets voor C: 0.3% 17 augustus 2011 (8u30) Vraag 1 (op 5 punten) Bespreek glasovergang en pas dit toe op de verschillende polymeren. Vraag 2 (op 15 punten) - Bespreek TTT en CTT voor Fe en C. Schets het ook voor 0,3%C. - Bespreek vulkanisatie. - Bespreek cermets en geef een voorbeeld. - Bespreek het ontlaten van staal. - Iets over titanium (eigenschappen of soorten, ben niet meer zeker) Allemaal vragen die letterlijk uit het bestand met de opgeloste vragen komen, behalve dan die laatste over titanium. 5 juni 2009 (8u30) Bespreek 3 methoden om de vloeigrens van metaallegeringen te verhogen. (5ptn) 27 Leg uit: (10ptn) B-harsen Ontlaten staal Glasovergang bij polymeren Galvanische corrosie Nodulair gietijzer Leg CCT- en TTT-diagrammen uit en teken ze voor staal met 3% C. (5ptn) 50 9 september 2010 (14u00) 1) Noem de RVS soorten volgens hun fazenstructuur en geef hun essentiele kenmerken. 2) - Definieer het moleculegewicht van een polymeer en geef de eenheid. - Wat is condensatiepolymerisatie en additiepolymerisatie? - Wat is ontlaten van staal? - Wat is normaalgloeien van staal? - Wat betekent de IACS-waarde? !!! Check zeker de opgeloste examenvragen 2009 + juni 2010 bij lesnotities !!! 11 juni 2010 (8u30) - Vraag 1: 5 punten Bespreek het basisprincipe van elektrochemische corrosie. Hoe kan je de corrosiesnelheid meten? - Vraag 2: 15 punten Wat betekent de IACS-waarde? (zie koper) Wat is het verschil tussen E-glas en S-glas? (zie composieten) Leg uit: condensatiepolymerisatie en additiepolymerisatie. Wat is het moleculair gewicht voor een polymeer? Wat is martensiet en sorbiet? (zie ontlaten van staal) We kregen maximum 4 uur de tijd maar na 2 uur was iedereen ongeveer klaar. 19 juni 2009 (14u00) 1. Beschrijf de productie van aluminium van erts tot zuiver metaal. 2. Leg de volgende items uit samen op 1 blz. - schrijf voluit de naam van: LDPE, HDPE, PTFE, PET, PS, PVC, PMMA, PC, PEEK, UHMWPE - cermets (voorbeeld) - welke fasen onderscheidt men in grijs perlietisch gietijzer? - gekalmeerd staal - wat is een Dalton 3. Bespreek gereedschapsstalen. 15 juni 2009 (8u30) 1. Geef de verschillende RVS naar kristalstructuur met belangrijkste eigenschappen. 2. Leg uit: 28 - IPNs - ontlaten - moleculair gewicht: definitie & eenheden - Vulkaniseren - Wit gietijzer 3. In welke vormen kan koolstof voorkomen als constructiemateriaal? Geef ook toepassingen. 4 juni 2010 (8u30) - vraag 1 (5 punten) Bespreek het basisprincipe van elektrochemische corossie. Hoe kan je de corrosiesnelheid meten? - vraag 2 (15 punten) Bespreek kort volgende punten: - interpenetrerende netwerken - welke fasen vind je in wit gietijzer? - B harsen - HSLA - rangschik volgens stijgende E-modulus + geef ordegrootte: Titanium, Cu-Ni legering, Staal, PET, SiC 12 juni 2009 (10u54) Vraag 1 (5 punten) Bespreek de structuur en de eigenschappen van glas. Vraag 2 (10 punten) Leg uit: -glasovergang bij polymeren -condensatiepolymerisatie -keramische materialen (essentie) -gekalmeerd staal -nog iets Vraag 3 (5 punten) Bespreek elektrochemische corrosie 17 juni 2010 (8u30) Vraag 1 (5 punten) Hoe verkrijgt men ruwijzer uit ijzererts? Vraag 2 (15 punten) a) Waarom beperkt men het percentage C in RVS? b) Wat is de laatste thermische behandeling van een Cu-Be veer en bespreek. c) Waarom is zirconia zo moeilijk bruikbaar en wat kan men hieraan doen? d) Wat is het zachtgloeien van staal? e) Geef de chemische backbone van siliconen en polydimethylsiloxaan. 11 juni 2010 (14u00) 29 Vraag 1 (5 punten). a)Wat zijn TTT en CCT- diagrammen en teken dit voor Fe met 3% C Vraag 2 (3 punten per vraag). a) Wat is het onderscheid tussen thermoplasten/-harders en elastomeren. b) Hoe kan je staal harder maken, maar de kern ductiel houden. c) Wat is een cermets. 100 d) Wat is duraluminium. e) Wat is normaalgloeien. 10 juni 2010 (14u00) 1. bespreek 5 methoden/factoren die de sterkte van polymeren beïnvloeden 2.a) wat is het carboneren van staal? b) wat is nodulair gietijzer? c) wat is PTFE? geef ook een toepassing d) wat is het passiveren van een metaal? e) hoe kan je een stalen ondergrondse buis beschermen tegen corrosie? 30
