D9: Materiaalstructuren A. Brok met medewerking van F. Konst & J. Kamphuis Versie April 2011 www.broksite.tk

D9000 Menu Materiaalstructuren Inleiding IJs -Water - Stoom Diagram Cd - Bi Diagram Cu - Ni Diagram Pb - Sn Diagram Fe - Fe3C Samenvatting

Mechanische eigenschappen Fysische eigenschappen D9010 Inleiding 1 Ongelegeerd Gelegeerd Materiaalstructuur Mechanische eigenschappen Fysische eigenschappen Chemische eigenschappen

Atomen Grondcel Kristal Kristalstructuur D9011 Inleiding Opbouw metalen Atomen Grondcel Kristal Kristalstructuur

Grondcellen KRG (Ferriet) KVG (Austeniet) HEX (Titanium) D9510 Diagram Fe - Fe3C 1 Grondcellen KRG (Ferriet) (9 Fe-atomen Kubisch Ruimtelijk Gecentreerd) KVG (Austeniet) (14 Fe-atomen Kubisch Vlakken Gecentreerd) HEX (Titanium) (14 Ti-atomen Hexagonaal)

D9020 Inleiding 2 Legeren Ongelegeerde metalen worden in de werktuigbouwkunde zelden toegepast. (uitzondering staal) Ze zijn te zwak en te zacht. Door toevoegen van bepaalde legeringselementen kunnen eigenschappen worden verbeterd Bijv. treksterkte, rekgrens, corrosiebestendigheid, smelttemperatuur.

D9030 Inleiding 3 Legeren Door toevoeging van legeringselementen verandert de structuur van een metaal. 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 Er tussen = interstitie Op de plaats van = substitutie Hoe groter de roosterverstoring door de legeringsatomen Hoe hoger de inwendige spanningen in het metaal Hoe hoger sterkte en hardheid.

Stolling van een zuiver element

Legeringen D9040 Inleiding 4 Zuiver Cd Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut) Zuiver Bi 70% Cu 30% Ni Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel) mengkristallen Zuiver Sn Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin) 98% Pb 2% Sn mengkristallen

Kookpunt (water + stoom) D9050 Smelt- en stolgedrag Zuivere stof WATER T  0° C Vast (ijs) T = 0° C Brij (ijs + water) 0  T  100° C Vloeibaar (water) T = 100° C Kookpunt (water + stoom) T > 100° C Damp (stoom)

T  100° C  stoom 0  T  100° C  water T  0° C  ijs D9100 IJs - Water - Stoom 1 T  100° C  stoom 0  T  100° C  water T  0° C  ijs

  D9110 IJs - Water - Stoom 2 Haltepunt 2: water  stoom Haltepunt 1: ijs  water

  D9120 IJs - water - stoom 3 Stoom Stoom  water Water Water  ijs

Legeringen D9200 Inleiding Bi - Cd Zuiver Cd Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut) Zuiver Bi Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel) Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)

D9210 Diagram Cadmium - Bismut 1 Vloeistof (L) Cd + L Bi + L Vast (Cd + Bi)

D9212 Toetsscherm Beantwoord de volgende vragen 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

D9220 Diagram Cadmium - Bismut 2 260° T   146° kamertemperatuur  t

D9230 Diagram Cadmium - Bismut 3 240° T   146° kamertemperatuur  t

D9240 Diagram Cadmium - Bismut 4   146° kamertemperatuur  t

D9242 Toetsscherm Beantwoord de volgende vragen 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.

D9250 Diagram Cadmium - Bismut 5a 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 30 L S Aandeel vast (S) 30 / 50  60% 50

D9251 Diagram Cadmium - Bismut 5b 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 20 L S Aandeel vast (S) 30 / 50  60% 50 Aandeel vloeibaar (L) 20 / 50  40%

D9252 Diagram Cadmium - Bismut 5c 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 100% Cd S 39 L 41% Cd 59% Bi 59 Aandeel vast (S) 39 / 59  66,1 %

D9253 Diagram Cadmium - Bismut 5d 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 20 100% Cd S L 41% Cd 59% Bi 59 Aandeel vloeibaar (L) 20 / 59  33,9 % Aandeel vast (S) 39 / 59  66,1 %

D9254 Diagram Cadmium - Bismut 5e 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 100% Cd 40 41% Cd 59% Bi 60 S1 S2 100% Cd 40% Cd 60% Bi Aandeel vast 1 (S1) 40 / 60  66,66 %

D9255 Diagram Cadmium - Bismut 5f 80% Cd 20% Bi 100% Cd 50% Cd 50% Bi 100% Cd 20 40% Cd 60% Bi 60 100% Cd 40% Cd 60% Bi Aandeel vast 1 (S1) 40 / 60  66,66 % Aandeel vast 2 (S2) 20 / 60  33,33 %

D9256 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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

D9257 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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

Legeringen D9300 Inleiding Cu - Ni Zuiver Cd Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut) Zuiver Bi 70% Cu 30% Ni Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel) mengkristallen Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin)

D9310 Diagram Koper - Nikkel 1 Vloeistof (L) CuNi mengkr. + L Vast CuNi - mengkristallen

D9320 Diagram Koper - Nikkel 2a 1230° T  1110° kamertemperatuur  t

D9322 Diagram Koper - Nikkel 2b 80% Cu 20% Ni 60% Cu 40% Ni 90% Cu 10% Ni 1200 1160 L S Aandeel vast (S) 10 / 30  33,33 % 1100 Aandeel vloeibaar (L) 20 / 30  66,66 %

D9324 Diagram Koper - Nikkel 2c 80% Cu 20% Ni 60% Cu 40% Ni 90% Cu 10% Ni 100% mengkristallen CuNi 80% Cu 20% Ni 1050

D9330 Diagram Koper - Nikkel 3 1405° 1290° T  kamertemperatuur  t

D9332 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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 *

D9333 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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.

Legeringen D9400 Inleiding Pb - Sn Zuiver Cd Legeringselementen niet in elkaars rooster oplosbaar (Cadmium - Bismut) Zuiver Bi 70% Cu 30% Ni Legeringselementen volledig in elkaars rooster oplosbaar (Koper - Nikkel) mengkristallen Zuiver Sn Legeringselementen gedeeltelijk in elkaars rooster oplosbaar (Lood - Tin) 98% Pb 2% Sn mengkristallen

D9410 Diagram Lood - Tin 1 Vloeistof (L) Pb Sn + L Sn + L PbSn Vast

D9420 Diagram Lood - Tin 2 225°  183° T  kamertemperatuur  t

D9430 Diagram Lood - Tin 3  183° T  kamertemperatuur  t

D9440 Diagram Lood - Tin 4 265°  183° T  kamertemperatuur  t

D9450 Diagram Lood - Tin 5 305° 255° T  145° kamertemperatuur  t

D9452 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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

D9460 Diagram Lood - Tin 6a 6 S L 25 Aandeel vast (S) 6 / 25  24% 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn 6 S L 250 64% Pb 36% Sn 25 Aandeel vast (S) 6 / 25  24% 11 89 30 70 36 64

D9461 Diagram Lood - Tin 6b S 19 L 25 Aandeel vast (S) 6 / 25  24% 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn S 19 L 250 64% Pb 36% Sn 25 Aandeel vast (S) 6 / 25  24% Aandeel vloeibaar (L) 19 / 25  76 % 30 70

D9462 Diagram Lood - Tin 6c S L 27 39 Aandeel vast (S) 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn 250 S L 64% Pb 36% Sn 27 39 82% Pb 18% Sn 43% Pb 57% Sn 30 70 Aandeel vast (S) 27 / 39  69,2 %

D9463 Diagram Lood - Tin 6d S L 12 39 Aandeel vast (S) 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn 250 S L 64% Pb 36% Sn 12 39 82% Pb 18% Sn 43% Pb 57% Sn 30 70 Aandeel vast (S) 27 / 39  69,2 % Aandeel vloeibaar (L) 12 / 39  30,8 %

D9464 Diagram Lood - Tin 6e 32 52 S1 S2 Aandeel vast 1 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn 250 64% Pb 36% Sn 32 82% Pb 18% Sn 52 S1 S2 43% Pb 57% Sn 90% Pb 10% Sn 30 70 38% Pb 62% Sn Aandeel vast 1 32 / 52  61,5 %

D9465 Diagram Lood - Tin 6f 20 52 Aandeel vast 1 32 / 52  61,5 % 70% Pb 30% Sn 89% Pb 11% Sn 250 64% Pb 36% Sn 20 82% Pb 18% Sn 52 43% Pb 57% Sn 90% Pb 10% Sn 30 70 38% Pb 62% Sn Aandeel vast 1 32 / 52  61,5 % Aandeel vast 2 20 / 52  38,5 %

D9466 Diagram Lood - Tin 6g S1 S2 90% Pb 10% Sn 38% Pb 62% Sn 250 30 70 38% Pb 62% Sn

D9467 Diagram Lood - Tin 6h 250 S1 S2 93% Pb 7% Sn 30 70 38% Pb 62% Sn

D9468 Diagram Lood - Tin 6j Eutecticum S1 S2 93% Pb 7% Sn 38% Pb 250 Eutecticum S1 S2 93% Pb 7% Sn 30 70 38% Pb 62% Sn Mengkristallen: 93% Pb en 7% Sn 38/93  40,9% Zuivere Sn - kristallen 55/93  59,1%

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

Vloeistof (L)  D9510 Diagram Fe - Fe3C 1 M 1,5% T [°C] A + C F + A Ongelegeerd staal Vloeistof (L) T [°C]  A + L Austeniet (A) A + C F + A M P + C F + P Cementiet (C) Perliet (P) Ferriet (F) 1,5%

D9520 Diagram Fe - Fe3C 2a L A L A Austeniet A F 0,4 P F

D9522 Toetsscherm Bestudeer het diagram en beantwoord de volgende vragen 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 Vraag 24 Onder lijn P-S bestaat de massa uit:  Austeniet- en Ferrietkristallen  Austeniet- en Perlietkristallen  Ferriet- en Perlietkristallen *  Ferriet- en Cementietkristallen

D9524 Toetsscherm Bestudeer het diagram en beantwoord de volgende vragen Vraag 25 In gebied S-M-E bestaat de massa uit:  Austeniet- en Cementietkristallen *  Austeniet- en Perlietkristallen  Ferriet- en Perlietkristallen  Ferriet- en Cementietkristallen M Vraag 26 Onder lijn S-M bestaat de massa uit:  Austeniet en Cementiet  Austeniet en Perliet  Ferriet en Perliet  Perliet en Cementiet * Vraag 27 IJzer met 0,8% koolstof heet:  Austeniet  Cementiet  Ferriet  Perliet *

S L D9530 Diagram Fe - Fe3C 2b Aandeel vast 0,19 / 0,37  51,3 % 0,18 0,19 Austeniet 0,22% C 0,37 0,37 Vloeistof 0,59% C Aandeel vast 0,19 / 0,37  51,3 % 0,22% C 0,59% C Aandeel vloeistof 0,18 / 0,37  48,7 % 0,4

D9531 Diagram Fe - Fe3C 2c Austeniet 0,4% C 0,4

D9532 Diagram Fe - Fe3C 2d Aandeel Ferriet 0,3 / 0,7  42,9 % S1 S2 Aandeel Ferriet 0,3 / 0,7  42,9 % Aandeel Austeniet 0,4 / 0,7  57,1 % Ferriet 0% C Austeniet 0,7% C 0,4

D9533 Diagram Fe - Fe3C 2e Aandeel Ferriet 0,4 / 0,8  50 % Perliet 0,8% C S2 S1 Aandeel Ferriet 0,4 / 0,8  50 % Ferriet 0% C Aandeel Perliet 0,4 / 0,8  50 % 0,4

Cementietlamellen 0,8 / 6,66  12 % D9534 Diagram Fe - Fe3C 2f Ferrietlamellen 5,86 / 6,66  88 % Cementietlamellen 0,8 / 6,66  12 % Perliet 0,8% C S2 S1 Ferriet 0% C 0,4

D9536 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 1450 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 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

D9538 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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 * 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 L A L A Austeniet A C C 1,1 P

D9550 Diagram Fe - Fe3C 4a 98,9% Fe 1,1% C Austeniet 0,8% C Vloeistof Aandeel Austeniet: 0,6 / 0,9  66,66 % Aandeel vloeistof: 0,3 / 0,9  33,33 % 1,1

D9551 Diagram Fe - Fe3C 4b Austeniet 98,9% Fe Aandeel Austeniet: 5,56 / 5.76  96,5 % Aandeel Cementiet: 0,2 / 5,76  3,5 % Austeniet 0,9% C Cementiet 6,66% C 1,1

D9552 Diagram Fe - Fe3C 4c Aandeel Perliet: 5,56 / 5,86  94,8 % Aandeel Cementiet: 0,3 / 5,86  5,2 % Austeniet 0,9% C Cementiet 6,66% C Perliet 0,8% C 1,1 Cementiet 6,66% C

D9553 Toetsscherm Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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 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 Bestudeer de afkoellijn en beantwoord de volgende vragen 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 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

Doel van legeren kunnen verklaren D9600 Samenvatting Doelstellingen Doel van legeren kunnen verklaren Structuur van legeringen kunnen toelichten Stollingsdiagrammen van legeringen kunnen verklaren

EINDE