Breukvlakken
Breukvlakken
Opgave 1
1a
De afbeelding hierboven laat het breukvlak van een turbineblad zien. Wat voor soort breuk zien we hier?
a) Brosse breuk
b) Taaie breuk
c) Vermoeiingsbreuk
1b
Een taai materiaal wordt statisch belast op torsie totdat het breekt. Hoe zal de breuk eruit zien?
Opgave 2
2a
Hierboven zien we een breukvlak van een gietijzeren proefstuk. Wat voor type breuk is dit?
a) Brosse breuk
b) Taaie breuk
c) Vermoeiingsbreuk
2b
Een gehard stalen as wordt na de warmtebehandeling bewerkt door er een kleine groef voor een borgveer in te draaien. Welke van de volgende faaloorzaken zal waarschijnlijk als eerste tot een breuk leiden?
a) Spanningsconcentraties aan de randen van de groef
b) Kleine scheurtjes in het materiaal als gevolg van het draaien
c) Afname van de dikte van de as in de groef
Opgave 3
In een schijfwerper wordt de schijf in dikterichting tussen wielen geklemd en zodanig aangedreven. De onderste twee wielen zijn direct op een motoras gemonteerd.
3a
Schets in de figuur bij deze opgave hoe je de vermoeiingssterkte van deze as indoorsnede 3zou kunnen verbeteren. Beschrijf hieronder kort met de juiste benaming de aanpassing die voorgesteld wordt (Engels of Nederlands).
3b
Schets in de rechter figuur over de dwarsdoorsnede van het gegroefde deel van de as, dus in doorsnede4, hoe het breukvlak als gevolg van een vermoeiingsbreuk verloopt. Denk hierbij aan de initiatie (stage 1) en de progressie (stage 2) van de scheur. Beschrijf hieronder waardoor de lengte van de scheur in stage 1 bepaald wordt?
Opgave 4
Als de bout in de afbeelding breekt door vermoeiing. Welk type breukvlak is dan het meest waarschijnlijk?
a) Breukvlak voorafgaand met veel vervorming, waaronder insnoering en een cone/cup 45 graden breukvlak
b) Breukvlak in de dwarsdoorsnede, vrijwel loodrecht op de belastingrichting, weinig of geen plastische vervorming voorafgaand aan breuk
Opgave 5
Een vermoeiingsbreuk in de schroefdraad laat vaak zogenaamde “Rachet Marks” zien. Onder welke omstandigheden / wanneer ontstaan deze “Ratchet Marks” in het algemeen?
Selecteer de optie die juist is.
a) “Ratchet marks” ontstaan bij “High Cycle Fatigue”
b) “Ratchet Marks” ontstaan bij “Low Cycle Fatigue”
c) “Ratchet Marks” ontstaan typisch in groeven met hoge spanningsconcentraties
d) “Ratchet Marks” ontstaan typisch bij brosse materialen bij een dynamische trekspanning
e) “Ratchet Marks” ontstaan bij materialen die gevoelig zijn voor “waterstofbrosheid”
Opgave 6
Welke van onderstaande beweringen zijn waar?
a) Een taaie breuk van een aluminium remgreep door eenmalige overbelasting zal in de dwarsdoorsnede plaatsvinden
b) Een gestandaardiseerde trekstaaf gemaakt van 316 roestvast staal in natuurharde toestand vertoont een rek bij breuk van meer dan 30%
c) Een ductiel materiaal is per definitie taai
d) Een vermoeiingsbreuk van een aluminium remgreep met boorgat zal beginnen bij het boorgat, onder een hoek van 45 graden met de dwarsdoorsnede
Opgave 7
7a
Benoem een snelle testmethode om breuktaaiheid te meten (benaming, geen beschrijving).
7b
Waaraaan herken je een ductiele breuk zonder dat de belastingrichting bekend is.
7c
Benoem het faalmechanisme dat typisch te verwachten is bij gegalvaniseerde schroeven met een staalkwaliteit van 10.9 en hoger.
7d
Geef de afkorting van het faalmechanisme dat een gevolg is van de combinatie van spanning en corrosie.
Opgave 8
8a
Hoe ontstaat een kristalstructuur in een metaal?
8b
Heeft een ductiel materiaal een fijne of grove kristalstructuur?
8c
Vertoont een torsiestaaf van gehard staal een breukvlak in “the shear plane” of in “the tensile plane”?
8d
Waaraaan herken je een breukvlak als gevolg van LCF?
8e
Wanneer / waardoor ontstaan beach marks?
Opgave 9
Bij het testen van een zware hydraulische trekbank zijn de krachtopnemers gebroken. Het testen bestond uit het stapsgewijs verhogen van de belasting. De stapgrootte was 10% van de nominale belasting die iedere 10 minuten werd verhoogd. Bij de derde stap ontstond onverwacht het falen van de krachtopnemers.
Het materiaal van de krachtopnemer is chroomstaal 100Cr6. De hoge sterkte van 100Cr6 wordt bereikt door middel van een warmtebehandeling. Met een speciaal voor harde staalsoorten ontwikkelde draaimachine was de krachtopnemer nabewerkt in geharde toestand.
Veronderstel dat de krachtopnemer een diameter heeft van 160 \ \text{mm}. Langs de omtrek is een groef aangebracht met een diepte van 8 \ \text{mm}. De spanningsconcentratie in de groef K_t = 4, waarbij K_t gedefinieerd is ten opzichte van de nominale spanning in de groef.
9a
Welk van de onderstaande faalmechanismen is het meest onwaarschijnlijk en waarom?
- Hydrogen embrittlement / waterstofbrosheid
- Stress concentrations from cutting (manufacturing)
- Stress corrosion cracking / spanningscorrosie
9b
“Op het breukvlak zijn zogenaamde ‘ratchet marks’ zichtbaar.”
Deze stelling is:
a) Waar
b) Niet waar
9c
Bereken de verhouding \dfrac{F_D}{F_d}, waarbij F_D de belastbaarheid is voor vermoeiingsbreuk van het deel met diameter 160 \ \text{mm} en F_d de belastbaarheid voor vermoeiingsbreuk van de doorsnede verzwakt met een groef.
9d
Welke alternatieve meetmethode zou je kunnen toepassen om een waarde voor de actuele trekkracht tijdens bedrijf te registreren?
Opgave 10
Als een schroef in de spanningsdoorsnede breekt door vermoeiing, dan zie je langs de omtrek zogenaamde:
a) Beach marks
b) Striations
c) Ratchet marks