Monday 26 August 2013

Materials Technology Level 3 Test

MATERIAL TECHNOLOGY
NQF LEVEL 3

QUESTION 1:  METALS, NON-METALS, METAL PROCESSING AND MATERIALS     

                         TESTING


1.1 Indicate whether the following statements are TRUE or FALSE. Choose the   answer and write only 'true' or 'false' next to the question number  (1.1.1 - 1.1.6) in the ANSWER BOOK.

         1.1.1         Young's modulus (E) is the modulus of elasticity which indicates   
                              the elasticity of a material.                                                           (1)
                            
            1.1.2         Yield point (YP) is the point at which formation changes from                   
                              elastic to plastic behaviour.                                                          (1)
                            
            1.1.3         Non-metals have many different uses, both in the construction                
                              industry and in everyday life.                                                        (1)
                            
            1.1.4         Polyester resin burns with a yellow smoking flame, giving off                    
                              sweet-smelling fumes.                                                                  (1)
                            
            1.1.5         Metals tend to form compounds with other metals.                        (1)
                            
            1.1.6         You can pull a ductile metal to make a wire only by heating it.        (1)

1.2 Complete the following sentences by filling the missing word(s).   Write only   the word(s) next to the question number (1.2.1 - 1.2.8) in the ANSWER BOOK.

                1.2.1           The ... is the extension of a material per unit length, or is the     
                                         change in length divided by the length.                                        (1)
                                 
                      1.2.2           Comprehensive strength is the ability of a material to withstand a           
                                         crushing load without ... .                                                           (1)
                                 
                      1.2.3           ... plastics bubble and begin to decompose before they soften.   (1)
                                 
                      1.2.4           Glass fibre in the form of cloth is used for ... and for filtering dust            
                                         and other solid particles from gases and liquids.                         (1)
                                 
                      1.2.5           Tools and die steels are specially alloyed to produce metals that                                                                     are strong, tough and resistant to ... and tear.                           (1)
                                 
                      1.2.6           Toughness is the ability of a metal to withstand ... .                    (1)
                       
1.2.7           After the ... has been checked for correctness, the steel is tapped into the ladle and
                   the ingot moulds are filled from the ladle.                                                         (1)
                     
                      1.2.8          The cupola furnace is made from steel plates and is lined with ... (1)

1.3 Various possible options are provided as answers to the following questions.    Choose the answer and write only the letter (A - D) next to the question number (1.3.1 - 1.3.8) in the ANSWER BOOK.

                     1.3.1     Choose the correct temperature range for heating steel for spherodising annealing:      
                                     A Between 595 °C and 700 °C        
                                     B Between 650 °C and 700 °C     
                                     C      Between 750 °C and 700 °C     
                                     D      Between 550 °C and 680 °C                                                   (1)

                1.3.2          Which ONE of the following materials is used to make vehicle bodies such as cars 
                                  and trucks?                                                                      
                                         A      High carbon steel            
                                         B      Stainless steel     
                                         C      Mild steel              
                                         D      Cast steel                                                                            (1)

                1.3.3         Non-metals have the following physical characteristic:                               
                                        A      Elasticity    
                                        B      Ductility     
                                        C      Malleability           
                                        D      Brittleness                                                                              (1)

                 1.3.4 Polymers have a number of properties that are very useful, such as ...
                                        A being easy to manufacture.         
                                        B being relatively expensive.        
                                        C having a high density.          
                                        D having a low density.                                                                 (1)

                 1.3.5     Which test will you apply if you often test the strength of brittle material?    
                                        A      Tensile test            
                                        B      Compression test            
                                        C      Bending test        
                                        D      Impact test                                                                     (1)

                1.3.6 If you apply safety precautions when you are testing a work piece, you should wear ...       
                                       A safety boots.   B safety gloves.   C safety glasses.   D a leather apron.(1)                                                                                                                                                    [20]

QUESTION 2:  METALS

2.1       Name ONE of the properties of cast iron.                                                            (1)


2.2           2.2.1           State the carbon percentage required in steel to be classified as a high 
                                   carbon steel.                                                                                 (1)
2.2.2           State what general weakness this high carbon content causes in                                                    the steel.                                                                                       (1)
2.3           Name ONE property of lead.                                                                          (1)
                         
2.4          What metal is used to make aeroplanes and kitchenware?                                  (1)
                         
2.5          Which grade of commercial quality brass is called naval brass?                           (1)
                         
2.6          Where is class 460/3 copper pipe used?                                                            (1)
                         
2.7          Describe how nickel is manufactured.                                                                (3)
                         
2.8          What does the number range 2XXX to 7XXX indicate in metallurgical terms?    (1)
                         
2.9         Explain ONE of the uses of each of the following non-ferrous metals:              
                      2.9.1          Lead                                                                                         (1)
                      2.9.2          Aluminium                                                                                 (1)

2.10      What should be done to plain carbon steel if components are to be manufactured that have
             requirements that exceed the capabilities of normal steel?                                        (2)
                         
2.11        Which elements are added to steel to improve its machinability?                            (1)

2.12      During a manufacturing operation the cutting tool is forced into the work piece
             which revolves at high speed.    
2.12.1   What negative effect does this forcing of the tool have on the revolving work piece? (1)
2.12.2   What is done to remove this negative effect?                                                            (1)
2.12.3   What additional benefit does your answer in QUESTION 2.12.2 have on the machining 
             process?                                                                                                             (1) 
2.13        Name ONE use of bronze.                                                                                (1)
                                                                                                                                       [20]

QUESTION 3:  NON-METALS


3.1          Name FOUR advantages and FOUR disadvantages of plastics.                         (8)
                         
3.2          Name FOUR characteristics of silicons.                                                             (4)
                         
3.3           Name FIVE examples of objects used in the industry which are made of PVC         
                (polyvinyl chloride).                                                                                          (5)
                         
3.4           Describe, by means of a sketch, thermosetting plastics that consist of a cross-linked 
                molecular chain with a regular structure.                                                             (1)
                                                                                                                                        [20]

QUESTION 4:  METAL PROCESSING


4.1          Name TWO ingredients of the charge in a cupola furnace.                                   (2)
                         
4.2            Which material is added to the molten metal in the arc furnace to remove the          
               carbon and remaining phosphorus during stage 2?                                               (1)
                         
4.3          With which material is the bottom of the arc furnace covered before the charge is added?                                                                                                                                                        (1)
                         
4.4          Describe the operation of a rotor furnace.                                                            (3)
             
4.5          List the advantages and disadvantages of the following furnaces:
                      4.5.1          The Bessemer furnace                                                                 (3)
                      4.5.2          The arc furnace                                                                          (3)

4.6          Does normalising increase the strength and toughness of steel?  Answer YES or NO. (1)
                         
4.7           In which liquid is hardened steel quenched immediately after heating it to the right
                tempering temperature?                                                                                        (1)
             
4.8          You must temper a twist drill.  Answer the following questions:

                4.8.1            To what tempering temperature must the front of the drill with the   
                                    cutting edge be heated?                                                                   (1)
                     
                4.8.2            At the appearing of which tempering colour must the front of the           
                                    drill be quenched again?                                                                 (1)

4.9          Describe the box method of carburising.                                                               (3)
                                                                                                                                         [20]

QUESTION 5


5.1 A carbon steel test piece, hardened and tempered, was tested in a Brinell    Hardnell tester using a 10 mm diameter ball.  The load was 300 kg and the   diameter of the impression was measured to be 4,12 m.  Determine the BHN.                                                                                                      (5)
                         
5.2          Describe the basic procedure of carrying out a Brinell test.                               (5)
                         
5.3           Name FOUR types of data that can be used in a tensile test.                           (4)
                         
5.4           Draw up a report on testing results.                                                                 (6)
                                                                                                                                     [20]
                                                                                                                     TOTAL:  100


memo

QUESTION 1


1.1           1.1.1          True                                                                           (1)
                1.1.2          False                                                                          (1)
    1.1.3          True                                                                            (1)  
    1.1.4          True                                                                            (1)
               1.1.5           False                                                                          (1)
                1.1.6          False                                                                          (1)
                                                                                                                    [6]

1.2           1.2.1          Strain                                                                          (1)
                1.2.2          Breaking                                                                     (1)
                1.2.3          Thermosetting                                                             (1)
                1.2.4          Insulation                                                                    (1)
                1.2.5          Wear                                                                          (1)
                1.2.6          Shock                                                                         (1)
                1.2.7          Temperature                                                               (1)
                1.2.8          Refractory bricks                                                        (1)
                                                                                                                    [8]

1.3           1.3.1          B                                                                               (1)
1.3.2         C                                                                               (1)
1.3.3         D                                                                               (1)
1.3.4         A                                                                                (1)
1.3.5         B                                                                                (1)
1.3.6         C                                                                                (1)
                                                                                                   [6]
                                                                                                  [20]  

QUESTION 2


2.1                     Brittle                                                                                                                           
                       •      Not ductile              
                       •      Low melting point             
                       •      When molten it can be moulded or casted easily.     (ANY ONE)     (1)

2.2                  2.2.1          Above 0,5%                                                               
                     
                      2.2.2           Brittleness, Difficult to weld  (ANY ONE)                           (1)

2.3                     Soft                                                                                                                              
                       •      Heavy          
                       •      Ductile        
                       •      Loses its shape under pressure                                 (ANY ONE)     (1)

2.4                      Aluminium        
                         
2.5                      Grade 401        
                         
2.6                      Underground  
                         
2.7                      •   Nickel ore is first roasted.    
                •      Then it is melted in a furnace.  
                •   The addition of limestone and quartz forms a slag which contains impurities.      
                •      The nickel sinks to the bottom and is tapped off.           (ANY THREE)        (3)

2.8                     Alloyed aluminium                                                                                       (1)

2.9                     2.9.1              Solder            
                                  •      Plumbing    
                                  •      Bullets         
                                  •      Roof covering                   (ANY ONE)                                (1)

                2.9.2          •   Motor vehicle parts                                                                                 
                                  •      Aluminium foil       
                                  •      Gears          
                                  •      Doors and window                      (ANY ONE)                      (1)

2.10               •   Alloying elements must be added to the plain carbon steel                              
                      •      Change and improve its properties                                                      (2)

2.11           Chromium                                                                                                        (1)

2.12           2.12.1         It generates heat.                                                                           (1)
                     
             2.12.2                   By applying a lubricant.                                                                 (1)
                     
2.12.3                   •   It increases the life of the tool.            
                    •      It enables faster working speeds.          
                   •      It enables bigger cuts.                                          (ANY ONE)   (1)

2.13              Bearings.   Electrical connectors.   Springs.   Musical instruments. (ANY ONE)  (1)
[20]

 QUESTION 3

3.1 Advantages                                                               Disadvantages  
      Lightweight                                                               Low strength 
     Ease and speed of manufacture.                                 Low dimensional stability. 
      Corrosion resistance                                                Poor heat resistance. 
      Good electrical insulation.                                         Poor weather resistance.
      Good thermal insulation.          
      Colour and attractive appearance.      
      Pleasant to handle.                                                                                                                         
      Low cost                                                                                (ANY FOUR)          (8)

3.2                      Exceptional resistance to extreme temperatures, over 480 °C.                        
                        •      Resistance to most chemicals.  
                        •      Water resistance.              
                        •      High dielectric strength.  
                        •      Poor mechanical strength.         (ANY FOUR)                                 (4)

3.3               Bottles, trays, buckets, motorcycle windshields, traffic signs, hoses, cable  
                    coverings, handbags, rainwater, gloves, gramophone records, upholstery             
                    foam                                                                          (ANY FIVE)          (5)
 3.4    

                                                                                                                   (3)
[20]

QUESTION 4


4.1                     Pig iron                                                                                                                        
                       •      Grey cast iron scrap          
                       •      Steel scrap             
                       •      Coke fuel    
                       •      Limestone (ANY TWO)                                                                (2)


4.2                       Iron ore                                                                                                    (1)
                          
4.3                       Lime                                                                                                         (1)
4.4                  The cylindrical furnace rotates slowly at approximately one revolution per minute.             
                    •      It is tilted to ease loading and discharge.            
                    •     A primary jet of oxygen blows directly into the molten metal.              
                    •   A secondary jet of oxygen blows above the molten metal        (3)                                                                                                     (ANY THREE)

4.5           4.5.1          The Bessemer converter                                                                                 
Advantages                                             Disadvantages 
removes impurities in a short                  Uses normal air instead  
length of time.                                         of oxygen. 
                                                               Old technology no longer in
                                                               widespread use.    (3)

                4.5.2          The arc furnace                                                                                                 
Advantages                                            Disadvantages 
Can operate entirely on scrap                no longer used extensively. 
                                   And produce good quality steel.                                                                       
                                  Can be used for large or small                                                                          
                                  quantities.                                                                             (3)

4.6                     Yes                                                                                                (1)
                         
4.7                     Oil or water                                                                                    (1)

4.8                     4.8.1      240 °C                                                                              (1)
               4.8.2      Dark straw                                                                         (1)

4.9                  •  The workpiece is place in a box containing charcoal.                                        
                       •      The box is sealed and gradually heated to about 925 °C.     
                       •      The temperature is maintained for about 8 hours.      
                       •      The steel is then removed and quenched in oil.  (ANY THREE)  (3)
                                                                                                                           [20]

QUESTION 5

 5.1   

                                                                                                           (5)

5.2 The Brinell tester uses a steel or tungsten-carbide ball, which is pressed into   the surface of the test material.  You can use balls of different diameters depending on the type of material that you are testing.  You would generally use a ball with a large diameter for hard materials and balls with a smaller diameter for softer materials.  The loads that are usually used are 500 kg for soft metals such as copper and brass; 1 500 kg for aluminium; and 300 kg for materials such as iron and steel.  You usually apply the load for between 10 s and 15 s.      (5)

5.3                     Ultimate tensile strength                                                                                          
                       •      Yield point              
                       •      Percentage elongation    
                       •      Percentage reduction of area      (4)

 5.4         Objective of the test            
            •      The material being tested            
            •      The method of testing    
            •   A summary of the test results - including tables, diagrams, graphs, data           sheets etc.     
            •      Findings of the test - including comparisons to specifications etc.             
            •      Name of the person carrying out the test         
            •      Date of the test                                                                        (6)
                                                                                                                                [20]
                                                                                                                           TOTAL:  100

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