Multiple Choice Section [Total = 10 Marks]

Please circle the correct answer using a pen. There is only one correct answer per question.

1.  (2 Marks) Which one of the following systems has the slowest rate of diffusion?

a)   N in Mn at 600ºC

b)   W in Mn at 600ºC

c)   N in Mn at 800ºC

d)  W in Mn at 800ºC

2.  (2 Marks) Aluminium does not corrode in a normal atmosphere because:

a)   Aluminum is unreactive with oxygen.

b)   The reaction with oxygen has too high and activation energy.

c)   The formation of an oxide layer inhibits further diffusion and corrosion.

d)  None of the above.

3.   (2 Marks) In most metal alloys, interstitial diffusion occurs much more rapidly than diffusion by vacancy mode, because:

a)   The interstitial atoms are larger than host atoms, and thus more mobile.

b)   There are less empty interstitial positions than vacancies.

c)   The solute atoms impose a lattice strain, which facilitates the diffusion process.

d)  None of the above.

4.  (2 Marks) The diffusion flux is defined as:

a)   Mass, per unit surface area, per unit time.

b)   Surface area, per unit time.

c)   Time, per unit surface area.

d)   The product of time and surface area, per unit mass.

5.  (2 Marks) Which of the following is true:

a)   There are three primary types of dislocations: ledge, corkscrew and amphiprotic.

b)   Dislocations can be observed in amorphous materials using a magnifying glass.

c)   A dislocation is a two-dimensional defect around which some of the atoms are misaligned.

d)  Dislocations can be observed in crystalline materials using electron-microscope techniques.

Long Answer Section [Total = 20 Marks]

6.  (3 Marks) A material has an ASTM grain size number of 7. Determine the magnification, if the number of grains per square inch observed is:

i.    64 grains/in2

ii.   500 grains/in2

iii. 20 grains/in2

7.  (4 Marks) Answer the following questions:

a)   With the aid of a diagram, explain the difference between vacancy and interstitial diffusion.  [2 Marks]

b)   Give two reasons as to why interstitial diffusion is normally more rapid than vacancy diffusion.

[1 Mark]

c)   Explain why the diffusion of an interstitial atom (such as C, N, O, etc.) is faster when     diffusing through iron with a BCC crystal structure rather than an FCC crystal structure.

[1 Mark] 8.  (4 Marks) Calculate the equilibrium concentration of vacancies per cubic metre in pure tungsten

at 1800ºC, given that the energy of formation of a vacancy in tungsten is 2.6 eV. The density of tungsten is 19.3 g/cm3 .

9.   (4 Marks) A sheet of steel 3 mm thick has nitrogen atmospheres on both sides at 900℃ and is  permitted to achieve a steady-state diffusion condition. The diffusion coefficient for nitrogen in steel at this temperature is 1.85 x 10- 10 m2/s, and the diffusion flux is found to be 1.0 x 10-7    kg/m2 ∙s. Also, it is known that the concentration of nitrogen in the steel at the high-pressure      surface is 2 kg/m3. How far into the sheet from this high pressure side will the concentration be 0.5 kg/m3? You may assume a linear concentration profile.

10. (5 Marks) An impurity atom (shaded in grey) occupies the interstitial site shown in the diagram below for a material with a BCC crystal structure, and an atomic radius R. Compute the atomic  radius r of the impurity atom in terms of the atomic radius R of the host atom. The distance        between the centre of the impurity and the edge of the unit cell has been annotated already as     a/4.

Mini Case Study on New Classification of Waste Materials for Rubbish Bins in Your Local Area [Total = 5 Marks]

Aim: To help your local council to reclassify waste materials of rubbish bins for improved recyclability and sustainability by submitting PPT A4 landscape slides with the task below:

Your team are engineering volunteers at your local council. Your council asks your team

a)   to conduct the internet/literature search to understand how other countries class their waste materials for rubbish bins,

b)  to provide your council a new classification of waste materials for rubbish bins for improved recyclability and sustainability by learning from other countries.

How it Works:

Your team slides should include Title Slide (Project Title, Team Names & IDs) and Reference

Slide.

Each group submits N+2 slides (including Title Slide and Reference Slide) mixed with figures and descriptions, where N is the number of students in the group.

You are not encouraged to provide more slides than the required number for each group because all professional presentations are strictly time-limited or page-limited. If your group has submitted       more slides than the required, we will mark only the required number of slides, i.e., extra slides will not be marked.

The reference slide should follow the Harvard reference style, which information can be linked at https://uamediaprod.github.io/referencing-guide/.