08.01.2015 Views

7. โลหะและโลหะผสม

7. โลหะและโลหะผสม

7. โลหะและโลหะผสม

SHOW MORE
SHOW LESS

Trasformi i suoi PDF in rivista online e aumenti il suo fatturato!

Ottimizzi le sue riviste online per SEO, utilizza backlink potenti e contenuti multimediali per aumentare la sua visibilità e il suo fatturato.

บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>1 โครงสร้างผลึกของโลหะ<br />

โดยทัวไปแล้วโลหะมักมีโครงสร้างผลึกแบบสมมาตร จึงมีระนาบการเลือนหลายระนาบ ทําให้<br />

โลหะสามารถเปลียนรูปได้โดยไม่เกิดการแตกร้าว นอกจากนี ยังสามารถนําความร้อนและไฟฟ้ าได้ดี<br />

เนืองจากมีอิเล็กตรอนอิสระในโครงสร้าง กว่าเก้าสิบเปอร์เซ็นต์ของโลหะมีโครงสร้างผลึกเป็ น bodycentred<br />

cubic (BCC), face-centred cubic (FCC) หรือ hexagonal close-packed (HCP) โครงสร้าง<br />

ผลึกทั งสามประเภทแสดงดังรูปที <strong>7.</strong>1 และตารางที <strong>7.</strong>1 แสดงตัวอย่างของโลหะทีมีโครงสร้างผลึกแบบ<br />

BCC, FCC และ HCP<br />

รูปที <strong>7.</strong>1 แสดงรูปผลึกแบบ BCC, FCC และ HCP<br />

ตารางที <strong>7.</strong>1 ลักษณะโครงสร้างผลึกทีสําคัญของโลหะ<br />

Structure a Vs R Atom/cell CN APF Typical metal<br />

BCC a = 2R 2 8 0.68 Fe, Ti, W, Mo, K, Na, V, Cr, Zr<br />

FCC a = 4R / 3 4 12 0.74 Fe, Cu, Al, Au, Ag, Pb, Ni, Pt<br />

HCP a = 4R / 2 6 12 0.74 Ti, Mg, Zn, Be, Co, Zr, Cd<br />

โลหะหลายประเภทสามารถมีโครงสร้างได้มากกว่าหนึงแบบหรือทีเรียกว่ามีอัญรูป ยกตัวอย่างเช่น<br />

แคลเซียมมีโครงสร้างเป็ น FCC ทีอุณหภูมิห้อง และเปลียนเป็ น BCC ทีอุณหภูมิมากกว่า 447 o C หรือ<br />

โซเดียมมีโครงสร้างเป็ น BCC ทีอุณหภูมิห้อง และเปลียนเป็ น HCP ทีอุณหภูมิน้อยกว่า - 233 C เป็ นต้น<br />

ตัวอย่างของโลหะทีมีอัญรูปแสดงในตารางที <strong>7.</strong>2<br />

o<br />

~ 119 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

โลหะ<br />

Ca<br />

Co<br />

Hf<br />

Fe<br />

Na<br />

Tl<br />

Ti<br />

Y<br />

Zr<br />

ตารางที <strong>7.</strong>2 ตัวอย่างของโลหะทีมีอัญรูป<br />

โครงสร้างที อุณหภูมิห้อง โครงสร้างที อุณหภูมิอื น<br />

FCC<br />

HCP<br />

HCP<br />

BCC<br />

BCC<br />

HCP<br />

HCP<br />

HCP<br />

HCP<br />

BCC (>447 o C)<br />

FCC (>427 o C)<br />

BCC (>1742 o C)<br />

FCC (912-1394 o C)<br />

BCC (>1394 o C)<br />

HCP (234 o C)<br />

BCC (>883 o C)<br />

BCC (>1481 o C)<br />

BCC (>872 o C)<br />

การมีอัญรูปของโลหะมีประโยชน์ต่อการใช้งาน ยกตัวอย่างเช่น การทีเหล็กเปลียนโครงสร้างจาก<br />

BCC ไปเป็ น FCC ทีอุณหภูมิ 912 องศาเซลเซียส ทําให้ตําแหน่งการแทรกตัวใหญ่ขึ น จึงสามารถเติม<br />

คาร์บอนลงในโครงสร้างของเหล็กเพือปรับปรุงสมบัติของเหล็กได้<br />

โลหะผสมหรือทีนิยมเรียกทับศัพท์ว่าอัลลอย (alloy) คือโลหะทีมีการเติมธาตุเจือปนลงไปเพือ<br />

ปรับปรุงสมบัติของวัสดุ ถ้าประกอบด้วยสององค์ประกอบเรียกว่า binary alloy ประกอบด้วยสาม<br />

องค์ประกอบเรียกว่า ternary alloy หรือประกอบด้วยสีองค์ประกอบเรียกว่า quaternary alloy ยกตัวอย่าง<br />

โลหะผสมประเภท binary alloy เช่น Sterling silver คือโลหะผสมระหว่างเงิน 92.5 เปอร์เซ็นต์และทองแดง<br />

<strong>7.</strong>5 เปอร์เซ็นต์ หรือทองเหลืองคือโลหะผสมระหว่างสังกะสีและทองแดง เป็ นต้น โลหะผสมจะแตกต่างกับ<br />

โลหะบริสุทธ์ตรงทีสามารถมีจุดหลอมเหลวได้มากกว่าหนึงจุด ทั งนี ขึ นอยู่กับปริมาณของแต่ละ<br />

องค์ประกอบ<br />

โลหะผสมสามารถแบ่งได้เป็ นสองประเภทใหญ่ๆคือ ประเภททีมีเหล็กเป็ นองค์ประกอบ (ferrous<br />

alloy) และประเภททีไม่มีเหล็กเป็ นองค์ประกอบ<br />

<strong>7.</strong>2 โลหะผสมที มีเหล็กเป็ นองค์ประกอบ<br />

โลหะทีมีการใช้งานมากทีสุดคือเหล็ก ซึงได้มาจากการสกัดแร่เหล็ก เนืองจากเหล็กทีมีในธรรมชาติ<br />

ไม่ได้อยู่ในรูปสารบริสุทธิเหมือนโลหะประเภทอืน เหล็กมักถูกใช้งานในรูปของโลหะผสมเนืองจากเหล็ก<br />

บริสุทธิ มีสมบัติเชิงกลทีไม่เหมาะสมกับการใช้งาน จึงมักทําการเติมธาตุอืนลงไปเช่น คาร์บอน โครเมียม<br />

นิกเกิล เป็ นต้น เพือปรับปรุงสมบัติ เราเรียกโลหะผสมทีมีเหล็กเป็ นองค์ประกอบหลักว่า ferrous alloy<br />

~ 120 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

ยกตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) ทีมีการเติม Cr และ Ni เหล็กกล้าเครืองมือ (tool steel)<br />

ทีเติม W และ Mg หรือ Chromoly ทีมีการเติม Cr และ Mo ส่วนโลหะผสมทีมีเหล็กเป็ นองค์ประกอบแต่<br />

น้อยกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ จะเรียกว่า ferroalloy ยกตัวอย่างเช่น ferroboron, ferrochrome และ<br />

ferromagnesium เป็ นต้น<br />

<strong>7.</strong>2.1 เหล็กกล้า<br />

เหล็กกล้าคือเหล็กทีมีส่วนผสมของคาร์บอนไม่เกิน 2 เปอร์เซ็นต์ สามารถทนต่อแรงดึง แรงบิด ไม่<br />

เปราะหรือแตกหักง่ายและสามารถเชือมได้ ทําการขึ นรูปหรือแปรรูปง่าย มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าเหล็กดิบ<br />

เพราะมีปริมาณคาร์บอนตํา<br />

<strong>7.</strong>2.1.1 ส่วนประกอบของเหล็กกล้า<br />

เหล็กกล้ามีส่วนประกอบสําคัญดังนี <br />

1) ธาตุเหล็ก<br />

2) ธาตุคาร์บอน ซึงการเติมธาตุคาร์บอนลงไปจะช่วยเพิมสมบัติด้านความแข็ง ความ<br />

ต้านทานแรงดึง ความต้านทานการสึกหรอ เป็ นต้น และช่วยลดสมบัติด้านความเหนียว การยืดตัว<br />

ความสามารถในการถูกขึ นรูป (machinability) เป็ นต้น<br />

3) ธาตุหรือสารเจือปนทีติดมากับเหล็ก ซึงมีทั งประเภททีต้องการและไม่ต้องการ ประเภท<br />

ทีต้องการคือ Mn, Si, Al และทีไม่ต้องการคือ P, S, O, N, H<br />

4) สารทีผสมลงไปเพือปรับปรุงสมบัติ<br />

<strong>7.</strong>2.1.2 ประเภทของเหล็กกล้า<br />

เหล็กกล้าแบ่งได้เป็ นสองประเภทคือ เหล็กกล้าคาร์บอน และเหล็กกล้าผสม<br />

1) เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel) คือ เหล็กกล้าทีมีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนเป็ นธาตุหลัก<br />

สามารถแบ่งย่อยได้เป็ น 3 ประเภท ดังนี <br />

1.1) เหล็กกล้าคาร์บอนตํา<br />

เหล็กกล้าคาร์บอนตํามีคาร์บอนผสมอยู่น้อยกว่า 0.25 เปอร์เซ็นต์ อีกทั งมีธาตุอืนผสมอยู่<br />

ด้วยในปริมาณน้อย ยกตัวอย่างเช่น Mn, Si, P, S ซึงอาจหลงเหลือมาจากกระบวนการผลิต<br />

เหล็กกล้าคาร์บอนตําถูกนําไปใช้ในอุตสาหกรรมและชีวิตประจําวันมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์<br />

ทั งนี เนืองจากสามารถขึ <br />

นรูปได้ง่าย เชือมง่าย และราคาไม่แพง ยกตัวอย่างการใช้งานเช่น ตัวถัง<br />

~ 121 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

รถยนต์ ชิ นส่วนต่างๆของยานยนต์ กระป๋ องบรรจุอาหาร สังกะสีมุงหลังคา เครืองใช้ในครัวเรือน<br />

และในสํานักงาน เป็ นต้น<br />

1.2) เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง<br />

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางมีคาร์บอนผสมอยู่ประมาณ 0.2-0.5 เปอร์เซ็นต์ ทําให้มี<br />

ความแข็งแรงและความเค้นแรงดึงมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนตํา แต่มีความเหนียวน้อยกว่า<br />

สามารถนําไปชุบแข็งได้ เหมาะกับงานทําชิ นส่วนเครืองจักรกล รางรถไฟ เฟื อง ก้านสูบ ท่อเหล็ก<br />

ไขควง เป็ นต้น<br />

1.3) เหล็กกล้าคาร์บอนสูง<br />

เหล็กกล้าประเภทนี มีคาร์บอนผสมอยู่สูงถึง 0.5-1.5 เปอร์เซ็นต์ ทําให้มีความแข็งแรงและ<br />

ความเค้นแรงดึงสูง เมือชุบแข็งแล้วจะเปราะ เหมาะสําหรับงานทีทนต่อการสึกหรอ ใช้ในการทํา<br />

เครืองมือ สปริงแหนบ ลูกปื น เป็ นต้น<br />

2) เหล็กกล้าผสม (alloy steel) คือเหล็กกล้าทีมีธาตุอืนนอกจากคาร์บอนผสมอยู่ในเหล็ก โดยที<br />

ธาตุบางชนิดทีผสมอยู่อาจมีปริมาณมากกว่าคาร์บอนก็ได้ ตัวอย่างของธาตุทีผสมลงไปได้แก่ Mo,<br />

Mn, Si, Cr, Al, Ni, V เป็ นต้น เหล็กกล้าผสม แบ่งออกเป็ น 2 ประเภท ดังนี <br />

2.1) เหล็กกล้าผสมตํา (low alloy steel)<br />

เหล็กกล้าผสมตําเป็ นเหล็กกล้าทีมีธาตุผสมรวมกันน้อยกว่า 8 เปอร์เซ็นต์ ธาตุทีผสมอยู่<br />

คือ Cr, Ni, Mo, Mn โดยปริมาณของธาตุทีใช้ผสมแต่ละตัวจะประมาณ 1–2 เปอร์เซ็นต์ ธาตุทีผสม<br />

ลงไปจะไปทําให้เหล็กสามารถชุบแข็งได้ มีความแข็งแรงสูง เหมาะสําหรับใช้ในการทําชิ นส่วน<br />

เครืองจักรกล เช่น เฟือง เพลาข้อเหวียง จนบางครั งมีชือว่าเหล็กกล้าเครืองจักรกล (machine<br />

steel) เหล็กกล้ากลุ่มนี จะต้องใช้งานในสภาพชุบแข็งและอบก่อนเสมอจึงจะมีค่าความแข็งแรงสูง<br />

2.2) เหล็กกล้าผสมสูง (high alloy steel)<br />

เหล็กกล้าผสมสูงคือเหล็กกล้าทีมีการเติมธาตุผสมรวมกันมากกว่า 8 เปอร์เซ็นต์ เพือ<br />

ปรับปรุงสมบัติสําหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง ยกตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าทนความร้อน เหล็กกล้า<br />

ทนการเสียดสี เหล็กกล้าทนการกัดกร่อน เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel, SS) และเหล็กกล้า<br />

เครืองมือ<br />

~ 122 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

2.2.1) เหล็กกล้าไร้สนิม<br />

เหล็กกล้าไร้สนิม คือเหล็กกล้าทีทนต่อการผุกร่อนหรือต้านการเป็ นสนิมได้ดี ธาตุทีเติมลง<br />

ไปในเหล็กกล้าไร้สนิมมีทั ง Mo, Ni และ Mn แต่ธาตุทีมีบทบาทมากคือ Cr ซึงเมือสัมผัสกับก๊าซ<br />

ออกซิเจนในอากาศหรือนํ า จะทําให้เกิดเป็ นฟิล์มบางๆ ขึ นทีผิวของเหล็ก โดยทัวไปแล้วเหล็กกล้า<br />

ไร้สนิมจะมีโครเมียมผสมไม่น้อยกว่า 10.5 เปอร์เซ็นต์โดยนํ าหนัก และจะมีค่าความต้านทานการ<br />

เกิดออกซิเดชันสูงเมือเติมโครเมียมทีปริมาณ 12 เปอร์เซ็นต์โดยนํ าหนัก การเกิดฟิล์มโครเมียม<br />

ออกไซด์เป็นไปดังสมการ<br />

Cr + O<br />

2 → Cr2O3<br />

ฟิล์มโครเมียมออกไซด์จะทําหน้าทีเป็ นชั นป้ องกัน (passivation layer) โดยมีสมบัติคือ มี<br />

ความบางมากอยู่ในระดับสองถึงสามอะตอม โปร่งใส มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แข็งแรงสูง ยึดติด<br />

กับเหล็กได้ดี ความหนาแน่นสูง ไม่มีรูพรุน สามารถเกิดขึ นใหม่ได้เอง เมือผิวถูกทําลาย<br />

รูปที <strong>7.</strong>2 แสดงลักษณะของฟิล์มโครเมียมออกไซด์ทีเกิดบนผิวของเหล็กกล้าไร้สนิม<br />

(http://www.schoolscience.co.uk/content/5/chemistry/steel/steelch3pg3.html สืบค้นเมือ 4 มิถุนายน 2552)<br />

เราสามารถแบ่งประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิมตามโครงสร้างได้เป็ น 3 ประเภทคือ<br />

เหล็กกล้าออสเทนนิติก (Austenitic SS), เหล็กกล้าเฟอร์ริติก (Ferritic SS) และเหล็กกล้ามาร์เตน<br />

ซิติก (Martensitic SS)<br />

2.2.1.1) เหล็กกล้าออสเทนนิติก<br />

เหล็กกล้าออสเทนนิติก คือเหล็กกล้าไร้สนิมทีมีโครงสร้างเป็ นออสเทนไนต์<br />

ประกอบด้วยคาร์บอนไม่เกิน 0.15 เปอร์เซ็นต์ และโครเมียมไม่น้อยกว่า 16 เปอร์เซ็นต์ เหล็กกล้า<br />

ประเภทนี มีหลายเกรดมากทีสุด และมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง เราสามารถเติม Ni และ/หรือ<br />

~ 123 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

Mn เพือให้คงโครงสร้างออสเทนไนต์ตลอดช่วงอุณหภูมิจากจุดเยือกแข็งจนถึงจุดหลอมเหลว<br />

เหล็กกล้าประเภทนี ไม่มีสมบัติแม่เหล็ก <br />

และมีความเปราะน้อยลงทีอุณหภูมิตํา ยกตัวอย่าง<br />

เหล็กกล้าออสเทนนิติกเช่น 18-8 SS คือเหล็กกล้าออสเทนนิติกทีประกอบด้วยโครเมียม 18<br />

เปอร์เซ็นต์ และ Ni 8 เปอร์เซ็นต์ นิยมใช้ทําเครืองครัว เป็ นต้น<br />

นอกจากนี ยังมีเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท “Superaustenitic” ยกตัวอย่างเช่น alloy<br />

AL-6XN และ 254SMO ทีสามารถต้านทานสภาวะกัดกร่อนรุนแรงแม้ทีอุณหภูมิสูงได้เป็ นอย่างดี<br />

เนืองจากมี Mo ปริมาณสูง (มากกว่า 6 เปอร์เซ็นต์) อีกทั งยังมี N และ Ni แต่ข้อด้อยของเหล็กกล้า<br />

ประเภทนี คือมีราคาแพง บางครั งจึงใช้เป็ น duplex steel แทน<br />

2.2.1.2) เหล็กกล้าเฟอร์ริติก<br />

เหล็กกล้าเฟอร์ริติกคือเหล็กกล้าไร้สนิมทีมีโครเมียม 10.5–27 เปอร์เซ็นต์ และมี<br />

นิกเกิลน้อยมากหรือไม่มีเลย เหล็กกล้าประเภทนี มีค่าความต้านทานการกัดกร่อนสูง แต่มีค่าความ<br />

ต้านทานการสึกหรอตํา นอกจากนี ยังไม่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติด้วยความร้อนทางการชุบแข็ง<br />

ได้ (hardening) เนืองจากมีอัตราส่วนของ C และ Cr ตํา จุดเด่นคือมีโครงสร้างหลักเป็ นแฟไรต์จึง<br />

มีสมบัติเป็ นแม่เหล็กได้<br />

เหล็กกล้าเฟอร์ริติกแบ่งได้เป็ น 2 ประเภทคือ 1) ประเภทคาร์บอนตํา (มีคาร์บอน<br />

ไม่เกิน 0.12 เปอร์เซ็นต์) และมี Cr ประมาณ 15–18 เปอร์เซ็นต์ และ2) ประเภททนต่อความร้อน<br />

(มีคาร์บอนประมาณ 0.3 เปอร์เซ็นต์) และมี Cr ประมาณ 25–30 เปอร์เซ็นต์<br />

2.2.1.3) เหล็กกล้ามาร์เทนซิติก<br />

เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกมีโครงสร้างหลักเป็ นมาร์เทนไซต์ จึงมีสมบัติเป็ น<br />

แม่เหล็ก โดยทัวไปจะมีองค์ประกอบเป็ น Cr (12-14 เปอร์เซ็นต์), Mo (0.2-1 เปอร์เซ็นต์) และมี<br />

คาร์บอน 0.1-1 เปอร์เซ็นต์ เพือช่วยเพิมความแข็ง แต่ในขณะเดียวกันจะทําให้เปราะขึ น และความ<br />

ต้านทานการผุกร่อนลดลง เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกสามารถนําไปเพิมความแข็งโดยการชุบแข็งได้<br />

เหล็กกล้ามาร์เตนซิติกแบ่งออกเป็ น 3 ประเภทคือ 1) ประเภททีมีคาร์บอนไม่เกิน<br />

0.15 เปอร์เซ็นต์ และมี Cr ระหว่าง 12–14 เปอร์เซ็นต์ 2) ประเภททีมีคาร์บอนประมาณ 0.2–0.4<br />

เปอร์เซ็นต์และ Cr ระหว่าง 13–15 เปอร์เซ็นต์ และ 3) ประเภททีมีคาร์บอนระหว่าง 0.6–1<br />

เปอร์เซ็นต์ และมี Cr ระหว่าง 14–16 เปอร์เซ็นต์<br />

~ 124 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

นอกจากประเภทหลักทั งสามประเภทแล้ว เหล็กกล้าไร้สนิมยังมีประเภทพิเศษอีกหนึง<br />

ประเภทคือ เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (Duplex SS) ซึงเป็ นเหล็กกล้าไร้สนิมทีมีโครงสร้างผสม<br />

ระหว่างออสเทนไนต์กับแฟไรต์ในอัตราส่วน 50:50 แต่บางครังอาจเป็น 60:40 เหล็กกล้าไร้สนิม<br />

ประเภทนี จะมีโครเมียมสูงกว่า แต่มีนิกเกิลน้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก ทําให้มีความ<br />

แข็งแรงดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก นอกจากนี ยังสามารถต้านทานต่อการกัดกร่อนได้ดีอีก<br />

ด้วย<br />

2.2.2) เหล็กกล้าเครืองมือ<br />

เหล็กกล้าเครืองมือ คือเหล็กกล้าทีมี Cr, Mo, Ni, V, Co, Ti เกินกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ และมี<br />

คาร์บอนระหว่าง 0.8–2.2 เปอร์เซ็นต์ เหล็กกล้าเครืองมือมีสมบัติเด่นคือมีความแข็งขณะร้อนทีดี<br />

(hot hardness) จึงเหมาะกับการใช้ทําดอกสว่าน มีดกลึง มีดไส เครืองมือทําเกลียวใน (tap) และ<br />

เครืองมือทําเกลียวนอก (die) เป็ นต้น<br />

<strong>7.</strong>2.2 เหล็กหล่อ (cast iron)<br />

เหล็กหล่อมีองค์ประกอบเป็ นคาร์บอนประมาณ 2.4 เปอร์เซ็นต์ และซิลิกอน 1-3 เปอร์เซ็นต์<br />

นอกจากนี ยังมีการเติมธาตุอืนๆ เพือปรับปรุงสมบัติ ลักษณะเด่นคือหลอมละลายง่าย เป็ นของไหลทีดี และ<br />

ไม่เกิดแผ่นฟิล์มทีไม่ต้องการขึ นทีผิวในขณะทีเทเพือหล่อแบบ นอกจากนี ยังหดตัวเพียงเล็กน้อยเมือเย็นตัว<br />

และมีช่วงของความแข็งแรงและความแข็งทีกว้าง ทําให้ง่ายต่อการทํา machining แต่มีข้อด้อยคือมีความ<br />

เหนียวตํา<br />

เหล็กหล่อแบ่งได้เป็ นสีประเภทคือ เหล็กหล่อขาว เหล็กหล่อเทา เหล็กหล่ออบเหนียว (malleable<br />

cast iron) และเหล็กหล่อเหนียว (ductile cast iron) ปริมาณของธาตุต่างๆทีเป็ นองค์ประกอบในเหล็กหล่อ<br />

ประเภทต่างๆแสดงดังตารางที <strong>7.</strong>3<br />

Element<br />

C<br />

Si<br />

Mn<br />

S<br />

P<br />

ตารางที <strong>7.</strong>3 แสดงองค์ประกอบของเหล็กหล่อประเภทต่างๆ<br />

Grey cast iron, White cast iron, Malleable cast iron, Ductile cast iron,<br />

%<br />

%<br />

%<br />

%<br />

2.5-4.0 1.8-3.6<br />

2.00-2.60<br />

3.0-4.0<br />

1.0-3.0 0.5-1.9<br />

1.10-1.60<br />

1.8-2.8<br />

0.25-1.0 0.25-0.80 0.20-1.00 0.10-1.00<br />

0.02-0.25 0.06-0.20 0.04-0.18 0.03 max<br />

0.05-1.0 0.06-0.18 0.18 max 0.10 max<br />

~ 125 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>2.2.1 เหล็กหล่อขาว<br />

เหล็กหล่อขาวคือเหล็กหล่อทีมีปริมาณคาร์บอนและซิลิกอนตํา ผ่านกระบวนการแข็งตัว<br />

ด้วยอัตราการเย็นตัวทีสูง โดยทีคาร์บอนส่วนใหญ่จะอยู่ในรูป Fe 3 C ในเฟสของเพิร์ลไลต์ (คอมโพสิต<br />

ระหว่างเฟอร์ไรต์และซีเมนไตต์) ดังนั นเมือเกิดการแตกหักจะเห็นเป็นสีขาวหรือผลึกใส เหล็กหล่อขาวนิยม<br />

ใช้ในงานทีต้องมีความทนต่อการสึกกร่อนหรือขัดสีทีดี นอกจากนี ยังใช้เป็ นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กหล่ออบ<br />

เหนียวอีกด้วย<br />

<strong>7.</strong>2.2.2 เหล็กหล่อเทา<br />

เหล็กหล่อเทามีองค์ประกอบเป็ นคาร์บอน 2.5-4 เปอร์เซ็นต์ และซิลิกอน 1-3 เปอร์เซ็นต์<br />

ผ่านกระบวนการแข็งตัวด้วยอัตราการเย็นตัวทีช้าหรือปานกลาง โดยซิลิกอนเป็ นธาตุทีทําให้กราไฟต์ใน<br />

เหล็กหล่ออยู่ตัว จะเกิดขึ นเมือปริมาณคาร์บอนในโลหะผสมมีมากเกินกว่าทีจะสามารถละลายอยู่ในเฟส<br />

ของออสเทนไนต์ได้ จึงแยกตกตะกอนออกมาในรูปของแผ่นกราไฟต์ เหล็กหล่อเทามีความทนต่อการสึก<br />

กร่อน สามารถทํา machining ได้ดี แต่มีข้อด้อยคือค่อนข้างเปราะ<br />

<strong>7.</strong>2.2.3 เหล็กหล่อเหนียว<br />

เหล็กหล่อเหนียวมีองค์ประกอบคล้ายเหล็กหล่อเทา แต่กราไฟต์ทีเกิดขึ นจะมีรูปร่างกลม<br />

ไม่เป็ นแผ่น บางครังจึงเรียกเหล็กหล่อประเภทนี ว่า เหล็กหล่อกราไฟต์กลม (nodular or spherulitic cast<br />

iron) นอกจากนี ควรจะมีซิลิกอน ฟอสฟอรัส และธาตุเจือปนอืนๆ ในปริมาณตํา เนืองจากอาจไปขัดขวาง<br />

การเกิดกราไฟต์กลมได้ เหล็กหล่อเหนียวมีสมบัติบางอย่างคล้ายเหล็กกล้า คือมีความแข็งแรง ความ<br />

แข็งแกร่งและความเหนียวทีดี สามารถนําไปทํา hot working ได้ดี<br />

รูปที <strong>7.</strong>3 แสดงโครงสร้างของเหล็กหล่อกราไฟต์กลม เนืองจากกราไฟต์มีสีดําและมีรูปร่าง<br />

กลม ทําให้โครงสร้างนี มีอีกชือหนึงว่า “Bull’s eye structure”<br />

(ก)<br />

(ข)<br />

รูปที <strong>7.</strong>3 ลักษณะของเหล็กหล่อกราไฟต์กลมทีกระจายในโครงสร้างของ (ก) เฟอร์ไรต์ (ข) เพิร์ลไลต์<br />

(http://www.ndt.net/article/ecndt98/nuclear/245/245.htm สืบค้นเมือ 20 ตุลาคม 2551)<br />

~ 126 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>2.2.4 เหล็กหล่ออบเหนียว<br />

เหล็กหล่ออบเหนียวผลิตจากเหล็กหล่อขาว โดยผ่านกรรมวิธีทางความร้อนสองขันตอน<br />

นันคือกระบวนการทําให้เกิดกราไฟต์ในโครงสร้าง (graphitization) และกระบวนการเย็นตัว<br />

1) กระบวนการทําให้เกิดกราไฟต์ในโครงสร้าง<br />

ในกระบวนการนี เหล็กหล่อขาวจะถูกให้ความร้อนจนมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิยู<br />

เทกตอยด์ จากนั นจึงคงไว้ทีอุณหภูมินั นเป็ นเวลาประมาณ 3-20 ชัวโมง จะเกิดปฏิกิริยา<br />

Fe 3 C → temperedcarbon(graphite) + austenite<br />

2) กระบวนการเย็นตัว<br />

ขั นตอนนี จะทําการลดอุณหภูมิ เพือให้เฟสออสเทนไนต์เปลียนไปเป็ นเฟอร์ไรต์ เพิร์ลไลต์<br />

หรือมาร์เทนไซต์ แล้วแต่ความต้องการ ซึงการทีจะทําได้จําเป็ นต้องใช้แผนภาพการเปลียนเฟสตาม<br />

เวลาและอุณหภูมิหรือแผนภาพ T-T-T (ย่อมาจาก Time-Temperature Transformation) ของ<br />

เหล็กกล้ายูเทกตอยด์ ดังแสดงในรูปที <strong>7.</strong>4<br />

การเย็นตัวของเหล็กกล้ายูเทกตอยด์จากทีอุณหภูมิเดียวกัน (สูงกว่าอุณหภูมิยูเทก ตอยด์)<br />

แต่มีกระบวนการต่างกัน สุดท้ายจะได้เหล็กกล้าทีมีเฟสต่างกัน ตัวอย่างการเย็นตัวของเหล็กกล้ายู<br />

เทกตอยด์สีแบบแสดงดังรูปที <strong>7.</strong>4 ซึงสามารถอธิบายได้ดังนี <br />

การเย็นตัวแบบที 1 เริมต้นจากทําให้เย็นตัวจากอุณหภูมิยูเทกตอยด์อย่างรวดเร็ว จนข้าม<br />

เส้น M s แสดงว่าเริมเกิดการเปลียนเฟสจากออสเทนไนต์ไปเป็ นมาเทนไซต์ ลดอุณหภูมิลงต่อจนถึง<br />

เส้น M 50 แสดงว่าเปลียนไปเป็นมาเทนไซต์ 50 เปอร์เซ็นต์ คงอุณหภูมิไว้ทีอุณหภูมินี สุดท้ายเหล็ก<br />

ทีได้จะมีโครงสร้างเป็ นออสเทนไนต์ 50 เปอร์เซ็นต์และมาเทนไซต์ 50 เปอร์เซ็นต์<br />

การเย็นตัวแบบที 2 เริมต้นจากทําให้เย็นตัวจากอุณหภูมิยูเทกตอยด์อย่างรวดเร็วแล้วหยุด<br />

ทีอุณหภูมิสูงกว่า M s จากนันคงอุณหภูมิไว้ทีอุณหภูมินี เป็นระยะเวลาหนึงก่อนทีจะข้ามเส้นเปลียน<br />

เฟสจากออสเทนไนต์ไปเป็ นเบนไนต์ แล้วทําการลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วอีกทีหนึง สุดท้ายเหล็ก<br />

ทีได้จะมีโครงสร้างเป็ นมาเทนไซต์ 100 เปอร์เซ็นต์<br />

การเย็นตัวแบบที 3 เริมต้นจากทําให้เย็นตัวจากอุณหภูมิยูเทกตอยด์อย่างรวดเร็วแล้วหยุด<br />

ทีอุณหภูมิสูงกว่า M s จากนั นคงอุณหภูมิไว้ทีอุณหภูมินี เป็ นระยะเวลาหนึงจนข้ามเส้นเปลียนเฟส<br />

จากออสเทนไนต์ไปเป็ นเบนไนต์ 50 เปอร์เซ็นต์ แล้วทําการลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วอีกทีหนึง<br />

สุดท้ายเหล็กทีได้จะมีโครงสร้างเป็ นเบนไนต์ 50 เปอร์เซ็นต์ และมาเทนไซต์ 50 เปอร์เซ็นต์<br />

สุดท้ายการเย็นตัวแบบที 4 เริมต้นจากทําให้เย็นตัวจากอุณหภูมิยูเทกตอยด์อย่างรวดเร็ว<br />

แล้วหยุดทีอุณหภูมิสูงประมาณ 600 องศาเซลเซียส จากนั นคงอุณหภูมิไว้ทีอุณหภูมินี เป็ น<br />

~ 127 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

ระยะเวลาหนึงจนข้ามเส้นเปลียนเฟสจากออสเทนไนต์ไปเป็ นเพิร์ลไลต์ 100 เปอร์เซ็นต์ ยิงคงไว้ที<br />

อุณหภูมินี นานมากขึ น จะทําให้เพิร์ลไลต์มีขนาดอนุภาคค่อยๆใหญ่ขึ น<br />

รูปที <strong>7.</strong>4 แผนภาพ T-T-T ของเหล็กกล้ายูเทกตอยด์<br />

(http://www.sv.vt.edu/classes/MSE2094_NoteBook/96ClassProj/sciviz/contracts/keithcon.html สืบค้นเมือ 20 กันยายน 2552)<br />

<strong>7.</strong>3 การปรับปรุงสมบัติของเหล็กกล้าด้วยกรรมวิธีทางความร้อน<br />

<strong>7.</strong>3.1 เทมเพอริง<br />

โดยทัวไปแล้วเหล็กกล้ามีความเปราะมาก ดังนั นจึงจําเป็นต้องทําการปรับปรุงสมบัติเพือลดความ<br />

เปราะ โดยทีความแข็งแรงไม่ลดลงไปมาก เราเรียกกระบวนการนี ว่าเทมเพอริง (tempering) เหล็กกล้าทุก<br />

ประเภทต้องผ่านกระบวนการนี ก่อนนําไปใช้งานเพือลดความเค้นตกค้าง<br />

กระบวนการเทมเพอริงสามารถแบ่งได้เป็ นสามประเภทคือ conventional quenching and<br />

tempering, austempering และ martempering<br />

~ 128 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>3.1.1 Conventional quenching and tempering<br />

กระบวนการนี เริมต้นจากการลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็ว (quenching) มายัง<br />

อุณหภูมิห้อง ทําให้โครงสร้างเปลียนจากออสเทนไนต์ไปเป็ นมาร์เทนไซต์ จากนั นให้ความร้อนแก่มาร์เทน<br />

ไซต์จนถึงอุณหภูมิทีให้ความแข็งทีต้องการ คงอุณหภูมิไว้เป็ นระยะเวลาหนึงเพือให้โครงสร้างกลายเป็ น<br />

tempered martensite ทั งหมด ก่อนทีจะลดอุณหภูมิลงมาในขันตอนสุดท้าย ดังแสดงในรูปที <strong>7.</strong>5<br />

ข้อด้อยของกระบวนการนี คือ อาจเกิดการบิดเบี ยวหรือแตกหักเนืองจากขันตอนการ quenching<br />

บริเวณภายนอกจะเย็นตัวลงได้เร็วกว่าบริเวณศูนย์กลาง จึงทําให้เกิดความเสียหาย โดยเฉพาะอย่างยิงใน<br />

ชิ นงานขนาดใหญ่หรือมีรูปร่างซับซ้อน<br />

รูปที <strong>7.</strong>5 กระบวนการ conventional quenching and tempering<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/tempering.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

<strong>7.</strong>3.1.2 Martempering<br />

กระบวนการ martempering หรือทีบางครังเรียกว่า marquenching คือกระบวนการทีทํา<br />

ให้การเปลียนแปลง จากออสเทนไนต์ไปเป็ นมาร์เทนไซต์เกิดขึ นได้พร้อมกันทัวทั งโครงสร้าง ทําได้โดยค่อยๆ<br />

ลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆ เพือให้ทั งบริเวณตรงกลางและผิวนอกของชิ นงานมีอุณหภูมิเท่ากัน จากนั นจึงลด<br />

อุณหภูมิเพือให้เกิดการเปลียนเฟสเป็ นมาร์เทนไซต์ทั งชิ นงาน ก่อนทีจะให้ความร้อนแก่มาร์เทนไซต์จนถึง<br />

อุณหภูมิทีให้ความแข็งทีต้องการ กระบวนการ martempering แสดงดังรูปที <strong>7.</strong>6<br />

~ 129 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

รูปที <strong>7.</strong>6 กระบวนการ martempering<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/tempering.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

<strong>7.</strong>3.1.3 Austempering<br />

Austempering คือกระบวนการทีทําให้การเปลียนแปลงจากออสเทนไนต์ไปเป็ นเบนไนต์<br />

สามารถเกิดขึ นได้พร้อมกันทัวทั งโครงสร้าง อุณหภูมิทีหยุดหลังทีลดอุณหภูมิลงมาจะสูงกว่าการทํา<br />

martempering กระบวนการ austempering แสดงดังรูปที <strong>7.</strong>7<br />

รูปที <strong>7.</strong>7 กระบวนการ austempering<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/tempering.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

~ 130 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

กระบวนการ austempering มีข้อดีคือ จะเกิดการบิดเบี ยวหรือแตกของชิ นงานน้อยกว่า<br />

กระบวนการ martempering นอกจากนี ยังไม่จําเป็ นต้องทํา final tempering จึงทําให้สามารถ<br />

ประหยัดเวลาและได้ประสิทธิภาพทีดีกว่า ชิ นงานทีผ่านกระบวนการ austempering จะมีความเหนียวมาก<br />

ขึ น นันคือมี impact resistance สูงกว่าชิ นงานทีผ่านกระบวนการ conventional quench and tempering<br />

และยังมีค่า ductility สูงขึ นด้วย อย่างไรก็ตามกระบวนการ austempering มีข้อจํากัดคือ ชิ นงานต้องมี<br />

ขนาดเล็กเพือให้เกิดการเปลียนแปลงโครงสร้างไปเป็ นเบนไนต์ได้อย่างสมบูรณ์ โดยทัวไปแล้วควรมีความ<br />

หนาไม่เกินครึงนิ ว<br />

<strong>7.</strong>3.2 การอบอ่อน<br />

การอบอ่อน (annealing) คือการคงอุณหภูมิเอาไว้เป็นเวลานาน เพือให้ได้โครงสร้างตามต้องการ<br />

การอบอ่อนแบ่งได้เป็ นสามประเภทคือ การอบอ่อนอย่างสมบูรณ์ (full annealing) การอบอ่อนเพือปรับ<br />

โครงสร้างให้เป็ นลูกกลมเล็ก (spheroidized annealing หรือ spheroidizing) และการอบขจัดความเค้น<br />

(stress-relief annealing)<br />

<strong>7.</strong>3.2.1 การอบอ่อนอย่างสมบูรณ์<br />

กระบวนการอบอ่อนอย่างสมบูรณ์ คือกระบวนการทีให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิ<br />

สูงกว่า Upper Critical Temp (UCT) แล้วค่อยๆลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆจนถึงอุณหภูมิห้อง ในทางปฏิบัติ<br />

จะทําทีอุณหภูมิสูงกว่า UCT ประมาณ 40 องศาเซลเซียส (100 องศาฟาเรนไฮต์) โดยมีโครงสร้างเริมต้น<br />

เป็ นออสเทนไนต์ จากนั นทําการลดอุณหภูมิในเตาเผา โครงสร้างสุดท้ายทีได้จะเป็ นเฟอร์ไรต์และ pearlite<br />

<strong>7.</strong>3.2.2 การอบอ่อนเพือปรับโครงสร้างให้เป็นลูกกลมเล็ก<br />

โครงสร้างของโลหะ hypereutectoid steel ประกอบด้วยเพิร์ลไลต์และซีเมนไตต์ โดยซี<br />

เมนไตต์จะสร้างโครงสร้างทีเปราะอยู่รอบๆ เพิร์ลไลต์ ซึงทําให้ยากต่อการนํา hypereutectoid steel ไปทํา<br />

machining ดังนั นเพือเป็ นการปรับปรุงสมบัติ machining จึงนํา hypereutectoid steel ไปผ่าน<br />

กระบวนการ spheroidized annealing โดยจะทําทีอุณหภูมิตํากว่า LCT กระบวนการนี จะไปเปลียน<br />

โครงสร้างของโลหะให้กลายเป็ นเมทริกซ์ของเฟอร์ไรต์ทีมีคาร์ไบด์ทรงกลมกระจายในโครงสร้าง (ดังแสดง<br />

ในรูปที <strong>7.</strong>8) ซึงช่วยให้การทํา machining เป็ นไปได้ง่ายขึ น กระบวนการนี จะทําเมือต้องการโลหะทีมีค่า<br />

ductility และ machinability สูงสุด หรือมีค่าความแข็งตําสุด<br />

~ 131 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

Spheroidized cementite in a ferrite matrix<br />

รูปที <strong>7.</strong>8 กระบวนการ spheroidizing<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/ANNEALING.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

ช่วงอุณหภูมิทีเหมาะสมสําหรับกระบวนการอบอ่อนอย่างสมบูรณ์ และการอบอ่อนเพือปรับ<br />

โครงสร้างให้เป็ นลูกกลมเล็ก ของเหล็กทีมีปริมาณคาร์บอนต่างๆ แสดงดังรูปที <strong>7.</strong>9<br />

รูปที <strong>7.</strong>9 แสดงช่วงอุณหภูมิทีเหมาะสมสําหรับกระบวนการอบอ่อนอย่างสมบูรณ์ และการอบอ่อนเพือปรับ<br />

โครงสร้างให้เป็ นลูกกลมเล็ก<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/ANNEALING.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

~ 132 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>3.2.3 การอบขจัดความเค้น<br />

บางครังเรียกว่า subcritical annealing มีประโยชน์ในการกําจัดความเค้นตกค้างทีเกิด<br />

จากกระบวนการขึ นรูปเย็น (cold-working) หรือกระบวนการตัดแต่งชิ นงาน (machining) โดยทัวไปมักทํา<br />

ทีอุณหภูมิตํากว่า LCT ส่วนใหญ่แล้วทําทีอุณหภูมิประมาณ 1000 องศาฟาเรนไฮต์<br />

<strong>7.</strong>3.3 การอบปกติ<br />

การอบปกติ (normalizing) เป็ นกระบวนการให้ความร้อนแก่เหล็ก จนกระทังมีอุณหภูมิอยู่ใน<br />

บริเวณออสเทนไนต์ (สูงกว่า UCT ประมาณ 100 องศาฟาเรนไฮต์) จากนันทําให้เย็นตัวลงโดยการตังทิ งไว้<br />

ในอากาศ<br />

การอบปกติ มีจุดประสงค์เพือให้เหล็กกล้ามีสมบัติ machinability และ ductility ดีขึ น โดยไม่ทําให้<br />

ความแข็งและความแข็งแรงลดลง (ความแข็งและความแข็งแรงสูงกว่าการทํา full annealing) ในทาง<br />

อุตสาหกรรม จะนิยมทํา normalizing เนืองจากจะมีความคุ ้มค่าเชิงเศรษฐกิจมากกว่าการทํา full<br />

annealing<br />

รูปที <strong>7.</strong>10 กระบวนการอบปกติ<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/normalizing.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

~ 133 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

โดยทัวไปแล้ว เมือปริมาณของคาร์บอนเพิมขึ น ค่าความต้านทานแรงดึงและความแข็งของ<br />

เหล็กกล้าจะเพิมขึ น ส่วนค่าการยืดตัวจะลดลง รูปที <strong>7.</strong>11 แสดงการเปลียนแปลงของสมบัติเชิงกลของ<br />

เหล็กกล้าเมือปริมาณคาร์บอนเพิมขึ น เมือนําไปผ่านกระบวนการ normalizing และ annealing จากรูปจะ<br />

เห็นได้ว่า ณ ทีปริมาณคาร์บอนเท่ากัน เหล็กกล้าทีผ่านกระบวนการ normalizing จะมีค่าความต้านทาน<br />

แรงดึงสูงกว่าเหล็กกล้าทีผ่านกระบวนการ annealing ในทางตรงกันข้ามเหล็กกล้าทีผ่านกระบวนการ<br />

normalizing จะมีค่าการยืดตัวน้อยกว่าเหล็กกล้าทีผ่านกระบวนการ annealing<br />

(ก)<br />

(ข)<br />

รูปที <strong>7.</strong>11 การเปลียนแปลงของ (ก) ค่าความต้านทานแรงดึงและ (ข) การยืดตัวของเหล็กกล้า<br />

เมือปริมาณคาร์บอนเพิมขึ น เมือนําไปผ่านกระบวนการ normalizing และ annealing<br />

(http://info.lu.farmingdale.edu/depts/met/met205/normalizing.html สืบค้นเมือ 23 พฤศจิกายน 2551)<br />

~ 134 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

<strong>7.</strong>4 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong>ประเภทอื นๆ<br />

นอกจากเหล็กแล้ว ยังมีการใช้งานโลหะประเภทอืนๆ อีกมาก ทั งในรูปของโลหะบริสุทธิ และโลหะ<br />

ผสม โลหะผสมทีไม่มีเหล็กเป็ นองค์ประกอบเรียกว่า nonferrous alloy ยกตัวอย่างเช่น โลหะผสมนิกเกิล<br />

โลหะผสมทองแดง โลหะผสมทอง (เช่น ทองคําขาว) โลหะผสมปรอท (เช่น amalgum) และ lead alloy<br />

(เช่น โลหะบัดกรี) เป็ นต้น<br />

นิกเกิลเป็ นโลหะทีมีค่าความต้านทานการกัดกร่อนสูง และเมือทําเป็ นโลหะผสมจะทําให้มีสมบัติ<br />

เด่นขึ น ยกตัวอย่างเช่น มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนทีอุณหภูมิสูงเมือใช้คู่กับ<br />

Cr มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและรีดักชันทีอุณหภูมิสูงเมือใช้คู่กับ Mn และสามารถทนต่อ<br />

ความร้อนสูงได้เมือใช้คู่กับ Co<br />

ทองแดงเป็นตัวนําไฟฟ้ าและความร้อนทีดีมาก สามารถเปลียนรูปและขึ นรูปได้ง่าย นอกจากนี ยัง<br />

ถูกใช้งานในรูปของโลหะผสมอย่างแพร่หลาย ยกตัวอย่างเช่น 1) ทองแดงผสมทีมีทองแดงเป็ นส่วนผสม<br />

หลักถึง 99 เปอร์เซ็นต์และมีธาตุอืนๆ เช่น P, Pb และ Ni เป็ นตัวเติม 2) ทองเหลืองทีมี Cu, Zn และ Pb<br />

เป็ นส่วนผสม และ 3) ทองสําริด (bronze) ทีมี Cu, Sn, Si และ Al เป็ นส่วนผสม<br />

ไทเทเนียมบริสุทธิ มีความหนาแน่นตํา จุดหลอมเหลวสูง (3035 ฟาเรนไฮต์) และทําปฏิกิริยากับ<br />

สารอืนทีอุณหภูมิสูง ส่วนโลหะผสมไทเทเนียมจะมีความแข็งแรงสูง (ประมาณ 200,000 psi ที<br />

อุณหภูมิห้อง) มีความเหนียวสูงและสามารถแต่งขึ นรูปได้ง่าย นอกจากนี ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที<br />

อุณหภูมิห้องทีสูงมาก ทั งในสภาวะอากาศ นํ าทะเลและสิงแวดล้อมของโรงงานอุตสาหกรรม สามารถนําไป<br />

ทําโครงสร้างเครืองบิน ยานอวกาศ และใช้ในงานอุตสาหกรรมเคมี เป็ นต้น<br />

อะลูมิเนียมเป็ นโลหะทีมีจุดหลอมเหลวตํา (1220 องศาฟาเรนไฮต์) อะลูมิเนียมและโลหะผสม<br />

อะลูมิเนียมมีจุดเด่นคือมีความหนาแน่นตํา ความเหนียวสูง สามารถนําไฟฟ้ าและความร้อนได้ดี และมี<br />

ความต้านทานการกัดกร่อนสูง ธาตุทีใช้เติมได้แก่ Cu, Mg, Si, Mn, Zn<br />

Superalloy คือโลหะผสมทีมีความแข็งแรงมากทีอุณหภูมิสูง (1500-2000 องศาฟาเรนไฮต์) โลหะ<br />

ทีใช้เป็ นตัวเติมได้แก่ Co, Ni, Fe, Cr, Ti, Nb และ Mo ยกตัวอย่างการใช้งาน เช่น ใช้ทําเครืองปฏิกรณ์<br />

ปรมาณู (nuclear reactor) และอุปกรณ์ทางด้านปิ โตรเคมี เป็ นต้น<br />

~ 135 ~


บทที 7 <strong>โลหะและโลหะผสม</strong> ผศ.ดร.สุภาสินี ลิมปานุภาพ ซีท<br />

แบบฝึ กหัดท้ายบทที 7<br />

1. จงบอกความแตกต่างระหว่างเหล็กกล้าสามประเภทต่อไปนี : เหล็กกล้ายูเทคตอยด์ เหล็กกล้าไฮโปยู<br />

เทคตอยด์ เหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอยด์<br />

2. อะไรเป็ นสาเหตุทีทําให้เหล็กกล้าทีมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์มีความแข็งและความแข็งแรงสูง<br />

3. จงเขียนเส้นทางการเย็นตัวของเหล็กกล้าบนแผนภาพ T-T-T ทีทําให้เกิดโครงสร้างต่อไปนี <br />

ก. 100% martensite ข. 50% martensite and 50% coarse pearlite<br />

ค. 100% fine pearlite ง. 50% martensite and 50% bainite<br />

จ. 100% bainite<br />

4. จงเขียนปฏิกิริยาคงตัวสามปฎิกิริยาทีเกิดขึ นในเฟสไดอะแกรมของ Fe-Fe 3 C<br />

5. เหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ทีมีปริมาณคาร์บอนอยู่ 0.45 เปอร์เซ็นต์ ถูกทําให้เย็นตัวลงอย่างช้าๆจาก<br />

อุณหภูมิ 950 องศาเซลเซียส มาจนถึงอุณหภูมิทีอยู่เหนืออุณหภูมิ 723 องศาเซลเซียส เพียงเล็กน้อย จง<br />

คํานวณหาร้อยละโดยนํ าหนักของเฟสต่างๆทีเกิดขึ น<br />

6. จงอธิบายกรรมวิธีทางความร้อนต่อไปนี : full annealing, normalizing<br />

<strong>7.</strong> จงอธิบายการเกิด martempering, austempering พร้อมวาดรูปประกอบ<br />

8. เหล็กกล้าไร้สนิมไม่เกิดสนิมเพราะอะไร จงอธิบาย<br />

9. เหล็กหล่อคืออะไร จงอธิบายพร้อมยกตัวอย่างเหล็กหล่อมาสองประเภท<br />

10. จงยกตัวอย่างโลหะอืนๆทีไม่ใช่เหล็กทีมีการใช้งานทางอุตสาหกรรม พร้อมอธิบายสมบัติทีดีของโลหะ<br />

นั นพร้อมตัวอย่างการใช้งาน<br />

11. จงให้นิยามของโลหะผสมพร้อมยกตัวอย่างประกอบ<br />

12. จงอธิบายกระบวนการเพิมความแข็งแรงโดยการทํา cold work<br />

13. ferroalloy คืออะไร แตกต่างจาก ferrous alloy อย่างไร<br />

14. จงบอกวัตถุประสงค์ในการทํา alloy steel มา 5 ข้อ<br />

15. duplex stainless steel คืออะไร มีสมบัติพิเศษอย่างไร<br />

16. Bull’s eye structure คือโครงสร้างของโลหะชนิดใด และมีสมบัติอย่างไร<br />

~ 136 ~

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!