เทคโนโลยีวัสดุอุตสาหกรรม

คณุ สมบัตดิ า นความแขง็ แรงดีกวา การเพิม่ ธาตเุ พยี งชนดิ เดียวในปรมิ าณทเ่ี ทากนั ธาตุผสมที่นิยมใช ในเหล็กกลาผสมปานกลางไดแก นิเกลิ , โมลิบดนิ มั่ , วานาเดยี ม , โครเมี่ยม , แมงกานีส และ ซิลิกอน เหลก็ กลาผสมปานกลางมีอยูห ลายชนิดตามธาตุทีผ่ สมเพ่ิมเขา ไป ไดแ ก 2.1. เหล็กกลานเิ กลิ (Nickel Steel) 2.2. เหล็กกลาโมลิบดนิ ่ัม (Molybdenum Steel) 2.3. เหล็กกลาแมงกานีส (Manganese Steel) 2.4. เหลก็ กลา ซลิ กิ อน (Silicon Steel) 2.5. เหล็กกลาไตตาเนียม (Titanium) 2.6. เหล็กกลา วานาเดยี ม (Vanadium Steel) 3. เหลก็ กลา พเิ ศษ (Special Steels) เปน เหล็กกลา ผสมท่มี ปี รมิ าณธาตผุ สมอยใู นเหล็ก ผลติ ข้ึนมาเพอ่ื วัตถุประสงคใ นการใชงาน เฉพาะอยาง เหล็กกลาพเิ ศษทส่ี าํ คญั ไดแก 3.1. เหลก็ กลาไรส นิม (Stainless Steel) เปน เหลก็ กลา ท่ีมีโครเมยี มเปน ธาตุผสมหลัก ปริมาณโครเมยี มท่ีผสมอยมู ากกวา 4 % ถา นอยกวา 4% จะเปน เหล็กกลาโครเมียม ( Chromium Steel) อยา งไรกต็ ามเหล็กกลา ไรส นิมโดยทัว่ ไปจะมีปริมาณโครเมียมผสมอยู11.5 % เหล็กกลาไรส นิมแบง ออกได 3 กลมุ คือ 3.1.1. Martens tie steel มปี ริมาณโครเมยี มผสมอยู 5 หรือ 12 % 3.1.2. Ferritic Steels มปี ริมาณโครเมยี มผสมอยู 17% 3.1.3. Austenitic Steels มีโครเมยี ม – นิเกิล หรอื โครเมยี ม - นเิ กิล – แมงกานสิ เปนธาตุผสมหนัก รูปที่ 12 ผลติ ภัณฑท่ที าํ จากเหล็กเหลก็ ผสมปานกลาง

3.2. เหล็กกลา เครือ่ งมือ (Tool Steel) เปนเหล็กลา พิเศษท่ผี ลติ ขนึ้ มาโดยวตั ถปุ ระสงคเพอ่ื ทาํ เปน เครือ่ งมือตดั ในการตดั เฉือนข้ึน รูปวสั ดุอ่ืน ๆ ไมวา จะเปน วสั ดุประเภทโลหะหรืออโลหะ เปน เหล็กกลา ที่มรี าคาแพงที่สุด ผลิตจาก เตาไฟฟา เปนเหลก็ กลาท่สี ามารถนาํ มาทาํ การชบุ แข็งได ซ่ึงคา ความแขง็ ทไ่ี ดจ ากการชบุ ข้นึ อยกู ับ ปริมาณสว นผสมภายในเหลก็ เหลก็ กลา ชนดิ นสี้ ามารถทนตอ การสกึ หรอและความรอนไดด ี , มีความ แข็งแรงสงู , มคี ณุ สมบัตดิ า นความแขง็ ที่ดี รูปท่ี 14 ผลิตภัณฑท่ีทําจากเหล็กกลาเคร่ืองมือ แผนการสอน หนวยที่ 5 ชอ่ื วิชา วัสดุชา งอุตสาหกรรม สอนครงั้ ท่ี 6 ชื่อหนว ย เหล็กกลา ชว่ั โมงรวม 6 ชือ่ เรื่อง เหลก็ กลา จํานวนชว่ั โมง 3 มาตรฐานเหลก็ กลา มาตรฐานเหล็กกลา มีอยหู ลายมาตรฐานแตท ่ีนยิ มใชกันมากไดแก มาตรฐานของอเมรกิ นั ซง่ึ มี อยู 2 มาตรฐาน คอื มาตรฐาน SAE และมาตรฐาน AISI นอกจากนี้ยังมมี าตรฐาน DIN ของเยอรมันท่ี นิยมใชอ กี มาตรฐานหนึง่ มาตรฐานเหล็กในระบบตาง ๆ 1. ระบบอเมริกา นิยมใชก นั 2 มาตรฐานคอื 1.1. ระบบ AISI (America Iron and Steel Institute) เปน มาตรฐานของสถาบันเหลก็ และเหล็กกลาของอเมริกา

1.2. ระบบ SAE (Society of Automotive) เปนมาตรฐานวิศวกรรมยายยนต 2. ระบบเยอรมัน DIN (Deutsch Industrial Norm) เปน มาตรฐานของอุตสาหกรรมเยอรมัน 3. ระบบญปี่ นุ JIS (Japanese Industrial Standard) เปนมาตรฐานอุตสาหกรรมของญีป่ ุน ระบบอเมรกิ า ระบบ AISI การกาํ หนดมาตรฐานระบบนี้ขน้ึ ตน ดว ย AISI แลว ตามดวยตัวอกั ษรและตวั เลข 4 - 5 หลกั โดย ตัวอักษร คือ กรรมวิธกี ารผลติ เหล็ก A คือ เหลก็ ผสมทผี่ ลติ จากเตา Bessemer ชนดิ ดา ง B คอื เหล็กผสมทผ่ี ลติ จากเตา Bessemer ชนิดกรด C คอื เหลก็ ท่ผี ลติ จากเตา Open Hearth ชนดิ ดา ง D คอื เหล็กท่ผี ลิตจากเตา Open Hearth ชนิดกรด E คอื เหล็กท่ีผลติ จากเตา Electric Furnace ตวั เลขหลักท่ี 1 คอื ชนิดของเหล็ก 1 คอื เหลก็ กลา คารบ อน 2 คอื เหลก็ กลา นิกเกิล 3 คือ เหล็กกลา ผสมนิกเกลิ และโครเมียม 4 คือ เหลก็ กลา ผสมโมลบิ ดนิ ม่ั 5 คือ เหล็กกลาผสมโครเมียม 6 คอื เหล็กกลาผสมโครเมียมและวาเดเนียม 7 คือ เหล็กกลาผสมทงั สเตน 8 คือ เหล็กกลาผสมนิกเกิล โครเมยี มและโมลิบดนิ ั่ม 9 คอื เหลก็ กลาผสมซลิ คิ อนและแมงกานสี ตวั เลขหลกั ท่ี 2 จะบอกถงึ สว นผสมของปรมิ าณธาตทุ ผี่ สมอยใู นเหล็ก ตัวเลขหลักทเ่ี หลอื มี 2 หรอื 3 หลกั จะบอกปริมาณคารบอน ทีผ่ สมอยูเ ปน เปอรเ ซ็นต โดยตัวเลขท่ี เหลอื นต้ี อ งหารดวย 100 และนัน่ จะเปน เปอรเ ซน็ ตค ารบอนท่ีผสมอยูในเหล็ก ตัวอยา ง AISI E 4 3 20 AISI คือ เปนมาตรฐานระบบ AISI E คือ เปน เหลก็ กลา ท่ีผลติ จากเตาไฟฟา 4 คือ เปน เหลก็ กลาผสมโมลบิ ดนิ ั่ม 3 คอื มีโมลบิ ดนิ ม่ั 3% 20 คอื มีคารบอน 20 = (20/100) = 0.2% ตามมาตรฐานระบบ AISI ยงั สามารถแบง กลมุ ตามลกั ษณะของกรรมวธิ กี ารชุบแข็งได ดังนี้ ชอื่ กลุม สญั ลักษณ กลมุ ทชี่ บุ แข็งดวยนา้ํ W กลมุ เหล็กท่ที นตอแรงกระแทก S

กลุม ที่ชบุ แข็งดวยนาํ้ มัน O กลุมที่ผลิตดวยกรรมวธิ ีแปรรูปเยน็ สาํ หรบั เหล็กกลา คารบ อนปานกลาง A และชบุ แข็งโดยปลอยใหเย็นในอากาศ กลมุ ทผี่ ลิตดวยกรรมวิธีแปรรูปเยน็ D สาํ หรบั เหลก็ กลาคารบอนสงู และเหล็กกลา H ผสมโครเมยี มสงู T กลุมที่ผลิตดว ยกรรมวิธีแปรรปู รอน M กลุมเหล็กกลา รอบสูง - ผสมทงั สเตนเปน หลัก - ผสมโมลบิ ดนิ ่ัมเปน หลกั กลุมเหลก็ กลา คณุ สมบัตพิ เิ ศษ F (มคี ารบ อนและทงั สเตนเปน หลกั ) กลมุ เหลก็ ทําแมพิมพ P ตวั อยาง W5 เปน เหล็กกลาท่ชี บุ แขง็ ดวยน้าํ มีสวนผสม C 1.1% และ Cr 0.5% ใชทาํ ตวั แมพ มิ พ สําหรบั งานดึงขึน้ รปู และลกู รีดในกรรมวธิ ีแปรรูปเย็น O2 เปนเหล็กกลา ที่ชุบแข็งดว ยนาํ้ มัน มีสวนผสม C 0.9% และ Mn 1.6% ใชทําดอกตัดเกลยี ว นอกและตวั ทาํ เกลียวใน ใบเล่อื ยวงเดือน T2 เปนเหล็กกลมุ เหล็กกลารอบสูง โดยมที ังสเตนสวนประสมหลัก มีสว นประสม 0.8% C , 18% , W , 4% Cr , 2% V ใชทําเครอ่ื งมือตัดบนเคร่ืองกลงึ ระบบ SAE การกําหนดมาตรฐานของระบบนี้ จะข้ึนตน ดว ย SAE และตามดว ยตวั เลข 4 - 5 หลกั เชน SAE 4 3 2 0 เหลก็ ท่ีเหลือ หลกั ที่2 หลกั ที่ 1 ชนิดของมาตรฐาน ดชั นตี ัวเลข เปน ตวั บอกรายละเอียด ดงั นี้ ตวั เลขหลักที่ 1 เปนตัว บอกชนิดของเหลก็ มดี ังนี้ 1 หมายถึง เหลก็ กลาคารบ อน 2 หมายถึง เหลก็ กลานเิ กิล 3 หมายถึง เหล็กกลาประสมนเิ กิลและโครเมียม 4 หมายถงึ เหล็กกลา ประสมโมลบิ ดนิ ่ัม

5 หมายถงึ เหล็กกลาประสมโครเมียม 6 หมายถึง เหล็กกลา ประสมโครเมียมและวานาเดียม 7 หมายถึง เหลก็ กลา ประสมทังสเตน 8 หมายถึง เหล็กกลา ประสมนิเกลิ โครเมยี ม 9 หมายถงึ เ หล็กกลา ประสมซิลิกอนและแมงกานีส ตวั เลขหลักที่ 2 เปน ตวั บอกปรมิ าณของโลหะประสมชนดิ แรกตามชนดิ เหลก็ ยกเวนเหลก็ คารบอน ซ่ึงจะบอกเปน เปอรเซน็ ต ตัวเลขที่เหลอื จะเปนตัวซึ่ง บอกจํานวนเปอรเซ็นตของคารบ อน มี 3 หลกั ในกรณที ีต่ ัวเลขทงั้ หมดมี 5 หลัก มี 2 หลัก ในกรณีท่ีตัวเลขทง้ั หมดมี 4 หลกั ตัวเลขหลกั ที่เหลือนจี้ ะ ตองหารดว ย 100 เสมอ ตวั อยาง SAE 2 3 40 SAE คอื เปนมาตรฐานระบบ SAE 2 คือ เปน เหลก็ กลา นิกเกลิ 3 คือ มโี มลบิ ดนิ ัม่ 3% 40 คอื มคี ารบ อน 40= (40/100) = 0.4% ระบบเยอรมนั ระบบ DIN จําแนกระบบโดยมาตรฐานอุตสาหกรรมเยอรมัน DIN โดยแบงเปน 2 ประเภท 1. เหลก็ ไมผสม หมายถงึ ธาตุผสมอื่น ๆ เล็กนอย เชน เหล็กกลา เหล็กหลอ การกาํ หนด มาตรฐานเหลก็ ไมผสมจะเขียนนาํ หนาดวยตัวอกั ษร และตวั เลข โดย ตวั อกั ษร ชนิดของเหล็ก St เหลก็ กลา Stc เหลก็ คารบ อน Stg หรอื Gs เหลก็ เหนียวหลอ Ge หรอื Gg เหล็กหลอ สีเทา Te หรือ Gt เหลก็ หลอ เหนยี ว GZ เหล็กหลอดวยแบบท่ใี ชแ รงเหวี่ยง GK เหล็กหลอ ดว ยแบบเหล็ก GGG เหลก็ หลอกราไฟทกลม GH เหล็กหลอแข็ง GTW เหลก็ หลอ สีขาว GTS เหล็กหลอ สดี าํ ตัวเลข หมายถึง ความแขง็ แรงของเหล็กในหนว ยความเคนแรงดึง มหี นว ยเปน Kg/mm2 ตัวอยา ง St 42 หมายถงึ เหล็กมาตรฐานเยอรมนั เปน เหล็กกลารับแรงดึงไดไ มน อ ยกวา 42 kg/mm2

แตบางกรณีจะมจี ดุ ทศนยิ ม หลงั เลขจาํ นวนเต็ม เปน การระบุวา เปน เหลก็ กลา แบบใด โดย กําหนดไว ดงั น้ี 11 คือ เหล็กสรา งเครอ่ื งมือ 12 คือ เหลก็ แทง รปู ทางภาคตัดตา งๆ และเหล็กแผน 13 คอื เหลก็ ใชทําเกลยี ว นทั สกรู 20 คือ เหลก็ แผนท่มี คี วามหนามากกวา 4.75 mm. 21 คอื เหล็กแผน ที่มคี วามหนาอยรู ะหวา ง 3-4.75 mm. 22 คอื เหลก็ แผน ทม่ี ีความหนานอยกวา 3 mm. 29 คอื เหล็กทอ กลมสําหรบั แรงดันสงู ไมม ีตะเขบ็ รอยตอ ตัวอยาง St 42.11 หมายถึง เหลก็ มาตรฐานเยอรมัน เปน เหลก็ กลา รับแรงดึงไดไมนอยกวา 42 Kg/mm2 และเปนสรางเครอื่ งมอื ยกเวน สําหรับอกั ษร C หมายถงึ เปอรเ ซ็นตคารบอน ท่ผี สมอยู เชน GG-C75 หมายถงึ เหล็ก มาตรฐานเยอรมนั เปน เหลก็ หลอ ทีม่ ีคารบ อน 0.75% 2. เหลก็ ผสม หมายถึง การผสมธาตอุ น่ื อยูดวยประกอบดวยตัวเลข และตัวอักษร 3 หมู คือ ตัวเลขหมทู ่ี 1 จะบอกเปอรเ ซน็ ตคารบ อนท่ีผสมอยใู นเนอ้ื เหลก็ (ตองหารดว ย 100 เสมอ) ตวั เลขหมทู ่ี 2 จะบอกธาตุทผี่ สมอยูในเหลก็ เชน Mo โมลบิ ดินมั่ Ni นิกเกลิ St ซิลคิ อน W ทงั สเตน V วาเนเดียม Al อลมู เิ นียม Cr โครเมยี ม Cu ทองแดง Mn แมงกานสี Ti ไทเทเนียม ตวั เลขหมูท่ี 3 เปนปรมิ าณของธาตทุ ่ีผสมอยูใ นเหล็ก คิดเปน เปอรเซ็นตโดยมีคา เฟคเตอรที่ แตกตา งกนั คือ หารดวย 4 , 10 และ 100 ดงั ตาราง หารดว ย 4 หารดวย 10 หารดว ย 100 โครเมยี ม ทองแดง กํามะถัน แมงกานีส อลูมเิ นยี ม ฟอสฟอรสั โคบอลต โมลบิ ดนิ ่มั ไนโตรเจน

นกิ เกิล ไททาเนยี ม คารบอน ซิลิคอน วาเนเดยี ม ทงั สเตน ตารางคา เฟคเตอรข องธาตตุ า ง ๆ ตัวอยา ง 42 Cr Mo 45 หมายถงึ เหล็กมาตรฐานเยอรมนั เปน เหล็กผสมโครเมียมและโมลบิ ดินม่ั มคี ารบ อน 42 = 0.42% มีโครเมยี ม 4 = 1.0% มโี มลบิ ดนิ ม่ั 5 = 0.5% ยกเวน กรณีทีม่ ตี วั อักษร X อยูห นาสญั ลกั ษณจะแสดงถงึ เปอรเ ซ็นตโ ลหะผสมโดยไมตองหารดว ย เฟคเตอรใ ด ๆ ตวั อยาง X 20 Cr Ni 10 8 หมายถึง เหล็กมาตรฐานเยอรมัน เปนเหลก็ ผสมโครเมยี มและนิกเกลิ มคี ารบ อน 20 = 0.2% มโี ครเมยี ม 10 % มนี กิ เกลิ 8% ระบบญี่ปุน ระบบ JIS เปนการจําแนกโดยสํานักมาตรฐานอุตสาหกรรมของญ่ปี ุน JIS โดยมกี ารเขยี นสัญลกั ษณไว ดังน้ี 1. ขึน้ ตน ดวย JIS 2. ตามดว ยตัวอักษรทแ่ี สดงถงึ ประเภทของผลติ ภณั ฑ A งานวศิ วกรรมงานกอสราง B งานวศิ วกรรมเคร่อื งกล C งานวศิ วกรรมไฟฟา D งานวศิ วกรรมรถยนต E งานวิศวกรรมรถไฟฟา F งานกอ สรา งเรือ G โลหะประเภทเหล็กและโลหะวิทยา H โลหะที่ไมใ ชเ หล็ก K งานวิศวกรรมเคมี L งานวิศวกรรมส่ิงทอ M แร P กระดาษและเย่อื กระดาษ R เซรามกิ ส S สินคาใชในบา นเรือน T ยา

W การบนิ Z งานบรรจหุ ีบหอ งานเช่ือม กัมมันตภาพรังสี 3. กลมุ ตวั เลขจะมอี ยู 4 ตวั โดย ตัวเลขตัวแรก หมายถึง กลุมประเภทของเหลก็ ไดแก 0 เร่ืองทว่ั ๆ ไป การทดสอบและกฎตา ง ๆ 1 วิธวี ิเคราะห 2 วัตถุดิบ เหล็กดิบ ธาตุผสม 3 เหล็กกลา คารบอน 4 เหลก็ กลา ผสม 5 เหล็กกลาหลอ และเหลก็ หลอ 6 เบ็ดเตล็ด และคาํ แนะนํา ตัวเลขท่สี อง เปน การแยกประเภทวัสดุในกลุมนน้ั ๆ 1 เหลก็ กลา ผสมนกิ เกิล - โครเมยี ม 2 เหล็กไรสนิม 3 เหลก็ เครอ่ื งมือ 4 เหล็กทาํ สปริง 5 เหล็กกลา ตา นทานตอการกัดกรอนและความรอ น ตัวเลขตวั สุดทา ย เปนการแยกชนดิ เหลก็ ตามสวนผสมของธาตุ ไดแ ก 01 เหล็กเครื่องมอื คารบ อน 03 เหลก็ ไฮสปด (รอบสูง) 04 เหล็กเคร่ืองมือผสม ตวั อยาง JIS G 41 03 หมายถึง JIS มาตรฐานญปี่ นุ G โ ลหะประเภทเหลก็ และโลหะวทิ ยา 4 เหลก็ กลาผสม 1 เหล็กกลาผสมนกิ เกลิ และโครเมยี ม 03 เหลก็ ไฮสปด (รอบสูง) กรรมวธิ ีการแปรรปู เหลก็ กลา เหลก็ กลา ทไ่ี ดจ ากกรรมวิธกี ารผลติ ดังทก่ี ลาวมาแลวในหัวขอ 2 จะอยูในรปู ของน้าํ เหลก็ ซ่งึ จะ ถกู นาํ ไปเทลงแบบ เหลก็ กลาท่ีไดจ ากแบบเรียกวาอินกอท มีลกั ษณะเปนแทงสเ่ี หล่ียมทรงเรยี ว บรเิ วณปลายดานลางจะโตกวา ปลายดา นบน

รูปที่ 15 แบบหลออินกอท การแปรรปู เหล็กกลาใหเปนผลิตภณั ฑร ปู รา งลักษณะตางๆ จะใชอ นิ กอทเปนวตั ถดุ บิ ซงึ่ กรรมวธิ ี การแปรรปู เหล็กกลาสามารถแบง ออกได 2 ประเภทใหญ ๆ คอื 1. การแปรรูปรอน (Hot working) 2. การแปรรปู เยน็ ( Cold working) รปู ท่ี 16 แทน อินกอทและภาพหนาตัดของอนิ กอท 1. การแปรรูปเยน็ การแปรรปู เย็น เปนการเปลยี่ นแปลงรปู รา งของเหล็กอยา งถาวร โดยอาศยั ความรอ นท่ี อุณหภูมสิ ูงกวา อณุ หภมู ิเปลย่ี นผลึก ( Recystallization) ของเหลก็ กลา โดยอณุ หภมู ทิ ีใ่ ชป ระมาณ 1,100 oC (2 ,000 oF) เหลก็ ทีไ่ ดจ ากกรรมวิธีนี้ จะใหผวิ ของเหลก็ ทด่ี กี วา การแปรูปรอน ,มีขนาด แนนอน , เพ่ิมความแข็งแรงของเหลก็ สงู ขึ้น เปนตน 1.1 การรดี เย็น ลกั ษณะการรดี คลา ยกบั การรดี รอน ตางกันทอี่ ุณหภมู ขิ องเหล็กทน่ี าํ มารีด การรดี เยน็ ปกตจิ ะใชร ีดเหล็กแทง , แผน เหลก็ ฯลฯ ทีต่ อ งการผิวสําเร็จทด่ี ีและมขี นาดเท่ยี งตรง 1.2 การดงึ (Drawing) เปน การแปรรปู เหล็กโดยการดงึ เหล็กผา นได (Die) ตัวอยางเชน การดงึ เสนลวดใหไดข นาดตาง ๆ เปน ตน

2. การแปรรปู รอน มีอยดู ว ยกันหลายวธิ ี ทส่ี าํ คญั ไดแก 2.1 การรดี (Rollling) เปน การแปรรูปโดยการสง เหล็กผานเขาไประหวา งลอ รดี 2.2 การตีข้ึนรูป (Forging) เปนการแปรรูปเหลก็ โดยการบรรจเุ หล็กลงในแมพ มิ พแ ละทํา การตีแมพิมพดว ยคอ นตี เหล็กท่ีไดจ ากกรรมวธิ ีนี้ จะใหผิวของเหลก็ ทดี่ ีกวา การแปรปู รอน ,มขี นาด แนนอน , เพ่มิ ความแข็งแรงของเหล็กสูงข้นึ เปน ตน 2.3 การดันข้ึนรปู (Extrusion) เปน การดนั เหลก็ ผานได (Die) เหลก็ ทไี่ ดอ อกมาจะมรี ปู ราง หนา ตดั ตามแบบของไดทใี่ ช สรปุ เน้ือหา เหลก็ กลา เหล็กกลา (Steel) เปน วัสดุชา งประเภทเหลก็ ที่มีความสําคัญ และถกู ใชมากทส่ี ดุ ในอุตสาหกรรม การผลติ และกอสรา ง มปี รมิ าณ คารบอนผสมอยูร ะหวาง 0.05 – 1.7% ซ่งึ มีคาอยรู ะหวา งเหล็กออน และเหล็กหลอ เหลก็ กลาคารบ อน เหล็กกลาผสม เหลก็ กลาผสม เปนเหล็กกลาทม่ี คี ารบ อนเปน สว นผสมหลัก และมธี าตุอ่ืนผสมเพ่มิ เติมธาตทุ ่ี ผสมเพ่ิมเตมิ ธาตทุ ่ีผสมเขา ไปเพอ่ื ทําการปรับปรงุ คณุ สมบตั ขิ องเหลก็ กลา ใหดขี ึน้ ระบบอเมริกัน AISI และ SAE ระบบเยอรมนั DIN ระบบญ่ีปน JIS กจิ กรรมการเรยี นการสอน ขนั้ ตอนการสอนหรอื กจิ กรรมของครู ข้นั ตอนการเรียนหรอื กิจกรรมของนักเรยี น 1. ขั้นนาํ เขา สูบทเรียน ทักทายแนะนาํ ตวั และแสดงความคุนเคยกบั 1. ทํากิจกรรมสาํ รวจบุคลกิ ภาพของตัวเอง ฟง นักเรยี น บรรยายรายละเอียดวิชา จดุ ประสงครายวิชา และบอกรายละเอยี ดเก่ยี วกบั การประเมนิ ผล อธิบายรายละเอียดรายวิชาและจดุ ประสงค รายวิชา รายวชิ า และบอกรายละเอยี ดการประเมินผล รายวชิ า 2. ข้นั บรรยาย บรรยายเก่ียวกับการผลิตเหล็กกลา ชนดิ ของ 2. ฟงการบรรยาย และชมวิดิทัศน จดบนั ทึก

เหลก็ กลาและเหล็กกลาคารบอน เหลก็ กลาผสม สวนที่สําคัญลงสมดุ ตอบคาํ ถามเมื่อถกู ถาม มาตรฐานเหลก็ กลา กรรมวิธีการแปรรปู เหล็กกลา รว มกจิ กรรมทีผ่ สู อนกําหนด และถามเมอื่ ไม ใหน ักเรียนดูวดิ ิทศั นเกีย่ วกบั กระบวนการผลติ เขาใจในเน้ือหาท่ีเรยี น เหล็ก 3. ขัน้ สรปุ สรุป ทบทวนเน้อื หาโดยการใชค าํ ถามเพอื่ 3. ตอบคาํ ถามกบั ผสู อนเปนการทบทวนความรู ทบทวนความเขาใจเก่ยี วกบั เนื้อหาทเ่ี รียน โดย ความเขา ใจในเร่อื งท่ีเรยี น การสมุ ผูเรยี นใหตอบคําถาม สงั เกตความสนใจ ซักถามปญ หาและขอสงสยั งานทีม่ อบหมายหรอื กจิ กรรม - ทาํ แบบฝกหัดทา ยบทเรยี น กอ นเรยี น - เตรยี มหนงั สือ และเอกสารประกอบการสอน - เตรยี มสอ่ื แผนใสประกอบการสอน ขณะเรียน - แจกเอกสารประกอบการเรียน - สงั เกตพฤตกิ รรมของผเู รยี นในการตง้ั ใจเรียนหรอื ไม - สงั เกตวา ผเู รียนมีความเขา ใจในสงิ่ ทเ่ี รยี นไหม หลังเรียน - สรปุ เน้อื หาการเรียน - ใหทาํ แบบฝกหดั ทายบทเรยี น สื่อการเรียนการสอน

- การนาํ เสนอดวย Power Point ส่อื ส่งิ พิมพ - เอกสารประกอบการสอนเกีย่ วกบั ประเภทวสั ดตุ าง ๆ สื่อโสตทศั น (ถา มี) - แผนใสแสดงรายละเอียดเนอื้ หารายวชิ า และวธิ กี ารวัดผล - หุนจําลองหรือของจรงิ (ถา ม)ี การประเมินผล กอ นเรียน - ความสนใจ ความพรอ มในการเรียนรู - การใหค วามรวมมือในการตอบคําถาม ขณะเรียน - รว มกจิ กรรมดวยความกระฉบั กระเฉง เชน ในการตอบคําถาม หรือการซักถาม - ผูเ รยี นฟงการบรรยายจดบนั ทกึ ในสวนท่สี าํ คญั ลงสมุด หลงั เรียน - ทาํ แบบฝก หัดหลังเรียน - สอบยอยทายช่วั โมงเรยี น คาํ ถาม แบบฝกหดั ที่ 5 1. เหล็กกลา หมายถงึ เหลก็ ลกั ษณะใด 2. วัตถุดิบทใี่ ชใ นการผลติ เหล็กกลามีอะไรบา ง 3. กรรมวธิ กี ารผลติ เหล็กกลา ทเ่ี กาแกท่สี ุด ไดแ กก รรมวิธีใด 4. จงอธิบายหลักการทาํ งานของเตากระทะ 5. เตากระทะสวนใหญจะใชสาํ หรบั ผลิตเหลก็ กลาชนิดใด 6. เตาไฟฟา สวนใหญจะใชส าํ หรบั ผลิตเหลก็ กลา ชนดิ ใด 7. เตาไฟฟา แบง ออกไดก ่ีชนดิ อะไรบาง และแตละชนิดมขี อ แตกตา งกนั อยางไร

8. เหลก็ กลาคารบ อน หมายถึง เหล็กกลา ท่ีมีลกั ษณะใด 9. เหลก็ กลาคารบอน แบง ออกได 3 ชนิด อะไรบา ง 10. เหล็กกลาผสม หมายถึง เหล็กกลา ทมี่ ลี กั ษณะใด

แผนการสอน หนว ยที่ 6 ชอื่ วชิ า เทคโนโลยวี ัสดุอุตสาหกรรม สอนครงั้ ท่ี 10-11 ชอ่ื หนวย โครงสรางอะตอมและพันธะ ชว่ั โมงรวม 6 ช่ือเรื่อง โครงสรางอะตอมและพนั ธะ จํานวนชัว่ โมง 3 หวั ขอ เรื่องและงาน 1. โครงสรา งอะตอม 2. แรงยึดเหนี่ยวในอะตอม สาระสําคญั อะตอม ประกอบดวยการยดึ เหนี่ยวระหวา งโปรตอน ( Proton) และนิวตรอน (Neutron) จบั ตัว กนั เปนนิวเครียส (Nucleus) อยตู รงกลางซง่ึ มขี นาดเล็กมาก การเกดิ แรงยดึ เหน่ียวในอะตอมของธาตโุ ลหะใดๆ อาจพจิ ารณาได 4 รปู แบบ คอื 1. Ionic Bond 2. Covalent Bond 3. Van de Waals Bond (The Secondary Bond) 4. Metallic Bond สมรรถนะท่ีพึงประสงค (ความรู ทกั ษะ คุณธรรม จรยิ ธรรม จรรยาบรรณวชิ าชพี ) 1. บอกชนดิ ของพันธะหรอื การยดึ เกาะสสาร ชนิดตาง ๆ ไดอยา งถูกตอ ง 2. อธบิ ายลักษณะของพนั ธะโลหะ พันธะแรงแวนเดอรว าลส พนั ธะไอออนนกิ และพันธะโคเว เลนต ไดอ ยา งถูกตอง เนอ้ื หาสาระ ในแตล ะวัสดธุ รรมชาตทิ ม่ี องเห็นจะประกอบดวยโครงสรางทจ่ี ับตัวกันอยูอ ยา งสลับซับซอน โครงสรางผลกึ (Crystal Structure) จะประกอบดว ยหนว ยเซลล (Unit Cells) เปน จํานวนมาก ใน แตล ะหนวยเซลลจะประกอบดว ยอะตอม (Atom) ทมี่ จี ํานวนมากนอยตางกนั ตามลกั ษณะโครงสราง ของโครงสรางแตล ะแบบและในแตล ะอะตอมจะมพี ลงั ของการยดึ เหน่ยี วระหวางโปรตอน ( Proton) และนวิ ตรอน (Neutron) จับตัวกันเปน นิวเครยี ส (Nucleus) อยตู รงกลางซงึ่ มขี นาดเลก็ มาก

อะตอม (Atom) คอื อนุภาคทเ่ี ล็กทีส่ ุดของธาตุ ซงึ่ ไมส ามารถแบงแยกดว ยวธิ ีใด ๆ ธาตุทกุ ชนดิ ประกอบดว ยอะตอมจํานวนมาก ซง่ึ อะตอมเหลา นี้ประกอบดวย อนภุ าคทเี่ ล็กทสี่ ุดลงไปอกี เรียกวา โปรตอน ( Proton) นิวตรอน (Neutron) และอเิ ลคตรอน (Electron) โปรตรอนและ นวิ ตรอนจะจับตัวอยูกง่ึ กลางอะตอมเรียกวา นวิ เครยี ส ( Nucleus) สวนอเิ ลคตรอนจะเคล่อื นทีอ่ ยู ตามวงโคจรรอบ ๆ นิวเครยี ส โดยอิเลคตรอนทีป่ ระจไุ ฟฟาลบ โปรตรอน เปนประจุไฟฟา บวก และ นิวตรอนมีประจุไฟฟา เปน กลาง เมอ่ื อะตอมเปนอสิ ระ จํานวนโปรตรอนจะเทา กับจาํ นวนอิเลคตรอน ที่มอี ยใู นอะตอมเรยี กวา Atomic Number เชน H = 1 , C = 6 หมายถงึ คารบ อน 1 อะตอม จะ หนักโดยประมาณเปน 6 เทา ของไฮโดรเจน 1 อะตอม มีความหมายเปน คาของนา้ํ หนักอะตอม (Atomic Weight) ของธาตนุ ั้น รปู ท่ี 1 แสดงโครงสรางอะตอม โดยท่อี ิเลคตรอนจะเคลือ่ นทไี่ ปรอบๆนวิ เครียส การเคลอ่ื นท่ีของอเิ ลคตรอนนน้ั จะมรี ะยะ แตกตางกนั เปน ชน้ั ๆ เรยี ก เชลล ( Shell) ซึ่งในแตล ะเชลลจ ะมรี ะดบั ของพลังงานแตกตางกนั อเิ ลคตรอนในแตละเชลล มจี ํานวนจาํ กัดดังรายละเอียดแสดงในตาราง a อเิ ลคตรอนในเชลลนอกสุด ของแตล ะธาตโุ ลหะเรยี กวา วาเลนชอ เิ ลคตรอน (Valence Electron) ซง่ึ จะมีไดไมเ กนิ กวา 8 ตวั ตาราง a : แสดงจาํ นวนอิเลคตรอนในแตล ะชนั้

ตาราง b : แสดงโครงสรา งอิเลคตรอนของธาตตา ง ๆ การเกดิ แรงยึดเหนีย่ วในอะตอมของธาตโุ ลหะใด ๆ อาจพจิ ารณาได 4 รปู แบบ คือ 1. Ionic Bond 2. Covalent Bond 3. Van de Waals Bond (The Secondary Bond) 4. Metallic Bond lonic bond เปนแรงยดึ เหนย่ี วทางไฟฟา ทเี่ กดิ ขน้ึ ระหวางออิ อน ( Ion) ท่มี ีประจุไฟฟา + และออิ อนท่มี ปี ระจุไฟฟา - เปนแรงยึดเหนย่ี วท่แี ข็งแรง ดงั นนั้ สารเคมีท่ีมแี รงยึดเหน่ียวแบบนจี้ ะมี ความแขง็ แรงมาก และมีจุดเดือดสงู ตวั อยางสสารทมี่ แี รงยดึ เหนยี่ วแบบนี้ ไดแก ผลึกเกลือแกง โซเดยี มออิ อน ซ่งึ มีประจุไฟฟา + จะยดึ เหน่ยี วกับคลอไรดอ อิ อน ซง่ึ มีประจุไฟฟา - ดังสมการ Na+ + Cl- = Na+Cl-

รูปท่ี 2 Ionic Bonding ระหวา งอะตอมของโซเดียม ( Na ) และคลอรนี ( Cl ) จากรปู จะเหน็ วา Na มี Valence electron ในวงนอกสุดอยเู พียง 1 ตวั สว น Cl มี 7 ตัว เม่อื เกิดการรวมตัว Na จึงจา ยอิเลคตรอนใหแ ก Cl 1 ตวั จึงแสดงอาํ นาจไฟฟา + กลายเปนอิออนบวก (Position Ion) สว น Cl เมอื่ ไดรบั อิเลคตรอนเพ่มิ อกี 1 ตวั (รบั จาก Na) จึงมี Valence Electron ใน วงนอกสุดครบ 8 พอดี และแสดงอาํ นาจไฟฟา - เมอื่ Na+ และ Cl- มีอาํ นาจทางไฟฟา ตา งกันจงึ เกดิ การยดึ เหน่ยี วกันดว ยแรงไฟฟาสถติ ย ( Electrostatic Force) เกดิ เปน NaCl สสารทยี่ ดึ เหน่ียวใน ลักษณะนีม้ กั จะเปราะ เปน ตัวนาํ ความรอนที่เลว มีจดุ หลอมเหลวและจดุ เดือดสูง รปู ท่ี 3 แสดงการยึดเหนย่ี วในโครงสรางของเกลือแกง (NaCl) และธาตุโลหะ Covalent Bond การเกาะยึดกนั ในรูปแบบของ Covalent Bond นบี้ างท่ีเรยี กวา แบบ Homopolar Bonding เปน การยดึ เหนีย่ วกนั ในลักษณะท่แี ตล ะอะตอมจะใชอ เิ ลคตรอนรวมกนั (Sharing Electron) โดยในแตละอะตอมจะใหอเิ ลคตรอน 1 ตัว ไปรวมกับอะตอมอื่นแบบอาศยั ซ่งึ

กันและกนั เชน ในโครงสรา งอะตอมของแอมโมเนีย (NH3) หรือมเี ทน (CH4) รปู ที่ 4 แสดงโครงสรา งอะตอมแบบ Covalent Bonding ในโมเลกลุ ของแอมโมเนียและมีเทน แรงยึดเหนย่ี วในรปู แบบของ Covalent Bonding จะทาํ ใหไดว ตั ถธุ าตุท่ไี ดม จี ดุ เดอื ดและจดุ หลอมเหลวต่าํ การตกผลกึ ใหญ เม่อื ละลายในนาํ้ จะไดสารละลายที่ไมเ ปนตวั นาํ ไฟฟา แตจะนาํ ไฟฟา เม่ืออยูในสถานะ หลอมเหลว Van de Waals Bond โครงสรางอะตอมในลกั ษณะของ Van de Waals Bonding หรอื แบบ Secondary Bonding จะใหแ รงยึดเหน่ียวระหวางผิวตํ่ามาก มกั เกิดขนึ้ ระหวา งโมเลกุลของสารใน กลุมโพลิเมอร เปน เหตใุ หโมเลกุลเคล่ือนทอี่ อกจากกนั ไดงาย ทาํ ใหม คี ณุ สมบตั ิเปน Thermoplastic ในรปู แบบของ Van de Waals Bond เชนลักษณะทีเ่ กดิ ขน้ึ เมื่ออะตอมจาํ นวน 2 อะตอมของ โมเลกลุ ทอ่ี ยูใกลก ันมอี ิเลคตรอนไปรวมกันทตี่ ําแหนง ใด ๆ เหมือนกัน

รปู ที่ 5 แสดงอะตอมของ Ar ทีเ่ คลื่อนตวั ท่ศี ูนยก ลางออกจากกันกลายเปนข้วั บวก ขั้วลบ เม่อื โมเลกลุ อยูใกลก นั รูปท่ี 6 แสดงการเกดิ กําลังยดึ เหนี่ยวระหวา ง ขวั้ ท้ังสอง

รูปที่ 7 แสดงสมมาตรของอะตอม (b) ลักษณะ 2 ข้วั ของอะตอม รปู ท่ี 8 แสดงประจุ + และประจุ – ในโมเลกุลของไฮโดรเจนคลอไรด รปู ที่ 9 แสดงการยึดเหน่ยี วของไฮโดรเจนในโมเลกลุ ของไฮโดรเจนฟลอู อไรด (HF) Metallic Bond พันธะการเกิดแรงในรปู แบบของ Metallic Bonding จะปรากฎในวสั ดุสาร จาํ พวกโลหะและโลหะผสมเปน สว นใหญ มลี ักษณะคลายกบั พนั ธะการเกดิ แรงแบบ Covalent Bonding แตจ ะมอี เิ ลคตรอนหนึง่ หรอื สองหรอื 3 ตวั ที่เคล่อื นท่ไี ดอยา งอิสระไมเ ปนสว นประกอบของ อะตอมใดโดยเฉพาะการเคลอ่ื นทข่ี องอิเลคตรอนแตละตัวจะไปรอบ ๆ อิออน ( Ion) ที่มศี ักยภาพ ทางไฟฟา เปนออิ อนบวกจะจดั เรียงตัวอยา งเปนระเบยี บตามลกั ษณะของโครงสรางประเภทตางๆ การทอ่ี ิเลคตรอนเคล่อื นท่ไี ปในสว นของ Sea of Valence Electrons (หรอื บางครัง้ เรียกวา Electron Cloud ) ไดโดยอิสระจะทาํ ใหเ กิดพนั ธะยึดเหนย่ี วขึ้นในเนอื้ ของวัสดุสารน้ันจะมีคุณสมบตั ทางการนําไฟฟาและนาํ ความรอนไดดีสามารถนําวัสดุมาผานกรรมวธิ ี ทําใหเปน แผนบาง ๆ หรอื เปน

เสนได รูปท่ี 10 แสดงลักษณะของ Metallic Bonding สรปุ เนอื้ หา อะตอม ประกอบดวยการยึดเหนย่ี วระหวา งโปรตอน (Proton) และนวิ ตรอน (Neutron) จบั ตัว กันเปนนิวเครยี ส (Nucleus) อยูตรงกลางซงึ่ มีขนาดเลก็ มาก การเกดิ แรงยึดเหนี่ยวในอะตอมของธาตโุ ลหะใด ๆ อาจพิจารณาได 4 รปู แบบ คอื 1. Ionic Bond 2. Covalent Bond 3. Van de Waals Bond (The Secondary Bond) 4. Metallic Bond

กิจกรรมการเรียนการสอน ขนั้ ตอนการสอนหรือกิจกรรมของครู ขั้นตอนการเรียนหรอื กิจกรรมของนักเรยี น 1. ขั้นนาํ เขา สบู ทเรียน ทักทายแนะนาํ ตัวและแสดงความคนุ เคยกบั 1. ทํากิจกรรมสาํ รวจบคุ ลกิ ภาพของตัวเอง ฟง นักเรียน บรรยายรายละเอียดวชิ า จดุ ประสงครายวิชา อธิบายรายละเอยี ดรายวิชาและจดุ ประสงค และบอกรายละเอยี ดเกยี่ วกับการประเมินผล รายวิชา และบอกรายละเอียดการประเมนิ ผล รายวิชา รายวชิ า 2. ขน้ั บรรยาย บรรยายถึงส่งิ ตา ง ๆ ท่อี ยรู อบ ๆ ตวั เรา ทเี่ รา 2. ฟงการบรรยายจดบันทกึ สวนท่สี าํ คญั ลงสมุด เห็นนั้นเกดิ จากการรวมตัว ของส่งิ ท่เี ลก็ ที่สดุ ตอบคาํ ถามเมื่อถกู ถาม รว มกจิ กรรมทีผ่ สู อน เรยี กวา อะตอม ซึง่ การท่อี ะตอมสามารถยดึ กาํ หนด และถามเมอ่ื ไมเ ขา ใจในเนอื้ หาท่ีเรยี น เกาะกันไดน้ันคอื มแี รงยดึ เหนี่ยว ซ่ึงแบงออกเปน 4 แบบ 3. ขั้นสรปุ 3. ตอบคําถามกับผูสอนเปนการทบทวนความรู สรปุ ทบทวนเนื้อหาโดยการใชค ําถามเพื่อ ความเขาใจในเรอ่ื งท่เี รยี น ทบทวนความเขา ใจเกีย่ วกบั เน้อื หาที่เรียน โดย การสมุ ผูเ รยี นใหตอบคาํ ถาม สงั เกตความสนใจ ซกั ถามปญ หาและขอสงสัย งานท่ีมอบหมายหรอื กจิ กรรม - ทําแบบฝกหัดทายบทเรยี น

กอ นเรยี น - เตรยี มหนงั สอื และเอกสารประกอบการสอน - เตรียมส่ือแผน ใสประกอบการสอน ขณะเรยี น - แจกเอกสารประกอบการเรยี น - สังเกตพฤตกิ รรมของผเู รียนในการต้งั ใจเรยี นหรอื ไม - สังเกตวา ผเู รยี นมีความเขา ใจในสิ่งที่เรยี นไหม หลงั เรยี น - สรปุ เน้อื หาการเรยี น - ใหท ําแบบฝกหดั ทายบทเรยี น สือ่ การเรียนการสอน - การนาํ เสนอดว ย Power Point สือ่ สิง่ พมิ พ - เอกสารประกอบการสอนเกีย่ วกับประเภทวัสดุตา ง ๆ สื่อโสตทัศน (ถามี) - แผนใสแสดงรายละเอียดเนอื้ หารายวิชา และวธิ กี ารวดั ผล - หนุ จาํ ลองหรอื ของจริง (ถาม)ี การประเมินผล กอ นเรียน - ความสนใจ ความพรอ มในการเรียนรู - การใหค วามรว มมอื ในการตอบคาํ ถาม ขณะเรยี น - รว มกิจกรรมดวยความกระฉบั กระเฉง เชน ในการตอบคาํ ถาม หรือการซกั ถาม - ผูเรียนฟงการบรรยายจดบนั ทกึ ในสว นทสี่ ําคญั ลงสมดุ

หลังเรยี น - ทาํ แบบฝกหัดหลงั เรยี น - สอบยอ ยทายชัว่ โมงเรยี น คาํ ถาม แบบฝกหัดที่ 6 1. อะตอมคอื อะไร 2. โครงสรางอะตอมประกอบดวยอะไรบาง 3. จงอธิบายแรงยดึ เหนย่ี วแบบ Ionic Bond 4. จงอธบิ ายแรงยดึ เหนยี่ วแบบ Covalent Bond 5. จงอธบิ ายแรงยึดเหนีย่ วแบบ Van Der Waal 6. จงอธิบายแรงยึดเหนี่ยวแบบ Metallic Bond

แผนการสอน หนวยที่ 7 ชื่อวิชา เทคโนโลยวี สั ดอุ ุตสาหกรรม สอนครั้งที่ 12-13 ช่อื หนวย ระบบและโครงสรา งผลกึ ชั่วโมงรวม 6 6 ช่อื เรื่อง ระบบและโครงสรางผลกึ จาํ นวนช่วั โมง 3 หวั ขอ เรอื่ งและงาน 1. โครงสรางผลึก 2. สเปสแลททสิ 3. ระบบผลึกแบบตาง ๆ สาระสาํ คญั ระบบและโครงสรางผลกึ (System and Structure of Crystal) สสารทีเ่ ปนของแข็งมีเนอ้ื วัสดุมี ความหนาแนน มลี กั ษณะโครงสรา งหลายรปู แบบตาง ๆ คุณสมบตั ิของโลหะมคี วามสัมพนั ธอยา งมาก กับระบบและโครงสรา งผลึกทอี่ ะตอมเรยี งเกาะตัวกนั อยู ซ่งึ ระบบและโครงสรา งของผลึกของโลหะ มกั อธิบายใหท ราบไดโดยการศึกษาเร่อื งตอไปนี้ควบคูกนั ไป ไดแก สเปซแลททิซ ( Space Lattice) , รูปแบบของสเปซแลททซิ , หนว ยเซล (Unit Cell) ระบบผลกึ ทสี่ าํ คญั ของโลหะไดแ ก 1. BCC (Body Centered Cubic) 2. FCC (Face Centered Cubic) 3. HCP (Hexagonal Closed Packed) สมรรถนะทพี่ ึงประสงค ( ความรู ทักษะ คุณธรรม จรยิ ธรรม จรรยาบรรณวิชาชีพ ) 1. อธบิ ายลักษณะและรปู แบบ ของสเปซแลททซิ ไดอยางถูกตอ ง 2. จําแนกชนิดและระบบโครงสรางผลกึ ไดอยางถูกตอ ง 3. อธบิ ายและคํานวนจาํ นวนอะตอมของ BCC ,FCC และ CPH ไดอ ยา งถูกตอ ง เนอ้ื หาสาระ โครงสรางผลึก (Crystal Structure) โครงสรา งผลึกนั้นจะประกอบไปดว ยผลกึ ขนาดเล็ก ๆ และผลึกจะประกอบไปดว ยหนว ยเซลล (Unit Cell) โดยท่หี นว ยเซลลนัน้ ก็จะประกอบไปดว ยอะตอมซึง่ อยูในตาํ แหนงทีเ่ ฉพาะเจาะจงภายใน

เซลลน ัน้ ดังน้นั หนว ยเซลลกค็ ือสว นที่เลก็ ทส่ี ดุ ในโครงสรา งผลกึ ซึ่งสามารถแสดงรปู รางของโครงสรา ง ผลึกได ผลกึ ท่ีสมบรู ณใ ดๆ จะประกอบดวยหนวยเซลลจาํ นวนหนง่ึ มาจดั เรียงตวั กันเขาเปนสามมติ ิซงึ่ เราเรียกวา Crystal Lattice หรอื Space Lattice ดงั น้นั คําวา Crystal Lattice หรือ Space Lattice จงึ หมายถึงรูปทรงที่เกิดขน้ึ จากการเรียงตวั ของหนวยเซลลใ น 3 มติ ิ เม่อื มองแตล ะมิติจะเหน็ เหมอื นกับ ตาขายทค่ี ลายกนั ทงั้ หมด รูปท่ี 1 ลกั ษณะ Crystal Lattice คณุ สมบัตขิ องโครงสรางผลกึ สสารท่ีมรี ูปผลึกโดยทว่ั ไปน้ันจะมรี ปู ทรงเรขาคณิตและจดั เรียง ระนาบของผลึก ซง่ึ เปน ไปตามกฎพน้ื ฐาน 3 ขอดงั น้ี คอื 1. กฎความคงทีข่ องมมุ ระหวา งหนาผลึก (The Law of Constancy of Interfacial Angles) 2. กฎอตั ราสว นของเลขดัชนีหรอื จดุ ตัด (The Law of Rationality of Indices or Intercepts) 3. กฎความสมมาตร (The Law of Symmetry) ระบบผลกึ (Crystal) เมื่อพจิ ารณาถงึ หลกั เกณฑท างเรขาคณิตของระบบผลกึ แลว จะสามารถแบงผลึกออกเปน 7 ระบบ โดยอาศัยความแตกตางทางความยาวของแกนผลึก และมมุ ระหวา งแกน (Interaxial Angle) ซง่ึ ความยาวของแกนผลกึ นนั้ วดั เปน หนว ยองั สตรอม (Angstrom = A ) ระบบผลกึ แบบ Cubic ระบบผลกึ แบบน้ีมีดานทงั้ 3 ดานของหนว ยเซลลยาวเทา กัน และทํามมุ 90 องศาซึง่ กันและกัน ตัวอยา งเชน ผลึกของ NaCl, KCl, Pb(NO3) 2 , เหลก็ , ทองแดง , ทอง และสารสม ซ่ึงระบบผลึก แบบน้จี ะประกอบไปดวย Simple Cubic , Body Centered Cubic และ Face Centered Cubic

รปู ที่ 2 ระบบผลึกแบบ Simple Cubic ระบบผลึกแบบ Orthorhombic ระบบผลึกแบบนี้ จะมดี านทง้ั 3 ดานยาวไมเทากัน แตจะทาํ มมุ 90 องศาซึง่ กนั และกนั ตวั อยา งเชน ผลกึ ของ K2SO4 , KNO3 ,KMnO4 , อะราโกไนต (CaCO3) , MgSO4 , 7H2O และ ไอโอดีน ระบบโครงสรางผลึกแบบนี้ จะประกอบไปดว ยผลึก Simple Orthorhombic , Body Centered Orthorhombic , End entered Orthorhombic และ Face Centered Orthorhombic รปู ที่ 3 ระบบผลึกแบบ Orthorhombic ระบบผลกึ แบบ Tetragonal ระบบผลกึ แบบนมี้ ดี านยาวเทากนั 2 ดา น สว นดานท่ี 3 มคี วามยาวตางออกไป และทงั้ 3 ดานทํา มมุ 90 องศาซงึ่ กนั และกนั ตัวอยางเชน ผลกึ ของ NiSO4 , KH2PO4 เปน ตน ระบบผลึกแบบนี้จะ ประกอบดวยผลกึ Simple Tetragonal และ Body Centered Tetragonal รูปท่ี 4 ระบบผลกึ แบบ Tetragonal ระบบผลึกแบบ Monoclinic ระบบผลกึ แบบนี้จะมีดา นทง้ั 3 ดานยาวไมเ ทากัน ดา น 2 ดานทํามมุ ตอ กันมุมหนึ่งซง่ึ จะไมเทา กับ

90 องศา สวนดานที่ 3 ทาํ มุม 90 องศา กับดานทงั้ 2 ตวั อยาง เชน ผลกึ ของยปิ ซมั (CaSO4.2H2O) , บอแรกซ (Na2B4O7.1OH2O) , KClO3 , และกาํ มะถันโมโนคลนิ กิ ซึ่งระบบผลกึ แบบน้จี ะ ประกอบดวยผลกึ Simple Monoclinic และ End Centered Monoclinic รูปท่ี 5 ระบบผลกึ แบบ Monoclinic ระบบผลกึ แบบ Rhombohedral ระบบผลึกแบบนจี้ ะมดี านทงั้ 3 ดานยาวเทา กนั และมมุ ท้ัง 3 มุมเทากันดวย แตมมุ ทั้ง 3 มมุ นนั้ ตา งก็ไมเทา กับ 90 องศา ตวั อยางเชน ผลกึ ของ NaNO3 , แคลไซต (CaCO3), ZnCO3 , อะเซติก , แอนติโมนีและบสิ มัท ซึ่งระบบผลกึ แบบนจี้ ะมีเพยี งผลกึ แบบ Simple Rhombohedral เทาน้ัน รปู ท่ี 6 ระบบผลกึ แบบ Rhombohedral ระบบผลกึ แบบ Triclinic ระบบผลึกแบบน้จี ะมดี านท้งั 3 ยาวไมเทากนั และยังมมี ุมระหวา งดา นท้งั 3 ไมเ ปน มุมฉากอกี ดวย ตวั อยางเชน K2Cr2O7 เปนตนระบบผลึกแบบนี้จะมเี พยี ง Simple Triclinic เทานนั้ รูปที่ 7 ระบบผลึกแบบ Triclinic

ระบบผลึกแบบ Hexagonal ระบบแบบนีจ้ ะมีดานเทากนั 2 ดานและทํามุม 120 องศา อกี ดานหนึง่ มีความยาวตางออกไปและ ทาํ มมุ 90 องศากบั 2 ดานน้นั ตัวอยา งเชน ผลึกของแกรไฟต , แมกนเี ซยี ม , เบรลิ เลียม และสงั กะสี เปนตน ซง่ึ ระบบผลกึ แบบนจ้ี ะมี 2 ชนดิ คือ Simple Hexagonal และ Hexagonal Close-Packed รปู ท่ี 8 ระบบผลกึ แบบ Hexagonal ระบบผลกึ ของโลหะท่ีสําคญั ระบบผลกึ ท่ีไดก ลาวมาทง้ั หมดน้นั ตางกเ็ ปน ระบบผลกึ ของของแข็งทั่ว ๆ ไป แตจ ะมีระบบผล บางชนิดทเี่ ปน ระบบผลกึ ของโลหะ ดงั นัน้ จงึ ควรศึกษาระบบผลกึ ดังกลาวโดยละเอียด ซึง่ ระบบผลกึ บางอยางนั้นมีดงั น้ี 1. Body – Centered Cubic (BCC) มีหนว ยเซลลท ่มี ีลักษณะเปนส่เี หลีย่ มลกู บาศก โดยจะมี อะตอมอยูในตาํ แหนง ทั้ง 8 มุม และทต่ี าํ แหนง ก่งึ กลางของเซลล พิจารณารปู ประกอบ หนวยเซลลแ บบ นจ้ี ะมีโลหะดงั ตอไปน้ี วาเนเดียม โมลบิ ดีนัม ทงั สเตน เหล็ก และโคเมยี ม เปนตน รปู ท่ี 9 ลักษณะผลึกแบบ BCC การหาจํานวนอะตอมของหนว ยเซลลแบบ BCC สามารถหาไดโดยวิธีการ ดงั ตอ ไปนี้ มีอะตอมทกี่ ึง่ กลางหนวยเซลล = 1 อะตอม มอี ะตอมท่ีมุมแตละมุม = 1/8 อะตอม จํานวนอะตอมทม่ี มุ ทั้ง 8 มมุ = 1/8 x 8 = 1 ดงั น้นั มอี ะตอมท้งั หมด = 1 + 1 = 2 อะตอม

2. Face - Centered Cubic (FCC) ซง่ึ มหี นว ยเซลลท่ีมีลกั ษณะเปน สีเ่ หลีย่ มลูกบาศก มีอะตอม อยูท ี่มมุ ท้ัง 8 มมุ และที่ก่งึ กลางในแตล ะดานของลูกบาศกอกี 6 ดา น ซึจ่ ะมีรปู รางดังรปู ระบบผลกึ แบบ น้มี ีอยูใ นโลหะ เชน ทองแดง เงนิ ทองคํา อะลมู ิเนยี ม ตะก่วั เหลก็ โครเมียม โคบอลต นกิ เกลิ และ แพลทนิ มั เปน ตน รูปท่ี 10 ลักษณะผลกึ แบบ FCC การหาจํานวนอะตอมของหนวยเซลลแ บบ FCC สามารถหาไดดวยวิธีการดงั นี้ มอี ะตอมทมี่ ุมแตล ะมุม = 1/8 อะตอม มีอะตอมทมี่ ุมท้งั 8 มุม = 1/8 X 8 = 1 อะตอม อะตอมท่อี ยใู นกึ่งกลางของดานแตละดา น = 1/2 อะตอม อะตอมทอี่ ยกู ึง่ กลางดานท้งั 6 ดาน = 1/2 X 6 = 3 อะตอม ดังนั้น จงึ มอี ะตอมทงั้ หมด = 4 อะตอม 3. Hexagonal Closed Packed (HCP) พิจารณารปู ที่ METAL-ATOM 16 ประกอบ ผลกึ แบบนี้ มีเซลลเ ปน รูป 6 เหลี่ยม ทีม่ ีดานทฐี่ าน 2 ดาน (a1 และ a2) ยาวเทากนั แตดา นท้งั (C) มคี วามยาวท่ี แตกตางกนั ออกไป ซร่ึ ายละเอยี ดไดกลาวไวแลว ในเร่ืองระบบผลึก รปู ที่ 11 ลักษณะผลึกแบบ HCP การหาอะตอมในหนว ยเซลลแบบ (HCP) หนว ยเซลลแ บบน้จี ะเปน รูป 6 เหลย่ี ม ดงั น้นั จึงมีวิธกี าร หาจาํ นวนอะตอมทีแ่ ตกตา งไปจากหนว ยเซลลแบบอน่ื ๆ โดยวธิ กี ารดังน้ี อะตอมทุกอะตอมมีหนวยเซลลใชอ ะตอมรว มกัน = 6 หนว ยเซลล ดังนั้น ทม่ี ุมของหนว ยเซลลจ ะมีอะตอมอยู = 1/6 อะตอม

ซ่ึงหนวยเซลล 6 เหลยี่ มมีมุมทัง้ หมด = 12 มุม จึงมอี ะตอมท่ีมุม = (1/6) x 12 = 2 อะตอม มอี ะตอมระหวางระนาบบนกบั ระนาบฐาน = 3 อะตอม มอี ะตอมที่กง่ึ กลางระนาบบนและระนาบฐาน = (1/2) x 2 = 1 อะตอม ดงั น้นั จะมอี ะตอมทัง้ หมด = 2 + 3 + 1 = 6 อะตอม กิจกรรมการเรียนการสอน ข้นั ตอนการสอนหรือกิจกรรมของครู ข้นั ตอนการเรยี นหรือกจิ กรรมของนกั เรียน 1. ขั้นนาํ เขาสูบทเรยี น ทกั ทายแนะนําตัวและแสดงความคุนเคยกับ 1. ทํากจิ กรรมสาํ รวจบุคลิกภาพของตัวเอง ฟง นักเรยี น บรรยายรายละเอียดวิชา จุดประสงครายวิชา อธบิ ายรายละเอียดรายวิชาและจุดประสงค และบอกรายละเอยี ดเกย่ี วกบั การประเมนิ ผล รายวิชา และบอกรายละเอยี ดการประเมินผล รายวิชา รายวิชา 2. ขั้นบรรยาย บรรยายเก่ยี วกับระบบผลึก ชนิดของผลกึ 2. ฟง การบรรยายจดบันทกึ สว นที่สําคญั ลงสมุด และผลกึ ทีส่ าํ คัญที่เกดิ ในโลหะ ตอบคาํ ถามเม่ือถูกถาม รวมกจิ กรรมที่ผสู อน กาํ หนด และถามเม่อื ไมเ ขา ใจในเนื้อหาทเ่ี รียน 3. ข้ันสรุป สรปุ ทบทวนเนื้อหาโดยการใชคําถามเพื่อ 3. ตอบคาํ ถามกบั ผสู อนเปน การทบทวนความรู ทบทวนความเขาใจเก่ียวกบั เนือ้ หาทเ่ี รียน โดย ความเขาใจในเรือ่ งทเี่ รียน การสมุ ผูเรยี นใหต อบคาํ ถาม สังเกตความสนใจ ซักถามปญ หาและขอสงสัย งานทม่ี อบหมายหรอื กิจกรรม - ทําแบบฝก หัดทายบทเรยี น กอ นเรียน - เตรยี มหนงั สือ และเอกสารประกอบการสอน - เตรยี มสื่อแผน ใสประกอบการสอน

ขณะเรยี น - แจกเอกสารประกอบการเรียน - สังเกตพฤติกรรมของผเู รียนในการตั้งใจเรียนหรอื ไม - สงั เกตวา ผูเ รยี นมคี วามเขาใจในส่งิ ทีเ่ รียนไหม หลงั เรยี น - สรุปเน้อื หาการเรยี น - ใหทําแบบฝกหัดทา ยบทเรยี น สือ่ การเรยี นการสอน - การนาํ เสนอดวย Power Point สือ่ สงิ่ พมิ พ - เอกสารประกอบการสอนเก่ยี วกับประเภทวสั ดุตา ง ๆ สอื่ โสตทัศน (ถามี) - แผนใสแสดงรายละเอยี ดเนอ้ื หารายวชิ า และวธิ กี ารวัดผล - หนุ จาํ ลองหรอื ของจริง (ถาม)ี การประเมนิ ผล กอ นเรียน - ความสนใจ ความพรอมในการเรียนรู - การใหค วามรว มมอื ในการตอบคําถาม ขณะเรียน - รว มกจิ กรรมดวยความกระฉบั กระเฉง เชน ในการตอบคําถาม หรือการซกั ถาม - ผเู รียนฟงการบรรยายจดบนั ทกึ ในสวนทส่ี ําคัญลงสมุด หลังเรียน - ทาํ แบบฝกหดั หลังเรียน - สอบยอยทายช่วั โมงเรยี น

คาํ ถาม แบบฝก หดั ท่ี 7 1. โครงสรา งผลกึ คืออะไร มีสวนประกอบอยา งไร 2. Space Latice คอื อะไร 3. จงบอกระบบของผลึกวา มกี ี่ระบบ อะไรบาง 2. ระบบผลึกของโลหะท่ีสาํ คัญมอี ะไรบาง 3. ผลึกแบบ BCC มลี ักษณะอยางไร มีจํานวนอะตอมเทา ไร 4. ผลกึ แบบ FCC มลี ักษณะอยา งไร มจี ํานวนอะตอมเทาไร 5. ผลึกแบบ HCP มีลกั ษณะอยา งไร มจี าํ นวนอะตอมเทาไร

แผนการสอน หนว ยท่ี 8 ช่อื วิชา เทคโนโลยวี สั ดุอตุ สาหกรรม สอนครงั้ ที่ 14-15 ชอ่ื หนวย การเกดิ เกรนและผลึก ชั่วโมงรวม 6 6 ช่ือเร่อื ง การเกดิ เกรนและผลกึ จํานวนช่ัวโมง 3 หวั ขอเรอ่ื งและงาน 1. การเกดิ เกรนในโลหะผสม 2. การแยกตัวของสารมลทนิ 3. การเกิดผลกึ 4. การเตบิ โตของผลึก สาระสาํ คญั ผลึกแตละผลึกจะเรม่ิ แขง็ ตวั จากนวิ เคลยี ส หรือจากจดุ ศูนยกลางของผลกึ กอ นนิวเคลียส คือ ผลึก เล็ก ๆ ที่กอ ตวั ขน้ึ เปน ผลกึ แรก ซง่ึ การกอ ตัวของนิวเคลียสน้อี าจจะกอ ตัวข้นึ หลาย ๆ จุดพรอม ๆ กนั และจากนนั้ ผลกึ จะโตขน้ึ เรื่อย ๆ จากการจบั ตวั กนั เพ่มิ ขึ้นของอะตอมทเ่ี ขารวมตัวกนั ตามรูปทรงของ ผลึกของโลหะนนั้ ๆ การรวมตวั กันของอะตอมจะเกิดข้ึนอยางรวดเร็วพรอ มๆ กันกับการเย็นตัวของ โลหะ ซึง่ การจบั ยดึ ตวั ของอะตอมตอ ไปเรื่อย ๆ สมรรถนะทพ่ี งึ ประสงค (ความรู ทักษะ คุณธรรม จรยิ ธรรม จรรยาบรรณวชิ าชีพ) 1. อธบิ ายการเกิดเกรนในโลหะได 2. อธบิ ายการเปลยี นรูปในโลหะได 3. อธบิ ายการเกดิ และการเตบิ โตของผลกึ ได เนอื้ หาสาระ ในสภาวะที่โลหะบรสิ ุทธ์แิ ขง็ ตัว ผลกึ แตล ะผลึกจะเร่มิ แข็งตวั จากนวิ เคลยี ส หรอื จากจดุ ศนู ยก ลางของผลกึ กอ นวิ เคลยี ส คือ ผลกึ เล็กๆทกี อ ตวั ข้ึนเปนผลึกแรก ซง่ึ การกอตวั ของนวิ เคลยี สนี้ อาจจะกอ ตัวขน้ึ หลาย ๆ จุดพรอ ม ๆ กัน และจากนั้นผลกึ จะโตข้นึ เรื่อย ๆ จากการจับตัวกนั เพ่มิ ข้ึน ของอะตอมที่เขารวมตวั กนั ตามรูปทรงของผลกึ ของโลหะน้ันๆ การรวมตวั กนั ของอะตอมจะเกดิ ขนึ้ อยา งรวดเรว็ พรอ มๆ กันกับการเยน็ ตัวของโลหะ ซึง่ การจบั ยึดตัวของอะตอมตอ ไปเรื่อย ๆ เชนนี้ เรียกวา Dendrite การเจริญเตบิ โตของ Dendrite จะแผขยายออกไปเรื่อยๆ จนกระทัง่ โลหะนัน้ แข็งตวั หมดจึงจะหยดุ การเจรญิ เติบโต Dendrite ตาง ๆ ที่เกิดขึ้นนัน้ เปน อิสระไมข ้นึ ตอกัน มันจะขยาย ออกไปจนกระทัง่ แขนงขยายตัวแผออกไปชนกบั แขนงของตัวขางเคยี ง ซงึ่ หมายถึงการเจรญิ เติบโตของ ผลกึ ส้นิ สดุ ลง ในชวงน้ขี องโลหะก็จะแขง็ ตวั หมดพอดี ผลึก แตล ะผลกึ จะมขี นาดไมเ ทา กันเน่ืองจากการ

เติบโตของ Dendrite แตละตวั เปนอสิ ระไมข ้นึ ตอกัน จากการท่ีผลกึ แตละผลึกไมเ ทา กนั น้ีเอง ทําใหมี ลักษณะเปนเสน แบงเขตแดนของเกรนแตละเกรน ซึ่งเรยี กวา Grain Boundary รปู ที่ 1 แสดงการเกิด Grain และ Grain Boundary ในสภาวะการตกผลึกของโลหะ a). นวิ เคลยี สเร่ิมกอ ตวั เลก็ ๆตามตําแหนงตาง ๆ b). จากผลึกขยายตวั เปน Dendrite ใหญขึ้นเรอื่ ย ๆ c). Dendrite แตล ะตัวแผขยายใหญจนแขนงของแตล ะตัวเกือบจะชนกนั d). Dendrite แตล ะตวั แผขยายใหญจ นแขนงของแตล ะตวั ชนกนั ผลกึ เร่ิมหยุดกอตวั e). เกิดเปน Grain Boundary บรเิ วณของผลกึ การเกดิ เกรนของโลหะผสม เมื่อโลหะผสม A และ B เรม่ิ แข็งตัว โลหะที่มจี ุดหลอมเหลวสงู กวายอ มแขง็ ตัวกอ น เม่อื โลหะท่ี จุดหลอมตวั สูงแขง็ ตัวจบั เปนเกรนหมดแลว โลหะท่มี ีจุดหลอมเหลวตัวตํา่ กวาจงึ เรมิ่ แข็งตัวบา ง ดังน้ัน เกรนที่เกิดขน้ึ ของโลหะผสมจงึ เปนเกรนของโลหะท่แี ตกตางกัน บางเกรนอาจสลบั กนั อยบู างเกรนอาจ ตดิ กันก็ได รปู แบบการจัดเรยี งตัวไมแ นนอน รูปท่ี 2 แสดงลักษณะการเปลย่ี นแปลงสถานะของโลหะผสม การแยกตัวของสารมลทนิ ( Segregation of Impurity )

โลหะทีพ่ บและนาํ มาใชง านสวนใหญจะเปน โลหะทไ่ี มบรสิ ทุ ธ์ิ 100 เปอรเ ซน็ ต ซึง่ มกั จะมสี ่งิ อืน่ ๆ เจือปนอยูเ สมอ ซึง่ สงิ่ เจอื ปนเหลานี้ เรยี กวา สารมลทิน (Impurity) สารมลทนิ เหลานีจ้ ะมีจุดหลอมตวั ตํา่ กวาเน้ือโลหะบรสิ ทุ ธิน์ ัน้ ๆ ในขณะที่โลหะแขง็ ตวั ลักษณะ Dendrite อะตอมของโลหะบรสิ ทุ ธ์จิ ะ เรมิ่ จับตัวกอ น เนือ่ งจากมจี ดุ หลอมตัวสูงกวา เมือ่ จบั ตวั ใหญข ึน้ กจ็ ะไลพวกสารมลทนิ ซึ่งยังเหลวอยใู ห หนีออกไปบริเวณผลกึ ดงั น้ันเมอื่ โลหะแข็งตวั หมดสารมลทินจะมารวมตัวกันอยบู ริเวณ Grain Boundary รูปท่ี 3 แสดงการแยกตัวของสารมลทินออกจากผลกึ โลหะ ดังนัน้ บรเิ วณ Grain Boundary ของโลหะท่ีไมบรสิ ุทธจิ์ ึงมีความแข็งแรงนอ ยกวาเมื่อเปรียบเทียบ กบั Grain Boundary ของโลหะบริสุทธ์ิ การแตกหกั ของโลหะทไ่ี มบริสทุ ธจ์ิ ะแตกหักตามแนว Grain Boundary เราเรยี กการแตกหักแบบน้วี า Inter Crystalline Failureโลหะบริสทุ ธบ์ิ รเิ วณ Grain Boundary จะมีความแข็งแรงกวา แบบไมบ รสิ ุทธิ์ โอกาสจะแตกตามแนว Grain Boundary จงึ มีนอ ย สวนใหญจะแตกตามแนวแรงทมี่ ากระทาํ เรียกรอยแตกหักแบบนีว้ า Tran Crystalline Failure รูปท่ี 4 แสดงการแตกหกั ในเนือ้ โลหะ a). การแตกหักแบบ Tran Crystalline Failure b). การแตกหักแบบ Inter Crystalline Failure การเตบิ โตของผลึกไดก ลา วแลว ในเรื่องของการผลกึ แตจ ะนํามาสรุปเพื่อใหเขา ใจเก่ียวกบั การ เติบโตของผลกึ อกี คร้ังดงั ตอ ไปน้ี ในอนั ดบั แรกจะเกิดมจี ดุ เรม่ิ ตนการตกผลกึ แลวผลึกก็จะโตข้นึ จาก จดุ เร่มิ ตน ไปในทกุ ทศิ ทาง ดงั รปู ท่ี 30 ในขณะเดียวกันจดุ เรม่ิ ตนใหม ๆ ก็จะเกิดขน้ึ และในที่สุดน้ํา โลหะทั้งหมดกจ็ ะกลายเปน ผลกึ หรือเกรน ซงึ่ จะมขี อบคนั่ ระหวางผลกึ เรียกวา ขอบผลึกหรอื ขอบเกรน ขนาดของเม็ดผลกึ ขึ้นอยกุ บั อัตราการเพม่ิ ของจุดเร่มิ ตน และอตั ราการโตข้ึนของผลึก ถาอัตราการโต ชนะอัตราการเพิ่มกจ็ ะเกิดผลกึ ขนาดใหญ และถา อตั ราการเพ่มิ ชนะอตั ราการโตก็จะเกิดเม็ดผลกึ ขนาด

เลก็ กลไกการเกิดผลกึ (Mechanism of Crystallization) เม่อื สสารมกี ารเปลย่ี นสถานะจากของเหลวมาเปนของแขง็ ทาํ ใหม กี ารเกิดผลกึ ขึน้ ซง่ึ มีกลไกที่ คอ นขา งแนนอน และสามารถแบงไดเ ปน สองระยะ คอื 1. การเกดิ นวิ เครยี ส (Nuclei formation) 2. การเตบิ โตของผลึก (Crystal Growth) โดยทว่ั ไป เมอื่ ของเหลวกลายเปนของแข็งน้นั เกดิ ขึ้นเมอื่ อุณหภมู ิไดล ดตํา่ ลงจนสสารน้ันถึงจดุ แขง็ ตวั ดงั ในรปู แสดงกราฟของการเยน็ ตัวของโลหะบรสิ ุทธ์ิ และปกตแิ ลวอะตอมในของเหลวไมมกี าร เรียงตวั แตม ีการเคล่ือนท่ไี ปมาเน่อื งจากมพี ลังงานจลน มีผลทําใหอ ะตอมเกิดการเคลอ่ื นทีไ่ ปมา ย่งิ มี อุณหภูมิสูงเทา ไรพลงั งานจนลก ็จะมีมากขนึ้ ทํา ใหอะตอมเคลือ่ นที่ไปมาเรว็ กวา ทอ่ี ุณหภมู ติ ํา่ กวา สํา หรบั พลังงานศกั ยม ีความสมั พนั ธร ะหวา งระยะหางของอะตอม แตเมือ่ สสารเรม่ิ แข็งตัวอะตอมจะเรม่ิ เรียงตัวหรอื จบั ตัวกันเปน กอ นพลังงานจนลข องอะตอมในสถานะของเหลวกับสถานะของแขง็ นน้ั เทากัน แตแตกตางกนั ในสวนของพลงั งานศักยเน่อื งจากในสถานะของแขง็ อะตอมของสสารอยใู กลชดิ กนั มากกวา ดังน้นั ในการแขง็ ตัวสสารปลอยพลงั งาน ซึ่งความแตกตางระหวา งพลงั งานศกั ยของ ของเหลว กบั ของแข็งนเ้ี ราเรยี กวา latent heat of fusion อยา งไรก็ตาม ในการเกิดนิวเครียสของของแขง็ ตองการพลังงานเพิม่ เพื่อทําใหเกดิ ลกั ษณะผิวระหวางของแข็งกบั ของเหลวน้ัน ๆ รูปที่ 5 กราฟของการเย็นตัวของโลหะบริสทุ ธิ์ การแข็งตัวของโลหะบรสิ ทุ ธิ์ ซง่ึ สามารถอธบิ ายไดด งั น้ี เมอ่ื อณุ หภมู ลิ ดลงถึงจดุ แขง็ ตัว ก็จะเกดิ นวิ เครยี สซงึ่ เปน ของแขง็ และเกิดการเปลยี่ นรูปของผลกึ ขนึ้ ในขณะเดียวกนั พลังงานก็ถูกปลอยออกมาใน รูปความรอ นของการรวมตัว (heat of fusion) เพ่อื สรางขอบเขตท่แี นน อนของนิวเครยี ส และหลังจาก นัน้ การ under colling จะเกดิ ข้ึนตามเสมอเพือ่ ทํา ใหนวิ เครียสสมดุลย การปลอ ยความรอนออกมา น้ันทํา ใหอ ุณหภมู สิ ูงข้ึนกวา จุดแข็งตัวทําใหน ิวเครียสบางตวั กลับละลายกลายเปนของเหลวอีกคร้งั

รูปท่ี 6 แสดงถงึ การแขง็ ตวั ของโลหะบรสิ ทุ ธิ์ เม่อื อณุ หภูมิลดตํา่ ลงมาจากจุดเแขง็ ตวั นวิ เครียสกจ็ ะเจริญเติบโต ข้ึนเรอ่ื ย ปกตจิ ะมีลักษณะ คลาย รปู ก่ิงไม ซึง่ ทาํ ใหเราเรียกวา โครงสรา งกิง่ ไม หรือ Dendrite เมือ่ อุณหภมู ิลดลงผลกึ จะขยาย รวมกนั ใหญข ้ึนจนโตมาก จนอาจจะเหน็ ดวยตาเปลา ไดใ นโลหะบางชนิด ซึ่งผลึกหลาย ๆ ผลกึ เตบิ โต รวมกัน เราเรียกวา เกรน( grain) เกรนจะเตบิ โตขึน้ เรอื่ ยจนมาบรรจบกนั แลวสง ผลใหเ กรนนั้นหยุดการ เติบโต บริเวณที่เกรนมาบรรจบกนั น้ี เรียกวา ขอบเกรน ( grain boundary) ทีแ่ บง แยกเกรนแตล ะอนั ออกจากกนั อยา งชดั เจน แสดงใหเห็นลักษณะของอะตอมของขอบเกรน 2 เกรนท่บี รรจบกันกัน กิจกรรมการเรยี นการสอน ขั้นตอนการสอนหรือกจิ กรรมของครู ขั้นตอนการเรียนหรือกิจกรรมของนักเรียน 1. ข้ันนาํ เขาสบู ทเรียน ทักทายแนะนาํ ตัวและแสดงความคนุ เคยกบั 1. ทํากจิ กรรมสาํ รวจบุคลิกภาพของตัวเอง ฟง นักเรยี น บรรยายรายละเอียดวิชา จุดประสงคร ายวิชา อธิบายรายละเอียดรายวชิ าและจุดประสงค และบอกรายละเอียดเก่ยี วกับการประเมนิ ผล รายวชิ า และบอกรายละเอียดการประเมินผล รายวิชา รายวิชา 2. ข้ันบรรยาย บรรยายเกีย่ วกับการเกรนในโลหะ การเกดิ 2. ฟง การบรรยายจดบันทึกสวนท่สี ําคัญลงสมุด ผลกึ และการเตบิ โตของผลกึ ตอบคําถามเมอ่ื ถกู ถาม รวมกจิ กรรมท่ผี สู อน

3. ข้ันสรปุ กาํ หนด และถามเมื่อไมเขาใจในเนือ้ หาที่เรยี น สรุป ทบทวนเนอื้ หาโดยการใชค าํ ถามเพอ่ื 3. ตอบคําถามกับผูส อนเปน การทบทวนความรู ทบทวนความเขาใจเกี่ยวกับเนื้อหาทีเ่ รยี น โดย ความเขา ใจในเร่ืองท่เี รียน การสมุ ผเู รียนใหต อบคาํ ถาม สังเกตความสนใจ ซักถามปญ หาและขอสงสยั งานทมี่ อบหมายหรอื กจิ กรรม - ทาํ แบบฝกหัดทา ยบทเรียน กอ นเรียน - เตรียมหนงั สอื และเอกสารประกอบการสอน - เตรยี มสื่อแผนใสประกอบการสอน ขณะเรียน - แจกเอกสารประกอบการเรยี น - สงั เกตพฤติกรรมของผูเรียนในการตงั้ ใจเรียนหรอื ไม - สงั เกตวา ผเู รยี นมีความเขา ใจในสิ่งทีเ่ รียนไหม หลงั เรยี น - สรปุ เนื้อหาการเรยี น - ใหท าํ แบบฝกหัดทา ยบทเรียน ส่ือการเรียนการสอน - การนาํ เสนอดวย Power Point สื่อสงิ่ พิมพ - เอกสารประกอบการสอนเกยี่ วกับประเภทวัสดตุ า ง ๆ สอื่ โสตทศั น (ถา มี) - แผน ใสแสดงรายละเอียดเน้ือหารายวิชา และวธิ ีการวัดผล - หนุ จําลองหรอื ของจรงิ (ถา ม)ี

การประเมนิ ผล กอนเรียน - ความสนใจ ความพรอมในการเรียนรู - การใหค วามรวมมือในการตอบคาํ ถาม ขณะเรียน - รวมกิจกรรมดว ยความกระฉับกระเฉง เชน ในการตอบคําถาม หรือการซกั ถาม - ผเู รยี นฟงการบรรยายจดบันทกึ ในสว นทสี่ าํ คญั ลงสมุด หลังเรียน - ทําแบบฝก หดั หลงั เรียน - สอบยอ ยทา ยชัว่ โมงเรยี น คําถาม แบบฝกหัดท่ี 8 1. จงอธบิ ายการแข็งตัวโลหะ 2. เกรนและขอบเกรนคืออะไร จงอธิบาย 3. จงอธบิ ายการเติบโตของผลกึ มาพอเขาใจ

แผนการสอน หนวยที่ 9 ชื่อวิชา เทคโนโลยวี สั ดอุ ตุ สาหกรรม สอนคร้ังที่ 16-17 ช่อื หนว ย แผนภมู สิ มดลุ ภาค ชวั่ โมงรวม 6 ช่ือเรอ่ื ง แผนภูมสิ มดลุ ภาค จาํ นวนชัว่ โมง 3 หวั ขอเรอ่ื งและงาน 1. โลหะผสม 2. สารละลายของแข็ง 3. คณุ สมบัตกิ ารผสม 4. รูปหรอื เฟส 5. แผนภูมิสมดลุ สาระสําคญั การศกึ ษาทางโลหะวิทยา แผนภมู ิภาพสมดลุ เปน เครอ่ื งมอื หน่ึงในการบอกถงึ ลักษณะของเฟสของ โลหะ สดั สว นการผสม ท้งั โลหะบริสทุ ธ์แิ ละโลหะผสม ซึ่งเปนการศกึ ษาปจจยั ท่ีมผี ลกระทบตอการ เปลี่ยนแปลงโครงสรางของโลหะ และทราบถงึ คุณสมบตั ิของโลหะในแตล ะรูป ได สมรรถนะทพี่ ึงประสงค (ความรู ทกั ษะ คณุ ธรรม จรยิ ธรรม จรรยาบรรณวิชาชพี ) 1. บอกชนิดของแผนภาพสมดุลภาคชนิดตาง ๆ ไดอ ยางถูกตอง 2. บอกชนิดการสารละลายของแขง็ ในโลหะผสมได 3. สามารถคาํ นวนสัดสว นของโลหะผสมได เนื้อหาสาระ แผนภมู สิ มดลุ ( Equilibrium Diagram) คือแผนภาพทแ่ี สดงความสมดลุ ของภาค (Phase) แผนภาพสมดุลเปน เคร่ืองมอื ทใ่ี ชใ นศกึ ษา - คณุ สมบตั ขิ องสสาร/โลหะ/วสั ดุ - Heat Treatment โลหะ - โดยแสดงความสมั พันธ ระหวางตัวแปร ดังตอไปนี้ - อณุ หภมู ิ (Temparature) - สวนผสม (Composition)

- ความดนั (Pressure) - ภาค (Phase) การผสม (Alloy) โลหะผสมไดถ ูกพฒั นาโดยอาศัยหลักการวี่ า โลหะตางชนดิ กนั เมือ่ หลอมเหลวละลายโลหะน้นั แลว จะสามารถรวมตวั กันไดเ ปน อยางดีแตเมือ่ โลหะทหี่ ลอมละลายนนั้ เย็นตัวลง โลหะทีม่ ีจดุ หลอมละลาย สูงจะแขง็ ตัวกอนโลหะท่ีมจี ุดหลอมละลายตํ่า และจะมลี กั ษณะของจดั การผสมที่แนน อน โดยสมมารถ แบงการผสมดงั กลาวออกเปน 3 ชนิด ดงั นี้ 1. Solid Solution เปน สารละลายทีไ่ ดจากโลหะสองชนิดขึ้นไปรวมกันในสภาพของแข็ง และ ในสารละลายชนิดนอี้ ะตอม ของโลหะชนดิ หนง่ึ ทเ่ี ปน องคป ระกอบจะเขา ไปครอบครองตาํ แหนงในโครง ผลึกแทนทีอ่ ะตอมของโลหะอกี ชนิดหนึง่ เราจึงเรียกโลหะทเ่ี ปน เจา ของโครงผลกึ วา ตวั ทําละลาย (Solvent) และเรยี กโลหะทเ่ี ขาไปแทนทบี่ างตําแหนง ของโลหะทีเ่ ปนตงั ทําละลายวา ตัวถูกละลาย (Solute) และสารละลายชนิดนี้ยงั สามารถแบงแยกไดอกี 2 ชนิดดงั นี้ 1.1. Substitutional Solid Solution เปน สารละลายทเี่ กดิ ขนึ้ จากอะตอมของตัวถกู ละลาย เขาไปแทน ท่ี (Substitute) อะตอมของตัวทาํ ละลายบางอะตอมซ่ึงอยูในโครงผลึก ดังนน้ั อะตอมของ ตัวถกู ละลายจะเทามีกบั อะตอมขอลงตัวถูกละลายการแทนทจี่ ึงจะเกิดขน้ึ ได ตงั อยางของสารละลาย ชนิดนไ้ี ดแก สารละลายของโครเมียมและนิกเกลิ โดยอะตอมของโครเมียมจะเขา ไปแทนทบ่ี างอะตอม ของนิกเกลิ ในโครงผลกึ ของนิกเกิล ซง่ึ โครงผลึกของนิกเกลิ จะเปนแบบ FCC ดงั รูป รูปที่ 1 การละลายแบบ Substitutional 1.2. Interstitial Solid Solution เปนสารละลายี่เกิดจากอะตอมของัวถกู ละลายท่มี ีขนาด เล็กเชน ไนโตรเจน คารบ อนและไฮโดรเจน โดยอะตอมของธาตเุ หลานจ้ี ะเขา ไปแทรกตัวอยใู นโพรง หรอื ชองวา งระหวางอะตอมที่มขี นาดใหญเ ชน เหล็ก ตวั อยางขอสารละลายชนดิ นไี้ ดแก ออสเทนไนต เปนสารละลายท่เี กดิ จากอะตอมของคารบ อนเขา ไปแทรกอยใู นชอ งวางระหวางอะตอมของเหล็ก ซง่ึ อะตอมของเหล็กยงั ครอบครองจดุ ตา ง ๆ ของผลกึ แบบ Face-Centered Cubid ตามปกติ เหมอื นกบั อยใู นสภาพของเหล็กบรสิ ุทธิ์ อีกตวั อยา งหนึ่งคือ มารเทนไซต ซง่ึ เปน คารไบดข องเหลก็ โดยอะตอม ของคารบอนเขา ไปแทรกอยรู ะหวางอะตอมของเหล็กในโรงผลึกที่เปน แบบ Body-Centered Cubid