4

โลหะวทิ ยา เรือ่ ง โลหะผสม

โลหะผสม ▪โลหะบรสิ ทุ ธ์ใิ นทางวิศวกรรมมจี ดุ เดน่ จดุ ดว้ ยต่างกันไป ทาให้ จงึ เกดิ การนาโลหะผสมมาใช้งาน จึงตอ้ งทาความเขา้ ใจกบั คาว่า โลหะผสม สารละลาย และสารประกอบ วา่ แตกตา่ งกันอยา่ งไร เพือ่ ไปเข้าใจโครงสร้างจลุ ภาคของวัสดุได้ดขี ึ้น และศึกษากราฟ การเย็นตัวของเหล็กบริสุทธ์ิ การเปลีย่ นโครงสรา้ งผลึกท่ี อุณหภมู ิต่างๆกนั

1.โลหะผสม Alloys ▪หมายถึง โลหะทีธ่ าตุชนิดอ่ืนผสมอยู่โดยเรยี กโลหะ ทีม่ ีปรมิ าณมากทส่ี ุดเปน็ ช่อื ของโลหะผสมชนิดน้นั เช่น ทองแดงผสมซ่งึ มที องแดงเปน็ ธาตุท่ีมปี รมิ าณ มากที่สุด

2.สารละลาย (Solutions) ▪หมายถึง สารเนอื้ เดียวซ่งึ มีองค์ประกอบต้ังแต่ 2 ชนิดข้ึนไปอาจอยู่ในสภาพของแขง็ ของเหลว หรอื แกส๊ กไ็ ด้ ▪ถา้ เปน็ ของแขง็ เรียกว่า “สารละลายของแขง็ ” Solid Solution ▪ถา้ เปน็ ของเหลวเรยี กว่า “สารละลายของเหลว” Liquid Solution

2.สารละลาย (Solutions) ▪สารละลายจะประกอบด้วยตัวทาละลาย Solvent กับตัวถกู ละลาย Solute ▪ตวั ทาละลาย เปน็ สารท่เี ป็นองคป์ ระกอบส่วนหนง่ึ ทีม่ ปี ริมาณมากกว่าสาร อน่ื ในสารละลาย ▪ตวั ถกู ละลาย เป็นสารท่ลี ะลายในตวั ทาละลาย ในกรณีทขี่ องแขง็ ละลายใน ของเหลว ของแขง็ คอื ตวั ถูกละลาย สว่ นของเหลวคือ ตัวทาละลาย ▪ถา้ กรณที เ่ี ปน็ ของแข็ง หรือของเหลวทงั้ คู่ สารท่ีมีปรมิ าณน้อยกวา่ จะถอื วา่ เปน็ ตัวถูกละลาย ส่วนสารที่มีปริมาณมากกว่าจะถือวา่ เปน็ ตวั ทาละลาย

ตารางแสดงองค์ประกอบ ตัวทาละลาย และตัวถูก ละลายของโลหะผสมบางชนดิ โลหะผสม องค์ประกอบ ตัวทาละลาย ตัวถูกละลาย ทองเหลอื ง ทองแดง เหลก็ กล้าไรส้ นมิ ทองแดงกับสงั กะสี เหลก็ สังกะสี บรอนซ์ เหลก็ คารบ์ อน โครเมยี ม ทองแดง คาร์บอน โครเมยี ม นิกเกลิ นิกเกลิ ทองแดง ดบี ุก ดีบุก

2.สารละลาย (Solutions) ▪โดยทวั่ ไปโลหะผสมเกือบทกุ ชนดิ จะสามารถละลายได้ดีใน สภาพหลอมเหลวไม่มขี อบเขตจากัด อะตอมของธาตุผสมจะ สามารถละลายไดห้ มด สาหรับสภาพของแข็งการละลายจะ อย่ภู ายใตข้ อบเขตท่แี น่นอนขึน้ อยูก่ บั ชนิดของธาตุทแ่ี ตกต่าง กันออกไป แบง่ ได้ 2 ลกั ษณะ คือ

2.สารละลาย (Solutions) 1.สารละลายของแข็งแบบแทนท่ี Substitution Solid Solution • เกิดจากอะตอมชนดิ หนึง่ เขา้ ไปแทนทีต่ าแหนง่ ของอะตอมอกี ชนิดหน่งึ เนื่องจากอะตอมมีความ ใกลเ้ คยี งกัน โดยไม่ทาให้โครงสร้างผลึก เปลี่ยนแปลงไปมากนกั เชน่ โลหะผสมระหวา่ ง ทองแดงกับนกิ เกลิ



2.สารละลาย (Solutions) 2.สารละลายของแข็งแบบแทรกท่ี Interstitial Solid Solution • เกิดจากอะตอมของตวั ถกู ละลายเข้าไปอยู่ใน ตาแหนง่ ทวี่ ่างในโครงสร้างผลกึ ของตัวทาละลาย

3.สารประกอบ (Compound) ▪สารประกอบเป็นสารบรสิ ุทธิ์ที่ประกอบด้วยธาตุตง้ั แต่ 2 ธาตุขนึ้ ไปรวมกนั ดว้ ยอตั ราส่วนโดยมวลคงท่ี และมสี มบตั ิ แตกตา่ งจากสมบตั ิเดมิ ของธาตทุ ่ีเป็นองคป์ ระกอบ เช่น น้า H2O ประกอบดว้ ย ไฮโดรเจน 2 อะตอม รวมตัวกับ ออกซิเจน 1 อะตอม กลายเป็นสารประกอบทเ่ี ปน็ ของเหลวที่อุณหภูมิห้อง

3.สารประกอบ (Compound) ▪จะมีลกั ษณะ 3 ลักษณะ 1.สารประกอบอินเทอรเ์ มทลั ลกิ Intermetallic Compound 2.สารประกอบแบบแทรกที่ Interstitial Compound 3.สารประกอบอิเลก็ ตรอน Electron Compound

3.1สารประกอบอินเทอร์เมทลั ลกิ ▪เป็นสารประกอบของโลหะซึง่ มสี ดั สว่ นจานวนอะตอมองค์ประกอบ ค่อนข้างแนน่ อน โดยอาจเกดิ เปน็ พนั ธะแบบไอออนิก หรือ โคเวเลนต์ ซ่งึ เปน็ แรงยึดเหน่ียวทแี่ ขง็ แรง สารประกอบประเภทนี้ จะมีสมบัตเิ หมือนอโลหะ โดยแสดงสมบตั ทิ ่วั ไปในด้านการนาไฟฟ้า ไมด่ ี การยืดตวั ต่า แขง็ เปราะ และมีโครงสร้างผลกึ ท่ซี บั ซอ้ นตา่ งไป จากเดิม เช่น Mg2Sn เป็นตน้

3.2สารประกอบแบบแทรกท่ี ▪เป็นสารประกอบทีเ่ กดิ จากการรวมตัวของธาตโุ ลหะ Transition Metals ซงึ่ เป็นโลหะหลกั ได้แก่ Fe,Ti,W,Ta,Cr เปน็ ตน้ ซง่ึ เปน็ ธาตุ ทีม่ อี ะตอมขนาดใหญก่ ับอะตอมขนาดเลก็ กวา่ ได้แก่ C,H,O เปน็ ต้น โดยธาตทุ ีม่ ีขนาดเลก็ จะเขา้ ไปแทรกที่อยรู่ ะหวา่ งอะตอมของ ธาตทุ มี่ ขี นาดใหญ่กว่า เช่น Fe3C สมบัติเดน่ ชดั ของ สารประกอบแบบน้คี ือจะมคี วามแข็งและจดุ หลอมเหลวสงู

3.3สารประกอบอิเล็กตรอน ▪เปน็ สารประกอบท่ีเกดิ จากการรวมตัวของธาตุผสมกบั ธาตขุ อง โลหะหลักทมี่ อี ัตราสว่ นระหว่างเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอนตอ่ จานวน อะตอมทแี่ น่นอน สารประกอบทอี่ ยูใ่ นกลุม่ เดียวกันมีระบบผลึก เหมือนกัน มสี มบตั ิคล้ายกัน

4.กราฟการเยน็ ตวั ของเหลก็ บรสิ ุทธ์ิ ▪เหล็ก Iron สญั ลกั ษณ์ Fe เหล็กมีจุดหลอมเหลวประมาณ 1,538 °C ▪เมอื่ อุณหภูมิลดลงจะมีโครงสรา้ งแบบ BCC ▪เหลก็ ทีม่ ีอุณหภูมอิ ยู่ระหวา่ ง 1,394-1,538 °C จะเรยี กว่า “เหล็ก เดลตา”Delta Iron ▪เม่อื อุณหภูมิลดลงอยู่ในช่วง 910 – 1,394 °C อะตอมของเหลก็ จะ จัดเรียงใหม่ในโครงสร้างแบบ FCC จะถูกเรยี กว่า “เหลก็ แกรมมา” ไม่มีสมบัตทิ างแม่เหล็ก

4.กราฟการเยน็ ตัวของเหลก็ บรสิ ุทธิ์ ▪เมื่ออณุ หภมู ิลดลง910 – อณุ หภมู ิหอ้ ง เหลก็ จะมีโครงสรา้ งแบบ BCC จะถกู เรียกว่า “เหลก็ แอลฟา”มคี ณุ สมบัตแิ ม่เหลก็ ทอี่ ณุ หภูมิ ไม่เกิน 768 °C