1

2109101 วัสดุในงานวิศวกรรม

“โลหะผสมในงานวิศวกรรม”

2

Metal Alloys

Ferrous Nonferrous

Steels Cast Irons

Low AlloyGray Iron

Ductile (nodular)

iron

WhiteIron

Malleableiron

High Alloy

Low Carbon Medium-Carbon High-Carbon

Plain

High Strengthlow alloy

Plain

Heat Treatable

Plain Tool Stainless

แบงที่ 2%C

3

เหล็กกลา (<2wt%C)

เหล็กกลาคารบอนต่ํา (C<0.25wt%C)โครงสรางเปนเฟอรไรต หรือ เฟอรไรต/เพิรลไลต

เหล็กกลาคารบอนต่ําชนิดธรรมดา (Plain Low Carbon Steel) เหนียว ความแข็งแรงต่ํา

เหล็กกลาผสมต่ําความแข็งแรงสูง (High Strength Low Alloy Steel- HSLA)Cu+V+Ni+Mo≤10wt%

4

เหล็กกลา (<2wt%C)

เหล็กกลาคารบอนปานกลาง (0.25~0.6wt%C)มีทั้งชนิดธรรมดา (Plain Medium Carbon Steels) และชนิดที่ชุบแข็งได

การชุบแข็ง = การทําใหเปนออสเตนไนต (Austenitizing) แลวทําใหเย็นตัวอยางรวดเร็ว (Quenching) ซึ่งเหล็กจะกลายเปนเฟสใหมที่เรียกวามารเตนไซต มีความแข็งสูงมาก

หลังชุบแข็งตองอบคืนตัว (Tempering) เสมอเหล็กกลาชุบแข็งถูกใชงานในสภาพมารเตนไซตที่ผานการอบคืนตัวแลว (Tempered Martensite)

5

เหล็กกลา (<2wt%C)

เหล็กกลาคารบอนสูง (0.6~1.4wt%C)มีทั้งชนิดธรรมดา (Plain Medium Carbon Steels) และเหล็กกลาเครื่องมือผสม Cr, V, Mo, W เกิดเฟสคารไบดของธาตุผสมเหลานี้ขึ้น เพิ่มความแข็งและทนตอการสึกกรอน

ใชงานในสภาพชุบแข็งและอบคืนตัวแลว

ทําเครื่องมือตัด แมพิมพขึ้นรูป

6

เหล็กกลา (<2wt%C)

มาตรฐานชนิดเหล็ก ตาม AISI (American Iron & Steel Institute) และ SAE (Society of Automotive Engineers)ใชตัวเลข ๔ หลัก (หรือบางเกรดเปน ๕ หลัก)ตัวเลข ๒ หลักหลัง (หรือ ๓ หลักหลัง) ÷100 = เปอรเซนตคารบอนในเหล็กนั้น เชน 1080 = 0.80%C (เหล็กกลายูเทกตอยด)UNS = Unified Numbering SystemASTM = American Society for Testing and Materials

7

เหล็กกลา (<2wt%C)ต.ย

8

เหล็กกลา (<2wt%C)ต.ย

9

เหล็กกลา (<2wt%C)ต.ย

10

เหล็กกลา (<2wt%C)ต.ย เหล็กกลาเครื่องมือ

11

เหล็กกลา (<2wt%C)ต.ย เหล็กกลาเครื่องมือ

12

เหล็กกลา (<2wt%C)

เหล็กกลาไรสนิม (Stainless Steels)Fe + Cr: %Cr > 11%เติมธาตุผสมอื่น เชน Ni, Mo เพิ่มความตานทานตอการกัดกรอน (Corrosion Resistance)ควบคุมสวนผสมและอาจทําการอบชุบความรอน เพื่อใหไดโครงสรางที่ตองการ โดยเฉพาะประเภท มารเตนซิติก และ PHชนิดที่ใชมาก: 304, 316 (เปนออสเตนนิติกทั้งคู)

13

Stainless Steel

Ferritic Stainless SteelAustenitic Stainless SteelMartensitic Stainless SteelPrecipitation Hardening Stainless Steel (PH)Duplex Stainless Steel

14

α

γ

15

เหล็กหลอ

16

เหล็กหลอ

เหล็กหลอเทา (Gray Cast Iron)เหล็กหลอขาว (White Cast Iron)เหล็กหลอเหนียว หรือ เหล็กหลอแกรไฟตกลม(Ductile Cast Iron, Spheroidal Graphite Cast Iron)เหล็กหลออบเหนียว (Malleable Cast Iron)

แกรไฟต

คารไบด

แกรไฟตเม็ดกลม

แกรไฟตเกล็ดละเอียด

17

เหล็กหลอ

เหล็กหลอเทาพื้นเพิรลไลต

เหล็กหลอเหนียวพื้นเพิรลไลตรอบแกรไฟตเปนเฟอรไรต

เหล็กหลอขาวพื้นเพิรลไลต

สีขาวเปนซีเมนไตต

เหล็กหลออบเหนียวพื้นเพิรลไลตแกรไฟตเปนเกล็ด (ไมกลมนัก)

เหล็กหลอเทาพื้นเฟอรไรต

18

โลหะนอกกลุมเหล็ก

โลหะหลอ (Cast Metals&Alloys)โลหะขึ้นรูปทางกล (Wrought Metals&Alloys)

ไมเหนียวมาก, มักเปนโลหะผสมชนิดมียูเทกติก

เหนียว, นํามาขึ้นรูปทางกลไดดีมักมีเฟสเดียว

หรือมีเฟสที่สองในปริมาณต่ํา

19

อะลูมิเนียม: Wrought Alloys

แบงประเภทตาม AA (Aluminum Association)ใชเลข 4 หลัก

1xxx : Pure Al 2xxx : Al-Cu3xxx : Al-Mn 4xxx : Al-Si5xxx : Al-Mg 6xxx : Al-Mg-Si7xxx : Al-Zn

ระบุกรรมวิธีการปรับปรุงสมบัติทางกล (Temper Designations) ดวยอักษร F, O, H, T

ชุบแข็งได(ชุบแข็งตกตะกอน)

20

อะลูมิเนียม: Wrought Alloys

กรรมวิธีการปรับปรุงสมบัติทางกล (Temper Designations)

F : As FabricatedO : Annealed and RecrystallizedH : Strain-hardenedT : Solution Treated and Agedระบุรายละเอียดยอยของการปรับปรุงสมบัติทางกลตอดวยตัวเลข เชน T6, T7 เปนตนตัวอยาง 6063-T6

21

อะลูมิเนียม: Cast Alloys

กระบวนการหลอ: การหลอดวยแบบหลอทราย (Sand Mould Casting), การหลอดวยแบบหลอถาวร (Permanent Mould Casting/ Gravity Die Casting), การหลอดวยแรงดันสูง (Die Casting/ High Pressure Die Casting)ชนิดของโลหะอะลูมิเนียมหลอ

1xx : Pure Al 2xx : Al-Cu3xx : Al-Si, Cu/Mg 4xx : Al-Si5xx : Al-Mg 7xx : Al-Zn 8xx : Al-Sn

22

ทองแดง

หนัก ถ.พ. 8.8ความเหนียวสูง ขึ้นรูปทางกลไดดี

ปรับปรุงสมบัติทางกลไดมาก โดยการเติมธาตุผสม

การนําไฟฟาดี (sensitive ตอสวนผสมเคมีมาก)การนําความรอนดี

23

ทองแดง

ทองแดง เปนโลหะแรกสุดที่มนุษยนํามาใชงาน

เนื่องจากพบในรูปของโลหะในธรรมชาติ

ปจจุบัน ทองแดง ไดจากการถลุงแรทองแดง ซึ่งมีเปอรเซนตทองแดงต่ํา (<5%)เปนโลหะที่ถูกนํามาใชงานในรูปของโลหะบริสุทธิ์ (ทางการคา) เปนสวนใหญ ใชงานดาน การนําไฟฟา และ การนําความรอน

24

โลหะผสมของทองแดง

ทองเหลือง = Cu + Zn (ไมเกิน 30%)แข็ง ตามปริมาณสังกะสีที่ผสม

ทําเครื่องประดับ, แบริง, อุปกรณไฟฟา, สกรู

บรอนซ = Cu + ธาตุอื่น ๆบรอนซดีบุก หรือบางครั้งเรียก บรอนซฟอสฟอรัส

บรอนซเบริลเลียม มีความแข็งแรงสูงสุดในโลหะผสมของทองแดง (ตองชุบแข็งแบบตกตะกอน), ไมเกิดประกายไฟเวลากระแทก

25

แมกนีเซียม

แมกนีเซียม ถ.พ. 1.7การผลิตยาก, เผาไหมในอากาศ, การหลอหลอมตองควบคุมบรรยากาศ (ใชฟลักซคุมผิว)โครงสรางผลึก HCP แปรรูปถาวรไดไมดี มักขึ้นรูปรอน

ธาตุผสมหลักคือ สังกะสีและอะลูมิเนียม

26

ไทเทเนียม

ไทเทเนียม ถ.พ. 4.5เปนโลหะที่มี Strength to Weight Ratio สูงสุดมี ๒ อัญรูป α (HCP) β (BCC) ที่ 883°Cจุดหลอมเหลวสูงมาก 1675°Cทนการกัดกรอนดี

คงความแข็งแรงไดทั้งอุณหภูมิต่ําและสูง

ใชงานดานอวกาศ (Ti-6Al-4V)เปนตัวเลือกของวัสดุชีวภาพ

27

NonFerrous Alloys

• Cu AlloysBrass : Zn: subst. solute atom (costume jewelry, coins, corrosion resistant)Bronze : Sn, Al, Si, Ni are subst. solute atom (bushings, landing gear)Cu-Be: precip. hardened for strength

• Al Alloys-lower ρ: 2.7g/cm 3-Cu, Mg, Si, Mn, Zn additions -solid sol. or precip.

strengthened (struct. aircraft parts & packaging)

• Mg Alloys-very low ρ: 1.7g/cm3-ignites easily -aircraft, missles

• Refractory metals-high melting T -Nb, Mo, W, Ta• Noble metals

-Ag, Au, Pt -oxid./corr. resistant

• Ti Alloys-lower ρ: 4.5g/cm 3

vs 7.9 for steel-reactive at high T -space applic.

NONFERROUS ALLOYS