chapter 6 - phase diagram
DESCRIPTION
phase, diagramTRANSCRIPT
บทท�� 6แผนภาพสมดุ�ล
(Phase Diagram)
บทท�� 6: แผนผ�งภาพของเฟส (Phase Diagram)
บทน�า (Introduction) แผนภาพแสดุงเฟส (Phase Diagram) ของโลหะผสม
7 แบบท��•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลว
และของแข&ง (Type I)•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของเหลวแต่�ไม�
ละลายก�นในสถานะของแข&ง (The Eutectic Reaction: Type II)
•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของเหลวแต่�ละลายไดุ#เพ�ยงบางส�วนในสถานะของแข&ง (The Eutectic
Reaction: Type III)•ส�วนประกอบรวมต่�วก�นแล#วเก(ดุ Congruent-melting
Intermediate Phase: Type IV•ส�วนประกอบรวมต่�วก�นแล#วเก(ดุปฏิ(ก(ร(ยา Peritectic
reaction: Type V•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในสถานะ
ของเหลว (The Monotectic Reaction: Type VI)•ส�วนประกอบไม�สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในของเหลวและใน
ของแข&ง (Type VII) การเปล��ยนแปลงในสถานะของแข&ง (Transformation
in the Solid State)
บทน�า (Introduction)
• เน*�องจากคุ�ณสมบ�ต่(ของว�สดุ�ข.$นอย/�ก�บ ชน(ดุ จ�านวน ปร(มาณ และร/ปแบบของเฟสท��ปรากฏิ หากต่�วแปรเหล�าน�$ม�การ
เปล��ยนแปลงคุ�ณสมบ�ต่(ของว�สดุ�ก&จะเปล��ยนแปลงต่าม ดุ�งน�$นจ.งจ�าเป1นท��จะต่#องศึ.กษาเก��ยวก�บเง*�อนไขในการเก(ดุเฟสต่�าง ๆ
และเง*�อนไขท��ท�าให#เก(ดุการเปล��ยนปลงของเฟส• เง*�อนไขในการเก(ดุและเปล��ยนแปลงเฟสโดุยท��วไปจะถ/กเก&บ
รวบรวมและแสดุงในร/ปแบบแผนภาพของเฟส/แผนภาพสมดุ�ลของเฟส (Phase Diagram, Equilibrium Diagram,
Constitutional Diagram) • ในการศึ.กษาเฟสของโลหะผสมภายใต่#สภาวะสมดุ�ลจ�าเป1นท��จะต่#องม�การระบ�ต่�วแปรอ(สระส�าคุ�ญ 3 ต่�วท��เก��ยวข#องอ�นไดุ#แก�
อ�ณหภ/ม( (Temperature) คุวามดุ�น (Pressure) และส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุท��มาประกอบก�น (Composition) แต่�ท�$งน�$โดุยท��วไปจะก�าหนดุหร*อสมมต่(ให#คุวามดุ�นม�คุ�าคุงท��ท��คุวามดุ�นบรรยากาศึดุ�งน�$นแผนภาพสมดุ�ลของโลหะผสมจ.งแสดุงถ.งการเปล��ยนแปลงของเฟสเฉพาะภายใต่#เง*�อนไขการเปล��ยนแปลงอ�ณหภ/ม(และส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุเท�าน�$น
บทน�า (Introduction)
• เน*�องจากเง*�อนไขต่�าง ๆ ท��ท�าการศึ.กษาเป1นการศึ.กษาภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ดุ�งน�$นการเปล��ยนแปลงต่�าง ๆ ท��เก(ดุข.$นจะเก(ดุภาย
ใต่#กระบวนการทางคุวามร#อนท��เป1นไปอย�างช#า ๆ (ม�การเปล��ยนแปลงของอ�ณหภ/ม(ช#ามาก ) หากอ�ต่ราการถ�ายเทคุวาม
ร#อนม�คุ�าเร&วข.$นจะท�าให#การเปล��ยนแปลงของเฟสเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(แต่กต่�างจากท��แสดุงบนแผนภาพ (อาจเก(ดุข.$นท�
อ�ณหภ/ม(ส/งหร*อต่��ากว�าบนแผนภาพก&ไดุ# ) ซึ่.�งจะแต่กต่�างมากหร*อน#อยข.$นก�บอ�ต่ราเร&วในการถ�ายเทคุวามร#อน
• ในบทน�$จะศึ.กษาเฉพาะโลหะผสมท��เก(ดุจากการรวมต่�วก�นของธาต่�สองชน(ดุ (Binary Alloys)
บทน�า (ต่�อ)
ว(ธ�การทดุสอบ (Experimental Method): ข#อม/ลท��ใช#ในการสร#างแผนผ�งภาพของเฟสน�$นไดุ#มาจากการทดุสอบดุ#วยว(ธ�การต่�าง ๆ ซึ่.�งว(ธ�การทดุสอบท��น(ยมใช#ม� 3 ว(ธ�การไดุ#แก�
Thermal Analysis: เป1นว(ธ�การท��ใช#ก�นอย�างกว#างขวาง ส�าหร�บการหาคุ�าอ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นและอ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุคุงท�� โดุยผลจากการทดุลองจะถ/กน�าเสนอในร/ปแบบของแผนภาพคุวามส�มพ�นธ9ระหว�างอ�ณหภ/ม(ก�บเวลา ซึ่.�งหากคุวามช�นของเส#นกราฟ
บร(เวณใดุม�การเปล��ยนแปลงแสดุงว�าม�การเปล��ยนแปลงของเฟสเก(ดุข.$น
Metallographic Method: ว(ธ�การน�$อาศึ�ยการท��ต่�วอย�างท��ถ/กน�าไปให#คุวามร#อนท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ และรอจนช($นงานอย/�ในสภาวะสมดุ�ลแล#วจ.งท�าการลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วเพ*�อร�กษาโคุรงสร#างท��อ�ณหภ/ม(ส/งน�$น ๆ ไว#
แล#วจ.งน�าไปส�องกล#องดุ/โคุรงสร#างภายหล�งแต่�ว(ธ�น�$ไม�เหมาะก�บการศึ.กษาท��อ�ณหภ/ม(ส/งมาก ๆ เพราะถ.งแม#ม�การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วแต่�ก&ไม�สามารถร�กษาโคุรงสร#างท��อ�ณหภ/ม(ส/งไดุ#เสมอไป และขณะเดุ�ยวก�น
ต่#องอาศึ�ยคุวามช�านาญในการว(เคุราะห9และแปลผลท��ไดุ#จากการส�องกล#องว(ธ�การน�$จะเหมาะส�าหร�บใช#ในการต่รวจสอบคุวามถ/กต่#องแผนผ�งภาพมากกว�า
X-ray diffraction: ว(ธ�การน�$จะเป1นการว�ดุขนาดุของโคุรงสร#างต่าข�าย จ.งท�าให#สามารถบอกการเปล��ยนแปลงของเฟสท�$งการเปล��ยนขนาดุของโคุรงต่าข�ายและการเปล��ยนร/ปแบบโคุรงสร#างผล.ก ซึ่.�งว(ธ�น�$เป1นว(ธ�การท��ง�าย
แม�นย�า และ ม�ประโยชน9อย�างมากในการหาการเปล��ยนแปลงของสารละลายของแข&งท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ
Experi
men
tal M
eth
od
Experi
men
tal M
eth
od
บทน�า (ต่�อ)
แกนในแผนผ�งภาพของเฟส (Coordinates of Phase Diagram): แกนต่�$งหร*อแกน y (Ordinate)
จะแสดุงคุ�าของอ�ณหภ/ม(ในหน�วยองศึาเซึ่ลเซึ่�ยสหร*อฟาเรนไฮต่9 และ แกนนอนหร*อแกน x
(abscissa) จะแสดุงอ�ต่ราส�วนโดุยมวล (%w/w, percent by weight) ของโลหะผสม แต่�ท�$งน�$ในการศึ.กษาบางแขนงหร*องานบางอย�างจะน(ยมใช#อ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อม (atomic
percent) มากกว�า ซึ่.�งเราก&สามารถแปลงคุ�าอ�ต่ราส�วนโดุยมวลให#กลายเป1นอ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อมไดุ#โดุยใช#ส/ต่รดุ�งน�$
)/(
)/(100
)/(
100
NMYX
NMY
NMYX
X
Atomic percent of A
Atomic percent of B
M: มวลอะต่อม (atomic weight) ของโลหะ AN: มวลอะต่อม (atomic weight) ของโลหะ B
X: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของโลหะ AY: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของโลหะ B
บทน�า (ต่�อ)
ต่�วอย�าง โลหะผสมระหว�างอะล/ม(เน�ยมก�บแมกน�เซึ่�ยมม�อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของอะล/ม(เน�ยม เท�าก�บ 80% และของ
แมกน�เซึ่�ยมเท�าก�บ 20% จงหาอ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อมของโลหะท�$งสอง
%28.78
32.2498.262.08.0
8.0100
)/(
100
NMYX
XAtomic percent of Al
Atomic percent of Mg
M: atomic weight ของ Al = 26.98N: atomic weight ของ Mg = 24.32
X: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของ Al = 0.8Y: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของ Mg = 0.2
%72.21
32.2498.262.08.0
32.2498.262.0100
)/(
)/(100
NMYX
NMY
บทน�า (ต่�อ)
• ในทางอ�ดุมคุต่(น�$น แผนผ�งภาพของเฟสจะแสดุงคุวามส�มพ�นธ9ของเฟสภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล กล�าวคุ*อ ภายใต่#เง*�อนไขน�$เฟสจะไม�เปล��ยนแปลงต่ามเวลา ในทางปฏิ(บ�ต่(การเปล��ยนแปลงเฟสจะข.$นอย/�ก�บอ�ต่ราคุวาม
ร#อนหร*อการลดุอ�ณหภ/ม(ให#ก�บโลหะผสม ในการเปล��ยนแปลงของอ�ณหภ/ม(อย�างฉ�บพล�น จะม�ผลท�าให#เฟส ไม�เปล��ยนแปลง ซึ่.�งเก(ดุข.$นภายใต่#เง*�อนไขสมดุ�ล
ประเภทของเง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลระหว�างเฟสท��เป1นไปไดุ#ท�$งหมดุประเภทของเง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลระหว�างเฟสท��เป1นไปไดุ#ท�$งหมดุ
Components Completely Soluble in the liquid state:• Completely soluble in the solid state (Type I)• Insoluble in the solid state: (Type II)• Partly soluble in solid state (Type III)• Formation of a Congruent-melting (Type IV)• The peritectic reaction (Type V)
Transformation in the solid state:• Allotropic change• Order-disorder• The eutectoid reaction• The peritectoid reaction
Components partly soluble in the liquid state (Type VI)
Components insoluble all in liquid and solid state (Type VII)
Type I โลหะท�$งสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Two metals completely soluble in the liquid and solid states)เน*�องจากโลหะท�$งสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#หมดุในสถานะของแข&ง ดุ�ง
น�$นเฟสของของแข�งที่�เกิ ดข��นจึ�งเป็�นเฟสของสารละลายของแข�งแบบที่ดแที่น (Substitutional Solid Solution) เที่�าน��น น��นคุ*อ
โลหะท�$งสองต่#องม�โคุรงสร#างผน.กชน(ดุเดุ�ยวก�นและขนาดุของอะต่อมต่�างก�นไม�เก(น 8 เปอร9เซึ่&นต่9กราฟของการลดุอ�ณหภ/ม(ส�าหร�บโลหะบร(ส�ทธ(; A และ Bจะแสดุงเฉพาะ
เส#นแนวนอน เพราะการเร(�มต่#นและส($นส�ดุของการแข&งต่�วจะเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� ส�วนกราฟของสารละลายการลดุอ�ณหภ/ม(แสดุงจ�ดุเปล��ยนคุวามช�นสองแห�งร/ป จากร/ปท�� 61. ส�าหร�บโลหะผสมระหว�าง 80A
และ 20B จ�ดุเปล��ยนแรกเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม( T1 แสดุงถ.งการเร(�มต่#นของการแข&งต่�ว และจ�ดุเปล��ยนท��สอง ท��อ�ณหภ/ม( T2 แสดุงถ.งจ�ดุส($นส�ดุของ
การแข&งต่�ว
อ�ณหภู"มิ กิารแข�งตั�ว/หลอมิเหลวของโลหะ
A A + B (90:10)
BfinishBAT ,
startBAT ,
BT
AT
Temp. Temp. Temp.
time time time
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)(Two metals completely soluble in the liquid and solid states)
ร/ปท�� 6.1
ณ ท��คุวามดุ�นคุงท�� ย(�งส�ดุส�วนของโลหะ B ในสารละลายเพ(�มมากข.$นเท�าไหร�อ�ณหภ/ม(เร(�มและส($นส�ดุการแข&งต่�วของสารละลายจะเข#าใกล#อ�ณหภ/ม(แข&งต่�วของสารละลาย B มากข.$นเท�าน�$น
เม*�อน�าอ�ณหภ/ม(แข&งต่�ว (อ�ณหภ/ม(หลอมเหลว ) ของท�$งโลหะบร(ส�ทธ(; A, โลหะบร(ส�ทธ(; B และโลหะผสม AB ท��ส�ดุส�วนต่�าง ๆ มาแสดุงบนแผนภาพอ�ณหภ/ม(-ส�ดุส�วนโดุยมวลจะไดุ#แผนภาพแสดุงเฟสของโลหะผสมท��คุวามเข#มข#นต่�าง ๆ ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ดุ�งร/ป
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)• การหาแผนผ�งภาพของเฟส โดุยการพล&อต่จ�ดุต่�าง ๆ ระหว�างอ�ณหภ/ม(ก�บ
ส�ดุส�วนโดุยมวลของสาร จ�ดุแต่�ละจ�ดุท��พล&อต่ไดุ#จากกราฟของการลดุอ�ณหภ/ม(ลงบนแผนผ�งภาพ เส#นในแนวต่�$งท��แสดุงโลหะผสม 80A-20B
และอ�ณหภ/ม( T1 และ T2 ไดุ#จากกราฟการลดุอ�ณหภ/ม( จ�ดุอ*�น ๆท��ส�วนผสมต่�าง ๆ ก&ท�าเช�นเดุ�ยวก�น
• แผนผ�งภาพของเฟสจะประกอบดุ#วยจ�ดุ 2 จ�ดุ เส#น 2 เส#น และ พ*$นท�� 3 พ*$นท�� ซึ่.�งจ�ดุสองจ�ดุ TA และ TB แสดุงถ.งอ�ณหภ/ม(แข&งต่�วของโลหะ
บร(ส�ทธ(; A และ B เส#นบนท��ไดุ#จากการลากเช*�อมอ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นของการแข&งต่�วของสารละลายท��แต่�ละส�ดุส�วน จะถ/กเร�ยกว�า “Liquidus
line” ส�วนเส#นล�างท��ไดุ#จากการลากเช*�อมอ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วม�ช*�อเร�ยกว�าว�า “Solidus line” โดุยพ*$นท��ท��อย/�เหน*อเส#น Liquidus
จะเป1นบร(เวณท��โลหะผสมม�เฟสเดุ�ยวและเป1นเฟสของสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยว เช�นเดุ�ยวก�บพ*$นท��ท��อย/�ใต่#เส#น Solidus จะแสดุงถ.ง
โลหะผสมท��ม�เฟสเดุ�ยวและเป1นเฟสจอวสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยว พ*$นท��ระหว�างเส#นท�$งสองโลหะผสมจะปรากฏิเป1นสองเฟสและเป1นเฟส
ผสมระหว�างสารละลายของแข&งและสารละลายของเหลว
แผนภาพสมดุ�ลเฟสของโลหะผสมท��สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Type I)
ต่�วเลขท��แสดุงในแกน x (ส�ดุส�วนโดุยมวล )แสดุงถ.งส�ดุส�วนของโลหะ B ในโลหะผสมเช�น -20 หมายถ.งม�โลหะ A = 80% และม�โลหะ B = 20%- 40 หมายถ.งม�โลหะ A = 60% และม�โลหะ B = 40%- 60 หมายถ.งม�โลหะ A = 40% และม�โลหะ B = 60%ส�วนต่�วอ�กษร- A หมายถ.งม� A = 100% (โลหะบร(ส�ทธ(; A)- B หมายถ.งม� B = 100% (โลหะบร(ส�ทธ(; B)
แผนภาพสมดุ�ลเฟสของโลหะผสมท��สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Type I)
โดุยท��วไปส�ญล�กษณ9ท��ใช#แทนเฟสของสารละลายของแข&ง ณ ท��คุวามเข#มข#นและอ�ณหภ/ม(ใดุ ๆ จะใช#ต่�วอ�กษรกร�ก เช�น , ,,เฟสท��เก(ดุข.$นม�แบบเดุ�ยวหร*อล�กษณะเดุ�ยว เช�น สารละลายของแข&งท��เก(ดุข.$นม�โคุรงสร#างเป1น FCC เหม*อนก�นและม�โลหะ B กระจายอย/�ในเน*$อโลหะสม��าเสมอเท�าก�นท�กบร(เวณไม�ว�าจะม�อ�ณหภ/ม(หร*อส�ดุส�วนของโลหะ B เท�าไหร�ก&ต่าม ก&จะถ*อว�าเฟสท��เก(ดุข.$นม�เฟสเดุ�ยวและส�ญล�กษณ9ท��ใช#แทนสารลายของแข&งก&จะม�เพ�ยงต่�วเดุ�ยว เช�น ดุ�งร/ป
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
การลดุอ�ณหภ/ม(ภายใต่#สภาวะสมดุ�ลของโลหะผสมแบบสารละลายของแข&งภายใต่#สภาวะสมดุ�ลหร*อท��การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างช#า ๆ ส�าหร�บโลหะผสม
70A-30B (ภาพหน#าถ�ดุไป ) ท��อ�ณหภ/ม( T0 โลหะผสมน�$จะเป1นสารละลายเฟสเดุ�ยวของเหลวเน*$อเดุ�ยว และ
ย�งคุงสภาพน�$จนกว�าอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 (อย/�บนเส#นLiquid) ซึ่.�งการ
แข&งต่�วจะเร(�มข.$น Nuclei ท��เป1นสารละลายของแข&งในร/ป 1 เร(�มเก(ดุข.$น Nuclei ท��เก(ดุข.$นน�$จะม�คุวามเข#มข#นของโลหะ A ส/ง (จ�ดุหลอมเหลวส/ง )
และม�ส�วนผสมคุ*อ 95A-5B (กฎข#อท�� 1)
เน*�องจากสารละลายของแข&งท��เก(ดุข.$นม�ส�ดุส�วนของโลหะ A มากกว�าต่อนท��เป1นของเหลว (โลหะ A แข&งก�อน) ท�าให#สารละลายของเหลวท��เหล*ออย/�ม�คุวามเข#มข#นของโลหะ B มากข.$น โดุยม�ส�วนผสมเป1น 69A-31B เม*�อ
อ�ณหภ/ม(ต่��าลงจนถ.งอ�ณหภ/ม( T2 สารละลายของแข&ง2 ท��ม�ส�วนประกอบของโลหะ B เป1น10Bเร(�มก�อต่�วข.$นเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง ท�$งสารละลาย
ของเหลวและของแข&งจะม�คุวามเข#มข#นของโลหะ B ส/งข.$น ท��อ�ณหภ/ม( T2 ผล.ก2 จะก�อต่�วข.$นรอบ ๆ 1 ท��เป1นแกนกลางและม� dendrites ท��แยก
ออกจากก�น
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(1) (2) (3) (4) (5)
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นโลหะเหลวม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
(1) (2) (3) (4) (5)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%
(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น
(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%
(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
การลดุอ�ณหภ/ม(ในสภาวะสมดุ�ลของโลหะผสมแบบสารละลายของแข&ง (ต่�อ)เพ*�อให#สภาวะสมดุ�ลเก(ดุข.$นท�� T2 เฟสท��เป1น
ของแข&งท�$งหมดุจะต่#องม�ผล.กท��เป1น 2 กล�าวคุ*อระบบต่#องการการแพร�กระจายของอะต่อม B เข#าส/�อะต่อม A อะต่อมท��แพร�กระจายมาจากท�$งต่�วของแข&งเองและ
จากของเหลว ซึ่.�งการแพร�กระจายน�$จะเป1นไปไดุ#เฉพาะเม*�อม�การลดุอ�ณหภ/ม(ท��ช#ามาก ๆ จ.งจะ
สามารถเก(ดุข.$นไปพร#อม ๆ ก�บการเจร(ญเต่(บโต่ของเกรน
ท��อ�ณหภ/ม(อ*�น ๆ ก&จะเก(ดุในล�กษณะเดุ�ยวก�น โดุยท��เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงปร(มาณของแข&งก&จะม�เพ(�มมากข.$
น ( เกรนขยายขนาดุข.$น ) จนกระท��งท��อ�ณหภ/ม( T4 ของเหลวท��เหล*ออย/�จะอย/�ต่ามบร(เวณขอบของผล.ก ซึ่.�งของเหลวเหล�าน�$จะม�คุวามเข#มข#น(ส�ดุส�วน ) ของโลหะ B
ในปร(มาณท��ส/งก&จะแข&งต่�วต่ามบร(เวณขอบเกรน แต่�หากท($งไว#นานพอโลหะ B จะแพร�กระจายเข#าไปในเน*$อ
โลหะส�วนอ*�น ๆ ซึ่.�งจะท�าให#ท�กบร(เวณม�ปร(มาณของโลหะ B กระจายอย/�เท�า ๆ ก�นท�าให#โลหะผสมท�$งช($นงานม�
ส�ดุส�วนของโลหะ B เท�าก�บ 30% สม��าเสมอต่ลอดุช($นงานเป1นเน*$อเดุ�ยวก�น ดุ�งเช�นแสดุงในร/ป
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)การแพร�กระจาย (Diffusion)การแพร�กระจายหร*อการเคุล*�อนท��ของอะต่อมในสถานะของแข&งเป1น
ปรากฏิการณ9ท��ส�าคุ�ญ เน*�องจากการแพร�กระจายภายใต่#การเย&นต่�วอย�างช#า ๆ ท�าให#โคุรงสร#าง Dendrites เดุ(มหายไป และผล.กจะเป1นสารละลายเน*$อเดุ�ยว
Vacancy Mechanism: ช�องว�างท��เก(ดุจากการหายไปของอะต่อมต่�วใดุต่�วหน.�งเป1นคุ�ณสมบ�ต่(ท��วไปของคุวามไม�สมบ/รณ9ของโคุรงสร#างผล.ก จ.งเป1นการง�ายต่�อการแพร�กระจาย หร*อการกระโดุดุของอะต่อม
โดุยท��อะต่อมของต่�วถ/กละลายจะเคุล*�อนท��เข#าไปแทนท��ท��ว�างของอะต่อมท��หายไป
Interstitial Mechanism: โคุรงสร#างท��ม�การแทรกของอะต่อมก&เป1นอ�กหน.�งล�กษณะท��วไปของคุวามไม�สมบ/รณ9ของผล.ก อะต่อมท��แทรกอย/�ในโคุรงสร#างเข#าไปแทนท��อะต่อมท��อย/�ในต่�าแหน�งปกต่( ท�าให#
อะต่อมน�$นเคุล*�อนท��ออกไปเป1นอะต่อมต่�วแทรกแทน หร*อเก(ดุจากการท��ต่�วแทรกเคุล*�อนท��ไปรอบ ๆ อะต่อมต่�วอ*�น ๆ ซึ่.�งว(ธ�การน�$จะพบในสารละลายของแข&งแบบแทรกร�องหร*อแทรกช�องว�าง
Atom Interchange Mechanism: เป1นการสล�บต่�าแหน�งระหว�างอะต่อมท��อย/�ต่�าแหน�งปกต่( ว(ธ�การน�$จะเก(ดุข.$นไดุ#บางกรณ�ท��ม�สภาวะเหมาะสมโดุยเฉพาะเท�าน�$นเน*�องจากถ#าย(�งอะต่อมม�การเร�ยงต่�วอย�างเป1นระเบ�ยบและอ�ดุแน�นเท�าไหร�ก&จะ
เป1นการยากท��จะแพร�กระจายดุ#วยว(ธ�น�$
กลไก
ในกา
รกา
รแพร
�กระจ
ายกล
ไกใน
การ
การแ
พร�กร
ะจาย
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
การแพร�กระจาย (ต่�อ)• จากการทดุลองพบว�าการแพร�กระจายของอะต่อมแบบเข'าไป็แที่นช่�องว�างของอะต่อมท��หายไป (Vacancy Mechanism) เป็�นกิลไกิหล�กิในกิารแพร�กิระจึายในโลหะ ส�วนหน.�งมาจากการท��พล�งงานที่�ใช่'ในกิารแพร�
กิระจึายดุ#วยกลไกน�$มิค่�าน'อยเม*�อเท�ยบก�บกลไกอ*�น ๆ • อ�ต่ราการแพร�กระจายของโลหะผสมท��ผ�านกระบวนการท�าให#เย&น
ต่�วอย�างรวดุเร&วจะส/งกว�าโลหะท��ผ�านกระบวนการท�าให#เย&นต่�วอย�างช#า ๆ เน*�องจากเม*�อการเย&นต่�วเก(ดุข.$นอย�างรวดุเร&วจ�านวนช�องว�างท��เก(ดุจาก
การหายไปของอะต่อมม�จ�านวนมากข.$น• อ�ต่ราการแพร�กระจายของโลหะแต่�ละชน(ดุในโลหะชน(ดุอ*�น ๆ ข.$นอย/�ก�บ
คุ�าส�มประส(ทธ(;ของการแพร�กระจาย (หน�วยต่ารางเซึ่นต่(เมต่รต่�อว(นาท� ) ของโลหะชน(ดุ
น�$น ๆ ซึ่.�งคุ�าส�มประส(ทธ(;น�$จะข.$นก�บหลายต่�วแปรดุ#วยก�น แต่�ต่�วแปรท��ส�าคุ�ญท��ส�ดุคุ*อ อ�ณหภ/ม( ท�$งน�$โดุยท��วไปค่�าส�มิป็ระส ที่ธิ์ .ของกิารแพร�
กิระจึายจึะมิค่�าเพ �มิข��นเป็�นสองเที่�าเมิ/�ออ�ณหภู"มิ เพ �มิข��นที่�กิ ๆ 20๐C
ป็ร มิาณกิารแข�งตั�วและส�ดส�วนของโลหะ A และ B ในเฟสตั�าง ๆ
•ปร(มาณของของแข&งท��เก(ดุข.$นและของเหลวท��เหล*ออย/�ท��แต่�ละอ�ณหภ/ม(รวมไปถ.งส�ดุส�วนของโลหะ A และ B ในเฟสของ
ของแข&งท��เก(ดุข.$นและในเฟสของของเหลวท��เหล*ออย/�สามารถหาไดุ#จากกฎ 2 ข#อดุ#วยก�น ดุ�งน�$ กิฎข'อที่� 1: ส�ดส�วนที่างเค่มิ
ของแตั�ละเฟส การหาส�ดุส�วนของโลหะผสมในแต่�ละเฟสท��
ผสมก�นอย/�ภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ณ อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ไดุ#โดุยการลากเส#นแนวนอนท��อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการ เร�ยกว�าTie line
(เส#น mo ในร/ป) ต่�ดุก�บเส#น solidus และ liquidus และจากจ�ดุต่�ดุท�$งสอง ลากลงมาต่�ดุก�บแกนส�วนผสม ซึ่.�งจะไดุ#
ส�วนผสมท��ต่#องการ
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
กิฎข'อที่� 2: ปร(มาณของแต่�ละเฟส ในบร(เวณเฟสผสม ภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ณ อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการลากเส#นแนวต่�$งท��ส�วนผสมท��ต่#องการและเส#นอ�ณหภ/ม(แนวนอน เส#นแนวต่�$งจะต่�ดุก�บเส#นอ�ณหภ/ม(แนวนอนและแบ�งออกเป1นสองส�วน ซึ่.�งคุวามยาวท��ถ/กแบ�งออกน�$จะเป1นส�ดุส�วนกล�บก�บปร(มาณของเฟสท��เก(ดุข.$น กฎน�$ม�ช*�อเร�ยกว�า lever rule ปร(มาณของแต่�ละเฟสหาไดุ#จากสมการทางคุณ(ต่ศึาสต่ร9ดุ�งน�$100
mo
mn
100mo
no
Liquid (%)
Solid, (%)
% in liquid% in solid
ปร(มาณของเหลว (%)
ปร(มาณของแข&ง (%)
100*mo
mn
100*mo
no
%5.62100*16
10
%5.37100*16
6
ดุ�งน�$นจากร/ป ณ อ�ณหภ/ม( T โลหะผสมจะม�กลายเป1นของแข&ง 37.5% ของโลหะท�$งหมดุและเหล*อส�วนท��เป1นของเหลวอย/� 62.5% โดุยส�วนท��เป1นของแข&งม�โลหะ B เป1นส�วนประกอบอย/� 10% และม�โลหะ A อย/� 90% ในขณะท��ส�วนท��เป1นของเหลวม�โลหะ B เป1นส�วนประกอบอย/� 26% และม�โลหะ A อย/� 74%
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ลการเย&นต่�วในสภาวะไม�สมดุ�ล (Non-equilibrium Cooling-Origin of Coring)
เป1นไปไดุ#ยากมากในทางปฏิ(บ�ต่(จร(งท��จะท�าให#โลหะผสมเย&นต่�วลงภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมในสถานะของแข&งจะเก(ดุข.$นในอ�ต่ราท��ช#ามาก ดุ#วยอ�ต่ราการเย&นต่�วคุ�าหน.�งจะท�าให#
ม�เง*�อนไขท��แต่กต่�างจากแผนผ�งภาพสมดุ�ลเดุ(ม การแข&งต่�วจะเร(�มข.$นท��อ�ณหภ/ม( T1 ดุ#วยสารละลายของแข&งท��ม�ส�วนผสม 1 ท��อ�ณหภ/ม( T2 ของเหลวม�ส�วนผสม L2 และสารละลายของแข&งจะก�อต่�วดุ#วยส�วนผสม
2 แต่�เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมเก(ดุข.$นดุ#วยอ�ต่ราท��ช#ามาก เวลาจ.งไม�เพ�ยงพอท��จะก�อต่�วเป1นโลหะท��ม�
ส�วนผสมท��เสมอก�น ดุ�งน�$นส�วนผสมเพ*�อให#โลหะม�คุวามเสมอก�นจะม�ส�วนผสมระหว�าง
1 และ 2 ย(�งอ�ณหภ/ม(ลดุลง ส�วนผสมเฉล��ยของ
สารละลายของแข&งจะแยกออกห�างจากสภาวะสมดุ�ลมากข.$น ส�วนผสมของสารละลายจะเป1นไปต่ามเส#น Solidus แบบไม�สมดุ�ล จาก
1 ส/�
′5สารละลายท��เป1นของเหลวจะม�ส�วนผสมท��ไดุ#จากเส#นLiquidus เน*�องจากการแพร�กระจายในของเหลวม�อ�ต่ราคุ�อนข#างส/ง
การเย&นต่�วในสภาวะไม�สมดุ�ล (Non-equilibrium Cooling-Origin of Coring)
-เสร&จส($นการแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(ต่��าลงกว�าท��สภาวะสมดุ�ล-ช�วงอ�ณหภ/ม(ต่�$งแต่�เร(�มต่#นกลายเป1นของแข&งจนเป1นของแข&งสมบ/รณ9ม�ช�วงท��กว#างข.$น
Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล
• การแข&งต่�วจะเป1นไปอย�างต่�อเน*�องจนถ.งอ�ณหภ/ม( T5 ท��ซึ่.�งสารละลายของแข&งม�ส�วนผสม ′5 ของเหลวส�วนส�ดุท#ายท��แข&งต่�ว L5 จะม�คุวามเข#มข#น
ของ โลหะ B ส/งกว�าในของเหลวส�ดุท#ายในสภาวะสมดุ�ล• เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมเก(ดุข.$นไม�ท�นในระหว�างกระบวนการเย&นต่�วและของแข&งท��เก(ดุข.$น ณ อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ท��แต่ก
ต่�างก�นท�าให#ของแข&ง (เกรน ) ท��อ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วโคุรงสร#างในล�กษณะท��เร�ยกว�า Dendritic Segregation หร/อ Coring น��นคุ*อต่รงบร(เวณโคุรงสร#างท��เป1นแกนกลางจะเป1นโคุรงสร#างของโลหะผสมท��ม�
จ�ดุหลอมเหลวส/ง และถ/กล#อมรอบไปดุ#วยโคุรงสร#างของโลหะผสมท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��ากว�า
สร�ป็กิรณที่�กิารแข�งตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล
(1 )ช�วงอ�ณหภ/ม(ในการแข&งต่�วกว#างข.$น(2) อ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วม�คุ�าต่��า
กว�ากรณ�ของภาวะสมดุ�ล (ต่��ากว�าท��แสดุงบน Phase Diagram)
(3) ของเหลวช�ดุส�ดุท#ายท��จะกลายเป1นของแข&งจะม�ส�ดุส�วนของโลหะท��ม�
จ�ดุหลอมเหลวต่��ามากกว�าเม*�อเท�ยบก�บท��แสดุงบน Phase Diagram
(4) ส�ดุส�วนทางเคุม�โดุยมวลของโลหะแต่�ละชน(ดุต่รง
Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล
บร(เวณแกนกลางของเกรนและขอบเกรนม�คุ�าแต่กต่�างก�น
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
Coring or Dendritic Segregation, Cored Structure: โคุรงสร#างผล.กแบบม�แกนกลางเป1นโคุรงสร#างท��วไปท��พบในการหล�อโลหะท��การเย&นต่�วไม�ไดุ#เก(ดุข.$นภายใต่#สภาวะสมดุ�ลในโคุรงสร#างล�กษณะน�$บร(เวณ Dendrites จะม�คุวามเข#มข#นของโลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวส/งอย/�ในปร(มาณมากและล#อมรอบดุ#วยเน*$อสารท��ม�โลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��า• คุ�ณสมบ�ต่(ของขอบเกรนจะข.$นอย/�ก�บคุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��าน�$น ๆ
• หากโลหะดุ�งกล�าวเก(ดุการแต่กห�กเส�ยหายไดุ#ง�ายก&จะท�าให#บร(เวณขอบเกรนเป1นบร(เวณท��อ�อนแอก�อให#เก(ดุการแต่กห�กเส�ยหายไดุ#ก�อนบร(เวณอ*�น• คุ�ณสมบ�ต่(ท� $งทางกลและทางกายภาพของโลหะไม�สม��าเสมอท�าให#เก(ดุการเส�ยหายต่ามบร(เวณขอบเกรน เช�นการผ�กร�อนต่ามบร(เวณขอบเกรน (Intergranular Corrosion)ไดุ#ง�าย
• ดุ�งน�$นในงานบางประเภทต่#องหล�กเล��ยงการใช#/การเก(ดุ Cored Structure
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
การท�าให#เป1นเน*$อเดุ�ยว (Homogenization): การป>องก�นและแก#ไขการเก(ดุ Cored Structure
การแก#ป?ญหาCored Structure
การแก#ป?ญหาCored Structure
ป>องก�นการก�อต่�วของผล.กแกนกลางโดุยการท�าของเหลวให# แข&งต่�วอย�าง ๆ ช#า (อะต่อมม�เวลาในการแพร�กระจาย)แต่�ว(ธ�การ
น�$จะท�าให#ไดุ#ผล.กท��ม�ขนาดุใหญ�และขณะเดุ�ยวก�นเส�ยเวลามาก
เพ(�มการแพร�กระจายของอะต่อมในสภาวะของแข&งเพ*�อให#โลหะผสมม�ส�ดุส�วนโลหะสม��าเสมอหร*อเป1นเน*$อเดุ�ยวก�น
(Homogenization) (ว(ธ�น�$ใช#ก�นมากในโรงงานอ�ต่สาหกรรม)สามารถท�าไดุ#โดุยการให#คุวามร#อนก�บช($นงานท��เป1นของแข&ง
(Reheat) จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ของช($นงานเข#าใกล#เส#น Solidus lineแล#วคุ�อยปล�อยให#เย&นต่�วลงอย�างช#า ๆ
(ท��อ�ณหภ/ม(ส/งการแพร�กระจาย , diffusion, เป1นไปอย�างรวดุเร&วกว�าท��อ�ณหภ/ม(ต่��า)
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
การท�าให#เป1นเน*$อเดุ�ยว (ต่�อ) ท��อ�ณหภ/ม(ห#องส�าหร�บโลหะส�วนใหญ� อ�ต่ราการแพร�กระจายของอะต่อมเป1นไปคุ�อนข#างต่��า หร*อช#าแต่�ถ#าให#คุวามร#อนแก�โลหะ
ผสมน�$นท��อ�ณหภ/ม(ต่��ากว�าเส#น Solidusแล#ว การแพร�กระจายจะเร&วข.$นและส�วนผสมท��เสมอก�นจะเก(ดุข.$นในเวลาคุ�อนข#างส�$น
แผนผ�งภาพในสภาวะสมดุ�ลของทองแดุง-น(คุเก(ล
ส�าหร�บโลหะผสม 85Cu-15Ni การเพ(�มอ�ณหภ/ม( (reheat) ส/งข.$นให#ก�บโลหะผสม (ต่��ากว�าเส#นของการส($นส�ดุการแข&งต่�ว ~1980๐F) และเพ(�มเวลาของการแข&งต่�วให#นานข.$น จะท�าให#โคุรงสร#างแบบผล.ก
แกนกลางหายไปและผล.กม�ส�วนผสมท��เสมอก�น
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
(a)ช($นงานผ�านการเย&นต่�วอย�างรวดุเร&วเก(ดุโคุรงสร#าง dendritic structure ท��แกนกลางม�ส�วนประกอบของ Nickel มากกว�าบร(เวณอ*�น (ในขณะท��บร(เวณขอบเกรนม�ทองแดุงมากกว�าบร(เวณอ*�น )
(b)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (a) ท��อ�ณหภ/ม( 1382F เป1นเวลา 3 ชม . เร(�มม�การแพร�กระจายท�าให#ส�ดุส�วนของน(กเก(ลและทองแดุงในแต่�ละส�วนม�คุ�าใกล#เคุ�ยงก�นมากข.$น
(c)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (a) ไปจนกระท��งอ�ณหภ/ม(เท�าก�บ 1742F และท($งไว#เป1นเวลานาน 9 ชม . พบว�าไม�เหล*อ dentritic structure (บร(เวณท��เป1นจ�ดุส�ดุ�าเก(ดุจากออกไซึ่ดุ9ของน(กเก(ลและออกไซึ่ดุ9ของทองแดุง)
(d)ช($นงานผ�านการเย&นต่�วอย�างช#า ๆ เก(ดุโคุรงสร#าง dendritic structure ท��ม�ขนาดุเกรนใหญ�กว�าข#อ (a)
(e)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (d) ท��อ�ณหภ/ม( 1742F เป1นเวลา 15 ชม . พบว�าไม�เหล*อ dentritic structure (ใช#เวลานานกว�าข#อ (c ) เพราะต่#องแพร�กระจายในระยะท��ไกลกว�า
ค่�ณสมิบ�ตั ของโลหะผสมิแบบสารละลายของแข�ง (Properties of Solid-solution Alloy)• คุ�ณสมบ�ต่(ส�วนใหญ�ของโลหะผสมท��เปล��ยนแปลงไปม�ผลมาจากการบ(ดุ
เบ�$ยวของโคุรงสร#างผล.กของโลหะท��ท�าหน#าท��เป1นต่�วท�าละลาย (Solvent) ซึ่.�งถ/กโลหะท��ท�าหน#าท��เป1นต่�ว
ถ/กละลาย (Solute)เข#าไปแทนท��• คุ�าคุวามต่#านทานไฟฟ>าจะข.$นอย/�ก�บการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างต่าข�าย การ
บ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างจะมากข.$นพร#อมก�บจ�านวนของโลหะต่�วถ/กละลายท��เพ(�มเข#าไป
• ทองแดุงท��เพ(�มเข#าไปในน(คุเก(ลจะท�าให#โลหะผสมม�คุ�าคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งเพ(�มข.$นคุวามสามารถในการย*ดุต่�วลดุลง ในท�านองเดุ�ยวก�นก�บการ
เต่(มน(คุเก(ลเข#าไปในทองแดุงก&ม�ผลท�าให#คุวามแข&งแรงและคุวามแข&งเพ(�มมากข.$นคุวามเหน�ยวลดุลง (ท�$งสองต่�วสามารถเป1นต่�วท�าละลายไดุ#ท�$งคุ/� ) ดุ�งน�$นคุ�าส/งส�ดุหร*อต่��าส�ดุของคุ�ณสมบ�ต่(ท��เปล��ยนแปลงจ.งเก(ดุข.$นในโลหะท��ม�
ส�ดุส�วนของน(กเก(ลและทองแดุงใกล#เคุ�ยงก�น
• โลหะผสม Monel (ม�น(กเก(ล 2/3 และม�ทองแดุง 1/3) จะม�คุ�าคุวามแข&งแรงส/งท��ส�ดุและม�คุวามสามารถในการย*ดุต่�วดุ�พร#อมท�$งม�คุวามต่#านทานการ
ก�ดุกร�อนส/ง• คุ�าคุวามแข&งแรงทางดุ.งก�บคุวามแข&งท��
ส/งท��ส�ดุอาจจะเก(ดุข.$นท��ส�ดุส�วนท��แต่กต่�างก�น(แต่�ใกล#เคุ�ยงก�น)
Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)
ร/ปแบบต่�าง ๆ ของโลหะผสม Type I (Variations of Type I)• โลหะผสมใน Type I จะคุรอบคุล�มถ.งโลหะผสมท��ม�จ�ดุหลอมเหลวระหว�าง
จ�ดุหลอมเหลวของโลหะ A และ B เน*�องจากม�คุวามเป1นไปไดุ#ท��โลหะผสมประเภทท�� 1 บางชน(ดุจะม�เส#น
Liquidus และ Solidus เป1นล�กษณะเส#นโคุ#งหงายหร*อโคุ#งคุว��า และบร(เวณต่�าแหน�งส/งท��ส�ดุหร*อต่��าท��ส�ดุของเส#นท�$งสองท�บก�นพอดุ� ซึ่.�งเก(ดุข.$น
เน*�องจากโลหะผสมในบางส�ดุส�วนม�ล�กษณะการแข&งต่�วคุล#ายก�บโลหะบร(ส�ทธ(; (การเปล��ยนเฟสเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุ�อนข#างคุงท��และของแข&งท��เก(ดุข.$นก�บ
ของเหลวท��เหล*ออย/�ม�ส�ดุส�วนทางเคุม�ท��เหม*อนก�นโลหะเหลวต่�$งต่#น ซึ่.�งโลหะผสมในร/ปของสารละลายท��เก(ดุการแข&งต่�วในล�กษณะน�$เร�ยกว�า
“Congruent-melting Alloys” )
•นอกจากน�$นเน*�องจากการเย&นต่�วแบบน�$คุล#ายคุล.งก�บการแข&งต่�วของโลหะผสมแบบ Eutectic (Type II) ดุ�งน�$นในบางคุร�$งจะเร�ยกโลหะผสมแบบ Type I ท��ม�
ล�กษณะการแข&งต่�วแบบน�$ว�า “Pseudoeutectic Alloy” เช�น
โลหะผสม Cu-Au (ทองแดุง-ทองคุ�า)และ Ni-Pd (Nickel – Palladium) ซึ่.�งท�$งสองคุ/�ม�ล�กษณะ Phase Diagram
เหม*อนก�บร/ปท�� 1 ส�วนคุ/�โลหะท��แสดุงล�กษณะของ Phase
Diagram แบบร/ปท�� 2 ย�งไม�ม�ใคุรพบต่�วอย�าง
Type II สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�สามารถละลายก�นไดุ#เลยในของแข&งTwo Metals Completely Soluble in the Liquid State and Completely Insoluble in the Solid State
• โดุยท��วไปแล#วไม�ม�คุ/�โลหะชน(ดุใดุท��ไม�สามารถละลายก�นไดุ#เลย อย�างไรก&ต่ามในบางกรณ�ซึ่.�งพบว�าคุวามสามารถในการละลายของคุ/�โลหะน�$นม�คุ�า
จ�าก�ดุและน#อยมากจ.งถ*อไดุ#ว�าไม�สามารถละลายเข#าก�นไดุ#• Raoul’s Law: ถ#าสาร 2 ชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะ
ของเหลวแต่�ไม�สามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของแข&งเม*�อเต่(มสารชน(ดุท�� 1 ลงไปในสารชน(ดุท�� 2 อ�ณหภ/ม(การเร(�มต่#นการแข&งต่�วของสารละลายจะ
ลดุต่��าลงเม*�อเท�ยบก�บต่อนท��เป1นสารบร(ส�ทธ(; โดุยจะลดุมากหร*อน#อยจะข.$นอย/�ก�บมวลโมเลก�ลของต่�วถ/กละลาย
•จากร/ปในกรณ� Type II เม*�อเต่(มโลหะB ลงในโลหะA จะท�าให#อ�ณหภ/ม(ของการเร(�ม
ต่#นการแข&งต่�วของโลหะผสมลดุต่��าลง กว�าโลหะA บร(ส�ทธ(; และเม*�อเต่(มโลหะ A ลงใน B อ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นการแข&งต่�วของโลหะผสมก&จะลดุต่��าลงกว�าโลหะบร(ส�ทธ(; B
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&งTwo Metals Completely Soluble in the Liquid State and Completely Insoluble in the Solid State
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• ในแผนผ�งภาพของเฟส จ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(; A และ B จะแสดุงเป1นเส#นต่รงแนวต่�$งท��จ�ดุM และ N ต่ามล�าดุ�บ ส�าหร�บโลหะผสม 80A-20B อ�ณหภ/ม(ของการเร(�มแข&งต่�วจะอย/�ท�� T1 และส($นส�ดุการ
แข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม( TE
• เส#น MEN ท��เช*�อมระหว�างจ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสองจะเป1นเส#น Liquidus และเป1นจ�ดุเร(�มของการแข&งต่�วของโลหะ เส#น Liquidus น�$จะต่�ดุก�บจ�ดุต่��าส�ดุ E ท��ร/ #จ�กก�นในช*�อ eutectic point TE คุ*อ
อ�ณหภ/ม( eutectic และส�วนผสมท��จ�ดุ E คุ*อส�วนผสม eutectic• เส#น Solidus จะเป1นส#นต่�อเน*�องท��ต่�อระหว�างจ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสอง น��นคุ*อเส#น MFGN• แผนผ�งภาพของเฟสจะประกอบไปดุ#วย 4 พ*$นท�� พ*$นท��ท��อย/�เหน*อเส#น Liquidus จะเป1นสารละลายของเหลวท��เน*$อเดุ�ยวหร*อเฟสเดุ�ยว เน*�องจากโลหะท�$งละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลว พ*$นท��ท� $งสามท��เหล*อจะเป1นพ*$นท��ท��ม�เฟสผสม 2 เฟส
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
Liquidus line
Solidus line
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
Eutectic Compositionส�ดส�วนย"เที่ค่ตั ค่
Eutectic Temperatureอ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่
จึ�ดย"เที่ค่ตั ค่
• โลหะผสมย/เทคุต่(คุไม�ใช�โลหะผสม Congruent melting alloy เพราะล�กษณะและเฟสของโลหะผสมในสถานะของแข&งเป1นเฟสของสารบร(ส�ทธ(; 2 ชน(ดุเร�ยงต่�วก�นสล�บไปมาแต่�ต่อนท��เป1นของเหลวเป1นเฟสของสารละลายเน*$อเดุ�ยว • โลหะผสมท��เป1น Congruent melting alloy ต่#องม�จ�านวนและล�กษณะของเฟสเหม*อนก�นท�$งต่อนท��อย/�ในสถานะของแข&งและของเหลว
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
Hypoeutectic Hypereutectic
• เฟสของโลหะบร(ส�ทธ(;ท��แข&งต่�วออกมาก�อนท��ของเหลวท��เหล*ออย/�จะม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า“โปรย/เทคุต่(คุ (Proeutectic)”• โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B น#อยกว�าส�ดุส�วน ย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า “Hypoeutectic” •โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B มากกว�าส�ดุส�วน ย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า “Hypoeutectic” • จากร/ป Proeutectic ของดุ#านHypoeutectic ไดุ#แก�โลหะ A • จากร/ป Proeutectic ของดุ#าน Hypereutectic ไดุ#แก�โลหะ B
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• ในการหาเฟสท��ปรากฏิในบร(เวณท��ม�เฟส 2 เฟส โดุยกฎข#อท�� 1 ลากเส#นแนวนอนท��อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการ (tie line) ในพ*$นท�� MFE เส#นท��ลากจะต่�ดุก�บเส#น Solidus ท��จ�ดุ O และ L ส�าหร�บเส#นLiquidus จ�ดุ O ต่��ากว�าจ�ดุหลอมเหลวท��เป1นของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; A ดุ�งน�$นจะไดุ#ของแข&ง
โลหะบร(ส�ทธ(; A เน*$อเดุ�ยว จ�ดุ L จะเป1นของเหลวเฟสหน.�งในพ*$นท��ของ 2 เฟส ดุ�งน�$นพ*$นท��MFE จะม�เฟสผสม 2 เฟสท��ผสมระหว�างสารละลายของเหลวและของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A
• ในท�านองเดุ�ยวก�นก�บพ*$นท�� NEG จะม�เฟสผสมระหว�างสารละลายของเหลวและของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; B
• เน*�องจากโลหะท�$งสองไม�ละลายเข#าก�นในสถานะของแข&งเม*�อโลหะผสมไดุ#แข&งต่�วเร�ยบร#อยแล#วจะปรากฏิเป1นสาร
ผสมของสองโลหะบร(ส�ทธ(; (Mixture of pure metal A and B)HypoeutecticHypereutectic
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• โลหะผสมหมายเลข 1 คุ*อส�วนผสม eutectic 40A-60B เม*�อถ/กลดุจากอ�ณหภ/ม(จาก T0 ท��เป1นสารละลายของเหลวท��ม�ส�วนผสมเสมอก�นจนถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE เน*�องจากจ�ดุ E น�$เป1นจ�ดุต่�ดุร�วมระหว�างเส#น Liquidus
และ Solidus สารละลายของเหลวจะเร(�มแข&งต่�วและอ�ณหภ/ม(จะไม�ลดุลงจนกว�าการแข&งต่�วจะเสร&จส($นสมบ/รณ9สารละลายของเหลวจะแข&งต่�วเป1นสารผสมของเฟสสองเฟส ซึ่.�งในกรณ�คุ*อสารประกอบระหว�างโลหะบร(ส�ทธ(;
A และ B น��นเอง• การแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(คุงท��ของโลหะผสมชน(ดุน�$จะเป1นล�กษณะท��การแข&งต่�วจะสล�บก�นระหว�างโลหะ A และ Bเพ*�อให#เก(ดุคุวามสมดุ�ลข.$นน��นเอง และผลของการแข&งต่�ว
ท��ไดุ#จะเป1นสารผสมละเอ�ยดุท��เห&นไดุ#ดุ#วยกล#องจ�ลทรรศึน9
ท��ร/ #จ�กก�นในช*�อส�วนผสมeutectic
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =30% โลหะ B =70%
การเย&นต่�วของ Alloy (Type II) ท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วน Eutectic
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
กระบวนการเปล��ยนสภาพจากของเหลวเป1นของแข&ง (Solidification) ณ อ�ณหภ/ม(คุงท��ของสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนทางเคุม�เท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(ก (Eutectic Composition) แล#วกลายเป1นของแข&ง 2 ชน(ดุ เร�ยกว�า Eutectic Reaction
Liquid Solid 1Solid 2
Eutectic Mixture
Cooling
Heating+
เป1นกระบวนการย#อนกล�บไดุ#
หล�งจากแข&งต่�วแล#วม� 2 เฟสเลยไม�ถ*อว�าอ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กเป1น Congruent Melting Point
Liquid Solid ASolid B
Eutectic Mixture
Cooling
Heating+
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• โลหะผสม Hypoeutectic หมายเลข 2 ม�ส�วนผสม 80A-20B ย�งคุงเป1นสารละลายเน*$อเดุ�ยว (เหน*อเส#นLiquidus) จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 ท��เส#น Liquidus สารละลายท��อ(�มต่�วจะเร(�มแข&งต่�ว และเม*�ออ�ณหภ/ม(
ลดุลงเพ�ยงเล&กน#อย โลหะ A ท��เก(นมาจะแข&งต่�ว ดุ�งน�$นท��สถานะน�$จะประกอบไปดุ#วยผล.กของโลหะบร(ส�ทธ(;A และสารละลายผสมเน*$อเดุ�ยวท��ม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มข.$น จากกฎข#อท��หน.�งและท��อ�ณหภ/ม( T2 เฟสท��เป1นของแข&งจะเป1นโลหะบร(ส�ทธ(; A และของเหลวท��ม�ส�วนผสม 70A-30B ปร(มาณของการแข&งต่�ว ณ อ�ณหภ/ม(น�$
ก&สามารถหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สอง• การแข&งต่�วย�งคุงต่�อเน*�องเร*�อย ๆ เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง ปร(มาณของแข&งโลหะ A เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ ในขณะท��ปร(มาณสารละลายของเหลวลดุลง แต่�คุวามเข#มข#นของโลหะ B ในสารละลายเพ(�มข.$นเร*�อย ๆ และการส($นส�ดุ
การแข&งต่�วจะเก(ดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE (ปร(มาณสารละลายของเหลวท��เหล*อก&จะแข&งต่�ว)และจากกฎข#อท��หน.�งสารละลายจะม�ส�วนผสม
40A-60B และม�ปร(มาณ 33 % ดุ�งน�$นเม*�อการแข&งต่�วส($นส�ดุจะไดุ#ผล.กของโลหะบร(ส�ทธ(; A
67 % และเฟสผสมระหว�าง A+B 33 % ม�ส�วนผสม 40A-60B
ที่� T1: เร �มิมิ nuclei ของของแข�งเกิ ดข��นโดย nuclei น��นมิส�วนป็ระกิอบเป็�นโลหะ A บร ส�ที่ธิ์ . 100%
สารละลายต่�$งต่#น (Hypoeutectic) ประกอบไปดุ#วย A 80%, B 20%(Proeutectic = Solid A)
ที่� T2: มิเฟสของแข�งและของเหลวป็นกิ�นโดยที่�- เฟสของแข�งท��เก(ดุข.$นเป1น Proeutectic ท��ม�ส�วนประกอบเป1นโลหะ A บร(ส�ทธ(; 100%และม�อย/�ในปร(มาณ (30- 20 30)/ = 1
030 = 1/3หร*อ 3333 ของโลหะผสมท�$งหมดุ- เฟสของเหลวท��เหล*ออย/�เป1นสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ A: โลหะ B เท�าก�บ 70:30 โดุยท��ของเหลวน�$ม�อย/�ในปร(มาณ 23/ หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ
สารละลายต่�$งต่#น (Hypoeutectic) ประกอบไปดุ#วย A 80%, B 20%(Proeutectic = Solid A)
ที่� T“เหน/อ”อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่มิเฟสของแข�งและของเหลวป็นกิ�นโดยที่�- เฟสของแข�ง เป1น Proeutectic ท��ม�ส�วนประกอบเป1นโลหะ A บร(ส�ทธ(; 100%และม�อย/�ในปร(มาณ - (60 20)/60 = 40/60 = 2/3 หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ- เฟสของเหลว เป1นสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ A: โลหะ B เท�าก�บ 4 0:60 (สารละลายย/เทคุต่(คุ )โดุยม�อย/�ในปร(มาณ 2060/ = 1/3 หร*อ 3333. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ
สารละลายต่�$งต่#น (Hypoeutectic) ประกอบไปดุ#วย A 80%, B 20%(Proeutectic = Solid A)
ที่� T “ใตั'”อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่: โลหะผสมิที่��งหมิดกิลายเป็�นของแข�งโดยป็ระกิอบไป็ด'วยเฟสของ
1( ) Proeutectic A ซึ่.�งในท��น�$ก&ไดุ#แก�เฟสของโลหะบร(ส�ทธ(; A ในปร(มาณ - (60 20)/60= 40/60 = 2/3 หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ
(2) Eutectic ซึ่.�งในท��น�$ม�ส�วนประกอบของโลหะ A และโลหะ B ในส�ดุส�วน 40:60 โดุยม�อย/�ในปร(มาณ 2060/ = 1/3 หร*อ 3333. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ
สารละลายต่�$งต่#น (Hypoeutectic) ประกอบไปดุ#วย A 80%, B 20%(Proeutectic = Solid A)
เหน/อTE: Liquid 25% (A=40%, B=60%), Solid 75% (B=100%)
ใตั'TE: Eutectic Mixture 25% Proeutectic B 75%
สารละลายต่�$งต่#น (Hypereutectic) ประกอบไปดุ#วย A 90%, B 10%(Proeutectic = Solid B)
โลหะ B
โลหะ Bของเหลว Eutectic Comp.
Eutectic Mixture
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• กระบวนการเย&นต่�วของโลหะผสม Hypereutectic หมายเลข 3 ม�ส�วนผสม 10A-90B ก&เหม*อนก�บโลหะผสมหมายเลข 2 เพ�ยงแต่�เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งเส#น Liquidus โลหะบร(ส�ทธ(; B จะแข&งต่�วแทน A และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงเร*�อย ๆ ปร(มาณของสารละลายของเหลวจะลดุลงแต่�จะม�คุวามเข#มข#นของ A เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ ของเหลวจะแข&งต่�วหมดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE เช�นก�น หล�งจากการแข&งต่�วโลหะผสมจะประกอบ
ไปดุ#วยผล.กของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; B หร*อ Hypereutectic 75 % และ 25 % ของเฟสผสมของแข&ง eutectic(A+B)
• การเปล��ยนสถานะของสารละลายของเหลวท��จ�ดุ E (eutectic) ท��อ�ณหภ/ม(คุงท��จะร/ #จ�กก�นในช*�อ eutectic reaction
Liquid Solid A+Solid BEutectic mixture
heatingcooling
Eutectic Reaction
สารผสม eutectic จะประกอบไปดุ#วยเฟสของแข&งสองเฟสท��ต่�างก�น อาจจะเป1นโลหะบร(ส�ทธ(;สองชน(ดุ สารละลายของแข&งสองชน(ดุ Intermediate Phases 2 เฟส หร*อส�วนผสมใดุ ๆ ระหว�างสามส(�งท��กล�าวมา
Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)
• แผนผ�งภาพของเฟสของโลหะผสมอล/ม(เน�ยม-ซึ่(ล(ก�อน พร#อมท�$งอน�กรมของภาพถ�ายของโคุรงสร#างภายในท��ส�วนผสมต่�าง ๆ
อล/ม(เน�ยมบร(ส�ทธ(;
ส�วนผสม eutectic12 % silicon
ส�วนผสม 50%silicon
ซึ่(ล(ก�อนบร(ส�ทธ(;
Aluminum – Silicon Phase Diagram
อล/ม(เน�ยมบร(ส�ทธ(; (Al = 100%)
Aluminum – Silicon Phase Diagram
Alloy: 8% Silicon: 92% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Aluminum 100%) =33% Eutectic Mixture (12% Si, 88% Al) = 67%
Aluminum – Silicon Phase Diagram
Eutectic Alloy: 12% Silicon: 88% Aluminumปร(มาณ: Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 100%
Aluminum – Silicon Phase Diagram
Alloy: 20% Silicon, 80% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Silicon 100%) = 9% Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 91%
Aluminum – Silicon Phase Diagram
Alloy: 50% Silicon, 50% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Silicon 100%) = 57% Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 43%
Aluminum – Silicon Phase Diagram
ซึ่(ล(กอนบร(ส�ทธ(; 100%
Type III โลหะสามารถละลายเข#าก�นไดุ#หมดุในสถานะของเหลวแต่�ละลายก�นไดุ#บางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State
• เป1นระบบโลหะท��ส�าคุ�ญมากท��ส�ดุและพบมากท��ส�ดุ• แผนผ�งภาพของเฟสคุล#าย ๆ ก�บแผนผ�งภาพของเฟสของโลหะผสม Type I รวมก�บ Type2
• จ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสองแสดุงดุ#วยจ�ดุ TA และ TB
• เส#น Liquidus คุ*อเส#น TAETB และเส#น Solidus คุ*อ TAFEGTB เหน*อเส#น Liquidus โลหะผสมจะม�เฟสเดุ�ยวแบบสารละลายของเหลว
• ท��จ�ดุหลอมเหลว แผนผ�งภาพจะม�ล�กษณะคุล#ายก�บแผนผ�งภาพของเฟส Type I (ละลายเข#าก�นไดุ#หมดุในสถานะของแข&ง ) โลหะประเภทน�$จะไม�ม�ทางท��จะแข&งต่�วเป1นผล.ก
โลหะบร(ส�ทธ(; A หร*อ B แต่�จะเป1นสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวหร*อเน*$อผสม สารลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวจะใช#ส�ญล�กษณ9 และ เน*�อง
จากสารละลายของแข&งน�$ใกล#ก�บแกนของแข&ง จ.งร/ #จ�กก�นในช*�อTerminal Solid Solutions
• สามพ*$นท��ท��เหล*อจะเป1นพ*$นท��สองเฟส ของเหลว+ ของเหลว+ และ +
Liquidus line
Solidus line
Solvus line
บอกถ.งคุวามสามารถในการละลายของโลหะแต่�ละชน(ดุในสภาวะของแข&ง- เส#นทางซึ่#ายม*อแสดุงคุวามข�ดุจ�าก�ดุในการละลายโลหะ B ในโลหะ A (%B ในสารละลาย )- เส#นทางขวาม*อแสดุงคุวามข�ดุจ�าก�ดุในการละลายโลหะ A ในโลหะ B (%A ในสารละลาย )
HypoeutecticHypereutectic
(Proeutectic + Eutectic)(Proeutectic + Eutectic)
Liquidus line
Solidus line
Solvus line
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State
-ณ อ�ณหภ/ม( TE โลหะ B สามารถละลายใน A ไดุ#มากท��ส�ดุประมาณ 20% และจะละลายไดุ#น#อยกว�าน�$นถ#าอ�ณหภ/ม(ลดุลง (ดุ�งแสดุงในเส#น Solvus ทางซึ่#ายม*อ)-ณ อ�ณหภ/ม( TE โลหะ A สามารถละลายใน B ไดุ#มากท��ส�ดุประมาณ 10% และจะละลายไดุ#น#อยกว�าน�$นถ#าอ�ณหภ/ม(ลดุลง (ดุ�งแสดุงในเส#น Solvus ทางขวาม*อ)-เส#น Solvus คุ*อเส#นท��แสดุงคุวามสามารถในการละลายไดุ#ของสารในสภาวะของแข&ง ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• Alloy หมายเลข 1 ม�ส�วนผสม 95A-5B เม*�อม�การเย&นต่�วเก(ดุข.$นจะม�กระบวนการเหม*อนก�บโลหะผสม Type I การแข&งต่�วเร(�มต่#นท��อ�ณหภ/ม( T1 และส($นส�ดุลงท��อ�ณหภ/ม( T4 โลหะผสมท��ไดุ#จะเป1นสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวม�เฟสเป1น และย�งคุงสภาพของเฟสน�$ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• โลหะหมายเลข 2 ม�ส�วนผสมเป1น eutectic 30A-70B ย�งคุงสถานะสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งจ�ดุ E (eutectic temperature) การเปล��ยนสถานะเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� น��นก&คุ*ออย/�ภายใต่#
Eutectic reaction ซึ่.�งจะไดุ#ของแข&งเฟสผสม (Mixture) ของโลหะท�$งสอง eutectic reaction เก(ดุจากโลหะท��ม�ส�วนผสมท��จ�ดุ F (เฟส ) และโลหะท��จ�ดุ G (เฟส ) ปฏิ(ก(ร(ยาท��เก(ดุข.$นน�$จะเหม*อนก�บท��เก(ดุข.$นในโลหะ
ผสม Type II ท��เปล��ยนจากส�วนผสมท��เก(ดุจากโลหะบร(ส�ทธ(; 2 ชน(ดุเป1นสารละลายของแข&ง 2 ชน(ดุดุ�งน�$
Liquid + Eutectic mixture
heatingcooling
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State
Liquid + Eutectic mixture
heatingcooling
Eutectic process
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =30% โลหะ B =70%
การเย&นต่�วของ Alloy ท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วน Eutectic (Phase Diagram Type III)
Eutectic solid solution Solid solution
Solid solution
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• การหาปร(มาณส�วนผสมของเฟสท�$งสองสามารถหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สอง แต่�นอกจากคุวามสามารถในการละลายของโลหะ B ใน A เส#น FH และ โลหะ A ใน B เส#น GJ เปล��ยนแปลงเล&กน#อยเป1นฟ?งก9ช��นของอ�ณหภ/ม( เพราะฉะน�$นท��อ�ณหภ/ม(ห#องปร(มาณของของแข&ง และ จะคุ(ดุจากจ�ดุ H และ J บนเส#น HKJ
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง
เส#นแสดุงระดุ�บอ�ณหภ/ม(
• ท��อ�ณหภ/ม(เหน*ออ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กพอดุ�ของเหลวจะม�เฟสเดุ�ยวในล�กษณะของสารละลายท��ม�ส�ดุส�วน A:B เท�าก�บ 30:70
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง
เส#นแสดุงระดุ�บอ�ณหภ/ม(
• ท��อ�ณหภ/ม(ใต่#อ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กพอดุ�ของแข&งท��เก(ดุข.$นจะเป1นเฟสของของแข&งย/เทคุต่(กซึ่.�งม�เฟสของโลหะผสม และโลหะผสม เร�ยงต่�วสล�บก�นไปมาโดุยม�ปร(มาณ อย/�(90-70)/(90-20) = (20/70) = 28.6%และม�ปร(มาณ อย/� (70-20)/(90-20) = (50/70) = 71.4%• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 80:20 (B ละลายอย"� 20% )• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 10:90 (A ละลายอย"� 10% )
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง
เส#นแสดุงระดุ�บอ�ณหภ/ม(
• ท��อ�ณหภ/ม(ห#องของแข&งม�คุวามสามารถในการละลายลดุลง• โลหะผสม โลหะ A จะสามารถละลายโลหะ B ไดุ#เพ�ยง 10% เท�าน�$น ในขณะท��โลหะผสม โลหะ B ก&จะสามารถละลายโลหะ A ไดุ#เพ�ยง 5% เท�าน�$น • โลหะ B (และ A เล&กน#อย ) ท��ถ/กข�บออกมาจากโลหะผสม เดุ(มก&จะรวมต่�วก�บโลหะ A (และ B เล&กน#อย ) ท��ถ/กข�บออกมาจากโลหะผสม เดุ(ม
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง
เส#นแสดุงระดุ�บอ�ณหภ/ม(
• ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง จ.งม�เฟสของโลหะผสม และโลหะผสม เร�ยงต่�วสล�บก�นไปมาโดุยม�ปร(มาณ อย/�(95-70)/(95-10) = (25/85) = 29.4%และม�ปร(มาณ อย/� (70-10)/(95-10) = (60/85) = 70.6%• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 90:10 (B ละลายอย"� 10% )• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 5:95 (A ละลายอย"� 5% )
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• โลหะผสมหมายเลข 3 ม�ส�วนผสม 60A-40B ย�งคุงเป1นสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T3 ของเหลวเร(�มแข&งต่�วดุ#วยผล.ก proeutectic ของสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยว ท��ม�คุวามแข&งข#น A ส/ง เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงเร*�อย ๆ สารละลายของเหลวก&จะม�ปร(มาณลดุลงแต่�ม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มมากข.$น
• การแข&งต่�วจะส($นส�ดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง TE ท��จ�ดุน�$สารละลายท��แข&งต่�วเป1น จะม�ส�วนผสม 80A-20B และม�ปร(มาณ 60% ส�วนท��เป1นของเหลวส�ดุท#ายม�ปร(มาณ 40% และม�ส�วนผสม 30A-70Bสารละลายส�ดุท#ายท��ม�ปร(มาณ 40% น�$จะแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� TEและจะก�อต่�วเป1นผล.กของสารละลายของแข&ง สล�บ
ก�บสารละลายของแข&ง ดุ#วยส�วนผสมท��จ�ดุ F และ Gและจะก�อต่�วข.$นรอบ ๆ สารละลายของแข&ง เป1นขอบเขต่ของผล.กน��นเอง แต่�เน*�องจากท��อ�ณหภ/ม(ห#องคุวามสามารถในการละลายลดุลงจ.งท�าให#สารละลายของแข&ง ท��เก(นมาก&จะต่กต่ะกอนออกมาอ�กเล&กน#อย
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)
โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)
เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =30% โลหะ B =40%
Alpha solid solutionAlpha solid solution
Eutectic solid solution
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• โลหะผสมหมายเลข 4 ท��ม�ส�วนผสม 85A-15B จะม�กระบวนการเย&นต่�วคุล#าย ๆ ก�บโลหะผสมหมายเลข 1กล�าวคุ*อการแข&งต่�วจะเร(�มข.$นท��อ�ณหภ/ม( T2 และการแข&งต่�วจะส($นส�ดุลงท��อ�ณหภ/ม( T5 ซึ่.�งท��อ�ณหภ/ม(น�$จะไดุ#สารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวเฟส แต่�เน*�องจากคุวามสามารถในการละลายในสถานะของแข&งลดุลงเม*�อ
อ�ณหภ/ม(ลดุลง (ต่ามเส#น solvus FH) ดุ�งน�$นท��จ�ดุ M จะม�สารละลายท��ไม�อ(�มต่�วและเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งจ�ดุ Nเฟส จะเป1นสารละลายท��ม�โลหะ B อ(�มต่�ว และเม*�ออ�ณหภ/ม(ต่��าลงไปอ�กถ.งอ�ณหภ/ม(ห#องสารละลายท��ม�
เฟส (ไม�ใช�เฉพาะโลหะ B) เก(นมาจะต่กกระกอนออกมาบร(เวณท��เป1นขอบเขต่ของผล.ก• ถ#าสารละลายเฟส ม�คุ�ณสมบ�ต่(ท��คุ�อนข#างเปราะ ถ.งแม#โละผสมในสถานะของแข&งน�$จะประกอบไปดุ#วยสารละลายเน*$อเดุ�ยวเฟส เป1นส�วนใหญ�ก&ต่าม แต่�โลหะชน(ดุน�$จะไม�คุ�อยแข&งแรงหร*อม�คุวามสามารถใน
ย*ดุต่�วไม�มากน�ก เน*�องจากเฟส ท��ต่กต่ะกอนในสถานะ ของแข&งจะก�อต่�วเคุร*อข�ายต่�อเน*�องท��ขอบของผล.ก ซึ่.�งโลหะ
น�$จะม�แนวโน#มท��แต่กห�กและเส�ยหายต่ามบร(เวณขอบเขต่ของผล.กน��นเอง
ถ#าสารละลาย ม�คุ�ณสมบ�ต่(ท��เปราะก&จะท�าให#โลหะผสมน�$นม�คุวามแข&งแรง และคุวามสามารถในการย*ดุต่�วต่��าถ.งแม#ว�าปร(มาณของสารละลาย จะม�อย/�
น#อยก&ต่ามท�$งน�$เน*�องจากสารละลายดุ�งกล�าวอย/�ต่รงบร(เวณขอบเกรนของแต่�ละเกรนและเช*�อมต่�อก�นเป1นโคุรงข�ายดุ�งน�$นการเส�ยหายท��เก(ดุข.$นก&จะ
เป1นการเส�ยหายไปต่ามบร(เวณขอบเกรนอย�างต่�อเน*�องก�นไป ซึ่.�งล�กษณะของโคุรงสร#างดุ�งกล�าวน�$สามารถแก#ไขไดุ#โดุยอาศึ�ยการน�าว�สดุ�ไปผ�าน
กระบวนการทางคุวามร#อนท��เหมาะสม
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• แผนผ�งภาพของเฟสของ lead-antimony (ต่ะก��ว- พลวง)ท��สภาวะสมดุ�ลและอน�กรมภาพท��ส�วนผสมต่�าง ๆเป1น Hypoeutectic alloy (ม� Antimony 6.5%) ม�Proeutectic หร*อโคุรงสร#างท��เก(ดุข.$นก�อนเป1นสารละลาย ดุ�งแสดุงเป1น dendrite ส�ดุ�าในร/ป ล#อมรอบดุ#วยโลหะผสม Eutectic (ส�วนส�ขาวท��ล#อมรอบอย/� )
เป1น EutecticAlloy (ม�Antimony 11.5%)ม�โคุรงสร#างเป1นเฟสผสมระหว�างสารละลาย และ สล�บก�นไปมา
เป1น Hypereutectic alloy (ม� Antimony 12.25%) ม� Proeutectic หร*อโคุรงสร#างท��เก(ดุข.$นก�อนเป1นสารละลาย ดุ�งแสดุงเป1นก#อนส�ขาวในร/ปล#อมรอบดุ#วยโลหะผสม Eutectic (ส�วนส�ดุ�าล#อมรอบส�วนส�ขาว )
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)คุ�ณสมบ�ต่(ในระบบโลหะผสม eutectic (Properties of Eutectic Alloy Systems)
• คุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะผสมท��ม�หลายเฟสจะข.$นอย/�ก�บคุ�ณล�กษณะเฉพาะของแต่�ละเฟสและการกระจายต่�วของแต่�ละเฟสในโคุรงสร#างของว�สดุ�
• คุวามแข&งแรง คุวามแข&งและคุวามสามารถในการย*ดุต่�วของว�สดุ�จะเก��ยวข#องก�บขนาดุ จ�านวน การกระจายต่�วและคุ�ณสมบ�ต่(ของผล.กของท�$ง
แต่�ละเฟส • ในระบบโลหะผสมแบบ eutectic ท��ม�ต่ามท#องต่ลาดุโดุยมากเฟสหน.�งม�ก
จะอ�อนและเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�ายในขณะท��อ�กเฟสหน.�งม�กจะม�คุวามแข&งแต่�เปราะ
• ถ#าในกรณ�ท��โลหะ A หร*อสารละลาย เป1นเฟสท��อ�อนและเส�ยร/ปไดุ#ง�ายเม*�อเพ(�มปร(มาณโลหะ B ลงไปในโลหะผสมซึ่.�งท�าให#ส�ดุส�วนของโลหะผสมน�$นเข#าใกล#ส�ดุส�วนย/เทคุต่(กเพ(�มมากข.$นพบว�า(ในกิรณของ Hyeutectic) ย �งส�ดส�วนกิารผสมิเข'าใกิล'ส�ดส�วนย"เที่ค่ตั กิมิากิข��นโลหะผสมิจึะมิค่วามิ
แข�งแรงเพ �มิมิากิข��นตัามิ แต่�หากเพ(�มส�ดุส�วนของโลหะ B จนกระท��งม�ส�ดส�วนมิากิกิว�าส�ดส�วนย"เที่ค่ตั กิ (Hypereutectic) พบว�าย �ง
ส�ดส�วนของโลหะ B มิากิข��นค่วามิแข�งแรงของว�สด�จึะลดลงเน*�องจากเฟสของ Proeutectic B หร*อเฟสของ Proeutectic ท��ม�คุวามเปราะม�ปร(มาณเพ(�มมากข.$น แต่�ถ#าโลหะ B หร*อสารละลาย เป1นเฟสท��อ�อนหร*อเส�ย
ร/ปไดุ#ง�ายล�กษณะการเปล��ยนแปลงคุ�ณสมบ�ต่(จะสล�บก�นระหว�าง Hypoeutectic และ Hypereutectic
• โดุยท��วไปโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของ A และ B เท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กซึ่.�งม�กจะม�คุ�าคุวามแข&งแรงส/งส�ดุ
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)คุ�ณสมบ�ต่(ในระบบโลหะผสม eutectic (Properties of Eutectic Alloy Systems)
• ค่�ณสมิบ�ตั ของโลหะผสมิจึะข��นอย"�กิ�บเฟสส�วนใหญ่�ที่�เป็�นส�วนป็ระกิอบเป็�นโลหะผสมิย"เที่ค่ตั กิ น��นคุ*อส�ดุส�วนของเฟสโลหะท��ก�อต่�วข.$นเป1นโลหะผสมย/เทคุต่(ก (ไม�ว�าจะในกรณ�ท��เป1นย/เทคุต่(กล#วนหร*อเป1นย/เทคุต่(กท��ล#อมรอบ Proeutectic ก&ต่าม ) หากเฟสส�วนใหญ�ของย/เทคุต่(กเป1นเฟสของโลหะ (หร*อโลหะผสม ) ท��ม�คุวามเป1นพลาสต่(กสามารถเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�าย ว�สดุ�น�$นก&จะแสดุงคุ�ณสมบ�ต่(โดุยรวมแบบเป1นพลาสต่(กสามารถเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�าย แต่�หากเฟสส�วนใหญ�ของย/เทคุต่(กเป1นเฟสของโลหะ (หร*อโลหะผสม ) ท��เปราะ ว�สดุ�น�$นก&จะแสดุงคุ�ณสมบ�ต่(โดุยรวมแบบเปราะ• ค่�ณสมิบ�ตั ที่างกิลของโลหะผสมิจึะข��นอย"�กิ�บป็ร มิาณและค่วามิละเอยดของของผสมิย"เที่ค่ตั กิ ย(�งของเหลวม�การเย&นต่�วและแข&งต่�วดุ#วยอ�ต่ราเร&วท��ส/งข.$น (เย&น/แข&งต่�วเร&ว ) เกรนของ Proeutectic จะม�ขนาดุเล&ก ปร(มาณของผสมย/เทคุต่(กจะเพ(�มมากข.$นและคุวามละเอ�ยดุของของผสมย/เทคุต่(ก&จะละเอ�ยดุมากข.$น
Ten
sile
st
ren
gth
24,000
16,00020,000
12,000
Percent silicon
Perc
en
t elo
ng
ati
on
in 2
in
.
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• ว(ธ�การเพ(�มคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งของโลหะผสมสามารถท�าไดุ# 2 ว(ธ�คุ*อ การข.$นร/ปเย&น (Cold working) และ อาศึ�ยกระบวนการทางคุวามร#อน • โดุยกระบวนการทางคุวามร#อนท��ส�าคุ�ญส�าหร�บการเพ(�มคุวามแข&งและคุวาม
แข&งแรงของโลหะผสมจ�าพวก nonferrous ไดุ#แก�กระบวนการท��เร�ยกว�า Age hardening (บางคุร�$งเร�ยกว�า Precipitation hardening)
• ว(ธ�การน�$จะใช#ไดุ#เฉพาะระบบโลหะผสมท��ม�แผนผ�งภาพของเฟสแบบ Type III ซึ่.�งโลหะสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในสถานะของแข&งและคุวามสามารถ
การละลายจะลดุลงเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง• โลหะผสมท��จะน�ามาผ�านกระบวนการ Age hardening ไดุ#แก�โลหะท��ม�
ส�ดุส�วนผสมอย/�ในช�วงของส�ดุส�วนบนเส#น Solvus ต่ามร/ปถ#าเป1นกล��มของ Hypoeutectic จะไดุ#แก�โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ต่�$งแต่� 10 –
20% และถ#าเป1นกล��มของ Hypereutectic จะไดุ#แก�โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ต่�$งแต่� 90 – 95% เพราะโลหะท��อย/�ในกล��มน�$เม*�อเย&นต่�วลงจะม�
โลหะผสมท��เป1นส�วนเก(นถ/กข�บออกมาอย/�ต่รงบร(เวณของเกรน
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
Liquid
สารละล าย
ส�วนเกิ นที่�ถู"กิข�บออกิมิา
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• กระบวนการ Age Hardening ประกอบไปดุ#วย 2 ข�$นต่อนดุ#วยก�นไดุ#แก� (1) ข�$นต่อนของการท�าให#โลหะผสมกลายเป1นสารละลายเฟสเดุ�ยวภายใต่#
สภาวะ Supersaturated (Solution Treatment) และ (2) ข�$นต่อนของการปล�อยว�สดุ�ท($งไว# ณ อ�ณหภ/ม(ใดุอ�ณหภ/ม(หน.�งเพ*�อให#โลหะผสมท��เป1น
ส�วนเก(นถ/กข�บหร*อต่กผล.กออกมา (Aging Process) Solution Treatment: ถ#าโลหะผสมหมายเลข 4 (85A-15B) ถ/กคุวามร#อนท�าให#ม�อ�ณหภ/ม(ส/งข.$นจ.งถ.งจ�ดุ Mสารละลายของแข&งเฟส ท��เก(นมาจะละลายกล�บเข#าไป และจะม�โคุรงสร#างของสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวหล�งจากน�$นโลหะผสมน�$จะถ/กลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&ว (Quenching) ส/�อ�ณหภ/ม(ห#อง สารละลายของแข&งท��ไดุ#จะเป1นสารละลายอ(�มต่�วย(�งยวดุ (Supersaturated) ซึ่.�งสารละลายส�วนเก(นเฟส ถ/กก�กไว#ในเน*$อเกรนโคุรงสร#างท��ไดุ#จาก
การแข&งต่�วอย�างช#า ๆหล�งจาก
Solution treatment
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วมากน�$นอาจจะม�ผลท�าให#โลหะผสมม�ร/ปร�างบ(ดุเบ�$ยวไป การแก#ไขก&โดุยการใช#น�$าเดุ*อดุเป1นต่�วลดุอ�ณหภ/ม(• ถ#าสารละลายของแข&งเฟส เป1นเฟสท��ม�คุวามเหน�ยวแล#ว โลหะผสมท��ไดุ#ภายหล�งจากการ Quenching น�$โดุยรวมจะม�คุวามเหน�ยวต่ามไปดุ#วยดุ�งน�$นหากต่#องการดุ�ดุหร*อปร�บร/ปทรงของว�สดุ�คุวรท�าท�นท�ภายหล�งจากการท�าquenching
Aging Process: โลหะผสมท��ไดุ#จากการลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วน�$นจะเป1นของแข&งอ(�มต่�วย(�งยวดุและเป1นสภาวะท��ไม�เสถ�ยรภาพ ต่�วถ/กละลายท��เก(นมาม�แนวโน#มจะต่กผล.กออกมา ซึ่.�งคุวามเร&วของการต่กผล.กจะข.$น
อย/�ก�บอ�ณหภ/ม(
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่��า ๆ เช�นท�� T1 = 32F (0 C) อ�ต่ราการแพร�กระจายเป1นไปอย�างช#ามาก ท�าให#การต่กผล.กเก(ดุข.$นไดุ#ยาก ซึ่.�งหากไม�ม�การต่กผล.กคุ�า
คุวามแข&งของโลหะผสมก&จะไม�เพ(�มข.$น • ณ ท��อ�ณหภ/ม(ส/ง ๆ เช�นท�� T3= 210๐F หร*อ ~ 100C คุ�าคุวามแข&งเพ(�ม
ข.$นเร&วมากอ�นเน*�องมาจากการแพร�กระจายท��เก(ดุข.$นอย�างรวดุเร&วเก(ดุการต่กผล.กอย�างรวดุเร&ว แต่�อย�างไรก&ต่ามหากท($งไว#ท��อ�ณหภ/ม(ส/งเป1นเวลานาน
ข.$นว�สดุ�ก&จะอ�อนต่�วอย�างรวดุเร&ว• จากร/ปอ�ณหภ/ม(ท��เหมาะสมท��ส�ดุ คุ*ออ�ณหภ/ม(ท��สามารถท�าให#คุ�าคุวามแข&งเพ(�มข.$นส/งส�ดุในช�วงเวลาท��เหมาะสมซึ่.�งก&ไดุ#แก�อ�ณหภ/ม( T
2 = 100F หร*อ
~ 38C หร*อประมาณอ�ณหภ/ม(ห#องน��นเอง โลหะผสมน�$จะต่กผล.กท��อ�ณหภ/ม(ห#องพร#อมให#คุ�าคุวามแข&งแรงเต่&มท��หล�งจากผ�านไป 4-5 ว�น• โลหะผสมใดุท��ดุ�าเน(นข�$นต่อนของ Aging Process อย/�ท��
อ�ณหภ/ม(ห#องจะเร�ยกโลหะดุ�งกล�าวว�า “Natural aging alloys” แต่�หากโลหะผสมใดุดุ�าเน(นข�$นต่อนของ Aging Process
ท��อ�ณหภ/ม(ส/งจะเร�ยกโลหะผสมน�$นว�า “Artificial-aging alloys”Rockwell B Hardness
Table 6.2 Effect of Aging on Properties of Aluminum Alloy 2014 (3.5 t0 4.5 Percent Copper)
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
Alloy and Condition
Ultimate Strength
(PSI)
Yield Strength (PSI)
Elongation (% in 2 in. )
BHN, 500
kg, 10 mm.
Shear Strength (PSI)
Annealed 27,000 14,000 18 45 18,000
Solution – Treated,naturally aged
62,000 42,000 20 105 38,000
Solution – Treated,artificially aged
70,000 60,000 13 135 42,000
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
•โลหะผสมจากการท�า aging จะเก��ยวข#องการกระจายต่�วอย�างม�ระเบ�ยบของผล.กละเอ�ยดุท��ต่กออกมา และการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างต่าข�ายอ�นเน*�องมาจากอน�ภาคุท��ต่กผล.กออกมา• ทฤษฎ� coherent lattice อธ(บายคุวามแข&งท��เพ(�มข.$น หล�งจากการท�า solution treatment และลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&ว โลหะผสมจะอย/�ในเง*�อนไขของสารละลายอ(�มต่�วย(�งยวดุท��อะต่อมของต่�วถ/กละลายจะกระจายไปท��วต่ามโคุรงสร#างต่าข�าย ระหว�างช�วงเวลาของการบ�มน�$น อะต่อมของต่�วถ/กละลายท��เก(นน�$นจะม�แนวโน#มเคุล*�อนท��มาท��ระนาบของการวางต่�วอะต่อม (Crystallographic Planes) ก�อต่�วเป1นกล��มหร*อ embryos ของผล.กท��ต่กออกมา ในระหว�าง aging กล��มของอะต่อมจะก�อต่�วเป1นโคุรงสร#างผล.กแบบ intermediate หร*อ transition latticeเฟสท��เก(นมาจะม�โคุรงต่าข�ายท��แต่กต่�างจากโคุรงต่าข�ายของต่�วท�าละลาย เน*�องจากผลของการรวมกล��มของอะต่อม (coherency) ซึ่.�งจะท�าให#โคุรงต่าข�ายบ(ดุเบ�$ยวและเป1นผลให#คุ�าคุวามแข&งแรงและคุ�าคุวามแข&งเพ(�มข.$นอย�างรวดุเร&ว หล�งจากน�$นเฟสท��เก(นมาจะเข#าส/�สภาวะสมดุ�ลซึ่.�งจะม�โคุรงสร#างเฉพาะของต่นเอง ซึ่.�งจะสาเหต่�ท��ท�าให#ส/ญเส�ยการเกาะกล��มของอะต่อมและการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงต่าข�ายลดุลง คุ�าคุวามแข&งและคุวามแข&งแรง
ก&ลดุลงและโลหะผสมในช�วงน�$ก&คุ*อ Over-aged
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• incubation period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมาจะอย/�กระจ�ดุกระจายย�งไม�รวมต่�วก�นคุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ จะย�งไม�เปล��ยนแปลง ย�งม�คุ�าคุงท��• Aging period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมาจะเร(�มรวมต่�วก�นและเข#าไปแทรกอย/�ในโคุรงต่าข�ายของโลหะผสมพ*$นฐานท�าให#โคุรงต่าข�ายเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวย(�งท($งไว#ผล.กส�วนเก(นก&ย(�งรวมต่�วก�นมากข.$นโคุรงสร#างก&ย(�งบ(ดุเบ�$ยวท�าให#คุ�าคุวามแข&งและคุวามแข&งแรงเพ(�มข.$น แต่�คุ�าคุวามสามารถในการย*ดุต่�วและคุ�าการน�าไฟฟ>าจะลดุลง• Over-aging period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมารวมต่�วก�นมากพอจนกระท��งเก(ดุการเร�ยงต่�วเป1นโคุรงข�ายใหม�อ�กโคุรงข�ายหน.�งคุวามบ(ดุเบ�$ยวก&หายไปท�าให#คุ�าคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งลดุลงในขณะท��คุวามสามารถในการย*ดุต่�วและการน�าไฟฟ>าเพ(�มข.$น
Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)
• Aging ม�ผลต่�อคุ�ณสมบ�ต่(ไม�เหม*อนก�นส�าหร�บโลหะแต่�ละประเภท บางโลหะผสมคุ�าคุวามแข&งอาจเปล��ยนแปลงเล&กน#อย ในขณะท��โลหะผสมชน(ดุอ*�นคุ�าคุวามแข&งอาจเพ(�มข.$นอย�างมาก โดุยกิารเป็ล�ยนแป็ลงค่�ณสมิบ�ตั ตั�าง ๆ ไมิ�ข��นกิ�บป็ร มิาณของสารละลายส�วนเกิ น แตั�ข��นกิ�บกิารบ ดเบ�ยวที่�เกิ ดจึากิกิารตักิผล�กิ• ดุ�งน�$นถ.งแม#บางคุร�$งปร(มาณโลหะส�วนเก(นม�มากแต่�เม*�อเก(ดุการต่กผล.กข.$นแล#วไม�ท�าให#โคุรงสร#างบ(ดุเบ�$ยวคุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ ก&จะไม�เปล��ยนแปลง ในทางกล�บก�นถ.งแม#ปร(มาณโลหะส�วนเก(นม�น#อยแต่�เม*�อเก(ดุต่กผล.กแล#วท�าให#โคุรงสร#างเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวมากจะท�าให#คุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะผสมเปล��ยนแปลงอย�างมาก • ต่�วอย�างโลหะผสมทองแดุง-เบอร(ลเล��ยม (Copper – Beryllium Alloyed) ซึ่.�งเบอร(ลเล��ยมสามารถละลายในทองแดุงไดุ#มากท��ส�ดุ 2.2% ท��อ�ณหภ/ม( 1600F แต่�จะละลายไดุ#เพ�ยง 0.2% ท��อ�ณหภ/ม(ห#องซึ่.�งเม*�อน�าโลหะผสม 1.90 – 2.15% Be ก�บ โลหะผสม 1.60 – 1.80% มาผ�านกระบวนการอบอ�อนจนกระท��งม�คุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ เท�าก�บเม*�อน�าโลหะท�$ง 2 มาผ�านกระบวนการ Aging Hardening พบว�าโลหะผสมท�$ง 2 ชน(ดุม�คุ�าคุ�ณสมบ�ต่(
ต่�าง ๆ เปล��ยนแปลงไปท�$งน�$เน*�องจากโคุรงสร#างเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวและเม*�อโลหะผสมชน(ดุแรกม� Be ในปร(มาณท��มากกว�าคุวามบ(ดุเบ�$ยวมากกว�าคุ�ณสมบ�ต่(จ.งเปล��ยนแปลงมากกว�า
Type IV: The Congruent-melting Intermediate Phase
• เม*�อโลหะผสมหน.�งเปล��ยนสถานะหร*อเฟสท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� (Isothermal) โดุยไม�เปล��ยนส�วนผสม เราจะเร�ยกกระบวนน�$ว�า congruent phase change or congruent transformation ซึ่.�งโลหะบร(ส�ทธ(;จะเปล��ยนสถานะแบบน�$• เราจะให#ช*�อเฟสน�$ว�า Intermediate phases เพราะว�าโลหะผสมท��เก(ดุข.$นม�ล�กษณะเป1นเฟสเดุ�ยว (single-phase) และเก(ดุข.$นระหว�างเฟสท��เป1นขอบหร*อกรอบของแผนภาพสมดุ�ล• ในโลหะผสมแบบ intermediate phase เน*�องจากเป1นส�วนประกอบจ.งสามารถเข�ยนเป1นส/ต่รทางเคุม�ไดุ#เป1นAmBn ซึ่.�ง m และ n คุ*อจ�านวนอะต่อมท��ประกอบเป1นสารประกอบ และสารประกอบน�$จะม�การเย&นต่�วและกลายเป1นของแข&ง ณ อ�ณหภ/ม(คุงท��
A AmBn
AT
Temp. Temp.
time time
BBT
Temp.
time
nmBAT
Type IV The Congruent-melting Intermediate Phase
• ในระบบของโลหะผสม A-B จะถ/กแยกออกเป1นสองส�วนดุ#วยก�นไดุ#แก�(1) ส�วนของ Phase diagram ของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนอย/�ระหว�างโลหะ A บร(ส�ทธ(;ก�บสารประกอบ AmBn และ (2) ส�วนของ Phase diagram ของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนอย/�ระหว�างสารประกอบ AmBn และโลหะบร(ส�ทธ(; B
Tem
pera
ture
Compostion
A BAmBn
TA
TB
TAmBnLiq. A
Liq. AmBn
Liq. B
Solid. ASolid AmBn
Solid. B
Type IV The Congruent-melting Intermediate Phase
• แผนผ�งภาพของเฟสภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลของสารละลายประกอบท��ไม�สามารถละลายส�าหร�บโลหะบร(ส�ทธ(;และโลหะบร(ส�ทธ(;สามารถละลายเข#าก�นไดุ#ก�บสารละลายอ*�น ซึ่.�งแผนผ�งน�$จะแสดุงสารผสม eutecticสองชน(ดุท��แต่กต่�างก�นดุ�งน�$
ที่�อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ T1
ที่�อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ T2
Liquid + AmBn
Eutectic mixtureheatingcooling
Liquid AmBn + Eutectic mixture
heating
x1 T3T4
T5
T6T7
x2
T3
T4
T5
T6T7
Type V: The Peritectic Reaction
ในปฏิ(ก(ร(ยา Peritectic น�$นของเหลวก�บของแข&งชน(ดุหน.�งจะสามารถท�าปฏิ(ก(ร(ยาก�นท��อ�ณหภ/ม(คุงท��เพ*�อก�อต่�วเป1นของแข&งชน(ดุใหม� ดุ�งสมการ
Liquid + Solid1 New Solid2CoolingHeating
• ของแข&งท��ก�อต่�วข.$นใหม�ส�วนใหญ�จะอย/�ในร/ปของ Intermediate Phase (Compound) แต่�ในบางคุร�$งก&อาจจะอย/�ในร/ปของสารละลายไดุ#เช�นก�น• โดุยกระบวนการเพอร(เทคุต่(ก (Peritectic) เป1นกระบวนการท��ย#อนกล�บน��นคุ*อจากร/ปหากน�าสารประกอบ AmBn ท��ม�ส�ดุส�วน70A-30B ไปให#คุวามร#อนจน
กระท��งอ�ณหภ/ม(ส/งข.$นถ.งอ�ณหภ/ม( peritectic ณ จ�ดุ G สารประกอบดุ�งกล�าวจะแยกต่�วออกเป1นสองเฟสคุ*อเฟส
ของเหลวและเฟสของแข&ง A ซึ่.�งจะเก(ดุ ณ อ�ณหภ/ม(คุงท�� แต่�เน*�องจากเฟสก�อนและ
หล�งการหลอมเหลว (ก�อนและหล�งกระบวนการ ) ม�ล�กษณะและจ�านวนเฟสท��แต่กต่�างก�นดุ�งน�$นจะถ*อว�าโลหะผสมเพอร(เทคุต่(กเป1น “Incongruent-melting
intermediate alloy”
Type V: The Peritectic Reaction
Liquidus
Solidus
Liquid + A AmBnCoolingHeating
อ�ณหภู"มิ เพอร เที่ค่ตั กิ(Peritectic Temperature)
อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ(EutecticTemperature)
Type V: The Peritectic Reaction
Liquidus
Solidus
Liquid + CoolingHeating
Type V: The Peritectic Reaction
Liquidus
Solidus
Type V The Peritectic Reaction (ต่�อ)
• โลหะผสมหมายเลข 1 90A-10B ย�งคุงเป1นของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 การแข&งต่�วก&เร(�มข.$นโดุยก�อต่�วเป1นผล.กของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; A เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงปร(มาณของเหลวก&ลดุลง โดุยม�ส�วน
ผสมเป1นไปต่ามเส#น liquidus (TAD) และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( peritectic TP การเปล��ยนสถานะจากของเหลวเป1นของแข&งจะส($นส�ดุลงและเราจะพ(จารณาเง*�อนไขของเหลวส�ดุท#ายก�บของแข&งใต่#เส#น peritectic
ส�าหร�บเฟสผสมเหน*อเส#น peritectic จะประกอบไปดุ#วยของเหลวท��ม�ส�วนผสม 60A-40B ม�ปร(มาณ 25% และม�ของแข&งเป1นโลหะบร(ส�ทธ(; A 100% ม�ปร(มาณอย/� 75%
ส�าหร�บเฟสผสมใต่#เส#น peritectic จะประกอบไปดุ#วยของแข&ง AmBnม�ส�วนผสม 70A-30B ม�ปร(มาณ 33% และม�ของแข&งเป1นโลหะบร(ส�ทธ(;
A 100% ม�ปร(มาณอย/� 67%
จะเห&นไดุ#ว�าของเหลวจะประกอบดุ#วย 60A ในขณะท��ของแข&ง AmBn
ประกอบไปดุ#วย 70A ของเหลวม� A ไม�เพ�ยงพอท��ก�อเป1นสารประกอบAmBn ไดุ#ดุ#วยต่�วเอง ของเหลวจ.งม�การดุ.ง A มาบางส�วนจากผล.กของ
ท��โลหะบร(ส�ทธ(; A แข&งต่�วแล#ว
• ของเหลวจะดุ.งโลหะ A ในปร(มาณท��เพ�ยงพอต่�อการเก(ดุสารประกอบ AmBn 33% กล�าวคุ*อของเหลวจะดุ.งของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A 8% ซึ่.�งจะเก(ดุท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� peritectic
ส�วนประกอบสมการ
ปร(มาณ
60A 100ALiquid + Solid A25% 8%
cooling 70ASolid AmBn
33%
• ปฏิ(ก(ร(ยาน�$จะเก(ดุข.$นท��ผ(วรอบ ๆ ผล.กของแข&ง A ท��ส�มผ�สก�บของเหลว โดุยเม*�อส�ดุส�วนของโลหะ A และของเหลวเหมาะสมจะเก(ดุช�$นของสารประกอบ AmBn ท��แข&งต่�วล#อมรอบโลหะ A
Type V: The Peritectic Reaction
Liquidus
Solidus
Type V The Peritectic Reaction (ต่�อ)
• โลหะหมายเลข 2 65A-35B เร(�มแข&งต่�วดุ#วยของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T2 และเม*�อการแข&งต่�วย�งดุ�าเน(นต่�อไป ของเหลวก&จะม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงจนถ.งจ�ดุ Hของเหลวจะม�ส�วนผสมเป1น 60A-40B และม�ปร(มาณ 85% ของเหลว ของแข&งโลหะ A 15% เน*�องจากเส#นGD ไม�ใช�เส#นการส($นส�ดุการแข&งต่�ว ดุ�งน�$นของเหลวบางส�วนก&ย�งคุงต่#องแข&งต่�อไปหล�งการปฏิ(ก(ร(ยา peritecticส($นส�ดุ ดุ�งน�$นของแข&ง A ท��แข&งต่�วแล#วจะหายไปในการรวมต่�วก�บของเหลวเพ*�อให#ไดุ#สารประกอบ AmBn
ส�วนประกอบปฏิ(ก(ร(ยา
60A 100ALiquid + Solid A
70AAmBn
cooling
ปร(มาณของเหลวท��เข#าท�าปฏิ(ก(ร(ยาหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สองคุ*อ GH/DG*100 = 5/10*100 = 50%
Type V The Peritectic Reaction (ต่�อ)
• เน*�องจากม�ของเหลว 87.5% ก�อนการท�าปฏิ(ก(ร(ยา และเหล*อของเหลวเพ�ยง 50% หล�งจากการท�าปฏิ(ก(ร(ยาน��นก&แสดุงว�าของเหลว 37.5% เข#าท�าปฏิ(ก(ร(ยาก�บของแข&งโลหะ A 12.5% เพ*�อก�อต่�วเป1นสารประกอบ AmBn
50% ท��อ�ณหภ/ม( peritectic• เม*�อการเย&นต่�วย�งคุงดุ�าเน(นต่�อไป ของเหลวก&จะแยกต่�วออกจากของแข&ง AmBn และม�คุวามเข#มข#นส/งข.$น
เร*�อย ๆ ต่ามเส#น DE จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง TE (eutectic temperature) ปร(มาณของเหลวส�ดุท#ายจะเหล*อเพ�ยง 10% และจะแข&งต่�วเป1นสารละลายผสม eutectic ของ AmBn + B ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง โลหะผสมน�$จะประกอบ
ไปดุ#วยของแข&ง proeutectic AmBn 90% ท��ล#อมรอบไปดุ#วยสารละลายผสม eutectic AmBn + B 10%• ปฏิ(ก(ร(ยา peritectic ท��กล�าวมาข#างต่#นน�$จะอย/�ภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล ซึ่.�งในทางปฏิ(บ�ต่(แล#วเป1นไปไดุ#ยาก
เน*�องจากเฟสของแข&งใหม�ท��เก(ดุข.$นจะห�อห�#มเฟสของแข&งเก�าท��แข&งต่�วแล#ว ซึ่.�งจะเป1นต่�วข�ดุขวางการแพร�กระจายของอะต่อมท��ม�คุวามจ�าเป1นต่�อการเก(ดุปฏิ(ก(ร(ยา ย(�งช�$นเฟสของใหม�ท��เก(ดุข.$นย(�งหนาข.$น การแพร�
กระจายย(�งยากข.$น ท�าให#บ�อยคุร�$งปฏิ(ก(ร(ยาท��เก(ดุข.$นจะไม�สมบ/รณ9
Type V The Peritectic Reaction (ต่�อ)
Type V: The Peritectic ReactionLiquidus Solidus
T1
T2
T3T4T5
• ท�� T1 ม�เฟสเป1นของเหลวล#วน 100%• ท�� T2 เร(�มม� nuclei ของสารประกอบ AmBn เก(ดุข.$น• ท�� T
3 ม�เฟสของ
สารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�ข.$นล#อมรอบดุ#วยเฟสของของเหลว• ท�� T4 ม�เฟสของสารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�กว�าท�� T
3 ถ/ก
ล#อมรอบดุ#วยของเหลวท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กพอดุ�• ท�� T5 ส�วนของของเหลวกลายเป1นของแข&งย/เทคุต่(กและล#อมรอบสารประกอบ AmBn ท��ม�ขนาดุเท�าท�� T4
Type V: The Peritectic ReactionLiquidus Solidus
T1
T2
T3T4T5
• ท�� T1 ม�เฟสเป1นของเหลวล#วน 100%• ท�� T2 เร(�มม� nuclei ของสารประกอบ AmBn เก(ดุข.$น• ท�� T
3 ม�เฟสของ
สารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�ข.$นล#อมรอบดุ#วยเฟสของของเหลว• ท�� T4 ม�เฟสของสารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�กว�าท�� T
3 ถ/ก
ล#อมรอบดุ#วยของเหลวท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กพอดุ�• ท�� T5 ส�วนของของเหลวกลายเป1นของแข&งย/เทคุต่(กและล#อมรอบสารประกอบ AmBn ท��ม�ขนาดุเท�าท�� T4
Type VI:โลหะสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในของเหลว และเก(ดุ Monotectic process
Liquid1Liquid2+Solid
Eutectic mixtureheatingcooling
Monotectic process
ของเหลวชน(ดุหน.�งม�การเปล��ยนแปลงโดุยส�วนหน.�งกลายเป1นของแข&งและอ�กส�วนท��เหล*อกลายเป1นของเหลวอ�กชน(ดุท��ม�เฟสต่�างจากต่อนเร(�มต่#น เช�นต่อนเร(�มต่#นอาจจะเป1นสารละลายท��ม�โลหะ A เป1นต่�วท�าละลายแต่�หล�งจากเก(ดุกระบวนการ Monotectic แล#วกลายเป1นสารละลายท��ม�โลหะ B เป1นต่�วท�าละลาย
Type VII: Two metals insoluble in liquid and solid
Phase Diagram ประเภทน�$ไดุ#แก�โลหะผสมประเภทท��โลหะ A และ โลหะ B ไม�สามารถจะละลายก�นไดุ#เลยไม�ว�าจะอย/�ในสภาวะของเหลวหร*อว�าของแข&ง
Allotropy (อ�นยร"ป็ ), Eutectiod และ Peritectoid
Eutectic
Eutectoid
ส�าหร�บโลหะบางประเภทเม*�อกลายเป1นของแข&งโดุยสมบ/รณ9แล#วพบว�าเม*�ออ�ณหภ/ม(ม�การเปล��ยนแปลงโลหะท��อย/�ในสถานะของแข&งน�$นม�การเปล��ยนโคุรงสร#าง เช�นในร/ปท��อ�ณหภ/ม( TA โลหะ A จะกลายเป1นของแข&งและในท��น�$อาจม�โคุรงสร#างเป1น BCC และจะม�โคุรงสร#างเป1น BCC ไปเร*�อย ๆ จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงเหล*อท��จ�ดุ M พบว�าโลหะ A จะม�การเปล��ยนแปลงโคุรงสร#างในท��น�$อาจกลายเป1น FCC แทนและโลหะ A ก&จะม�โคุรงสร#างเป1น FCC ต่�อไปเร*�อย ๆ จนกระท��งเย&นต่�วถ.งอ�ณหภ/ม(ห#อง โดุยโลหะท��ม�การเปล��ยนล�กษณะโคุรงสร#างในสภาวะของแข&งน�$เร�ยกว�าโลหะม�อ�นยร/ป (Allotropy)
Allotropy (อ�นยร"ป็ ), Eutectiod และ Peritectoid
Eutectic
Eutectoid
• ซึ่.�งการท��โลหะ A ม�การเปล��ยนโคุรงสร#างจาก BCC ไปเป1น FCC ก&จะท�าให#โลหะผสมท��ม�ส�วนประกอบของโลหะ A ม�โคุรงสร#างเปล��ยนแปลงไปดุ#วย• โลหะผสมท��ม�โลหะ A แบบ BCC เป1นต่�วท�าละลายจะม�ล�กษณะโคุรงสร#างและเฟสแบบหน.�งแทนดุ#วยส�ญล�กษณ9 • โลหะผสมท��ม�โลหะ A แบบ FCC เป1นต่�วท�าละลายก&จะม�ล�กษณะโคุรงสร#างและเฟสท��เปล��ยนไปดุ�งน�$นจะแทนดุ#วยส�ญล�กษณ9
Allotropy (อ�นยร"ป็ ), Eutectiod และ Peritectoid
Eutectic
Eutectoid
• เม*�อโลหะผสม และโลหะผสม ม�คุวามสามารถในการท�าละลายโลหะ B ท��ไม�เท�าก�นจะท�าให#เก(ดุการเปล��ยนแปลงโดุยในท��น�$เม*�อลดุอ�ณหภ/ม(ลงจะเก(ดุกระบวนการในการข�บโลหะ B ท��เป1นส�วนเก(ดุออกมาโดุยกระบวนการท��เก(ดุข.$นอาจเก(ดุข.$นในล�กษณะของกระบวนการ Eutectoid หร*อ Peritectoid ก&ไดุ#• ต่ามร/ปดุ#านซึ่#ายล�กษณะกระบวนการท��เก(ดุข.$นจะเก(ดุข.$นในล�กษณะของ Eutectoid Solid1
Solid2+Solid3 Eutectic mixture
heatingcooling
Eutectoid process
Liquidus
Solidus
Solvus
เร �มิตั'นกิารเป็ล�ยนแป็ลง
จึากิ เป็�น ส �นส�ดกิารเป็ล�ยนแป็ลง
จึากิ เป็�น
Solid1Solid2+Solid3
Eutectic mixtureheatingcooling
Eutectoid process
Allotropy (อ�นยร/ป): ม�การเปล��ยนร/ปเม*�อกลายเป1นของแข&งเร�ยบร#อยแล#ว
Peritectoid process
Solid1 + Solid2 New Solid3CoolingHeating
Eutectic
Peritectoid
+ CoolingHeating
ตัามิร"ป็จึะได'ว�า
Allotropy (อ�นยร/ป): ม�การเปล��ยนร/ปเม*�อกลายเป1นของแข&งเร�ยบร#อยแล#ว
Peritectoid process
Solid1 + Solid2 New Solid3CoolingHeating
Eutectic
Peritectoid