Transcript 18 โลหะนอกกลุ่มเหล็ก

1
436304 AUTOMOTIVE PRODUCTION
ENGINEERING
:ความรู ้พืน
้ ฐานทางวัสดุวศ
ิ วกรรม
อ.ดร. ปภากร พิทยชวาล
สาขาวิชาวิศวกรรมอุตสาหการ
[email protected]
How many material inside?
2
ประเภทของวัสดุ
3
โลหะ
 เซรามิก
 พอลิเมอร์
 วัสดุผสม
 วัสดุกง
ึ่ ตัวนา

โลหะ (Metal)
4
เหล็กกล ้า อะลูมเิ นียม สงั กะส ี เหล็กหล่อ
ไทเทเนียม ทองแดง นิกเกิล
 นาไฟฟ้ าและความร ้อนค่อนข ้างดี
 มีความแข็งแรงสูง
 แข็งแกร่ง เหนียว และขึน
้ รูปได ้ดี
้ บงานโครงสร ้าง/งานทีต
 ใชกั
่ ้องรับแรงต่างๆ

เซรามิก (Ceramic)
5
แข็งและเปราะ
 เป็ นฉนวนไฟฟ้ าและความร ้อน
 วัสดุทนไฟ
้
 เครือ
่ งยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ทใี่ ชเซรามิ
กเป็ น
สว่ นประกอบ

โพลิเมอร ์ (Polymer)
6



ยาง พลาสติก กาว ฉนวนหุ ้มสายไฟฟ้ า ท่อน้ า
ิ้ สว่ นยานยนต์
และชน
โพลิเมอร์แบบเทอร์โมพสาติก มีโมเลกุลเป็ น
่ าว มีการเชอ
ื่ มต่อโมเลกุลไม่แข็งแรง มี
สายโซย
คุณสมบัตอ
ิ อ
่ นและขึน
้ รูปได ้ง่าย
ื่ มต่อ
โพลิเมอร์แบบเทอร์โมเซตติง้ มีการเชอ
ของสายโซโ่ มเลกุลเป็ นลักษณะตาข่าย มีความ
แข็งแรงและเปราะกว่ากลุม
่ เทอร์โมพสาติก
วัสดุกงตั
ึ่ วนา (Semiconductor)
7
ิ ค
ซล
ิ อน ใชกั้ บงานอิเล็กทรอนิกส ์ คอมพิวเตอร์
ื่ สาร
และการสอ
 สามารถนาไฟฟ้ าได ้

 ทรานซเิ ตอร์
 ไดโอด
 แผงวงจรรวม
วัสดุผสม (Composite Material)
8


วัสดุผสมได ้จากกานาวัสดุมากกว่า 2 ชนิดมาขึน
้
รูปร่วมกัน โดยสมบัตข
ิ องวัสดุทไี่ ด ้ใหม่จะ
แตกต่างจากสมบัตเิ ดิม
คอนกรีต + ไม ้อัด + ใยแก ้วเสริมแรง -> วัสดุ
ผสม
 น้ าหนั กเบา
แข็งแรง เหนียว ทนอุณหภูมส
ิ งู
คุณสมบัตท
ิ างกลและการทดสอบ
9

การเปลีย
่ นรูปของวัสดุ
การเปลีย
่ นรูปแบบยืดหยุน
่ - การยืดหนังยาง
การเปลีย
่ นรูปแบบถาวร – การงอ/ ดัดลวดโลหะ
1)
2)

ความเค ้น (Stress)

แรงต ้านภายในเนือ
้ วัสดุ เพือ
่ ไม่ให ้เกิดการเปลีย
่ นรูป
Tensile Stress ความเค ้นดึง 
 Shear Stress ความเค ้นเฉือน 


ความเครียด (Strain, )

การเปลีย
่ นรูปร่างของวัสดุเมือ
่ มีแรงมากระทา
Elastic strain ความเครียดยืดหยุน
่
 Plastic strain ความเครียดถาวร

การทดสอบแรงดึง (Tensile Test)
10
ขีดจำกัดแปรผัน
ตรง
ขีดกำจัดควำม
ยืดหยุ่น
11
การทดสอบความแข็งแรง
(Hardness Test)







แบบชอร์สเกลโรสโคป – Shore Scaleroscope
Hardness Test
แบบสเกลของโมส ์ (Moh’s Scal)
แบบบริเนลล์ (Brinell Hardness Test, BHN)
แบบร็อคเวลล์ (Rockwell Hardness, HR)
แบบวิกเกอร์ (Vicker Hardness Test, HV)
แบบไมโครวิกเกอร์ (Micor Vicker Hardness Test,
HMV)
แบบนูพ (Knoop Hardness Test, HK)
การทดสอบวัสดุ
12



การทดสอบแรงกระแทก (Impact Test)
การทดสอบความล ้า (Fatigue test)
การทดสอบความคืบ (Creep Test)
โลหะ
13

โลหะกลุม
่ เหล็ก
 เหล็กกล ้า
 โลหะผสมตา
่
 โลหะผสมสูง
 เหล็กหล่อ

แตกต่างตรงปริมาณของคาร์บอน
ในเนือ
้ เหล็ก
โลหะนอกกลุม
่ เหล็ก
การจาแนกเหล็กกล้าคาร ์บอนจาก
ปริมาณคาร ์บอน
14
1.
2.
3.
เหล็กกล ้าคาร์บอนตา่ – มีคาร์บอนตา่ กว่า .20% ใช ้
งานอย่างกว ้างขวาง ในอุตสาหกรรมผลิตรถยนต์
ิ้ สว่ นเป็ นเหล็กแผ่นบาง แข็งแรงน ้อย เหนียว
ชน
แปรรูปง่าย
เหล็กกล ้าคาร์บอนปานกลาง – มีคาร์บอน 0.200.50% มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล ้าคาร์บอน
้ ว่ นประกอบเครือ
ตา่ ใชในส
่ งจักร
เหล็กกล ้าคาร์บอนสูง – มีคาร์บอนมากกว่า 0.50%
้ าสปริงและเครือ
มีความแข็งแรงสูง ใชท
่ งมือคมตัด
เหล็กหล่อ (Cast iron)
15




เหล็กทีม
่ ป
ี ริมาณคาร์บอนผสม 2.5-4% ปริมาณ
มากกว่าเหล็กกล ้า
มักแปรรูปด ้วยกระบวนการหล่อ
ิ้ งานทีซ
ั ซอนได
้
ผลิตชน
่ บ
้ดี
จาแนกได ้
1.
2.
3.
4.
5.
6.
เหล็กหล่อขาว
เหล็กหล่อเท่า
เหล็กหล่อเหนียว
เหล็กหล่อคอมแพ็กต์แกรไฟต์
เหล็กหล่ออบเหนียว
เหล็กหล่อผสม
โลหะนอกกลุ่มเหล็ก
16
อะลูมเิ นียม และอะลูมเิ นียมผสม
1)





มีความหนาแน่นน ้อยกว่าเหล็ก 3 เท่า
ขึน
้ รูปได ้ง่าย เหนียว
มีความนาไฟฟ้ า และความนาความร ้อนทีส
่ งู มาก
มีสภาพทีแ
่ ม่เหล็กดูดไม่ตด
ิ และต ้านทานการกัดกร่อน
อะลูมเิ นียม + ทองแดง -> ผลิตเครือ
่ งยนต์
โลหะนอกกลุ่มเหล็ก
17
ทองแดง และทองแดงผสม
2)





มีความหนาแน่นมากกว่าเหล็กกล ้า
ค่าความแข็งแรง ณ จุดครากของทองแดงบางชนิดสูง
เหนียว ทนทานต่อการกัดกร่อน
นาไฟฟ้ า/ ความร ้อนได ้ดี
ขึน
้ รูปง่าย
โลหะนอกกลุ่มเหล็ก
18
ไทเทเนียมและไทเทเนียมผสม
3)



ทนทานต่อการกัดกร่อน
ผลิตอวัยวะ อุปกรณ์การแพทย์
เครือ
่ งยนต์ไอพ่น
ี ม
แมกนีเชย
4)


ต ้านทานการกัดกร่อนใกล ้เคียงอะลูมเิ นียม แต่ไม่ทน
ความเค็ม
้
ใชงานด
้านยานอวกาศ เครือ
่ งยนต์รอบสูง อุปกรณ์การ
ขนสง่
โลหะนอกกลุ่มเหล็ก
19
นิกเกิล และโคบอลต์ผสม
5)


ทนทานต่อการกัดกร่อน ทนความร ้อนสูง
แข็งแรง
โพลิเมอร ์ (Polymer)
20


มาจากการสงั เคราะห์โดยกระบวนทีท
่ าให ้โมเลกุล
ื่ มต่อกันเป็ นสายโซต
่ วั พันธะโคเวเลนต์
ขนาดเล็กเชอ
จนเป็ นโมเลกุลขนาดใหญ่
โครงสร ้างของโมเลกุล
้
 โพลิเมอร์แบบเสน
Linear Polymer
 โพลิเมอร์แบบกิง
่ ก ้าน Branched Polymer
ื่ มขวาง Closslink Polymer
 โพลิเมอร์แบบเชอ
 โพลิเมอร์แบบตาข่าย Network Polymer
ประเภทของโพลิเมอร ์
21
Thermoplastic
1.
•
•
เหนียว
ขึน
้ รูปด ้วยความร ้อนสูง
Thermosetting Plastic
2.
•
•
แข็งและเปราะกว่าThermoplastic
ไม่สามารถหลอมใหม่อก
ี ครัง้ ได ้ (No recycle)
Elastomer
3.
•
สามารถยืดหยุน
่ ได ้ และยืดตัวออกได ้เมือ
่ มีแรงกระทา
Thermoplastic Elastomer
4.
•
กลุม
่ พิเศษ มีกระบวนการเหมือน Thermoplastic แต่ม ี
พฤติกรรมเหมือน Elastomer
เซรามิก และแก้ว
22






แข็ง เปราะ
จุดหลอมตัวสูงมาก
นาไฟฟ้ าความร ้อนตา่
ทนทานการกัดกร่อนของสารเคมี
มีความต ้านทานแรงอัดสูงมาก
้ ตสาหกรรมหลอมโลหะและอบชุบ เคลือบผิว
ใชในอุ
แข็งและความร ้อนของยานอวกาศ และเครือ
่ งบิน
้ นวัสดุขด
เครือ
่ งยนต์เทอร์ไบน์ ใชเป็
ั ถุ
เซรามิก และแก้ว
23

เซรามิกดังเดิม
ิ ก
Clay, ซล
ิ า Silica, เฟสด์สปาร์ Feldspar
 ทาวัสดุทนไฟ ซเี มนต์ เครือ
่ งสุขภัณฑ์ กระเบือ
้ ง อิฐ ถ ้วย
ชาม
 ดิน

เซรามิกในงานวิศวกรรม
 คารไบด์,
ไนไตรด์, อะลูมน
ิ า
้ าเครือ
 ใชท
่ งยนต์เทอร์ไบน์, วัสดุฉนวนหัวเทียน
วัสดุผสม Composite Materials
24

วัสดุทม
ี่ รี ป
ู ร่างเป็ นอนุภาค หรือเป็ นเม็ดผง
 คอนกรีต

= หิน+ทราย + ซเี มนต์
้
วัสดุทเี่ ป็ นเสนใย
 ไฟเบอร์กลาส

้
= เสนใยแก
้ว+ โพลิเมอร์
ั ้ บางๆ
วัสดุทเี่ ป็ นชน
 ไม ้อัด