หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 1/23 หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก

จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถบอกลักษณะของเหล็กหล่อแต่ละชนิดได้ถูกต้อง วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 2/23 จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถบอกลักษณะของเหล็กหล่อแต่ละชนิดได้ถูกต้อง 2. นักศึกษาสามารถบอกลักษณะของอลูมิเนียมได้ถูกต้อง 3. นักศึกษาสามารถบอกลักษณะของทองแดงได้ถูกต้อง 4. นักศึกษาสามารถบอกลักษณะของแมกนีเซียมได้ถูกต้อง

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 3/23 สาระสำคัญ การนำวัสดุไปใช้ในงานวิศวกรรม ถ้าสามารถเลือกวัสดุได้เหมาะสมก็จะทำให้อายุการใช้งานได้นานแต่ในทางกลับกันหากใช้วัสดุผิดประเภท โอกาสในการใช้งานก็น้อยลง วัสดุโดยเฉพาะวัสดุเหล็กหล่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกลนับว่าสำคัญมาก หรือแม้แต่โลหะนอกกลุ่มเหล็กก็เช่นเดียวกัน เช่นอลูมิเนียม ทองแดง แมกนีเซียมที่อยู่ในรูปของความบริสุทธิ์และรูปของโลหะผสมก็ตาม เพื่อให้งานออกมามีคุณภาพ

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 4/23 เหล็กหล่อ เหล็กหล่อนั้นมีคาร์บอนอยู่ประมาณ 2-6.67 % และมีธาตุอื่น ๆ ผสมอยู่ด้วย เช่น ซิลิกอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส และกำมะถัน

แผนภูมิสมดุลของเหล็กกับเหล็กคาร์ไบด์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 5/23 แผนภูมิสมดุลของเหล็กกับเหล็กคาร์ไบด์

แบ่งเป็น 4 ประเภท ชนิดของเหล็กหล่อ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 6/23 แบ่งเป็น 4 ประเภท ชนิดของเหล็กหล่อ 1. เหล็กหล่อสีเทา (Gray Cast Iron) 2. เหล็กหล่อสีขาว (White Cast Iron) 3. เหล็กหล่อมัลลิเบิล (Malleable Cast Iron) 4. เหล็กหล่อโนดูลาร์ (Nodular Iron)

เหล็กหล่อสีเทา คุณสมบัติของเหล็กหล่อสีเทา วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 7/23 เหล็กหล่อสีเทา คุณสมบัติของเหล็กหล่อสีเทา มีความแข็งไม่มาก สามารถปรับแต่งด้วยเครื่องมือตัดได้ง่าย มีจุดหลอมเหลวต่ำ และสามารถเทลงสู่แบบได้โดยง่าย ทั้งนี้เพราะมีคุณสมบัติการไหลตัวที่ดี (Fluidity) สามารถนำไปใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ต้องการรูปร่างและขนาดที่แน่นอน ทั้งนี้ ก็เพราะว่าเหล็กหล่อสีเทานี้มีอัตราการขยายตัวต่ำ สามารถนำไปใช้ทำฐานรองรับอุปกรณ์ เครื่องมือ และเครื่องจักร ทั้งนี้ก็เพราะว่าเหล็กหล่อมีคุณสมบัติที่สามารถรับแรงสั่น (Damping Capacity) และต้านทานแรงอัดได้ดี เหล็กหล่อสีเทานั้น ถ้าได้รับการปรับปรุงส่วนผสมของธาตุต่าง ๆ ตลอดจนได้ผ่านการกระทำทางความร้อน (Heat Treatment) จะทำให้เหล็กหล่อสีเทานี้สามารถรับแรงดึงได้สูงขึ้น

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีเทา วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 8/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีเทา

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 9/23 เหล็กหล่อสีขาว หลังจากเหล็กหล่อถูกหลอมเหลวอยู่ในเตาหล่อแล้ว จะนำน้ำโลหะไปเทลงในแบบหล่อ น้ำโลหะจะถูกปล่อยให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว คาร์บอนส่วนใหญ่จะอยู่ในสภาพสารละลายของแข็งที่เรียกว่าคาร์ไบด์และมีแกรไฟต์ขนาดเล็ก ๆ เกิดขึ้นด้วย สำหรับคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นนี้จะมีความแข็งสูงมาก ดังนั้นจึงเปราะและแตกหักได้โดยง่าย

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาว วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 10/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาว

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 11/23 ลักษณะแผนภูมิสมดุลของเหล็กและเหล็กคาร์ไบด์ที่ให้เหล็กหล่อสีขาว ไฮโปยูเทกติก ยูเทกติก และไฮเปอร์ยูเทกติก

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวไฮโปยูเทกติก วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 12/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวไฮโปยูเทกติก

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวยูเทกติก วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 13/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวยูเทกติก

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวไฮเปอร์ยูเทกติก วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 14/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวไฮเปอร์ยูเทกติก

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 15/23 เหล็กหล่ออบเหนียว การนำเหล็กหล่อไปหลอมละลายและปล่อยให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว แกรไฟต์แบบแผ่นที่เกิดขึ้นเหล็กหล่อสีเทาก็จะไม่สามารถเกิดขึ้นไป แต่จะเกิดรูปแบบของแกรไฟต์ในเหล็กหล่อสีขาวขึ้นแทน ซึ่งรูปแบบของแกรไฟต์ในเหล็กหล่อสีขาวที่เกิดในเหล็กหล่ออบเหนียวนี้ จะให้คุณสมบัติที่เหมาะสมต่อการนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวาง โดยจะทำให้เหล็กหล่อชนิดนี้ มีความเค้นแรงดึงสูงกว่าเหล็กหล่อทั่ว ๆ ไป แต่จะมีความเค้นแรงดึงต่ำกว่าเหล็กหล่อแกรไฟต์กลมเท่านั้น นอกจากนั้นยังมีความเหนียว (Ductility) และทนต่อแรงกระแทก (shock Resistance) ได้ดีด้วยคุณสมบัติดังกล่าว จึงทำให้เส้นโค้งของความเค้น ความเครียด (Stress Strain Curve) ที่ได้จากการดึงเหล็กหล่อชนิดนี้มีลักษณะของเส้นที่คล้ายกันกับของเหล็กกล้า และนอกจากนั้น ยังสามารถทำการอบชุบด้วยความร้อน เพื่อเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเหล็กหล่ออบเหนียวได้อีกด้วย

เหล็กหล่ออบเหนียว เหล็กหล่ออบเหนียวดำ (Black Heart Malleable) วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 16/23 เหล็กหล่ออบเหนียว เหล็กหล่ออบเหนียวดำ (Black Heart Malleable) เหล็กหล่ออบเหนียวเพิร์ลลิติก (Pearlitic Malleable) เหล็กหล่ออบเหนียวขาว (White Heart Malleable)

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 17/23 เหล็กหล่อโนดูลาร์ เหล็กหล่อชนิดนี้บางครั้งอาจเรียกว่า เหล็กหล่อแกรไฟต์กลม (Spheroidal Graphite Cast Iron) ทั้งนี้ก็เพราะว่าแกรไฟต์ที่ตกผลึกอยู่นั้นมีรูปร่างกลมนั่นเอง ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับแกรไฟต์ชนิดอื่น ๆ ที่มีรูปร่างเป็นแผ่นยาวเรียว จะแตกต่างกันอย่างชัดเจน โครงสร้างของเหล็กหล่อชนิดนี้มักจะถูกปรับปรุงในขณะที่เป็นโลหะหลอมเหลวอยู่ โดยจะมีส่วนผสมของคาร์บอนซีเรียมแมกนีเซียม โซเดียม และธาตุอื่น ๆ ผสมอยู่ในเหล็กหล่อชนิดนี้ จากรูปร่างลักษณะของแกรไฟต์ที่  เป็นทรงกลมนี้เอง จึงทำให้เหล็กหล่อชนิดนี้มีคุณสมบัติคล้ายกันกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ จนได้ชื่อว่าเป็น Semi Steel ทั้งนี้ก็เพราะว่ามีความสามารถทนต่อแรงดึงได้ถึง 40 -70 kg/mm2 มีอัตราการยืดตัวร้อยละ 8 -25

ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อโนดูลาร์หรือเหล็กหล่อแกรไฟต์กลม วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 18/23 ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อโนดูลาร์หรือเหล็กหล่อแกรไฟต์กลม

ลักษณะการเกิดแกรไฟต์กลม วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 19/23 ลักษณะการเกิดแกรไฟต์กลม

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 20/23 โลหะนอกกลุ่มเหล็ก หมายถึง โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ ส่วนใหญ่ เช่น ทองแดง อลูมิเนียม แมกนีเซียม สังกะสี ดีบุก และอื่น ๆ

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 21/23 อลูมิเนียม จัดเป็นธาตุที่พบมากชนิดหนึ่งบนผิวโลก ประมาณ 8 % จะพบกระจัดกระจายอยู่ทั่วไป ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของออกไซต์ (Al2O3 ) อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีน้ำหนักเบา ความหนาแน่นประมาณ 1 ใน 3 ของทองแดงผสมและเหล็กกล้า อลูมิเนียมมีมิติในการนำความร้อนได้ดีและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 22/23 แมกนีเซียม เป็นโลหะเบา เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมจะเบากว่า 2 เท่า ถ้าเทียบกับเหล็กกล้าจะเบากว่า 4 เท่า แมกนีเซียมจะมีโครงสร้างแบบ CPH มีความสามารถในการแปรรูปพลาสติก ได้ที่อุณหภูมิปกติ นิยมใช้ในงานวิศวกรรมการบิน เช่น ใช้สร้างเครื่องบิน กระทะล้อรถยนต์

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 5 เหล็กหล่อและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แผ่นที่ 23/23 ทองแดง (copper) เป็นโลหะที่ถูกนำมาใช้กันอย่างกว้างขวางในงานอุตสาหกรรม ทองแดง เป็นโลหะที่เป็นตัวนำ ความร้อนและไฟฟ้าที่ดีมาก มีความต้านทานการสึกหรอและกัดกร่อนได้ดี มีความแข็งแรงดี มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยการกลึง ไส ตัด เจาะได้ง่าย ไม่มีคุณสมบัติในการเป็นแม่เหล็ก แต่สามารถนำมาเชื่อมได้ บัดกรีได้