หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 1/28 หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์

จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถอธิบายแผนภาพสมดุลได้ถูกต้อง วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 2/28 จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถอธิบายแผนภาพสมดุลได้ถูกต้อง 2. นักศึกษาสามารถเขียนภาพสมดุลของเหล็ก-เหล็กคาร์ไบด์ได้ถูกต้อง 3. นักศึกษาสามารถบอกชนิดของโครงสร้างที่เกิดขึ้น ณ อุณหภูมิต่าง ๆ ได้ถูกต้อง

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 3/28 สาระสำคัญ แผนภูมิสมดุลนี้มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาหาความรู้เกี่ยวกับสมบัติต่าง ๆ ของโลหะในขณะที่โลหะนั้นรวมตัวกันอยู่ และโดยมีตัวแปรซึ่งประกอบไปด้วยความดัน อุณหภูมิและส่วนผสมของสารและตัวแปรเหล่านี้จะทำให้แผนภูมิสมดุลแตกต่างกัน สำหรับธาตุ สารประกอบและของผสม ย่อมเกิดขึ้นจากสารเดียว (Unary System) ระบบ 2 สาร (Binary System) และระบบ 3 สาร (Ternary System) โดยเฉพาะแผนภูมิสมดุล ของเหล็ก-เหล็กคาร์ไบด์ มีความจำเป็นที่จะต้องเรียนรู้เป็นอย่างยิ่งในการนำวัสดุโดยเฉพาะเหล็กไปใช้ในงานวิศวกรรม

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 4/28 เฟสหรือภาค (Phase) คือ บริเวณหรือส่วนที่แตกต่างกัน อาจจะเป็นความแตกต่างของโครงสร้างหรือส่วนผสม หรือทั้งสองอย่างเป็นต้นว่า ในบางครั้งภาคทั้งสองภาคอาจจะมีส่วนผสมทางเคมีเหมือนกัน แต่มีสถานะทางกายภาพต่างกัน เช่น น้ำ น้ำแข็ง ไอน้ำ ต่างมีส่วนประกอบทางเคมีเหมือนกัน

กฎของเฟส กฎของเฟส (Phase Rule) P + F = C + 2 P = จำนวนเฟส วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 5/28 กฎของเฟส กฎของเฟส (Phase Rule) P + F = C + 2 P = จำนวนเฟส F = ระดับความเป็นอิสระ C = จำนวนส่วนประกอบ

แสดงเส้นโค้งการเย็นตัวของโลหะบริสุทธิ์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 6/28 ของเหลว เริ่มแข็งตัว สิ้นสุดการแข็งตัว ของแข็ง ช่วงการแข็งตัว โลหะผสม แสดงเส้นโค้งการเย็นตัวของโลหะบริสุทธิ์

แสดงแผนภาพสมดุลระบบหนึ่งธาตุของน้ำ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 7/28 แสดงแผนภาพสมดุลระบบหนึ่งธาตุของน้ำ

แสดงแผนภาพสมดุลระบบสองธาตุของเหล็กบริสุทธิ์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 8/28 แสดงแผนภาพสมดุลระบบสองธาตุของเหล็กบริสุทธิ์

การสร้างเฟสไดอะแกรมของทองแดง-นิเกิล วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 9/28 การสร้างเฟสไดอะแกรมของทองแดง-นิเกิล

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 10/28 กฎของคาน (Lever Rule) กฎที่ใช้คำนวณเพื่อหาจำนวนเปอร์เซ็นต์ของเฟส ในบริเวณที่มี 2 เฟส ของแผนภาพสมดุล การคำนวณทำได้โดยลากเส้นในแนวระดับ (ที่อุณหภูมิคงที่ใด ๆ ) ผ่านบริเวณที่มี 2 เฟส จากแผนภาพเส้นระดับนี้เรียกว่า เส้นโยง (Tie Line) การคำนวณโดยใช้กฎของคานจะใช้แผนภาพสมดุลของโลหะผสม A กับ B ที่มีระบบการละลายเหมือนกับโลหะทองแดงผสมกับนิเกิล

แสดงแผนภาพสมดุล A กับ B โลหะทองแดงผสมกับนิเกิล วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 11/28 แสดงแผนภาพสมดุล A กับ B โลหะทองแดงผสมกับนิเกิล

แสดงแผนภาพสมดุลของทองแดง – นิเกิล วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 12/28 แสดงแผนภาพสมดุลของทองแดง – นิเกิล

แสดงแผนภาพการเย็นตัวที่ไม่สมดุลของน้ำโลหะผสมทองแดง 30 % และนิเกิล 70% วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 13/28 แสดงแผนภาพการเย็นตัวที่ไม่สมดุลของน้ำโลหะผสมทองแดง 30 % และนิเกิล 70%

แสดงลักษณะการเกิดโครงสร้างคอริ่ง วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 14/28 แสดงลักษณะการเกิดโครงสร้างคอริ่ง

แสดงรูปสามเหลี่ยมที่ใช้แทนความเข้มข้นของธาตุผสม ระบบ 3 ธาตุ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 15/28 แสดงรูปสามเหลี่ยมที่ใช้แทนความเข้มข้นของธาตุผสม ระบบ 3 ธาตุ

แสดงสามเหลี่ยมกำหนดความเข้มข้น (Concentration Triangle) วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 16/28 แสดงสามเหลี่ยมกำหนดความเข้มข้น (Concentration Triangle)

แสดงการหาปริมาณธาตุผสมในโลหะผสมในระบบ 3 ธาตุ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 17/28 แสดงการหาปริมาณธาตุผสมในโลหะผสมในระบบ 3 ธาตุ

แสดงแผนภาพสมดุลระบบ 3 ธาตุ และหน้าตัดแบบต่าง ๆ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 18/28 แผนภาพสมดุล 3 มิติ (ข) ตัดในแนวนอนที่อุณหภูมิ T1 ตัดที่อุณหภูมิ T2 ตัดอยู่ที่อุณหภูมิ T3 ตัดที่อุณหภูมิ T4 ตัดในแนวดิ่งที่ B (ตามส่วนผสม) แสดงแผนภาพสมดุลระบบ 3 ธาตุ และหน้าตัดแบบต่าง ๆ

แผนภาพการสมดุลของเหล็ก – เหล็กคาร์ไบด์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 19/28 แผนภาพการสมดุลของเหล็ก – เหล็กคาร์ไบด์

เหล็กเดลตา (Delta Iron) ออสเทนไนต์ (Austenite) หรือเหล็กแกมมา วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 20/28 แผนภูมิสมดุลเหล็กกับเหล็กคาร์ไบด์ (Iron-Iron Carbide Diagram) โครงสร้างจุลภาคต่าง ๆ ที่มีอยู่ในแผนภูมิสมดุล ซึ่งโครงสร้าง ต่าง ๆ นั้น มีรายละเอียดดังนี้ เหล็กเดลตา (Delta Iron) ออสเทนไนต์ (Austenite) หรือเหล็กแกมมา ซีเมนไทต์ (Cementite) หรือเหล็กคาร์ไบด์ (Fe3C) เพิร์ลไลต์ (Pearlite) เลเดบูไรต์ (Ledeburite)

แสดงแผนภาพการเย็นตัวอย่างสมดุลของโลหะเหล็ก-เหล็กคาร์ไบด์ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 21/28 แสดงแผนภาพการเย็นตัวอย่างสมดุลของโลหะเหล็ก-เหล็กคาร์ไบด์

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 22/28 แสดงบริเวณส่วนบนสุดของแผนภาพสมดุลของโลหะผสมเหล็ก-เหล็กคาร์ไบด์ บริเวณส่วนนี้ เรียกว่า Delta region

วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 23/28 แสดงบริเวณ ต่าง ๆ ของแผนภาพสมดุล เหล็ก – เหล็กคาร์ไบด์ เมื่อให้ชื่อเฉพาะของ แต่ละบริเวณ

การเปลี่ยนแปลงของภาคมีองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ประการ คือ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 24/28 การเปลี่ยนแปลงของภาคมีองค์ประกอบที่สำคัญ 3 ประการ คือ 1. ส่วนผสม 2. ความดัน 3. อุณหภูมิ

ระบบสารเดียว (Unary System) วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 25/28 ระบบสารเดียว (Unary System) หมายถึง ระบบที่ประกอบไปด้วยสารประกอบอย่างเดียวหรือมีธาตุบริสุทธิ์เพียงธาตุเดียวเท่านั้น เช่น น้ำ เงิน ทองแดง

ระบบ 2 สาร (Binary System) วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 6 กระบวนการแข็งตัวของโลหะ โลหะผสม แผ่นที่ 26/28 ระบบ 2 สาร (Binary System) หมายถึง สำหรับการรวมตัวของสาร 2 ชนิดเข้าด้วยกันจะรวมกันได้หลายลักษณะ

การรวมตัวของสาร 2 ชนิดเข้าด้วยกันจะรวมกันได้หลายลักษณะ วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 27/28 การรวมตัวของสาร 2 ชนิดเข้าด้วยกันจะรวมกันได้หลายลักษณะ 1. โลหะ 2 ชนิดสามารถละลายเข้ากันได้ดีทั้งในสภาพของเหลวและสภาพของแข็ง 2. โลหะ 2 ชนิดละลายเข้ากันได้ดีในสภาพหลอมเหลว แต่ไม่สามารถละลายได้ในสภาพของแข็ง 3. โลหะ 2 ชนิดละลายเข้ากันได้ดีในสภาพของเหลว แต่ละลายได้บางส่วนเมื่ออยู่ใน สภาพของแข็ง 4. โลหะ 2 ชนิดสามารถละลายเข้ากันได้ดีในสภาพของเหลว แต่ไม่สามารถละลายได้สภาพของแข็ง

ระบบ 3 สาร (Ternary System) วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 7 เฟสและแผนภาพสมดุลย์ แผ่นที่ 28/28 ระบบ 3 สาร (Ternary System) การที่ธาตุ 3 ธาตุ จะรวมตัวในรูปแบบต่าง ๆ นั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษาแผนภูมิสมดุล ระบบ 3 ธาตุ ทั้งนี้เพราะจะต้องพิจารณาธาตุทั้ง 3 ชนิด ซึ่งรวมกันอยู่ในสภาพต่าง ๆ