วัสดุวิศวกรรมและการประยุกต์ใช้ ปริทรรศน์ พันธุบรรยงก์ paritud@gmail.com

บทนำ การออกแบบทางวิศวกรรมทุกชนิดจะมีพื้นฐานจากความรู้ความเข้าใจด้านวัสดุศาสตร์และกระบวนการแปรรูปเป็นชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ใช้ประโยชน์ได้ วัสดุวิศวกรรมมีมากกว่า 100,000 ชนิดในปัจจุบัน การใช้ “วิศวกรรมคู่ขนาน” (Concurrent Engineering) ทำให้ผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุจะเข้ามามีส่วนร่วมในการออกแบบตั้งแต่เบื้องต้น ต้นทุนวัสดุปัจจุบันประมาณ 60% ของต้นทุนผลิตภัณฑ์เนื่องจาก automation

วัสดุวิศวกรรมหลัก 6 ประเภท โลหะ พอลิเมอร์ อิลาสโตเมอร์ เซรามิก แก้ว และวัสดุประกอบ

ความสัมพันธ์หลักในการเลือกใช้วัสดุวิศวกรรม Structure Property Application Processing

เกณฑ์ทั่วไปในการเลือกใช้วัสดุ คุณสมบัติหรือลักษณะสมบัติในการใช้งาน ลักษณะสมบัติของกระบวนการผลิต .... เสาะหากระบวนการที่จะขึ้นรูปวัสดุโดยมีข้อบกพร่องและต้นทุนต่ำที่สุด ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ข้อพิจารณาทางธุรกิจ ...... ต้นทุนตลอดวงจรอายุของวัสดุ

กระบวนการเลือกสรรวัสดุ วิเคราะห์ความต้องการวัสดุ กำหนดเงื่อนไขการใช้งานและสภาพแวดล้อม คัดกรองวัสดุที่สามารถจะเลือกใช้ได้ วิเคราะห์วัสดุตัวเลือกในเชิงของสมรรถนะ ต้นทุน ความสะดวกในการขึ้นรูป และความยากง่ายในการจัดหา สร้างฐานข้อมูลการออกแบบของระบบหรือองค์ประกอบหลัก

ลักษณะสมบัติเพื่อการใช้งานของวัสดุ คุณสมบัติเชิงกายภาพ เชิงกล เชิงอุณหภูมิ เชิงไฟฟ้า เชิงเคมี โครงสร้าง: พันธะอะตอม โครงสร้างผลึก โครงสร้างที่บกพร่อง โครงสร้างจุลภาค โครงสร้างมหภาค พันธะอะตอม.... ความหนาแน่น ความแข็งแรงภายใน Young’s Modulus โครงสร้างผลึก..... รูปลักษณ์ของ slip plane, ความยากง่ายในการแปรรูประดับพลาสติก  โครงสร้างที่บกพร่อง โครงสร้างจุลภาค ... ขนาดของเกรน จำนวนและการกระจายของเฟส โครงสร้างมหภาค .... รูพรุน รอยแตก สารเจือปน

การจำแนกประเภทของวัสดุ Materials Kingdom (all materials)  Family (metals, polymers, etc.)  Class (for metals: steels, aluminium alloys, copper alloys etc.)  Subclass (for steels: plain carbon, low alloy, heat treatable, etc.)  Member (a particular alloy or polymer grade)

Short List of Materials Properties Melting point Glass transition temperature Density Porosity Modulus of elasticity Coefficient of linear thermal expansion Thermal conductivity Specific heat Corrosion rate Strength Ductility Fracture toughness Fatigue properties Damping capacity Creep Impact resistance Hardness Wear rate or corrosion rate

Structure Sensitive or Mechanical Properties Yield strength Ultimate tensile strength Modulus of elasticity Ductility Fracture toughness Fatigue properties Damping capacity Creep Impact resistance Hardness Wear rate

สิ่งที่จะต้องพิจารณาในการออกแบบและเลือกใช้วัสดุ คุณสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งาน ความยากง่ายในการขึ้นรูป ความยากง่ายในการจัดหา ต้นทุนวัสดุ พลังงานที่ใช้ในการผลิต การหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่และผลกระทบกับสภาวะแวดล้อม