การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่

งานนำเสนอเรื่อง: "การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 1/32 หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่

2 จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถบอกความหมายของการเปลี่ยนรูปได้ถูกต้อง
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 2/32 จุดประสงค์ 1. นักศึกษาสามารถบอกความหมายของการเปลี่ยนรูปได้ถูกต้อง 2. นักศึกษาสามารถอธิบายการคืนตัวได้ถูกต้อง 3. นักศึกษาสามารถอธิบายการเกิดผลึกใหม่ได้ถูกต้อง 4. นักศึกษาสามารถอธิบายลักษณะการเติบโตของเกรนได้ถูกต้อง

3 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปร่างโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 3/32 สาระสำคัญ โลหะโดยทั่วไปเมื่อถูกแรงกระทำจากภายนอกจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง โดยถาวรและถ้าให้แรงกระทำมากขึ้นจะเกิดการแตกร้าว การเปลี่ยนรูป

4 ความหมายของการเปลี่ยนรูป
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 4/32 ความหมายของการเปลี่ยนรูป การเปลี่ยนขนาด หรือรูปร่างของโลหะภายใต้แรงที่มากระทำ ได้แก่ แรงอัด แรงดึง แรงบิด หรือแรงเฉือน เมื่อโลหะได้รับแรงกระทำจากภายนอก จะเริ่มเกิดความเค้น (Stress) ขึ้นภายใน ความเค้นมีหลายชนิด ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงกระทำ ความเค้นที่เกิดจากแรงดึง เรียกว่า ความเค้นดึง (Tensile Stress) ความเค้นที่เกิดจากแรงอัด เรียกว่า ความเค้นอัด (Compressive Stress) ความเค้นที่เกิดจากแรงบิด เรียกว่า ความเค้นบิด (Torsional Stress) และความเค้นที่เกิดจากแรงเฉือน เรียกว่า ความเค้นเฉือน (Shear Stress) เมื่อโลหะได้รับแรงกระทำจนเปลี่ยนรูปร่างพอเอาแรงที่มากระทำออก และโลหะคืนกลับสภาพเดิมได้ แสดงว่าโลหะเปลี่ยนแปลงชั่วขณะ เรียกว่าการเปลี่ยนรูปชั่วคราว (Elastic Deformation) แต่ถ้าโลหะได้รับแรงกระทำจนเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง แม้จะเอาแรงที่กระทำออกแล้วโลหะก็ไม่สามารถกลับสู่สภาพเดิมได้ เรียกว่า การเปลี่ยนรูปถาวร (Plastic Deformation)

5 การเปลี่ยนรูป มี 2 ลักษณะ การเปลี่ยนรูปชั่วคราว
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 5/32 การเปลี่ยนรูป มี 2 ลักษณะ การเปลี่ยนรูปชั่วคราว การเปลี่ยนรูปถาวร

6 การเปลี่ยนรูปชั่วคราว
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 6/32 การเปลี่ยนรูปชั่วคราว เป็นการเปลี่ยนรูปชั่วคราวเท่านั้น เนื่องจากโลหะได้รับแรงอยู่ในช่วงยืดหยุ่น (Elastic Range) เมื่อเอาแรงกระทำออก การเปลี่ยนรูปจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม การเปลี่ยนแปลงแบบนี้ไม่ได้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงภายในโครงสร้างของโลหะ

7 คุณสมบัติในการยืดหยุ่น
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 7/32 คุณสมบัติในการยืดหยุ่น สิ่งที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติการยืดหยุ่นของโลหะผสมที่ใช้กันอยู่ทั่วไปที่สำคัญที่สุด คือ ค่า Young’s Modulus : E

8 การเรียงตัวของผลึกที่มีผลต่อความเครียด
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 8/32 การเรียงตัวของผลึกที่มีผลต่อความเครียด

9 อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อค่า Young’s Modulus ของโลหะบริสุทธิ์
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 9/32 อิทธิพลของอุณหภูมิที่มีต่อค่า Young’s Modulus ของโลหะบริสุทธิ์

10 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 10/32 การเพิ่มค่า Young’s Modulus อาจทำได้โดยให้ผลึกเรียงตัวสม่ำเสมอ หรืออาจเปลี่ยนส่วนผสมของวัสดุนั้น ดังนั้นถ้าหากแท่งเหล็กเหนียวเกิดเสียรูปมากเกินไป เราไม่สามารถลดการเสียรูปนี้ให้น้อยกว่าเดิมได้โดยการเติมธาตุพิเศษ หรือการอบชุบ แต่อาจทำให้ค่า Young’s Modulus ลดลงได้ โดยการเพิ่มความแข็ง โดยการตกผลึก (Precipitation Hardenning) ยูเทคตอยด์แตกตัว (Eutectoid Decomposition) และการขึ้นรูปขณะเย็น (Cold – Working) หรือการเปลี่ยนแปลงด้วยวิธีอื่นที่ทำให้เกิดความเค้นขึ้นภายใน และการเพิ่มอุณหภูมิใช้งาน จะทำให้ค่า Young’s Modulus ลดลงด้วย

11 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 11/32 การเปลี่ยนรูปถาวร เป็นการเปลี่ยนรูปของโลหะ เมื่อได้รับแรงกระทำเกินกว่าช่วงยืดหยุ่น (Elastic Range) เมื่อนำแรงออกโลหะจะไม่กลับสู่สภาพเดิมอีก เป็นการเปลี่ยนรูปแบบถาวร (Plastic Deformation) ขึ้นภายใต้แรงนั้น ทั้งนี้เนื่องมาจากเกิดการเคลื่อนเข้าไปแทนที่อะตอมอื่นภายในเกรน

12 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 12/32 การเปลี่ยนรูปถาวร การเปลี่ยนรูปถาวรของโลหะ ถูกกระทำจากแรงภายนอกได้หลายวิธี เช่น การอัดขึ้นรูป การรีดขึ้นรูป การม้วนให้เป็นแผ่น ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการให้แรงกระทำ การเปลี่ยนรูปอย่างถาวรในผลึกจะเกิดขึ้น

13 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 13/32 การเลื่อน (Slip) เป็นการเลื่อนตัว หรือการเลื่อนผ่านกันระหว่างในแนวอะตอม (Atom) ในระนาบ (Planes) ของผลึก โดยเป็นการเคลื่อนแบบถาวร ถึงแม้ว่าจะไม่มีความเค้นในผลึก ก็ตาม รูปร่างก็จะไม่กลับคืนสูสภาพเดิมได้อีก

14 ขบวนการเลื่อน วิชาวัสดุและโลหะวิทยา (3103-2007) สื่อประกอบการสอน
หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 14/32 ขบวนการเลื่อน

15 การเลื่อนภายใต้ภาวะความเค้นแรงดึง
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 15/32 การเลื่อนภายใต้ภาวะความเค้นแรงดึง

16 แนวการเลื่อนของอะตอมในผลึกแบบ FCC
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 16/32 แนวการเลื่อนของอะตอมในผลึกแบบ FCC

17 การเกิดเอดจ์ดิสโลเกชั่น และสกรูดิสโลเกชั่น
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 17/32 การเกิดเอดจ์ดิสโลเกชั่น และสกรูดิสโลเกชั่น

18 ระนาบและทิศทางการเลื่อนของโลหะชนิดต่าง ๆ
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 18/32 ระนาบและทิศทางการเลื่อนของโลหะชนิดต่าง ๆ โลหะ โครงสร้าง ระนาบเลื่อน ทิศการเลื่อน ขนาดความเค้นเฉือน (ปอนด์/ตารางนิ้ว) เงิน ทองแดง อะลูมิเนียม แมกนีเซียม โคบอลต์ ไตตาเนียม เหล็ก โคลัมเมียม โมลิบดินั่น FCC HEP BCC {111} {0001} {0010} {110} <110> <1120> <111> 54 71 114 64 960 1,990 3,980 4,840 10,400

19 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 19/32 การบิด (Twinning) เป็นการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรอีกลักษณะหนึ่ง ซึ่งหมายถึง ขบวนการเปลี่ยนรูปอันเนื่องมาจากระยะ หรือแนวของผลึกเกิดการถูกเฉือน (Shear)

20 การเปลี่ยนรูปแบบการบิด
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 20/32 การเปลี่ยนรูปแบบการบิด

21 การแปรรูปขณะเย็น และแปรรูปขณะร้อน
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 21/32 การแปรรูปขณะเย็น และแปรรูปขณะร้อน การแปรรูปขณะเย็น (Cold Working) หมายถึง การรีด การขึ้นรูป หรือใช้กระบวนการอื่น ๆ เพื่อที่จะทำให้วัสดุเปลี่ยนรูปอย่างถาวรที่อุณหภูมิต่ำ การแปรรูปขณะร้อน (Hot Working) หมายถึง การรีด การขึ้นรูป หรือใช้กระบวนการอื่น ๆ เพื่อที่จะให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรที่อุณหภูมิสูง

22 แสดงผลของอุณหภูมิของการแปรรูปร้อนต่อขนาดเกรน
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 22/32 แสดงผลของอุณหภูมิของการแปรรูปร้อนต่อขนาดเกรน

23 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 23/32 การคืนตัว(Recovery) การนำงานที่ผ่านการแปรรูปขณะเย็นไปอบเพื่อให้คืนตัว จุดบกพร่องที่เคลื่อนง่ายเท่านั้นจะเคลื่อนที่จัดเรียงตัวใหม่ ลำดับแรก จุดว่าง (Vacancies) และอะตอมที่แทรกตัวอยู่บนระนาบที่เลื่อนถูกจำกัดออกไป ดิสโลเกชั่นที่มีเครื่องหมายตรงข้ามจะมาบรรจบกันพอดี และกลายเป็นผลึกที่สมบูรณ์แต่ยังเหลือดิสโลเกชั่นส่วนใหญ่

24 ลักษณะการเกิดการคืนตัว
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 24/32 ลักษณะการเกิดการคืนตัว เกิดได้ในสภาวะต่าง ๆ ดังนี้ 1. การเปลี่ยนรูปในผลึกเดี่ยว 2. โพลิโกไนเซซั่น 3. การเคลื่อนที่ของดิสโลเกชั่นในขบวนการ โพลิโกไนเซซั่น 4. การคืนตัวของอุณหภูมิต่ำ และสูง

25 การเรียงตัวของเอดจ์ดิสโลเกชั่น หลังจากทำโพลิโกไนเซชั่น
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 25/32 การเรียงตัวของเอดจ์ดิสโลเกชั่น หลังจากทำโพลิโกไนเซชั่น

26 ลักษณะของเอดจ์ดิสโลเกชั่น เรียงตัวกันในแนวดิ่ง
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 26/32 ลักษณะของเอดจ์ดิสโลเกชั่น เรียงตัวกันในแนวดิ่ง

27 เอดจ์ดิสโลเกชั่น จัดเรียงตัวใหม่ในแนวดิ่งโดยการปีน และเลื่อน
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 27/32 เอดจ์ดิสโลเกชั่น จัดเรียงตัวใหม่ในแนวดิ่งโดยการปีน และเลื่อน

28 การเกิดผลึกใหม่ (Recrystallization)
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 28/32 การเกิดผลึกใหม่ (Recrystallization) การเกิดผลึกใหม่ จะเริ่มขึ้นเมื่อวัสดุที่ถูกอบคลายนั้นมีอุณหภูมิสูงกว่าขีดจำกัดบนของขอบเขตการอบเพื่อการคืนตัว ผลึกใหม่ที่เกิดขึ้นจะมีสัดส่วนผสมทางเคมีเหมือนเดิม มีรูปผลึกเหมือนเดิม และผลึกมีสภาพเหมือนผลึกที่เกิดจากการเย็นตัวของน้ำโลหะในแบบหล่อ บริเวณที่เกรนเสียรูปร่างอย่างมาก จะเป็นบริเวณที่เกิดผลึกใหม่

29 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 29/32 การเกิดขั้นตอนการคืนตัว การเกิดผลึกใหม่ และการเติบโตของเกรนของการ อบอ่อนของงานแปรรูปเย็น

30 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 30/32 การเติบโตของเกรน การเติบโตของเกรน เกรนที่มีขนาดใหญ่จะมีพลังงานอิสระ (Free Energy) ต่ำกว่าเกรนที่มีขนาดเล็ก ซึ่งจะสอดคล้องกับขนาดของเกรน เกรนเม็ดใหญ่เม็ดเดียวจะมีพื้นที่ผิวน้อยกว่าเกรนเม็ดเล็กหลายเม็ด ในภาวะอุดมคติ (Ideal) โลหะที่ประกอบด้วยเกรนเม็ดเดียว จะมีพลังงานต่ำสุด ภาวะต่ำสุดเป็นภาวะที่เสถียรที่สุด เกรนต่าง ๆ จึงมีแนวโน้มจะเติบโตให้เต็มก้อนโลหะ ถ้าไม่มีสิ่งกีดขวาง สิ่งที่คอยกีดขวางก็คือ ความแข็งแกร่งของโครงผลึก ความแข็งแกร่งของโครงผลึกจะต่ำลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเติบโตของเกรน จะเป็นไปอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิจำกัดค่าหนึ่งและจะมีขนาดของเกรนที่โตที่สุดเป็นค่าจำกัด ซึ่งขณะนั้นอิทธิพลจากตัวแปรทั้งสองก็จะอยู่ในภาพสมดุล

31 วิชาวัสดุและโลหะวิทยา
( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 31/32 บทสรุป การเปลี่ยนแปลงของโลหะ (Deformation) โลหะโดยทั่วไปนั้นแม้ถูกกระทำจากภายนอกจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างได้โดยถาวร และถ้าให้แรงกระทำมากขึ้นจะเกิดการแตกร้าว และเปลี่ยนรูปร่าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยถาวรนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเกิดการเลื่อนไหล (Slip) ระหว่างชั้นของอะตอม และการ Twinning ซึ่งกลุ่มอะตอมที่เกิดการ Twin นั้นจะถูกผลักให้เคลื่อนที่ไปจนระยะห่างระหว่างอะตอมอาจจะผิดไปจากตำแหน่งเดิม และระนาบที่อะตอมถูกผลักให้เคลื่อนออกไปนั้นเรียกว่า Twinning Plane การคืนตัว

32 สมบัติทางกลของโลหะดังต่อไปนี้
วิชาวัสดุและโลหะวิทยา ( ) สื่อประกอบการสอน หน่วยที่ 4 การเปลี่ยนรูปของโลหะ การเกิดผลึกใหม่ แผ่นที่ 32/32 สมบัติทางกลของโลหะดังต่อไปนี้ 1. เพื่อลดความเครียดภายในของโลหะ 2. เพื่อให้โลหะมีความแข็งแรงและรับแรงต่าง ๆ ได้มากขึ้น