Phase Diagram

1

แผนภาพของภาคPHASE DIAGRAM

โครงสรางเนอหา

โ โ2

บทนา-แผนภาพของภาคความสามารถในการละลาย

การเปลยนโครงสรางของโลหะผสม

ภาค (Phase)สมดลของเฟส

ระบบ Binary Eutecticการเปลยนโครงสรางของ สมดลของเฟส

The GIBBS Phase Rule

การเปลยนโครงสรางของ EutecticI t di t Phแผนภาพภาคของระบบ

การตความแผนภาพของภาค

Intermediate PhasesPeritectic & EutectoidCongruent Phase Transformation

คาจากดความและแนวคด

3

องคประกอบ (Component) หมายถง ธาตรวมหรอสารประกอบทมารวมตวกนขนเปนโลหะผสม เชนกรณของทองเหลอง ทองเหลองประกอบขนจากทองแดงและสงกะส ดงนนจดวาทองเหลองมองคประกอบอย 2 องคประกอบสารละลายของแขงเปนสารละลายทประกอบดวยสารอยางนอย 2 ชนดขนไป โดยทจะมสารตวหนงทาหนาทเปนตวถกละลาย (Solute) และสารอกตวไป โดยทจะมสารตวหนงทาหนาทเปนตวถกละลาย (Solute) และสารอกตวจะทาหนาทเปนตวทาละลาย (Solvent)

โ ไ ระบบ หมายถงสวนของเนอวสดทพจารณา หรอ โลหะผสมทอาจะเกดขนไดทกรปแบบ

ความสามารถในการละลาย ( )(Solubility Limit)

4

ใ โ ใในระบบของโลหะผสมหลายๆ ชนด ตวถกละลายสามารถผสมลงในตวทาละลายโดยมลกษณะเปนสารละลายเนอเดยวทงหมดในสภาพของแขง จง

เรยกวา สารละลายของแขง (Solid Solution)ปรมาณของตวถกละลายทสามารถละลายไดสงสดในสารละลายของแขง เรยกวา ขดจากดการละลาย (Solubility Limit)ในกรณทปรมาณตวถกละลายมคามากเกนคาความสามารถในการละลายจะในกรณทปรมาณตวถกละลายมคามากเกนคาความสามารถในการละลายจะเกดเปนสารละลายของแขงอกชนดหนง หรอ สารประกอบ

ความสามารถในการละลาย ( )(Solubility Limit)

5

ภาค (Phase)( )6

ใ ใ Phase หมายถงสวนหนงสวนใดในระบบทมคณลกษณะทางกายภาพ (Physical characteristic) และเคม (Chemical characteristic) สมาเสมอและเหมอนกนโลหะบรสทธทกชนดจดเปนเฟส และยงไปกวานน สถานะทแตกตางกน เชน ของแขง ของเหลว กาซ กนบเปนเฟสทแตกตางกนอกดวยตวอยางจากระบบนาและนาตาล ตวอยางจากระบบนาและนาตาล

แผนภมเฟส (Phase Diagram) แผนภมเฟส (Phase Diagram) 7

ไ ใ แผนภมทแสดงวามเฟสอะไรบางในวสด ซงแปรตามการเปลยนของอณหภม ความดนและสวนผสมทงหมด

ม ค ว า ม ส า ค ญ ใ น ก า ร อ อกแบบแล ะ ค วบค มกระบวนการทางความรอน (heat treatment) ซงแผนภม( ) ของเฟสจะแสดงถงความสมพนธระหวางโครงสรางผลกกบคณสมบตเชงกลตางๆ และจดหลอมเหลวผลกกบคณสมบตเชงกลตางๆ และจดหลอมเหลว ซงจะแปรตามการเปลยนแปลงของอณหภม ความดน และสวนผสมดน และสวนผสม

ภาค (Phase)ภาค (Phase)8

สวนผสม และภาค (Components and Phases)สวนผสม (Components) หมายถง ธาตหรอสารประกอบทมาผสมดวยกน เชน และดวยกน เชน Al และ Cuภาค (Phases) หมายถงสวนทเปนเนอเดยวกนในเชงกายภาพ และแตกตางจากสวนอนในระบบ เชน α และ βแตกตางจากสวนอนในระบบ เชน α และ β

β (lighter phase)

α (darker

phase)Aluminum-CopperAlloy (

phase)

ผลกระทบของอณหภม และองคประกอบ ( ( )(Effect of T & Composition (Co)

9

การเปลยนแปลงอณหภมสามารถเปลยนจานวนของเฟสได เชน จากจด A ไปยงจด B

การเปลยนแปลงขององคประกอบสามารถเปลยนแปลงจานวนของเฟสได เชนจากจด B ไปยงB(100,70) D(100,90) จด D

°C)

1 phase100

2 phases

80 L

ratu

re (

°

L (liquid solution

40

60

80(liquid)

+ S

(solid

Te

mp

er ( q

i.e., syrup)

A(70,20) 2 phases

20

40 (solid sugar)

70 80 1006040200Co=Composition (wt% sugar)

p

0

สมดลของเฟส (PHASE EQUILIBRIUM)สมดลของเฟส (PHASE EQUILIBRIUM)10

เฟสไดอะแกรมมกจะถกสรางขนในสภาวะสมดล คอจะไมมการเปลยนแปลงเมอเวลาเปลยนไป คาวาสมดลนนจะสามารถอธบายไดในรปของพลงงานอสระ (Free Energy) คอพลงงานทอยในของ( ) ว สด และมลกษณะแปรเปล ยนอยตลอดเวลา เนองจากการไมเปนระเบยบของอะตอมหรอโมเลกลเนองจากการไมเปนระเบยบของอะตอมหรอโมเลกล (Entropy) ซงระบบทเกดสมดลนนจะมคาพลงงานอสระทนอยทสด โดยมาจากปจจย 3 ปจจยทนอยทสด โดยมาจากปจจย 3 ปจจย

1. อณหภม ( Temperature ; T )2. ความดน ( Pressure ; P )2. ความดน ( Pressure ; P )3. สวนผสม ( Composition; µ )

THE GIBBS PHASE RULETHE GIBBS PHASE RULE11

ใ จากกฎเกณฑทาง Thermodynamic ทาใหทราบความสมพนธระหวาง Phase ทสามารถมไดในภาวะ

ใ สมดลในระบบ, จานวนทนอยทสดของสวนผสม และร ะด บคว ามอ ส ร ะ โดยท ง 3 ต ว แป รน จ ะ ไดความสมพนธวา GIBBS PHASE RULEคา Degree of Freedom คอจานวนตวแปรทเราสามารถgเลอกกาหนดคาได (Independent Variable) และจะสงผลไปยงตวแปรอนๆในระบบไปยงตวแปรอนๆในระบบ

GIBB’S PHASE RULE (Pure Metal)GIBB S PHASE RULE (Pure Metal)12

P + F = C + 2

P = จานวนของ Phase ในระบบทพจารณาP = จานวนของ Phase ในระบบทพจารณาC = จานวนสวนผสมในระบบ ทสามารถอยอยางอสระไดได , componentF = ระดบความอสระ (degrees of freedom)2 = คาความสามารถทจะกาหนดความดนและอณหภม = คาคงท

แผนภาพของธาตบรสทธแผนภาพของธาตบรสทธ13

เมอพจารณาจากรปทจด Triple point จะม 3 phase และใน ระบบมสวนผสมเดยวคอ นา ดงนนเราสามารถ

คานวณหา ระดบความอสระไดโดย14

P + F = C + P + F = C + 22

3 3 + F = + F = 1 1 + + 22

F F 00F = F = 00

สรปไดวา ทจด Triple point ตวแปรตางๆไมวาจะเปนอณหภมหรอความดนจะถกกาหนดป เปนคาคงทคานเทานน เราเรยกจดนวา invariant point

ระดบความอสระระดบความอสระ15

2 ฟส ส โ บรเวณทม 2 เฟส จดบนเสนโคงเยอกแขงระหวางของเหลวและของแขง ; P = 2

P + F = C + 2 2 + F = 1 + 2

F = 1

บรเวณทม 1 เฟส จดใดๆในบรเวณทมเฟสเดยว ; P = 1

P + F = C + 21 + F = 1 + 2

F = 2

16

เฟสไดอะแกรมของความดน-อณหภม (P-T)ของเหลกบรสทธ

แผนภาพภาคของระบบ 2 ธาต( )(Phase Diagram of Binary System)

17

ระบบสมดลของธาต 2 ธาต มอย 5 ระบบ ดงน1. ระบบสารละลายแขง (Solid solution system)

เปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวน ทงในสภาพของเหลวและของแขง

2. ระบบยเทคตค (Eutectic system)เปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวนในเปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว แตแยกกนอยางเดดขาดในสภาพของแขง

แผนภาพภาคของระบบ 2 ธาต (ตอ)( )(Phase Diagram of Binary System)

18

3. ระบบผสมระหว างระบบสารละลายแขง กบระบบย เทคตคเปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว และละลายกนไดบางในสภาพของแขง

4. ระบบทเกดจากปฎกรยาเพอรเทคตค (Peritectic reaction)เปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว และแขงตวตามปฎกรยาเพอร-เทคตกฎ

5. สารประกอบระหวางโลหะ (Intermetallic compound)เปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทงหมดในเปนระบบท โลหะหรอธาตทงสอง ตางผสมและละลายกนไดทงหมดในสภาพของเหลว และรวมกนเปนสารประกอบในสภาพของแขง

19

ตวอยางแผนภาพภาคของระบบ 2 ธาต( )(Phase Diagram of Binary System)

20

การตความจากแผนภาพของภาคการตความจากแผนภาพของภาค21

ใ ในการตความ จะตองสามารถระบสงตางๆ ดงน

ประเภทของ Phase ทปรากฏอย

สวนผสมของ Phase ทปรากฏอยนน (Phase Composition)

ปรมาณสารสมพทธของ ปPhase ทปรากฏอย (Phase

Amounts)

สวนประกอบของเฟส (Composition of phases)

22

T(°C)

usTAA

tie line

1300 L (liquid) liquidusTA tie line

L + α

α solidus

TBB L +

1200

α (solid)L + α

DTD

20 30 40 50

TD

433532CC C wt% NiCoCL Cα

ปรมาณสารสมพทธของเฟส( )(weight fractions of phases)

23

ปรมาณสารสมพทธของเฟส( )(weight fractions of phases)

24

C = 35wt%Ni

T(°C)

TAA

At TA: Only Liquid (L)

WL = 100wt%, Wα = 0

Co = 35wt%Ni

1300 L (liquid) liquidusTAA

tie line

L + α

L , αAt TD: Only Solid (α)

WL = 0, Wα = 100wt%

α

solidusTB

B L +

R S

At TB: Both α and L

1200α

(solid)L + α

DTD

WL = SR + S

=43 − 3543 − 32

= 73wt %

20 30 40 50433532CoCL Cα

Wα = RR + S

= 27wt%

wt% Ni

กฎของคานงด THE LEVER RULE : A PROOF• Sum of weight fractions: WL + Wα = 1

C W C W C

ฎ

• Conservation of mass (Ni):

• Combine above equations: Co = WLCL + WαCα

= RR + S

Wα =Co − CLCα − CL

= SR + S

WL= Cα − Co

Cα − CL α LCα CL

• A geometric interpretation:C moment equilibrium:Co

R S

CL Cαmoment equilibrium:

WLR = WαS

WαWL 1− Wα

l i i L R l

25

solving gives Lever Rule

การเปลยนโครงสรางของโลหะผสมเนอเดยว

( ˚ ) โ ป26

จด a (1300 C) โลหะผสมเปนของเหลวทงหมด มสวนผสมคอ 35%Ni-65%Cu

b (1260˚C) ฟส αจด b (1260 C) เรมมของแขงเฟส αเกดขน สวนผสมทเกดขน คอ

เฟส α 46%Ni 54%Cuเฟส α 46%Ni-54%Cuเฟส L 35%Ni-65%Cu

ส ส ฟส α ฟส L สวนผสมของทงเฟส α และเฟส L สามารถเปลยนแปลงหลงเยนตวไดอก นนคอ เปลยนไปตามเสน solidus และ Liquidus

และอตราสวนผสมของ α ยงคงเพมขนตามการเยนตว

รปจาลองการเปลยนโครงสรางของโลหะผสม Nickel - Copper

ระบบยเทกตกแบบสององคประกอบ( )( Binary Eutectic Alloy System)

27

โ ไ ใเปนระบบทโลหะ หรอธาตทงสองตางละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว แตจะแยกเดดขาดในสภาพของแขง

EUTECTICEUTECTIC

Liquid Solid A + Solid BTEMPERATURETEMPERATURE

COOLINGCOOLINGCOOLINGCOOLING

ระบบยเทกตก ( Bi E i All S )( Binary Eutectic Alloy System)

28

ป 5 6 โ รปท 5.6 แสดงแผนภาพสมดลของโลหะผสมระหวาง Bi และ Cd

ระบบ BINARY EUTECTIC (ระบบยเทกตก แบบ 2 องคประกอบ)(ระบบยเทกตก แบบ 2 องคประกอบ)

29

เสน CBA คอเสนขดจากดการละลายของเงน

ขดจากดการละลายของเงนมคาประมาณ 8% โดยนาหนกของเงน

ใเ ม อ เต ม เ ง นลง ในทองแดง อณหภมทโลหะผสมทงหมดจะเรมกลายเปนของเหลวลดตาลงตามเสน Liquidus หรอ อ ณ ห ภ ม ห ล อ ม เ ห ล ว ข อ งทองแดงลดลงเมอเตมเงน

จด E เรยกจดตายตว (Invariant point) มสวนผสมเปน C และอณหภมเปน T

รปท 5.4 Phase Diagram ของโลหะผสม Copper - Silver

เปน CE และอณหภมเปน TE

ระบบ BINARY EUTECTIC ป(ระบบยเทกตก แบบ 2 องคประกอบ)

30

Liquid (CLiquid (CEE) ) αα(C(CααEE) + ) + ββ(C(CββEE))

หรออาจอธบายไดวาในขณะทเกดการแขงตวนนของเหลว 1 Phase เปลยนเปนของแขง 2 Phase ไดแกของเหลว 1 Phase เปลยนเปนของแขง 2 Phase ไดแกของแขง α และของแขง β ณ อณหภม TE และจะเกดยอนกลบถาเราเพมอณหภมขน ซงปฏกรยาเกดยอนกลบถาเราเพมอณหภมขน ซงปฏกรยาดงกลาวนเรยกวาปฏกรยา Eutectic Reaction (Eutectic หมายถง งายตอการถกหลอมเหลว)หมายถง งายตอการถกหลอมเหลว)

ตวอยางตวอยาง31

โ ( โลหะผสม 40 wt% Sn - 60 wt% Pb ณ อณหภม 150oC (ดงรปในslideหนาถดไป) ถามวา

(a) ปรากฎ phase อะไรขนบาง(b) Phase ทปรากฎนนมสวนผสมทางเคมเทาไหรฎ(c) ใหคานวณหาปรมาณสารสมพทธของ phase ตางๆทเกดขน

(d) ใหคานวณหาปรมาตรสารสมพทธของ phase ตางๆทเกดขนเกดขน

โดยกาหนดใหความหนาแนนของของแขง Pb และ Sn มคาเทากบ 11 23 และ 7 24 g/cm3 ตามลาดบSn มคาเทากบ 11.23 และ 7.24 g/cm3 ตามลาดบ

ตวอยาง 40 wt% Sn - 60 wt% Pb ตวอยาง 40 wt% Sn 60 wt% Pb 32

เฉลยตวอยางเฉลยตวอยาง

( ฟ β33

(a) ทจด B จะมเฟส α กบ β(b)

α (10 wt%-Sn – 90 wt% Pb)β (98 wt%-Sn – 2 wt% Pb)β (98 wt% Sn 2 wt% Pb)

98 40C C(c) 1 98 40 0.6698 10

C CW

C Cβ

αβ α

− −= = =

− −

1 40 10 0.3498 10

C CWC C

αβ

− −= = =

98 10C Cβ α− −

เฉลยตวอยางเฉลยตวอยาง

10034

(d) ( ) ( )

100Sn PbC Cα

α αρ

ρ ρ

=+

Sn Pbρ ρ

3100 10.64 /10 90 g cmαρ = =

3 37.24 / 11.23 /g cm g cm+

100( ) ( )

100Sn PbC Cβ

β βρ

ρ ρ

=+

Sn Pbρ ρ

3100 7.29 /98 2 g cmβρ = =

3 398 2

7.24 / 11.23 /

g

g cm g cm

βρ+

เฉลยตวอยางเฉลยตวอยาง

ป β35

หาคาปรมาตรสารสมพทธ Vα และ Vβ

30.66

10 64 /Wα

3

3 3

10.64 / 0.570.66 0.3410.64 / 7.29 /

g cmV WWg cm g cm

αα

βα

α β

ρ

ρ ρ

= = =++

β

0 34Wβ

30.34

7.29 / 0.430.66 0.34g cmV WW

β

ββ

βα

ρ= = =

++ 3 310.64 / 7.29 /g cm g cmα βρ ρ

++

36

รปท 5.5 Phase Diagram ของโลหะผสม Pb-Sn

โครงสรางจลภาคของโลหะผสมยเทกตก

37

กรณท 1 สวนผสมอยระหวางสารบรสทธก บ ข ด จ า ก ด ก า ร ล ะ ล า ย ส ง ส ด ทอณหภมหอง การแขงตวจะเกดขนอยางสมบรณทจดตด ของเสนปะ ww’ กบ Solidus โลหะผสมทไดหลงจากการแขงตวแบบโลหะผสมทไดหลงจากการแขงตวแบบสมบรณ จะมหลายผลก

รปทการเปลยนโครงสรางของโลหะผสม Pb – Sn ทสวนผสม C1

โครงสรางจลภาคของโลหะผสมย

38

เทกตกกรณท 2 สวนผสมอยระหวางขดจากดการละลายทอณหภมหองและขดจากดการละลายสงสดทอณหภมยเทกตกการแขงตวจะเกดขนอยางสมบรณทจดตด ของเสนปะ xx’ กบ Solidus จดหลงจากผานเสน Solvus ไปแลว จะจดหลงจากผานเสน Solvus ไปแลว จะเกนขดจากดการละลายทอณหภมหอง ทาใหเกดเฟส B t ใหเกดเฟส Beta

รปท จาลองการเปลยนโครงสรางของโลหะผสม Pb – Sn ทสวนผสม C2

โครงสรางจลภาคของโลหะผสมย

39

เทกตกกรณท 3 การแขงตวทสวนผสมยเทกตกเ มออณหภ มลดลงจะไม เกดการเปลยนแปลงจนกระทงผานอณหภมยเทกตก (183) การเกดเปนเฟส α และ β จะเกดการเกดเปนเฟส α และ β จะเกดการเปลยนแปลงการกระจายตวของต ะ ก ว แ ล ะ ด บ ก จ ง ท า ใ ห เ ก ดต ะ ก ว แ ล ะ ด บ ก จ ง ท า ใ ห เ ก ดโครงสรางเปนชนๆ เรยกโครงสรางยเทกตกเทกตก

รปท จาลองการเปลยนโครงสรางของโลหะผสม Pb – Sn ทสวนผสม C3

40

รปท 5 9 รปถายโครงสราง Eutectic แสดงถงการรปท 5.9 รปถายโครงสราง Eutectic แสดงถงการเรยงตวสลบกน (Lamellae) ซงสารละลายของแขง α คอชนทเปนสทบ สวนสารละลายของแขง β

คอชนทเปนสสวาง (กาลงขยาย 375 )คอชนทเปนสสวาง (กาลงขยาย 375x)

โครงสรางจลภาคของโลหะผสมย

41

เทกตกกรณท 4 อยบนเสน Isotherm เมออณหภมตากวาเสน Isotherm จะป ฟส ป ฟส αเปลยนจากเฟสของเหลวเปนเฟส α และ β ซงมโครงสรางยเทกตก โดยอาจจะเร ยก α และ β น ว า เปน โดยอาจจะเรยก α และ β นวาเปน สวนประกอบจลภาค (Microconstituents)

เฟส α ทเกดขนมาจากมสองรปแบบ คอเฟส α ทเกดขนมาจากมสองรปแบบ คอรปแบบทเยนตวผานเฟส α+L เรยกแอลฟาปฐมภม และอกรปแบบหนงเกดจากปฏกรยายเทกตก หรอเรยก ยเทกตกแอลฟา

รปท จาลองการเปลยนโครงสรางของโลหะผสม Pb – Sn ทสวนผสม C4

42

รปท 5.11 ภาพถายโลหะผสม Lead - Tin ทสวนผสม C4

HYPOEUTECTIC & HYPEREUTECTICT(°C)

300 L

(Pb-Sn System)

L + α200 α

α + β

TE βL + β

y )

Co wt% Sn20 40

100

60

α + β

080 100

Cohypoeutectic

Cohypereutectic

Co, wt% Sn20 400 60 80 100

18.361.9

97.8eutectic

hypereutectic: (illustration only)hypoeutectic: Co=50wt%Sn

eutectic: Co=61.9wt%Snβ

βββ

α

ααα

175

ββ

ββ

βα

α

αα

43

160µm175µm

eutectic micro-constituent

44

รป Phase Diagram ของโลหะผสม Tin – Lead เพอใชในการคานวณหาปรมาณสารสมพทธของโครงสรางแอลฟาปฐมภมและแอลฟายเทกตก ณ สวนผสม C4

P C• 18 3We = WL =

P =

C 4 – 18.3P + Q 61.9 – 18.3

Wα’ = Q = 61.9 - C•4

α P + Q 61.9 – 18.3

We = ปรมาณสารสมพทธของโครงสราง Eutectic (eutectic α + eutectic β)W ปรมาณสารสมพทธของเหลวกอนเกดปฏกรยาWL = ปรมาณสารสมพทธของเหลวกอนเกดปฏกรยาWα’ = ปรมาณสารสมพทธของโครงสรางแอลฟาปฐมภม

45

Q + R 97 8 - C•4Wα = Q + R = 97.8 C 4

P + Q + R 97.8 – 18.3

Wβ = P = C•4 – 18.3Wβ

P + Q + R 97.8 – 18.3

46

ตวอยางระบบยเทคตค47

ตวอยางระบบยเทคตค48

° (a) At the eutectic composition ( 61.9% Sn ) just below 183°C ทตรงนจะประกอบไปดวยเฟส α และ β ดงนน

αα ββαα ββ

==9797..5 5 –– 6161..9 9

((100100%)%)9797 55 1919 22

==6161..9 9 –– 1919..2 2

((100100%)%)9797 55 1919 229797..5 5 –– 1919..22

= = 4545..55%%

9797..5 5 –– 1919..22 = = 5454..55%%

ตวอยางระบบยเทคตค49

° ไ(b) The point c at 40% Sn and 230°C ทจดนประกอบไปดวย Liquid และ เฟส α ดงนน

LiquidLiquid αα

4040 1515 4848 4040==

40 40 –– 15 15 ((100100%)%)

4848 –– 1515==

48 48 –– 40 40 ((100100%)%)

48 48 –– 151548 48 1515 = = 7676%% = = 2424%%

ตวอยางระบบยเทคตค50

° ไ(c) The point d at 40% Sn and 183°C + ∆T ทจดนประกอบไปดวย Liquid และ เฟส α ดงนน

LiquidLiquid ααLiquidLiquid αα

6161 99 4040==

40 40 –– 1919..2 2 ((100100%)%)

6161 99 1919 22==

6161..9 9 –– 40 40 ((100100%)%)

6161..99 –– 1919..226161..9 9 –– 1919..22 = = 4949%%

6161..9 9 1919..22 = = 5151%%

ตวอยางระบบยเทคตค51

° ไ(d) The point e at 40% Sn and 183°C - ∆T ทจดนประกอบไปดวย α และ เฟส β ดงนน

αα ββ

9797 55 4040 4040 1919 22==

9797..5 5 –– 40 40 ((100100%)%)

9797..55 –– 1919..22==

40 40 –– 1919..2 2 ((100100%)%)

9797..5 5 –– 1919..229797..5 5 1919..22 = = 7373%% = = 2727%%

โ ° ใ

โจทยแบบฝกหด1.พจารณาโลหะผสมทม 80 wt% Ni และ 20 wt% Cu ท 1400°C วเคราะหเฟสในภาวะสมดล

1.1 เฟสอะไรบางทมอย ฟ1.2 สวนผสมทางเคม ของแตละเฟส

1.3 ปรมาณของแตละเฟสทมอย

33..55 ทท 5050%% AgAg และและ 600600°°CC33..5 5 ท ท 5050% % Ag Ag และ และ 600600 CC33..6 6 ท ท 9090% % Ag Ag และ และ 600600°°CC33..7 7 ท ท 7171..99% % Ag Ag และ และ 600600°°CC

52

รปสาหรบโจทยขอ 1

53

รปสาหรบโจทยขอ 2

54 รป Phase Diagram ของโลหะผสม Lead - Tin

2. วเคราะหเฟสทจดตางๆ3.1 ท 50% Ag และ 850°C3.1 ท 50% Ag และ 850 C3.2 ท 90% Ag และ 825°C3 3 ท 50% Ag และ 779°C + ∆t3.3 ท 50% Ag และ 779 C + ∆t3.4 ท 90% Ag และ 779°C + ∆t

รปPhase Diagram ของโลหะผสม Copper - Silver

55

5.11 แผนภมรปภาพของภาคทปรากฏโครงสราง INTERMEDIATE PHASES หรอสารประกอบ (COMPOUNDS)INTERMEDIATE PHASES หรอสารประกอบ (COMPOUNDS)

56• สารละลายของแขงขอบ (Terminal solid solution) มเฟสของแขงสองเฟสอย

บรเวณขอบของแผนภมเฟส• ใ น โ ล ห ะ ผ ส ม อ น ๆ อาจจ ะพบสา รล ะลายของแขงระหวางกลาง หรอเฟสระหวางกลาง เชน เฟสระหวางกลาง เชน ระบบทองแดง และสงกะส • เฟส β เปนสารละลาย

ของแขงทมการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ ทงทองแดงและสงกะสอยใน

รปท 5.13 Phase Diagram ของโลหะผสม Copper - Zinc

ทองแดงและสงกะสอยในตาแหนงทแนนอน

57

• ใ น บ า ง ร ะ บ บ จ ะ ม• ใ น บ า ง ร ะ บ บ จ ะ มสารประกอบระห า งกลา ง แทนท จ ะ เป นของแขง ซงสารประกอบเหลาน ม สตรทางเคมเฉพาะ •สารประกอบระหวางโ ล ห ะ -โ ล ห ะ เ ร ย ก โ ล ห ะ -โ ล ห ะ เ ร ย ก สารประกอบเชงโลหะ•ความสามารถในการล ะล ายขอ งต ะก ว ใ นสารละลายแมกนเซยมม

รปท 5.14 Phase Diagram ของโลหะผสม แมกนเซยมและตะกวคามาก

58

รปท 5.15 ภาพขยายของ Phase Diagram ของโลหะผสม Copper – Zinc

แสดงจด E; Eutectoid (558°C – 75 wt% Zn)แสดงจด E; Eutectoid (558 C – 75 wt% Zn)แสดงจด P; Peritectic (558°C – 78.6 wt% Zn)

5.12 ปฏกรยา PERITECTIC และปฏกรยา

ปฏกรยายตอยด คอ ปฏกรยาการ59

EUTECTOIDปฏกรยายตอยด คอ ปฏกรยาการเยนตวลงของระบบโลหะผสม แลวเกดการเปลยนแปลงจากเฟสของแขงเฟสหนงไปเปนของแขงสองเฟส จดตายตวทประกอบดวย 3 เฟส เรยกจดยเทกตอยด เสนไทไลนท

ลากผานตามแนวนอนเรยก เสนยเทกตอยดไอโซเทรมปฏกรยาดงสมการ ปฏกรยาดงสมการ

δ γ εCOOLINGCOOLINGδ γ + εCOOLINGCOOLING

HEATINGHEATING

ระบบเพอรเทคตก (Peritectic)60

เมอเพมอณหภมของแขงเฟสหนงจะเปลยนเปนเฟสของแขงอกเฟสหนงและเฟสของเหลว ตามสมการ

Liquid + Solid A Solid BCOOLINGCOOLINGLiquid Solid A Solid BHEATINGHEATING

ปฏกรยาเพอรเทคตกเกดขนทอณหภม 598 C และ

78.6%Zn-21.4%Cu ดงจด P ตามสมการ

δ L εCOOLINGCOOLINGδ +L εHEATINGHEATING

COOLINGCOOLING

61

62

ใ ป จากแผนภาพ Peritectic Diagram ใหหาคาปรมาณสารสมพทธของจดตอไปน

1) At 42.4% Ag and 1400°C2) At 42.4% Ag and 1186°C + ∆T2) At 42.4% Ag and 1186 C ∆T3) At 60% Ag and 1150°C

Example จากแผนภาพ Peritectic Diagram ใหหาคา Phase

Analysis ของจดตอไปนy 1) At 42.4% Ag and 1400°C

Phase Present : liquidComposition of phase : 55% Ag in liquid phase11

Composition of phase : 55% Ag in liquid phaseAmounts of phase : 42.4 – 7 (100%) = 74%

55 755 – 7Phase Present : alpha22

Composition of phase : 7% Ag in alpha phaseAmounts of phase : 55 – 42.4 (100%) = 26%

63

Amounts of phase : (100%) = 26%55 – 7

2) At 42.4% Ag and 1186°C + ∆TPhase Present : liquid

Composition of phase : 66 3% Ag in liquid phase11Composition of phase : 66.3% Ag in liquid phaseAmounts of phase : 42.4 – 10.5 (100%) = 57%

66 3 10 566.3 – 10.5Phase Present : alpha

C iti f h 10 5% A i l h h22Composition of phase : 10.5% Ag in alpha phaseAmounts of phase : 66.3 – 42.4 (100%) = 43%p ( )

66.3 – 10.5

64

3) At 60% Ag and 1150°C) g

Ph P t li id11Phase Present : liquidComposition of phase : 77% Ag in liquid phasep p g q pAmounts of phase : 60 – 48 (100%) = 41%

77 – 4877 48

Ph P t B t22Phase Present : BetaComposition of phase : 48% Ag in Beta phasep p g pAmounts of phase : 77 – 60 (100%) = 59%

77 – 4865

77 48

ป ปฏกรยา EUTECTOID66

จ กภ พทจ กภ พท 55 1313จากภาพท จากภาพท 55..1313

δ γ εCOOLINGCOOLINGδ γ + εHEATINGHEATING

67

รปท 5.16 ภาพขยายของ Phase Diagram ของโลหะผสม Copper – Zinc

แสดงจด E; Eutectoid (558°C – 75 wt% Zn)

แสดงจด P; Peritectic (558°C – 78.6 wt% Zn)

5.13 CONGRUENT PHASE TRANSFORMATION68

การเปลยน Phase โดยทไมมการเปลยนสวนผสมทางเคมนนเราเรยกวา Congruent Transformation และ ถาพจารณาในทางเรยกวา Congruent Transformation และ ถาพจารณาในทางกลบกน การเปลยน Phase โดยททสวนประกอบใดสวนประกอบ

หนงเปลยนสวนผสมทางเคมเรากเรยกวาเปนการเปลยน Phase แบบ Incongruentg

69 สาหรบสารประกอบ (Intermediate Compounds) ใ ปตางๆ (ดงในหวขอท 5.11) กถกแบงออกเปนแบบ

Congruent คอสารประกอบทไมมการเปลยนสวนผสมCongruent คอสารประกอบทไมมการเปลยนสวนผสมทางเคม ในขณะท มนเปลยนเฟส Phase หรอแบบ

Incongruent คอ สารประกอบทมการเปลยนสวนผสมทางเคมดวย ในขณะทมนเปลยน Phaseทางเคมดวย ในขณะทมนเปลยน Phase

Congruent 70

Mg – Si Magnesium - SiliconMg – Si Magnesium Silicon

Incongruent

71

แบบฝกหดทายบท

721. A magnesium-lead alloy of mass 7.5 kg consists of a solid α

phase that has a composition just slightly below the solubility limitphase that has a composition just slightly below the solubility limitat 300 oC(a) What mass of lead is in the alloy?(a) What mass of lead is in the alloy?(b) If the alloy is heated to 400 oC, how much more lead may bedissol ed in the α phase itho t e ceeding the sol bilit limit ofdissolved in the α phase without exceeding the solubility limit ofthis phase?

o ป 2. จากแผนภาพ Cu-Ag ทอณหภม 775 oC ประกอบดวย primary α และโครงสราง Eutectic พบวาปรมาณสารสมพทธทงสองเฟสมคาเทากบ 0 73 และ 0 27 ตามลาดบ ใหคานวณหาสวนผสมทางเคมของทงสอง0.73 และ 0.27 ตามลาดบ ใหคานวณหาสวนผสมทางเคมของทงสองเฟส