Chapter 6 - Phase Diagram

บทท�� 6แผนภาพสมดุ�ล

(Phase Diagram)

บทท�� 6: แผนผ�งภาพของเฟส (Phase Diagram)

บทน�า (Introduction) แผนภาพแสดุงเฟส (Phase Diagram) ของโลหะผสม

7 แบบท��•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลว

และของแข&ง (Type I)•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของเหลวแต่�ไม�

ละลายก�นในสถานะของแข&ง (The Eutectic Reaction: Type II)

•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของเหลวแต่�ละลายไดุ#เพ�ยงบางส�วนในสถานะของแข&ง (The Eutectic

Reaction: Type III)•ส�วนประกอบรวมต่�วก�นแล#วเก(ดุ Congruent-melting

Intermediate Phase: Type IV•ส�วนประกอบรวมต่�วก�นแล#วเก(ดุปฏิ(ก(ร(ยา Peritectic

reaction: Type V•ส�วนประกอบสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในสถานะ

ของเหลว (The Monotectic Reaction: Type VI)•ส�วนประกอบไม�สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในของเหลวและใน

ของแข&ง (Type VII) การเปล��ยนแปลงในสถานะของแข&ง (Transformation

in the Solid State)

บทน�า (Introduction)

• เน*�องจากคุ�ณสมบ�ต่(ของว�สดุ�ข.$นอย/�ก�บ ชน(ดุ จ�านวน ปร(มาณ และร/ปแบบของเฟสท��ปรากฏิ หากต่�วแปรเหล�าน�$ม�การ

เปล��ยนแปลงคุ�ณสมบ�ต่(ของว�สดุ�ก&จะเปล��ยนแปลงต่าม ดุ�งน�$นจ.งจ�าเป1นท��จะต่#องศึ.กษาเก��ยวก�บเง*�อนไขในการเก(ดุเฟสต่�าง ๆ

และเง*�อนไขท��ท�าให#เก(ดุการเปล��ยนปลงของเฟส• เง*�อนไขในการเก(ดุและเปล��ยนแปลงเฟสโดุยท��วไปจะถ/กเก&บ

รวบรวมและแสดุงในร/ปแบบแผนภาพของเฟส/แผนภาพสมดุ�ลของเฟส (Phase Diagram, Equilibrium Diagram,

Constitutional Diagram) • ในการศึ.กษาเฟสของโลหะผสมภายใต่#สภาวะสมดุ�ลจ�าเป1นท��จะต่#องม�การระบ�ต่�วแปรอ(สระส�าคุ�ญ 3 ต่�วท��เก��ยวข#องอ�นไดุ#แก�

อ�ณหภ/ม( (Temperature) คุวามดุ�น (Pressure) และส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุท��มาประกอบก�น (Composition) แต่�ท�$งน�$โดุยท��วไปจะก�าหนดุหร*อสมมต่(ให#คุวามดุ�นม�คุ�าคุงท��ท��คุวามดุ�นบรรยากาศึดุ�งน�$นแผนภาพสมดุ�ลของโลหะผสมจ.งแสดุงถ.งการเปล��ยนแปลงของเฟสเฉพาะภายใต่#เง*�อนไขการเปล��ยนแปลงอ�ณหภ/ม(และส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุเท�าน�$น

บทน�า (Introduction)

• เน*�องจากเง*�อนไขต่�าง ๆ ท��ท�าการศึ.กษาเป1นการศึ.กษาภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ดุ�งน�$นการเปล��ยนแปลงต่�าง ๆ ท��เก(ดุข.$นจะเก(ดุภาย

ใต่#กระบวนการทางคุวามร#อนท��เป1นไปอย�างช#า ๆ (ม�การเปล��ยนแปลงของอ�ณหภ/ม(ช#ามาก ) หากอ�ต่ราการถ�ายเทคุวาม

ร#อนม�คุ�าเร&วข.$นจะท�าให#การเปล��ยนแปลงของเฟสเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(แต่กต่�างจากท��แสดุงบนแผนภาพ (อาจเก(ดุข.$นท�

อ�ณหภ/ม(ส/งหร*อต่��ากว�าบนแผนภาพก&ไดุ# ) ซึ่.�งจะแต่กต่�างมากหร*อน#อยข.$นก�บอ�ต่ราเร&วในการถ�ายเทคุวามร#อน

• ในบทน�$จะศึ.กษาเฉพาะโลหะผสมท��เก(ดุจากการรวมต่�วก�นของธาต่�สองชน(ดุ (Binary Alloys)

บทน�า (ต่�อ)

ว(ธ�การทดุสอบ (Experimental Method): ข#อม/ลท��ใช#ในการสร#างแผนผ�งภาพของเฟสน�$นไดุ#มาจากการทดุสอบดุ#วยว(ธ�การต่�าง ๆ ซึ่.�งว(ธ�การทดุสอบท��น(ยมใช#ม� 3 ว(ธ�การไดุ#แก�

Thermal Analysis: เป1นว(ธ�การท��ใช#ก�นอย�างกว#างขวาง ส�าหร�บการหาคุ�าอ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นและอ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของสารแต่�ละชน(ดุคุงท�� โดุยผลจากการทดุลองจะถ/กน�าเสนอในร/ปแบบของแผนภาพคุวามส�มพ�นธ9ระหว�างอ�ณหภ/ม(ก�บเวลา ซึ่.�งหากคุวามช�นของเส#นกราฟ

บร(เวณใดุม�การเปล��ยนแปลงแสดุงว�าม�การเปล��ยนแปลงของเฟสเก(ดุข.$น

Metallographic Method: ว(ธ�การน�$อาศึ�ยการท��ต่�วอย�างท��ถ/กน�าไปให#คุวามร#อนท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ และรอจนช($นงานอย/�ในสภาวะสมดุ�ลแล#วจ.งท�าการลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วเพ*�อร�กษาโคุรงสร#างท��อ�ณหภ/ม(ส/งน�$น ๆ ไว#

แล#วจ.งน�าไปส�องกล#องดุ/โคุรงสร#างภายหล�งแต่�ว(ธ�น�$ไม�เหมาะก�บการศึ.กษาท��อ�ณหภ/ม(ส/งมาก ๆ เพราะถ.งแม#ม�การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วแต่�ก&ไม�สามารถร�กษาโคุรงสร#างท��อ�ณหภ/ม(ส/งไดุ#เสมอไป และขณะเดุ�ยวก�น

ต่#องอาศึ�ยคุวามช�านาญในการว(เคุราะห9และแปลผลท��ไดุ#จากการส�องกล#องว(ธ�การน�$จะเหมาะส�าหร�บใช#ในการต่รวจสอบคุวามถ/กต่#องแผนผ�งภาพมากกว�า

X-ray diffraction: ว(ธ�การน�$จะเป1นการว�ดุขนาดุของโคุรงสร#างต่าข�าย จ.งท�าให#สามารถบอกการเปล��ยนแปลงของเฟสท�$งการเปล��ยนขนาดุของโคุรงต่าข�ายและการเปล��ยนร/ปแบบโคุรงสร#างผล.ก ซึ่.�งว(ธ�น�$เป1นว(ธ�การท��ง�าย

แม�นย�า และ ม�ประโยชน9อย�างมากในการหาการเปล��ยนแปลงของสารละลายของแข&งท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ

Experi

men

tal M

eth

od

Experi

men

tal M

eth

od


แกนในแผนผ�งภาพของเฟส (Coordinates of Phase Diagram): แกนต่�$งหร*อแกน y (Ordinate)

จะแสดุงคุ�าของอ�ณหภ/ม(ในหน�วยองศึาเซึ่ลเซึ่�ยสหร*อฟาเรนไฮต่9 และ แกนนอนหร*อแกน x

(abscissa) จะแสดุงอ�ต่ราส�วนโดุยมวล (%w/w, percent by weight) ของโลหะผสม แต่�ท�$งน�$ในการศึ.กษาบางแขนงหร*องานบางอย�างจะน(ยมใช#อ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อม (atomic

percent) มากกว�า ซึ่.�งเราก&สามารถแปลงคุ�าอ�ต่ราส�วนโดุยมวลให#กลายเป1นอ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อมไดุ#โดุยใช#ส/ต่รดุ�งน�$

)/(

)/(100

)/(

100

NMYX

NMY

NMYX

X

Atomic percent of A

Atomic percent of B

M: มวลอะต่อม (atomic weight) ของโลหะ AN: มวลอะต่อม (atomic weight) ของโลหะ B

X: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของโลหะ AY: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของโลหะ B


ต่�วอย�าง โลหะผสมระหว�างอะล/ม(เน�ยมก�บแมกน�เซึ่�ยมม�อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของอะล/ม(เน�ยม เท�าก�บ 80% และของ

แมกน�เซึ่�ยมเท�าก�บ 20% จงหาอ�ต่ราส�วนโดุยอะต่อมของโลหะท�$งสอง

%28.78

32.2498.262.08.0

8.0100

)/(

100

NMYX

XAtomic percent of Al

Atomic percent of Mg

M: atomic weight ของ Al = 26.98N: atomic weight ของ Mg = 24.32

X: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของ Al = 0.8Y: อ�ต่ราส�วนโดุยมวลของ Mg = 0.2

%72.21

32.2498.262.08.0

32.2498.262.0100

)/(

)/(100

NMYX

NMY


• ในทางอ�ดุมคุต่(น�$น แผนผ�งภาพของเฟสจะแสดุงคุวามส�มพ�นธ9ของเฟสภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล กล�าวคุ*อ ภายใต่#เง*�อนไขน�$เฟสจะไม�เปล��ยนแปลงต่ามเวลา ในทางปฏิ(บ�ต่(การเปล��ยนแปลงเฟสจะข.$นอย/�ก�บอ�ต่ราคุวาม

ร#อนหร*อการลดุอ�ณหภ/ม(ให#ก�บโลหะผสม ในการเปล��ยนแปลงของอ�ณหภ/ม(อย�างฉ�บพล�น จะม�ผลท�าให#เฟส ไม�เปล��ยนแปลง ซึ่.�งเก(ดุข.$นภายใต่#เง*�อนไขสมดุ�ล

ประเภทของเง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลระหว�างเฟสท��เป1นไปไดุ#ท�$งหมดุประเภทของเง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลระหว�างเฟสท��เป1นไปไดุ#ท�$งหมดุ

Components Completely Soluble in the liquid state:• Completely soluble in the solid state (Type I)• Insoluble in the solid state: (Type II)• Partly soluble in solid state (Type III)• Formation of a Congruent-melting (Type IV)• The peritectic reaction (Type V)

Transformation in the solid state:• Allotropic change• Order-disorder• The eutectoid reaction• The peritectoid reaction

Components partly soluble in the liquid state (Type VI)

Components insoluble all in liquid and solid state (Type VII)

Type I โลหะท�$งสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Two metals completely soluble in the liquid and solid states)เน*�องจากโลหะท�$งสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#หมดุในสถานะของแข&ง ดุ�ง

น�$นเฟสของของแข�งที่�เกิ ดข��นจึ�งเป็�นเฟสของสารละลายของแข�งแบบที่ดแที่น (Substitutional Solid Solution) เที่�าน��น น��นคุ*อ

โลหะท�$งสองต่#องม�โคุรงสร#างผน.กชน(ดุเดุ�ยวก�นและขนาดุของอะต่อมต่�างก�นไม�เก(น 8 เปอร9เซึ่&นต่9กราฟของการลดุอ�ณหภ/ม(ส�าหร�บโลหะบร(ส�ทธ(; A และ Bจะแสดุงเฉพาะ

เส#นแนวนอน เพราะการเร(�มต่#นและส($นส�ดุของการแข&งต่�วจะเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� ส�วนกราฟของสารละลายการลดุอ�ณหภ/ม(แสดุงจ�ดุเปล��ยนคุวามช�นสองแห�งร/ป จากร/ปท�� 61. ส�าหร�บโลหะผสมระหว�าง 80A

และ 20B จ�ดุเปล��ยนแรกเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม( T1 แสดุงถ.งการเร(�มต่#นของการแข&งต่�ว และจ�ดุเปล��ยนท��สอง ท��อ�ณหภ/ม( T2 แสดุงถ.งจ�ดุส($นส�ดุของ

การแข&งต่�ว

อ�ณหภู"มิ กิารแข�งตั�ว/หลอมิเหลวของโลหะ

A A + B (90:10)

BfinishBAT ,

startBAT ,

BT

AT

Temp. Temp. Temp.

time time time

Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)(Two metals completely soluble in the liquid and solid states)

ร/ปท�� 6.1

ณ ท��คุวามดุ�นคุงท�� ย(�งส�ดุส�วนของโลหะ B ในสารละลายเพ(�มมากข.$นเท�าไหร�อ�ณหภ/ม(เร(�มและส($นส�ดุการแข&งต่�วของสารละลายจะเข#าใกล#อ�ณหภ/ม(แข&งต่�วของสารละลาย B มากข.$นเท�าน�$น

เม*�อน�าอ�ณหภ/ม(แข&งต่�ว (อ�ณหภ/ม(หลอมเหลว ) ของท�$งโลหะบร(ส�ทธ(; A, โลหะบร(ส�ทธ(; B และโลหะผสม AB ท��ส�ดุส�วนต่�าง ๆ มาแสดุงบนแผนภาพอ�ณหภ/ม(-ส�ดุส�วนโดุยมวลจะไดุ#แผนภาพแสดุงเฟสของโลหะผสมท��คุวามเข#มข#นต่�าง ๆ ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ดุ�งร/ป

Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)• การหาแผนผ�งภาพของเฟส โดุยการพล&อต่จ�ดุต่�าง ๆ ระหว�างอ�ณหภ/ม(ก�บ

ส�ดุส�วนโดุยมวลของสาร จ�ดุแต่�ละจ�ดุท��พล&อต่ไดุ#จากกราฟของการลดุอ�ณหภ/ม(ลงบนแผนผ�งภาพ เส#นในแนวต่�$งท��แสดุงโลหะผสม 80A-20B

และอ�ณหภ/ม( T1 และ T2 ไดุ#จากกราฟการลดุอ�ณหภ/ม( จ�ดุอ*�น ๆท��ส�วนผสมต่�าง ๆ ก&ท�าเช�นเดุ�ยวก�น

• แผนผ�งภาพของเฟสจะประกอบดุ#วยจ�ดุ 2 จ�ดุ เส#น 2 เส#น และ พ*$นท�� 3 พ*$นท�� ซึ่.�งจ�ดุสองจ�ดุ TA และ TB แสดุงถ.งอ�ณหภ/ม(แข&งต่�วของโลหะ

บร(ส�ทธ(; A และ B เส#นบนท��ไดุ#จากการลากเช*�อมอ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นของการแข&งต่�วของสารละลายท��แต่�ละส�ดุส�วน จะถ/กเร�ยกว�า “Liquidus

line” ส�วนเส#นล�างท��ไดุ#จากการลากเช*�อมอ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วม�ช*�อเร�ยกว�าว�า “Solidus line” โดุยพ*$นท��ท��อย/�เหน*อเส#น Liquidus

จะเป1นบร(เวณท��โลหะผสมม�เฟสเดุ�ยวและเป1นเฟสของสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยว เช�นเดุ�ยวก�บพ*$นท��ท��อย/�ใต่#เส#น Solidus จะแสดุงถ.ง

โลหะผสมท��ม�เฟสเดุ�ยวและเป1นเฟสจอวสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยว พ*$นท��ระหว�างเส#นท�$งสองโลหะผสมจะปรากฏิเป1นสองเฟสและเป1นเฟส

ผสมระหว�างสารละลายของแข&งและสารละลายของเหลว

แผนภาพสมดุ�ลเฟสของโลหะผสมท��สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Type I)

ต่�วเลขท��แสดุงในแกน x (ส�ดุส�วนโดุยมวล )แสดุงถ.งส�ดุส�วนของโลหะ B ในโลหะผสมเช�น -20 หมายถ.งม�โลหะ A = 80% และม�โลหะ B = 20%- 40 หมายถ.งม�โลหะ A = 60% และม�โลหะ B = 40%- 60 หมายถ.งม�โลหะ A = 40% และม�โลหะ B = 60%ส�วนต่�วอ�กษร- A หมายถ.งม� A = 100% (โลหะบร(ส�ทธ(; A)- B หมายถ.งม� B = 100% (โลหะบร(ส�ทธ(; B)

แผนภาพสมดุ�ลเฟสของโลหะผสมท��สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (Type I)

โดุยท��วไปส�ญล�กษณ9ท��ใช#แทนเฟสของสารละลายของแข&ง ณ ท��คุวามเข#มข#นและอ�ณหภ/ม(ใดุ ๆ จะใช#ต่�วอ�กษรกร�ก เช�น , ,,เฟสท��เก(ดุข.$นม�แบบเดุ�ยวหร*อล�กษณะเดุ�ยว เช�น สารละลายของแข&งท��เก(ดุข.$นม�โคุรงสร#างเป1น FCC เหม*อนก�นและม�โลหะ B กระจายอย/�ในเน*$อโลหะสม��าเสมอเท�าก�นท�กบร(เวณไม�ว�าจะม�อ�ณหภ/ม(หร*อส�ดุส�วนของโลหะ B เท�าไหร�ก&ต่าม ก&จะถ*อว�าเฟสท��เก(ดุข.$นม�เฟสเดุ�ยวและส�ญล�กษณ9ท��ใช#แทนสารลายของแข&งก&จะม�เพ�ยงต่�วเดุ�ยว เช�น ดุ�งร/ป

Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)

การลดุอ�ณหภ/ม(ภายใต่#สภาวะสมดุ�ลของโลหะผสมแบบสารละลายของแข&งภายใต่#สภาวะสมดุ�ลหร*อท��การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างช#า ๆ ส�าหร�บโลหะผสม

70A-30B (ภาพหน#าถ�ดุไป ) ท��อ�ณหภ/ม( T0 โลหะผสมน�$จะเป1นสารละลายเฟสเดุ�ยวของเหลวเน*$อเดุ�ยว และ

ย�งคุงสภาพน�$จนกว�าอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 (อย/�บนเส#นLiquid) ซึ่.�งการ

แข&งต่�วจะเร(�มข.$น Nuclei ท��เป1นสารละลายของแข&งในร/ป 1 เร(�มเก(ดุข.$น Nuclei ท��เก(ดุข.$นน�$จะม�คุวามเข#มข#นของโลหะ A ส/ง (จ�ดุหลอมเหลวส/ง )

และม�ส�วนผสมคุ*อ 95A-5B (กฎข#อท�� 1)

เน*�องจากสารละลายของแข&งท��เก(ดุข.$นม�ส�ดุส�วนของโลหะ A มากกว�าต่อนท��เป1นของเหลว (โลหะ A แข&งก�อน) ท�าให#สารละลายของเหลวท��เหล*ออย/�ม�คุวามเข#มข#นของโลหะ B มากข.$น โดุยม�ส�วนผสมเป1น 69A-31B เม*�อ

อ�ณหภ/ม(ต่��าลงจนถ.งอ�ณหภ/ม( T2 สารละลายของแข&ง2 ท��ม�ส�วนประกอบของโลหะ B เป1น10Bเร(�มก�อต่�วข.$นเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง ท�$งสารละลาย

ของเหลวและของแข&งจะม�คุวามเข#มข#นของโลหะ B ส/งข.$น ท��อ�ณหภ/ม( T2 ผล.ก2 จะก�อต่�วข.$นรอบ ๆ 1 ท��เป1นแกนกลางและม� dendrites ท��แยก

ออกจากก�น


โลหะ A (ของเหลว)โลหะ B (ของเหลว)

โลหะ A (ของแข&ง)โลหะ B (ของแข&ง)

(1) ท�� T1, 1, A=95%, B=5%(1) ท�� T2, 2, A=90%, B=10%(2) โลหะ B จาก 2 จะแพร�เข#าไปย�ง1ท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�น

(1) (2) (3) (4) (5)

(3) ดุ.งโลหะ A และ Bจากของเหลวเพ(�มจนท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเป1น A=90%, B=10%

(4) ท�� T3, 3, ประมาณ A=80%, B =20%(5) โลหะ B จาก 3 จะแพร�เข#าไปย�งโลหะเดุ(มพร#อมก�บดุ.งโลหะ B เพ(�มจากของเหลวท�าให#ท�$งก#อนม�ส�ดุส�วนเท�าก�นท�� A=70%, B =30%


เร(�มต่#นน�$าโลหะม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%



(1) (2) (3) (4) (5)

เร(�มต่#นโลหะเหลวม�โลหะ A =70% โลหะ B =30%






(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)







(1) (2) (3) (4) (5)






การลดุอ�ณหภ/ม(ในสภาวะสมดุ�ลของโลหะผสมแบบสารละลายของแข&ง (ต่�อ)เพ*�อให#สภาวะสมดุ�ลเก(ดุข.$นท�� T2 เฟสท��เป1น

ของแข&งท�$งหมดุจะต่#องม�ผล.กท��เป1น 2 กล�าวคุ*อระบบต่#องการการแพร�กระจายของอะต่อม B เข#าส/�อะต่อม A อะต่อมท��แพร�กระจายมาจากท�$งต่�วของแข&งเองและ

จากของเหลว ซึ่.�งการแพร�กระจายน�$จะเป1นไปไดุ#เฉพาะเม*�อม�การลดุอ�ณหภ/ม(ท��ช#ามาก ๆ จ.งจะ

สามารถเก(ดุข.$นไปพร#อม ๆ ก�บการเจร(ญเต่(บโต่ของเกรน

ท��อ�ณหภ/ม(อ*�น ๆ ก&จะเก(ดุในล�กษณะเดุ�ยวก�น โดุยท��เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงปร(มาณของแข&งก&จะม�เพ(�มมากข.$

น ( เกรนขยายขนาดุข.$น ) จนกระท��งท��อ�ณหภ/ม( T4 ของเหลวท��เหล*ออย/�จะอย/�ต่ามบร(เวณขอบของผล.ก ซึ่.�งของเหลวเหล�าน�$จะม�คุวามเข#มข#น(ส�ดุส�วน ) ของโลหะ B

ในปร(มาณท��ส/งก&จะแข&งต่�วต่ามบร(เวณขอบเกรน แต่�หากท($งไว#นานพอโลหะ B จะแพร�กระจายเข#าไปในเน*$อ

โลหะส�วนอ*�น ๆ ซึ่.�งจะท�าให#ท�กบร(เวณม�ปร(มาณของโลหะ B กระจายอย/�เท�า ๆ ก�นท�าให#โลหะผสมท�$งช($นงานม�

ส�ดุส�วนของโลหะ B เท�าก�บ 30% สม��าเสมอต่ลอดุช($นงานเป1นเน*$อเดุ�ยวก�น ดุ�งเช�นแสดุงในร/ป

Type I โลหะท�$งสองละลายไดุ#หมดุท�$งในสถานะของเหลวและของแข&ง (ต่�อ)การแพร�กระจาย (Diffusion)การแพร�กระจายหร*อการเคุล*�อนท��ของอะต่อมในสถานะของแข&งเป1น

ปรากฏิการณ9ท��ส�าคุ�ญ เน*�องจากการแพร�กระจายภายใต่#การเย&นต่�วอย�างช#า ๆ ท�าให#โคุรงสร#าง Dendrites เดุ(มหายไป และผล.กจะเป1นสารละลายเน*$อเดุ�ยว

Vacancy Mechanism: ช�องว�างท��เก(ดุจากการหายไปของอะต่อมต่�วใดุต่�วหน.�งเป1นคุ�ณสมบ�ต่(ท��วไปของคุวามไม�สมบ/รณ9ของโคุรงสร#างผล.ก จ.งเป1นการง�ายต่�อการแพร�กระจาย หร*อการกระโดุดุของอะต่อม

โดุยท��อะต่อมของต่�วถ/กละลายจะเคุล*�อนท��เข#าไปแทนท��ท��ว�างของอะต่อมท��หายไป

Interstitial Mechanism: โคุรงสร#างท��ม�การแทรกของอะต่อมก&เป1นอ�กหน.�งล�กษณะท��วไปของคุวามไม�สมบ/รณ9ของผล.ก อะต่อมท��แทรกอย/�ในโคุรงสร#างเข#าไปแทนท��อะต่อมท��อย/�ในต่�าแหน�งปกต่( ท�าให#

อะต่อมน�$นเคุล*�อนท��ออกไปเป1นอะต่อมต่�วแทรกแทน หร*อเก(ดุจากการท��ต่�วแทรกเคุล*�อนท��ไปรอบ ๆ อะต่อมต่�วอ*�น ๆ ซึ่.�งว(ธ�การน�$จะพบในสารละลายของแข&งแบบแทรกร�องหร*อแทรกช�องว�าง

Atom Interchange Mechanism: เป1นการสล�บต่�าแหน�งระหว�างอะต่อมท��อย/�ต่�าแหน�งปกต่( ว(ธ�การน�$จะเก(ดุข.$นไดุ#บางกรณ�ท��ม�สภาวะเหมาะสมโดุยเฉพาะเท�าน�$นเน*�องจากถ#าย(�งอะต่อมม�การเร�ยงต่�วอย�างเป1นระเบ�ยบและอ�ดุแน�นเท�าไหร�ก&จะ

เป1นการยากท��จะแพร�กระจายดุ#วยว(ธ�น�$

กลไก

ในกา

รกา

รแพร

�กระจ

ายกล

ไกใน

การ

การแ

พร�กร

ะจาย


การแพร�กระจาย (ต่�อ)• จากการทดุลองพบว�าการแพร�กระจายของอะต่อมแบบเข'าไป็แที่นช่�องว�างของอะต่อมท��หายไป (Vacancy Mechanism) เป็�นกิลไกิหล�กิในกิารแพร�กิระจึายในโลหะ ส�วนหน.�งมาจากการท��พล�งงานที่�ใช่'ในกิารแพร�

กิระจึายดุ#วยกลไกน�$มิค่�าน'อยเม*�อเท�ยบก�บกลไกอ*�น ๆ • อ�ต่ราการแพร�กระจายของโลหะผสมท��ผ�านกระบวนการท�าให#เย&น

ต่�วอย�างรวดุเร&วจะส/งกว�าโลหะท��ผ�านกระบวนการท�าให#เย&นต่�วอย�างช#า ๆ เน*�องจากเม*�อการเย&นต่�วเก(ดุข.$นอย�างรวดุเร&วจ�านวนช�องว�างท��เก(ดุจาก

การหายไปของอะต่อมม�จ�านวนมากข.$น• อ�ต่ราการแพร�กระจายของโลหะแต่�ละชน(ดุในโลหะชน(ดุอ*�น ๆ ข.$นอย/�ก�บ

คุ�าส�มประส(ทธ(;ของการแพร�กระจาย (หน�วยต่ารางเซึ่นต่(เมต่รต่�อว(นาท� ) ของโลหะชน(ดุ

น�$น ๆ ซึ่.�งคุ�าส�มประส(ทธ(;น�$จะข.$นก�บหลายต่�วแปรดุ#วยก�น แต่�ต่�วแปรท��ส�าคุ�ญท��ส�ดุคุ*อ อ�ณหภ/ม( ท�$งน�$โดุยท��วไปค่�าส�มิป็ระส ที่ธิ์ .ของกิารแพร�

กิระจึายจึะมิค่�าเพ �มิข��นเป็�นสองเที่�าเมิ/�ออ�ณหภู"มิ เพ �มิข��นที่�กิ ๆ 20๐C

ป็ร มิาณกิารแข�งตั�วและส�ดส�วนของโลหะ A และ B ในเฟสตั�าง ๆ

•ปร(มาณของของแข&งท��เก(ดุข.$นและของเหลวท��เหล*ออย/�ท��แต่�ละอ�ณหภ/ม(รวมไปถ.งส�ดุส�วนของโลหะ A และ B ในเฟสของ

ของแข&งท��เก(ดุข.$นและในเฟสของของเหลวท��เหล*ออย/�สามารถหาไดุ#จากกฎ 2 ข#อดุ#วยก�น ดุ�งน�$ กิฎข'อที่� 1: ส�ดส�วนที่างเค่มิ

ของแตั�ละเฟส การหาส�ดุส�วนของโลหะผสมในแต่�ละเฟสท��

ผสมก�นอย/�ภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ณ อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ไดุ#โดุยการลากเส#นแนวนอนท��อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการ เร�ยกว�าTie line

(เส#น mo ในร/ป) ต่�ดุก�บเส#น solidus และ liquidus และจากจ�ดุต่�ดุท�$งสอง ลากลงมาต่�ดุก�บแกนส�วนผสม ซึ่.�งจะไดุ#

ส�วนผสมท��ต่#องการ


กิฎข'อที่� 2: ปร(มาณของแต่�ละเฟส ในบร(เวณเฟสผสม ภายใต่#สภาวะสมดุ�ล ณ อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการลากเส#นแนวต่�$งท��ส�วนผสมท��ต่#องการและเส#นอ�ณหภ/ม(แนวนอน เส#นแนวต่�$งจะต่�ดุก�บเส#นอ�ณหภ/ม(แนวนอนและแบ�งออกเป1นสองส�วน ซึ่.�งคุวามยาวท��ถ/กแบ�งออกน�$จะเป1นส�ดุส�วนกล�บก�บปร(มาณของเฟสท��เก(ดุข.$น กฎน�$ม�ช*�อเร�ยกว�า lever rule ปร(มาณของแต่�ละเฟสหาไดุ#จากสมการทางคุณ(ต่ศึาสต่ร9ดุ�งน�$100

mo

mn

100mo

no

Liquid (%)

Solid, (%)

% in liquid% in solid

ปร(มาณของเหลว (%)

ปร(มาณของแข&ง (%)

100*mo

mn

100*mo

no

%5.62100*16

10

%5.37100*16

6

ดุ�งน�$นจากร/ป ณ อ�ณหภ/ม( T โลหะผสมจะม�กลายเป1นของแข&ง 37.5% ของโลหะท�$งหมดุและเหล*อส�วนท��เป1นของเหลวอย/� 62.5% โดุยส�วนท��เป1นของแข&งม�โลหะ B เป1นส�วนประกอบอย/� 10% และม�โลหะ A อย/� 90% ในขณะท��ส�วนท��เป1นของเหลวม�โลหะ B เป1นส�วนประกอบอย/� 26% และม�โลหะ A อย/� 74%


Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ลการเย&นต่�วในสภาวะไม�สมดุ�ล (Non-equilibrium Cooling-Origin of Coring)

เป1นไปไดุ#ยากมากในทางปฏิ(บ�ต่(จร(งท��จะท�าให#โลหะผสมเย&นต่�วลงภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมในสถานะของแข&งจะเก(ดุข.$นในอ�ต่ราท��ช#ามาก ดุ#วยอ�ต่ราการเย&นต่�วคุ�าหน.�งจะท�าให#

ม�เง*�อนไขท��แต่กต่�างจากแผนผ�งภาพสมดุ�ลเดุ(ม การแข&งต่�วจะเร(�มข.$นท��อ�ณหภ/ม( T1 ดุ#วยสารละลายของแข&งท��ม�ส�วนผสม 1 ท��อ�ณหภ/ม( T2 ของเหลวม�ส�วนผสม L2 และสารละลายของแข&งจะก�อต่�วดุ#วยส�วนผสม

2 แต่�เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมเก(ดุข.$นดุ#วยอ�ต่ราท��ช#ามาก เวลาจ.งไม�เพ�ยงพอท��จะก�อต่�วเป1นโลหะท��ม�

ส�วนผสมท��เสมอก�น ดุ�งน�$นส�วนผสมเพ*�อให#โลหะม�คุวามเสมอก�นจะม�ส�วนผสมระหว�าง

1 และ 2 ย(�งอ�ณหภ/ม(ลดุลง ส�วนผสมเฉล��ยของ

สารละลายของแข&งจะแยกออกห�างจากสภาวะสมดุ�ลมากข.$น ส�วนผสมของสารละลายจะเป1นไปต่ามเส#น Solidus แบบไม�สมดุ�ล จาก

1 ส/�

′5สารละลายท��เป1นของเหลวจะม�ส�วนผสมท��ไดุ#จากเส#นLiquidus เน*�องจากการแพร�กระจายในของเหลวม�อ�ต่ราคุ�อนข#างส/ง

การเย&นต่�วในสภาวะไม�สมดุ�ล (Non-equilibrium Cooling-Origin of Coring)

-เสร&จส($นการแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(ต่��าลงกว�าท��สภาวะสมดุ�ล-ช�วงอ�ณหภ/ม(ต่�$งแต่�เร(�มต่#นกลายเป1นของแข&งจนเป1นของแข&งสมบ/รณ9ม�ช�วงท��กว#างข.$น

Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล

• การแข&งต่�วจะเป1นไปอย�างต่�อเน*�องจนถ.งอ�ณหภ/ม( T5 ท��ซึ่.�งสารละลายของแข&งม�ส�วนผสม ′5 ของเหลวส�วนส�ดุท#ายท��แข&งต่�ว L5 จะม�คุวามเข#มข#น

ของ โลหะ B ส/งกว�าในของเหลวส�ดุท#ายในสภาวะสมดุ�ล• เน*�องจากการแพร�กระจายของอะต่อมเก(ดุข.$นไม�ท�นในระหว�างกระบวนการเย&นต่�วและของแข&งท��เก(ดุข.$น ณ อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ท��แต่ก

ต่�างก�นท�าให#ของแข&ง (เกรน ) ท��อ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วโคุรงสร#างในล�กษณะท��เร�ยกว�า Dendritic Segregation หร/อ Coring น��นคุ*อต่รงบร(เวณโคุรงสร#างท��เป1นแกนกลางจะเป1นโคุรงสร#างของโลหะผสมท��ม�

จ�ดุหลอมเหลวส/ง และถ/กล#อมรอบไปดุ#วยโคุรงสร#างของโลหะผสมท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��ากว�า

สร�ป็กิรณที่�กิารแข�งตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล

(1 )ช�วงอ�ณหภ/ม(ในการแข&งต่�วกว#างข.$น(2) อ�ณหภ/ม(ส($นส�ดุการแข&งต่�วม�คุ�าต่��า

กว�ากรณ�ของภาวะสมดุ�ล (ต่��ากว�าท��แสดุงบน Phase Diagram)

(3) ของเหลวช�ดุส�ดุท#ายท��จะกลายเป1นของแข&งจะม�ส�ดุส�วนของโลหะท��ม�

จ�ดุหลอมเหลวต่��ามากกว�าเม*�อเท�ยบก�บท��แสดุงบน Phase Diagram

(4) ส�ดุส�วนทางเคุม�โดุยมวลของโลหะแต่�ละชน(ดุต่รง

Type I: กิรณที่�กิระบวนกิารเย�นตั�วเกิ ดข��นภูายใตั'สภูาวะที่�ไมิ�สมิด�ล

บร(เวณแกนกลางของเกรนและขอบเกรนม�คุ�าแต่กต่�างก�น


Coring or Dendritic Segregation, Cored Structure: โคุรงสร#างผล.กแบบม�แกนกลางเป1นโคุรงสร#างท��วไปท��พบในการหล�อโลหะท��การเย&นต่�วไม�ไดุ#เก(ดุข.$นภายใต่#สภาวะสมดุ�ลในโคุรงสร#างล�กษณะน�$บร(เวณ Dendrites จะม�คุวามเข#มข#นของโลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวส/งอย/�ในปร(มาณมากและล#อมรอบดุ#วยเน*$อสารท��ม�โลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��า• คุ�ณสมบ�ต่(ของขอบเกรนจะข.$นอย/�ก�บคุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะท��ม�จ�ดุหลอมเหลวต่��าน�$น ๆ

• หากโลหะดุ�งกล�าวเก(ดุการแต่กห�กเส�ยหายไดุ#ง�ายก&จะท�าให#บร(เวณขอบเกรนเป1นบร(เวณท��อ�อนแอก�อให#เก(ดุการแต่กห�กเส�ยหายไดุ#ก�อนบร(เวณอ*�น• คุ�ณสมบ�ต่(ท� $งทางกลและทางกายภาพของโลหะไม�สม��าเสมอท�าให#เก(ดุการเส�ยหายต่ามบร(เวณขอบเกรน เช�นการผ�กร�อนต่ามบร(เวณขอบเกรน (Intergranular Corrosion)ไดุ#ง�าย

• ดุ�งน�$นในงานบางประเภทต่#องหล�กเล��ยงการใช#/การเก(ดุ Cored Structure


การท�าให#เป1นเน*$อเดุ�ยว (Homogenization): การป>องก�นและแก#ไขการเก(ดุ Cored Structure

การแก#ป?ญหาCored Structure

การแก#ป?ญหาCored Structure

ป>องก�นการก�อต่�วของผล.กแกนกลางโดุยการท�าของเหลวให# แข&งต่�วอย�าง ๆ ช#า (อะต่อมม�เวลาในการแพร�กระจาย)แต่�ว(ธ�การ

น�$จะท�าให#ไดุ#ผล.กท��ม�ขนาดุใหญ�และขณะเดุ�ยวก�นเส�ยเวลามาก

เพ(�มการแพร�กระจายของอะต่อมในสภาวะของแข&งเพ*�อให#โลหะผสมม�ส�ดุส�วนโลหะสม��าเสมอหร*อเป1นเน*$อเดุ�ยวก�น

(Homogenization) (ว(ธ�น�$ใช#ก�นมากในโรงงานอ�ต่สาหกรรม)สามารถท�าไดุ#โดุยการให#คุวามร#อนก�บช($นงานท��เป1นของแข&ง

(Reheat) จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ของช($นงานเข#าใกล#เส#น Solidus lineแล#วคุ�อยปล�อยให#เย&นต่�วลงอย�างช#า ๆ

(ท��อ�ณหภ/ม(ส/งการแพร�กระจาย , diffusion, เป1นไปอย�างรวดุเร&วกว�าท��อ�ณหภ/ม(ต่��า)


การท�าให#เป1นเน*$อเดุ�ยว (ต่�อ) ท��อ�ณหภ/ม(ห#องส�าหร�บโลหะส�วนใหญ� อ�ต่ราการแพร�กระจายของอะต่อมเป1นไปคุ�อนข#างต่��า หร*อช#าแต่�ถ#าให#คุวามร#อนแก�โลหะ

ผสมน�$นท��อ�ณหภ/ม(ต่��ากว�าเส#น Solidusแล#ว การแพร�กระจายจะเร&วข.$นและส�วนผสมท��เสมอก�นจะเก(ดุข.$นในเวลาคุ�อนข#างส�$น

แผนผ�งภาพในสภาวะสมดุ�ลของทองแดุง-น(คุเก(ล

ส�าหร�บโลหะผสม 85Cu-15Ni การเพ(�มอ�ณหภ/ม( (reheat) ส/งข.$นให#ก�บโลหะผสม (ต่��ากว�าเส#นของการส($นส�ดุการแข&งต่�ว ~1980๐F) และเพ(�มเวลาของการแข&งต่�วให#นานข.$น จะท�าให#โคุรงสร#างแบบผล.ก

แกนกลางหายไปและผล.กม�ส�วนผสมท��เสมอก�น


(a)ช($นงานผ�านการเย&นต่�วอย�างรวดุเร&วเก(ดุโคุรงสร#าง dendritic structure ท��แกนกลางม�ส�วนประกอบของ Nickel มากกว�าบร(เวณอ*�น (ในขณะท��บร(เวณขอบเกรนม�ทองแดุงมากกว�าบร(เวณอ*�น )

(b)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (a) ท��อ�ณหภ/ม( 1382F เป1นเวลา 3 ชม . เร(�มม�การแพร�กระจายท�าให#ส�ดุส�วนของน(กเก(ลและทองแดุงในแต่�ละส�วนม�คุ�าใกล#เคุ�ยงก�นมากข.$น

(c)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (a) ไปจนกระท��งอ�ณหภ/ม(เท�าก�บ 1742F และท($งไว#เป1นเวลานาน 9 ชม . พบว�าไม�เหล*อ dentritic structure (บร(เวณท��เป1นจ�ดุส�ดุ�าเก(ดุจากออกไซึ่ดุ9ของน(กเก(ลและออกไซึ่ดุ9ของทองแดุง)

(d)ช($นงานผ�านการเย&นต่�วอย�างช#า ๆ เก(ดุโคุรงสร#าง dendritic structure ท��ม�ขนาดุเกรนใหญ�กว�าข#อ (a)

(e)ให#คุวามร#อน (reheat) ช($นงานข#อ (d) ท��อ�ณหภ/ม( 1742F เป1นเวลา 15 ชม . พบว�าไม�เหล*อ dentritic structure (ใช#เวลานานกว�าข#อ (c ) เพราะต่#องแพร�กระจายในระยะท��ไกลกว�า

ค่�ณสมิบ�ตั ของโลหะผสมิแบบสารละลายของแข�ง (Properties of Solid-solution Alloy)• คุ�ณสมบ�ต่(ส�วนใหญ�ของโลหะผสมท��เปล��ยนแปลงไปม�ผลมาจากการบ(ดุ

เบ�$ยวของโคุรงสร#างผล.กของโลหะท��ท�าหน#าท��เป1นต่�วท�าละลาย (Solvent) ซึ่.�งถ/กโลหะท��ท�าหน#าท��เป1นต่�ว

ถ/กละลาย (Solute)เข#าไปแทนท��• คุ�าคุวามต่#านทานไฟฟ>าจะข.$นอย/�ก�บการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างต่าข�าย การ

บ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างจะมากข.$นพร#อมก�บจ�านวนของโลหะต่�วถ/กละลายท��เพ(�มเข#าไป

• ทองแดุงท��เพ(�มเข#าไปในน(คุเก(ลจะท�าให#โลหะผสมม�คุ�าคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งเพ(�มข.$นคุวามสามารถในการย*ดุต่�วลดุลง ในท�านองเดุ�ยวก�นก�บการ

เต่(มน(คุเก(ลเข#าไปในทองแดุงก&ม�ผลท�าให#คุวามแข&งแรงและคุวามแข&งเพ(�มมากข.$นคุวามเหน�ยวลดุลง (ท�$งสองต่�วสามารถเป1นต่�วท�าละลายไดุ#ท�$งคุ/� ) ดุ�งน�$นคุ�าส/งส�ดุหร*อต่��าส�ดุของคุ�ณสมบ�ต่(ท��เปล��ยนแปลงจ.งเก(ดุข.$นในโลหะท��ม�

ส�ดุส�วนของน(กเก(ลและทองแดุงใกล#เคุ�ยงก�น

• โลหะผสม Monel (ม�น(กเก(ล 2/3 และม�ทองแดุง 1/3) จะม�คุ�าคุวามแข&งแรงส/งท��ส�ดุและม�คุวามสามารถในการย*ดุต่�วดุ�พร#อมท�$งม�คุวามต่#านทานการ

ก�ดุกร�อนส/ง• คุ�าคุวามแข&งแรงทางดุ.งก�บคุวามแข&งท��

ส/งท��ส�ดุอาจจะเก(ดุข.$นท��ส�ดุส�วนท��แต่กต่�างก�น(แต่�ใกล#เคุ�ยงก�น)


ร/ปแบบต่�าง ๆ ของโลหะผสม Type I (Variations of Type I)• โลหะผสมใน Type I จะคุรอบคุล�มถ.งโลหะผสมท��ม�จ�ดุหลอมเหลวระหว�าง

จ�ดุหลอมเหลวของโลหะ A และ B เน*�องจากม�คุวามเป1นไปไดุ#ท��โลหะผสมประเภทท�� 1 บางชน(ดุจะม�เส#น

Liquidus และ Solidus เป1นล�กษณะเส#นโคุ#งหงายหร*อโคุ#งคุว��า และบร(เวณต่�าแหน�งส/งท��ส�ดุหร*อต่��าท��ส�ดุของเส#นท�$งสองท�บก�นพอดุ� ซึ่.�งเก(ดุข.$น

เน*�องจากโลหะผสมในบางส�ดุส�วนม�ล�กษณะการแข&งต่�วคุล#ายก�บโลหะบร(ส�ทธ(; (การเปล��ยนเฟสเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุ�อนข#างคุงท��และของแข&งท��เก(ดุข.$นก�บ

ของเหลวท��เหล*ออย/�ม�ส�ดุส�วนทางเคุม�ท��เหม*อนก�นโลหะเหลวต่�$งต่#น ซึ่.�งโลหะผสมในร/ปของสารละลายท��เก(ดุการแข&งต่�วในล�กษณะน�$เร�ยกว�า

“Congruent-melting Alloys” )

•นอกจากน�$นเน*�องจากการเย&นต่�วแบบน�$คุล#ายคุล.งก�บการแข&งต่�วของโลหะผสมแบบ Eutectic (Type II) ดุ�งน�$นในบางคุร�$งจะเร�ยกโลหะผสมแบบ Type I ท��ม�

ล�กษณะการแข&งต่�วแบบน�$ว�า “Pseudoeutectic Alloy” เช�น

โลหะผสม Cu-Au (ทองแดุง-ทองคุ�า)และ Ni-Pd (Nickel – Palladium) ซึ่.�งท�$งสองคุ/�ม�ล�กษณะ Phase Diagram

เหม*อนก�บร/ปท�� 1 ส�วนคุ/�โลหะท��แสดุงล�กษณะของ Phase

Diagram แบบร/ปท�� 2 ย�งไม�ม�ใคุรพบต่�วอย�าง

Type II สามารถละลายก�นไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�สามารถละลายก�นไดุ#เลยในของแข&งTwo Metals Completely Soluble in the Liquid State and Completely Insoluble in the Solid State

• โดุยท��วไปแล#วไม�ม�คุ/�โลหะชน(ดุใดุท��ไม�สามารถละลายก�นไดุ#เลย อย�างไรก&ต่ามในบางกรณ�ซึ่.�งพบว�าคุวามสามารถในการละลายของคุ/�โลหะน�$นม�คุ�า

จ�าก�ดุและน#อยมากจ.งถ*อไดุ#ว�าไม�สามารถละลายเข#าก�นไดุ#• Raoul’s Law: ถ#าสาร 2 ชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะ

ของเหลวแต่�ไม�สามารถละลายก�นไดุ#ในสถานะของแข&งเม*�อเต่(มสารชน(ดุท�� 1 ลงไปในสารชน(ดุท�� 2 อ�ณหภ/ม(การเร(�มต่#นการแข&งต่�วของสารละลายจะ

ลดุต่��าลงเม*�อเท�ยบก�บต่อนท��เป1นสารบร(ส�ทธ(; โดุยจะลดุมากหร*อน#อยจะข.$นอย/�ก�บมวลโมเลก�ลของต่�วถ/กละลาย

•จากร/ปในกรณ� Type II เม*�อเต่(มโลหะB ลงในโลหะA จะท�าให#อ�ณหภ/ม(ของการเร(�ม

ต่#นการแข&งต่�วของโลหะผสมลดุต่��าลง กว�าโลหะA บร(ส�ทธ(; และเม*�อเต่(มโลหะ A ลงใน B อ�ณหภ/ม(เร(�มต่#นการแข&งต่�วของโลหะผสมก&จะลดุต่��าลงกว�าโลหะบร(ส�ทธ(; B

Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&งTwo Metals Completely Soluble in the Liquid State and Completely Insoluble in the Solid State

Type II โลหะท�$งสองละลายรวมไดุ#ท�$งหมดุในสถานะของเหลวแต่�ไม�ละลายในของแข&ง (ต่�อ)

• ในแผนผ�งภาพของเฟส จ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(; A และ B จะแสดุงเป1นเส#นต่รงแนวต่�$งท��จ�ดุM และ N ต่ามล�าดุ�บ ส�าหร�บโลหะผสม 80A-20B อ�ณหภ/ม(ของการเร(�มแข&งต่�วจะอย/�ท�� T1 และส($นส�ดุการ

แข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม( TE

• เส#น MEN ท��เช*�อมระหว�างจ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสองจะเป1นเส#น Liquidus และเป1นจ�ดุเร(�มของการแข&งต่�วของโลหะ เส#น Liquidus น�$จะต่�ดุก�บจ�ดุต่��าส�ดุ E ท��ร/ #จ�กก�นในช*�อ eutectic point TE คุ*อ

อ�ณหภ/ม( eutectic และส�วนผสมท��จ�ดุ E คุ*อส�วนผสม eutectic• เส#น Solidus จะเป1นส#นต่�อเน*�องท��ต่�อระหว�างจ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสอง น��นคุ*อเส#น MFGN• แผนผ�งภาพของเฟสจะประกอบไปดุ#วย 4 พ*$นท�� พ*$นท��ท��อย/�เหน*อเส#น Liquidus จะเป1นสารละลายของเหลวท��เน*$อเดุ�ยวหร*อเฟสเดุ�ยว เน*�องจากโลหะท�$งละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลว พ*$นท��ท� $งสามท��เหล*อจะเป1นพ*$นท��ท��ม�เฟสผสม 2 เฟส


Liquidus line

Solidus line


Eutectic Compositionส�ดส�วนย"เที่ค่ตั ค่

Eutectic Temperatureอ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่

จึ�ดย"เที่ค่ตั ค่

• โลหะผสมย/เทคุต่(คุไม�ใช�โลหะผสม Congruent melting alloy เพราะล�กษณะและเฟสของโลหะผสมในสถานะของแข&งเป1นเฟสของสารบร(ส�ทธ(; 2 ชน(ดุเร�ยงต่�วก�นสล�บไปมาแต่�ต่อนท��เป1นของเหลวเป1นเฟสของสารละลายเน*$อเดุ�ยว • โลหะผสมท��เป1น Congruent melting alloy ต่#องม�จ�านวนและล�กษณะของเฟสเหม*อนก�นท�$งต่อนท��อย/�ในสถานะของแข&งและของเหลว


Hypoeutectic Hypereutectic

• เฟสของโลหะบร(ส�ทธ(;ท��แข&งต่�วออกมาก�อนท��ของเหลวท��เหล*ออย/�จะม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า“โปรย/เทคุต่(คุ (Proeutectic)”• โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B น#อยกว�าส�ดุส�วน ย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า “Hypoeutectic” •โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B มากกว�าส�ดุส�วน ย/เทคุต่(คุเร�ยกว�า “Hypoeutectic” • จากร/ป Proeutectic ของดุ#านHypoeutectic ไดุ#แก�โลหะ A • จากร/ป Proeutectic ของดุ#าน Hypereutectic ไดุ#แก�โลหะ B


• ในการหาเฟสท��ปรากฏิในบร(เวณท��ม�เฟส 2 เฟส โดุยกฎข#อท�� 1 ลากเส#นแนวนอนท��อ�ณหภ/ม(ท��ต่#องการ (tie line) ในพ*$นท�� MFE เส#นท��ลากจะต่�ดุก�บเส#น Solidus ท��จ�ดุ O และ L ส�าหร�บเส#นLiquidus จ�ดุ O ต่��ากว�าจ�ดุหลอมเหลวท��เป1นของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; A ดุ�งน�$นจะไดุ#ของแข&ง

โลหะบร(ส�ทธ(; A เน*$อเดุ�ยว จ�ดุ L จะเป1นของเหลวเฟสหน.�งในพ*$นท��ของ 2 เฟส ดุ�งน�$นพ*$นท��MFE จะม�เฟสผสม 2 เฟสท��ผสมระหว�างสารละลายของเหลวและของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A

• ในท�านองเดุ�ยวก�นก�บพ*$นท�� NEG จะม�เฟสผสมระหว�างสารละลายของเหลวและของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; B

• เน*�องจากโลหะท�$งสองไม�ละลายเข#าก�นในสถานะของแข&งเม*�อโลหะผสมไดุ#แข&งต่�วเร�ยบร#อยแล#วจะปรากฏิเป1นสาร

ผสมของสองโลหะบร(ส�ทธ(; (Mixture of pure metal A and B)HypoeutecticHypereutectic


• โลหะผสมหมายเลข 1 คุ*อส�วนผสม eutectic 40A-60B เม*�อถ/กลดุจากอ�ณหภ/ม(จาก T0 ท��เป1นสารละลายของเหลวท��ม�ส�วนผสมเสมอก�นจนถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE เน*�องจากจ�ดุ E น�$เป1นจ�ดุต่�ดุร�วมระหว�างเส#น Liquidus

และ Solidus สารละลายของเหลวจะเร(�มแข&งต่�วและอ�ณหภ/ม(จะไม�ลดุลงจนกว�าการแข&งต่�วจะเสร&จส($นสมบ/รณ9สารละลายของเหลวจะแข&งต่�วเป1นสารผสมของเฟสสองเฟส ซึ่.�งในกรณ�คุ*อสารประกอบระหว�างโลหะบร(ส�ทธ(;

A และ B น��นเอง• การแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(คุงท��ของโลหะผสมชน(ดุน�$จะเป1นล�กษณะท��การแข&งต่�วจะสล�บก�นระหว�างโลหะ A และ Bเพ*�อให#เก(ดุคุวามสมดุ�ลข.$นน��นเอง และผลของการแข&งต่�ว

ท��ไดุ#จะเป1นสารผสมละเอ�ยดุท��เห&นไดุ#ดุ#วยกล#องจ�ลทรรศึน9

ท��ร/ #จ�กก�นในช*�อส�วนผสมeutectic

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)




การเย&นต่�วของ Alloy (Type II) ท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วน Eutectic


กระบวนการเปล��ยนสภาพจากของเหลวเป1นของแข&ง (Solidification) ณ อ�ณหภ/ม(คุงท��ของสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนทางเคุม�เท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(ก (Eutectic Composition) แล#วกลายเป1นของแข&ง 2 ชน(ดุ เร�ยกว�า Eutectic Reaction

Liquid Solid 1Solid 2

Eutectic Mixture

Cooling

Heating+

เป1นกระบวนการย#อนกล�บไดุ#

หล�งจากแข&งต่�วแล#วม� 2 เฟสเลยไม�ถ*อว�าอ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กเป1น Congruent Melting Point

Liquid Solid ASolid B

Eutectic Mixture

Cooling

Heating+


• โลหะผสม Hypoeutectic หมายเลข 2 ม�ส�วนผสม 80A-20B ย�งคุงเป1นสารละลายเน*$อเดุ�ยว (เหน*อเส#นLiquidus) จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 ท��เส#น Liquidus สารละลายท��อ(�มต่�วจะเร(�มแข&งต่�ว และเม*�ออ�ณหภ/ม(

ลดุลงเพ�ยงเล&กน#อย โลหะ A ท��เก(นมาจะแข&งต่�ว ดุ�งน�$นท��สถานะน�$จะประกอบไปดุ#วยผล.กของโลหะบร(ส�ทธ(;A และสารละลายผสมเน*$อเดุ�ยวท��ม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มข.$น จากกฎข#อท��หน.�งและท��อ�ณหภ/ม( T2 เฟสท��เป1นของแข&งจะเป1นโลหะบร(ส�ทธ(; A และของเหลวท��ม�ส�วนผสม 70A-30B ปร(มาณของการแข&งต่�ว ณ อ�ณหภ/ม(น�$

ก&สามารถหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สอง• การแข&งต่�วย�งคุงต่�อเน*�องเร*�อย ๆ เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง ปร(มาณของแข&งโลหะ A เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ ในขณะท��ปร(มาณสารละลายของเหลวลดุลง แต่�คุวามเข#มข#นของโลหะ B ในสารละลายเพ(�มข.$นเร*�อย ๆ และการส($นส�ดุ

การแข&งต่�วจะเก(ดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE (ปร(มาณสารละลายของเหลวท��เหล*อก&จะแข&งต่�ว)และจากกฎข#อท��หน.�งสารละลายจะม�ส�วนผสม

40A-60B และม�ปร(มาณ 33 % ดุ�งน�$นเม*�อการแข&งต่�วส($นส�ดุจะไดุ#ผล.กของโลหะบร(ส�ทธ(; A

67 % และเฟสผสมระหว�าง A+B 33 % ม�ส�วนผสม 40A-60B

ที่� T1: เร �มิมิ nuclei ของของแข�งเกิ ดข��นโดย nuclei น��นมิส�วนป็ระกิอบเป็�นโลหะ A บร ส�ที่ธิ์ . 100%

สารละลายต่�$งต่#น (Hypoeutectic) ประกอบไปดุ#วย A 80%, B 20%(Proeutectic = Solid A)

ที่� T2: มิเฟสของแข�งและของเหลวป็นกิ�นโดยที่�- เฟสของแข�งท��เก(ดุข.$นเป1น Proeutectic ท��ม�ส�วนประกอบเป1นโลหะ A บร(ส�ทธ(; 100%และม�อย/�ในปร(มาณ (30- 20 30)/ = 1

030 = 1/3หร*อ 3333 ของโลหะผสมท�$งหมดุ- เฟสของเหลวท��เหล*ออย/�เป1นสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ A: โลหะ B เท�าก�บ 70:30 โดุยท��ของเหลวน�$ม�อย/�ในปร(มาณ 23/ หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ


ที่� T“เหน/อ”อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่มิเฟสของแข�งและของเหลวป็นกิ�นโดยที่�- เฟสของแข�ง เป1น Proeutectic ท��ม�ส�วนประกอบเป1นโลหะ A บร(ส�ทธ(; 100%และม�อย/�ในปร(มาณ - (60 20)/60 = 40/60 = 2/3 หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ- เฟสของเหลว เป1นสารละลายท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ A: โลหะ B เท�าก�บ 4 0:60 (สารละลายย/เทคุต่(คุ )โดุยม�อย/�ในปร(มาณ 2060/ = 1/3 หร*อ 3333. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ


ที่� T “ใตั'”อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั ค่: โลหะผสมิที่��งหมิดกิลายเป็�นของแข�งโดยป็ระกิอบไป็ด'วยเฟสของ

1( ) Proeutectic A ซึ่.�งในท��น�$ก&ไดุ#แก�เฟสของโลหะบร(ส�ทธ(; A ในปร(มาณ - (60 20)/60= 40/60 = 2/3 หร*อ 6667. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ

(2) Eutectic ซึ่.�งในท��น�$ม�ส�วนประกอบของโลหะ A และโลหะ B ในส�ดุส�วน 40:60 โดุยม�อย/�ในปร(มาณ 2060/ = 1/3 หร*อ 3333. % ของโลหะผสมท�$งหมดุ


เหน/อTE: Liquid 25% (A=40%, B=60%), Solid 75% (B=100%)

ใตั'TE: Eutectic Mixture 25% Proeutectic B 75%

สารละลายต่�$งต่#น (Hypereutectic) ประกอบไปดุ#วย A 90%, B 10%(Proeutectic = Solid B)

โลหะ B

โลหะ Bของเหลว Eutectic Comp.

Eutectic Mixture


• กระบวนการเย&นต่�วของโลหะผสม Hypereutectic หมายเลข 3 ม�ส�วนผสม 10A-90B ก&เหม*อนก�บโลหะผสมหมายเลข 2 เพ�ยงแต่�เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งเส#น Liquidus โลหะบร(ส�ทธ(; B จะแข&งต่�วแทน A และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงเร*�อย ๆ ปร(มาณของสารละลายของเหลวจะลดุลงแต่�จะม�คุวามเข#มข#นของ A เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ ของเหลวจะแข&งต่�วหมดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( eutectic TE เช�นก�น หล�งจากการแข&งต่�วโลหะผสมจะประกอบ

ไปดุ#วยผล.กของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; B หร*อ Hypereutectic 75 % และ 25 % ของเฟสผสมของแข&ง eutectic(A+B)

• การเปล��ยนสถานะของสารละลายของเหลวท��จ�ดุ E (eutectic) ท��อ�ณหภ/ม(คุงท��จะร/ #จ�กก�นในช*�อ eutectic reaction

Liquid Solid A+Solid BEutectic mixture

heatingcooling

Eutectic Reaction

สารผสม eutectic จะประกอบไปดุ#วยเฟสของแข&งสองเฟสท��ต่�างก�น อาจจะเป1นโลหะบร(ส�ทธ(;สองชน(ดุ สารละลายของแข&งสองชน(ดุ Intermediate Phases 2 เฟส หร*อส�วนผสมใดุ ๆ ระหว�างสามส(�งท��กล�าวมา


• แผนผ�งภาพของเฟสของโลหะผสมอล/ม(เน�ยม-ซึ่(ล(ก�อน พร#อมท�$งอน�กรมของภาพถ�ายของโคุรงสร#างภายในท��ส�วนผสมต่�าง ๆ

อล/ม(เน�ยมบร(ส�ทธ(;

ส�วนผสม eutectic12 % silicon

ส�วนผสม 50%silicon

ซึ่(ล(ก�อนบร(ส�ทธ(;

Aluminum – Silicon Phase Diagram

อล/ม(เน�ยมบร(ส�ทธ(; (Al = 100%)


Alloy: 8% Silicon: 92% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Aluminum 100%) =33% Eutectic Mixture (12% Si, 88% Al) = 67%


Eutectic Alloy: 12% Silicon: 88% Aluminumปร(มาณ: Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 100%


Alloy: 20% Silicon, 80% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Silicon 100%) = 9% Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 91%


Alloy: 50% Silicon, 50% Aluminumปร(มาณ: Proeutectic (Silicon 100%) = 57% Eutectic Mixture (12%Si, 88%Al) = 43%


ซึ่(ล(กอนบร(ส�ทธ(; 100%

Type III โลหะสามารถละลายเข#าก�นไดุ#หมดุในสถานะของเหลวแต่�ละลายก�นไดุ#บางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State

• เป1นระบบโลหะท��ส�าคุ�ญมากท��ส�ดุและพบมากท��ส�ดุ• แผนผ�งภาพของเฟสคุล#าย ๆ ก�บแผนผ�งภาพของเฟสของโลหะผสม Type I รวมก�บ Type2

• จ�ดุหลอมเหลวของโลหะบร(ส�ทธ(;ท� $งสองแสดุงดุ#วยจ�ดุ TA และ TB

• เส#น Liquidus คุ*อเส#น TAETB และเส#น Solidus คุ*อ TAFEGTB เหน*อเส#น Liquidus โลหะผสมจะม�เฟสเดุ�ยวแบบสารละลายของเหลว

• ท��จ�ดุหลอมเหลว แผนผ�งภาพจะม�ล�กษณะคุล#ายก�บแผนผ�งภาพของเฟส Type I (ละลายเข#าก�นไดุ#หมดุในสถานะของแข&ง ) โลหะประเภทน�$จะไม�ม�ทางท��จะแข&งต่�วเป1นผล.ก

โลหะบร(ส�ทธ(; A หร*อ B แต่�จะเป1นสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวหร*อเน*$อผสม สารลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวจะใช#ส�ญล�กษณ9 และ เน*�อง

จากสารละลายของแข&งน�$ใกล#ก�บแกนของแข&ง จ.งร/ #จ�กก�นในช*�อTerminal Solid Solutions

• สามพ*$นท��ท��เหล*อจะเป1นพ*$นท��สองเฟส ของเหลว+ ของเหลว+ และ +

Liquidus line

Solidus line

Solvus line

บอกถ.งคุวามสามารถในการละลายของโลหะแต่�ละชน(ดุในสภาวะของแข&ง- เส#นทางซึ่#ายม*อแสดุงคุวามข�ดุจ�าก�ดุในการละลายโลหะ B ในโลหะ A (%B ในสารละลาย )- เส#นทางขวาม*อแสดุงคุวามข�ดุจ�าก�ดุในการละลายโลหะ A ในโลหะ B (%A ในสารละลาย )

HypoeutecticHypereutectic

(Proeutectic + Eutectic)(Proeutectic + Eutectic)

Liquidus line

Solidus line

Solvus line

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State

-ณ อ�ณหภ/ม( TE โลหะ B สามารถละลายใน A ไดุ#มากท��ส�ดุประมาณ 20% และจะละลายไดุ#น#อยกว�าน�$นถ#าอ�ณหภ/ม(ลดุลง (ดุ�งแสดุงในเส#น Solvus ทางซึ่#ายม*อ)-ณ อ�ณหภ/ม( TE โลหะ A สามารถละลายใน B ไดุ#มากท��ส�ดุประมาณ 10% และจะละลายไดุ#น#อยกว�าน�$นถ#าอ�ณหภ/ม(ลดุลง (ดุ�งแสดุงในเส#น Solvus ทางขวาม*อ)-เส#น Solvus คุ*อเส#นท��แสดุงคุวามสามารถในการละลายไดุ#ของสารในสภาวะของแข&ง ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่�าง ๆ


• Alloy หมายเลข 1 ม�ส�วนผสม 95A-5B เม*�อม�การเย&นต่�วเก(ดุข.$นจะม�กระบวนการเหม*อนก�บโลหะผสม Type I การแข&งต่�วเร(�มต่#นท��อ�ณหภ/ม( T1 และส($นส�ดุลงท��อ�ณหภ/ม( T4 โลหะผสมท��ไดุ#จะเป1นสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวม�เฟสเป1น และย�งคุงสภาพของเฟสน�$ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง


• โลหะหมายเลข 2 ม�ส�วนผสมเป1น eutectic 30A-70B ย�งคุงสถานะสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งจ�ดุ E (eutectic temperature) การเปล��ยนสถานะเก(ดุข.$นท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� น��นก&คุ*ออย/�ภายใต่#

Eutectic reaction ซึ่.�งจะไดุ#ของแข&งเฟสผสม (Mixture) ของโลหะท�$งสอง eutectic reaction เก(ดุจากโลหะท��ม�ส�วนผสมท��จ�ดุ F (เฟส ) และโลหะท��จ�ดุ G (เฟส ) ปฏิ(ก(ร(ยาท��เก(ดุข.$นน�$จะเหม*อนก�บท��เก(ดุข.$นในโลหะ

ผสม Type II ท��เปล��ยนจากส�วนผสมท��เก(ดุจากโลหะบร(ส�ทธ(; 2 ชน(ดุเป1นสารละลายของแข&ง 2 ชน(ดุดุ�งน�$

Liquid + Eutectic mixture

heatingcooling

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&งType III Two Metals Completely Soluble in the Liquid State but Only Partly Soluble in Solid State

Liquid + Eutectic mixture

heatingcooling

Eutectic process





การเย&นต่�วของ Alloy ท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วน Eutectic (Phase Diagram Type III)

Eutectic solid solution Solid solution

Solid solution


• การหาปร(มาณส�วนผสมของเฟสท�$งสองสามารถหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สอง แต่�นอกจากคุวามสามารถในการละลายของโลหะ B ใน A เส#น FH และ โลหะ A ใน B เส#น GJ เปล��ยนแปลงเล&กน#อยเป1นฟ?งก9ช��นของอ�ณหภ/ม( เพราะฉะน�$นท��อ�ณหภ/ม(ห#องปร(มาณของของแข&ง และ จะคุ(ดุจากจ�ดุ H และ J บนเส#น HKJ

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง

เส#นแสดุงระดุ�บอ�ณหภ/ม(

• ท��อ�ณหภ/ม(เหน*ออ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กพอดุ�ของเหลวจะม�เฟสเดุ�ยวในล�กษณะของสารละลายท��ม�ส�ดุส�วน A:B เท�าก�บ 30:70



• ท��อ�ณหภ/ม(ใต่#อ�ณหภ/ม(ย/เทคุต่(กพอดุ�ของแข&งท��เก(ดุข.$นจะเป1นเฟสของของแข&งย/เทคุต่(กซึ่.�งม�เฟสของโลหะผสม และโลหะผสม เร�ยงต่�วสล�บก�นไปมาโดุยม�ปร(มาณ อย/�(90-70)/(90-20) = (20/70) = 28.6%และม�ปร(มาณ อย/� (70-20)/(90-20) = (50/70) = 71.4%• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 80:20 (B ละลายอย"� 20% )• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 10:90 (A ละลายอย"� 10% )



• ท��อ�ณหภ/ม(ห#องของแข&งม�คุวามสามารถในการละลายลดุลง• โลหะผสม โลหะ A จะสามารถละลายโลหะ B ไดุ#เพ�ยง 10% เท�าน�$น ในขณะท��โลหะผสม โลหะ B ก&จะสามารถละลายโลหะ A ไดุ#เพ�ยง 5% เท�าน�$น • โลหะ B (และ A เล&กน#อย ) ท��ถ/กข�บออกมาจากโลหะผสม เดุ(มก&จะรวมต่�วก�บโลหะ A (และ B เล&กน#อย ) ท��ถ/กข�บออกมาจากโลหะผสม เดุ(ม



• ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง จ.งม�เฟสของโลหะผสม และโลหะผสม เร�ยงต่�วสล�บก�นไปมาโดุยม�ปร(มาณ อย/�(95-70)/(95-10) = (25/85) = 29.4%และม�ปร(มาณ อย/� (70-10)/(95-10) = (60/85) = 70.6%• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 90:10 (B ละลายอย"� 10% )• ท��อ�ณหภ/ม(น�$โลหะผสม ม�ส�ดุส�วนโลหะA : โลหะ B เท�าก�บ 5:95 (A ละลายอย"� 5% )


• โลหะผสมหมายเลข 3 ม�ส�วนผสม 60A-40B ย�งคุงเป1นสารละลายของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T3 ของเหลวเร(�มแข&งต่�วดุ#วยผล.ก proeutectic ของสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยว ท��ม�คุวามแข&งข#น A ส/ง เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงเร*�อย ๆ สารละลายของเหลวก&จะม�ปร(มาณลดุลงแต่�ม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มมากข.$น

• การแข&งต่�วจะส($นส�ดุเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง TE ท��จ�ดุน�$สารละลายท��แข&งต่�วเป1น จะม�ส�วนผสม 80A-20B และม�ปร(มาณ 60% ส�วนท��เป1นของเหลวส�ดุท#ายม�ปร(มาณ 40% และม�ส�วนผสม 30A-70Bสารละลายส�ดุท#ายท��ม�ปร(มาณ 40% น�$จะแข&งต่�วท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� TEและจะก�อต่�วเป1นผล.กของสารละลายของแข&ง สล�บ

ก�บสารละลายของแข&ง ดุ#วยส�วนผสมท��จ�ดุ F และ Gและจะก�อต่�วข.$นรอบ ๆ สารละลายของแข&ง เป1นขอบเขต่ของผล.กน��นเอง แต่�เน*�องจากท��อ�ณหภ/ม(ห#องคุวามสามารถในการละลายลดุลงจ.งท�าให#สารละลายของแข&ง ท��เก(นมาก&จะต่กต่ะกอนออกมาอ�กเล&กน#อย






Alpha solid solutionAlpha solid solution

Eutectic solid solution


• โลหะผสมหมายเลข 4 ท��ม�ส�วนผสม 85A-15B จะม�กระบวนการเย&นต่�วคุล#าย ๆ ก�บโลหะผสมหมายเลข 1กล�าวคุ*อการแข&งต่�วจะเร(�มข.$นท��อ�ณหภ/ม( T2 และการแข&งต่�วจะส($นส�ดุลงท��อ�ณหภ/ม( T5 ซึ่.�งท��อ�ณหภ/ม(น�$จะไดุ#สารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวเฟส แต่�เน*�องจากคุวามสามารถในการละลายในสถานะของแข&งลดุลงเม*�อ

อ�ณหภ/ม(ลดุลง (ต่ามเส#น solvus FH) ดุ�งน�$นท��จ�ดุ M จะม�สารละลายท��ไม�อ(�มต่�วและเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งจ�ดุ Nเฟส จะเป1นสารละลายท��ม�โลหะ B อ(�มต่�ว และเม*�ออ�ณหภ/ม(ต่��าลงไปอ�กถ.งอ�ณหภ/ม(ห#องสารละลายท��ม�

เฟส (ไม�ใช�เฉพาะโลหะ B) เก(นมาจะต่กกระกอนออกมาบร(เวณท��เป1นขอบเขต่ของผล.ก• ถ#าสารละลายเฟส ม�คุ�ณสมบ�ต่(ท��คุ�อนข#างเปราะ ถ.งแม#โละผสมในสถานะของแข&งน�$จะประกอบไปดุ#วยสารละลายเน*$อเดุ�ยวเฟส เป1นส�วนใหญ�ก&ต่าม แต่�โลหะชน(ดุน�$จะไม�คุ�อยแข&งแรงหร*อม�คุวามสามารถใน

ย*ดุต่�วไม�มากน�ก เน*�องจากเฟส ท��ต่กต่ะกอนในสถานะ ของแข&งจะก�อต่�วเคุร*อข�ายต่�อเน*�องท��ขอบของผล.ก ซึ่.�งโลหะ

น�$จะม�แนวโน#มท��แต่กห�กและเส�ยหายต่ามบร(เวณขอบเขต่ของผล.กน��นเอง

ถ#าสารละลาย ม�คุ�ณสมบ�ต่(ท��เปราะก&จะท�าให#โลหะผสมน�$นม�คุวามแข&งแรง และคุวามสามารถในการย*ดุต่�วต่��าถ.งแม#ว�าปร(มาณของสารละลาย จะม�อย/�

น#อยก&ต่ามท�$งน�$เน*�องจากสารละลายดุ�งกล�าวอย/�ต่รงบร(เวณขอบเกรนของแต่�ละเกรนและเช*�อมต่�อก�นเป1นโคุรงข�ายดุ�งน�$นการเส�ยหายท��เก(ดุข.$นก&จะ

เป1นการเส�ยหายไปต่ามบร(เวณขอบเกรนอย�างต่�อเน*�องก�นไป ซึ่.�งล�กษณะของโคุรงสร#างดุ�งกล�าวน�$สามารถแก#ไขไดุ#โดุยอาศึ�ยการน�าว�สดุ�ไปผ�าน

กระบวนการทางคุวามร#อนท��เหมาะสม


• แผนผ�งภาพของเฟสของ lead-antimony (ต่ะก��ว- พลวง)ท��สภาวะสมดุ�ลและอน�กรมภาพท��ส�วนผสมต่�าง ๆเป1น Hypoeutectic alloy (ม� Antimony 6.5%) ม�Proeutectic หร*อโคุรงสร#างท��เก(ดุข.$นก�อนเป1นสารละลาย ดุ�งแสดุงเป1น dendrite ส�ดุ�าในร/ป ล#อมรอบดุ#วยโลหะผสม Eutectic (ส�วนส�ขาวท��ล#อมรอบอย/� )

เป1น EutecticAlloy (ม�Antimony 11.5%)ม�โคุรงสร#างเป1นเฟสผสมระหว�างสารละลาย และ สล�บก�นไปมา

เป1น Hypereutectic alloy (ม� Antimony 12.25%) ม� Proeutectic หร*อโคุรงสร#างท��เก(ดุข.$นก�อนเป1นสารละลาย ดุ�งแสดุงเป1นก#อนส�ขาวในร/ปล#อมรอบดุ#วยโลหะผสม Eutectic (ส�วนส�ดุ�าล#อมรอบส�วนส�ขาว )

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)คุ�ณสมบ�ต่(ในระบบโลหะผสม eutectic (Properties of Eutectic Alloy Systems)

• คุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะผสมท��ม�หลายเฟสจะข.$นอย/�ก�บคุ�ณล�กษณะเฉพาะของแต่�ละเฟสและการกระจายต่�วของแต่�ละเฟสในโคุรงสร#างของว�สดุ�

• คุวามแข&งแรง คุวามแข&งและคุวามสามารถในการย*ดุต่�วของว�สดุ�จะเก��ยวข#องก�บขนาดุ จ�านวน การกระจายต่�วและคุ�ณสมบ�ต่(ของผล.กของท�$ง

แต่�ละเฟส • ในระบบโลหะผสมแบบ eutectic ท��ม�ต่ามท#องต่ลาดุโดุยมากเฟสหน.�งม�ก

จะอ�อนและเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�ายในขณะท��อ�กเฟสหน.�งม�กจะม�คุวามแข&งแต่�เปราะ

• ถ#าในกรณ�ท��โลหะ A หร*อสารละลาย เป1นเฟสท��อ�อนและเส�ยร/ปไดุ#ง�ายเม*�อเพ(�มปร(มาณโลหะ B ลงไปในโลหะผสมซึ่.�งท�าให#ส�ดุส�วนของโลหะผสมน�$นเข#าใกล#ส�ดุส�วนย/เทคุต่(กเพ(�มมากข.$นพบว�า(ในกิรณของ Hyeutectic) ย �งส�ดส�วนกิารผสมิเข'าใกิล'ส�ดส�วนย"เที่ค่ตั กิมิากิข��นโลหะผสมิจึะมิค่วามิ

แข�งแรงเพ �มิมิากิข��นตัามิ แต่�หากเพ(�มส�ดุส�วนของโลหะ B จนกระท��งม�ส�ดส�วนมิากิกิว�าส�ดส�วนย"เที่ค่ตั กิ (Hypereutectic) พบว�าย �ง

ส�ดส�วนของโลหะ B มิากิข��นค่วามิแข�งแรงของว�สด�จึะลดลงเน*�องจากเฟสของ Proeutectic B หร*อเฟสของ Proeutectic ท��ม�คุวามเปราะม�ปร(มาณเพ(�มมากข.$น แต่�ถ#าโลหะ B หร*อสารละลาย เป1นเฟสท��อ�อนหร*อเส�ย

ร/ปไดุ#ง�ายล�กษณะการเปล��ยนแปลงคุ�ณสมบ�ต่(จะสล�บก�นระหว�าง Hypoeutectic และ Hypereutectic

• โดุยท��วไปโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของ A และ B เท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กซึ่.�งม�กจะม�คุ�าคุวามแข&งแรงส/งส�ดุ

Type III โลหะบร(ส�ทธ(;ละลายเข#าก�นไดุ#ดุ�ในสถานะของเหลวแต่�ละลายเข#าก�นบางส�วนในของแข&ง (ต่�อ)คุ�ณสมบ�ต่(ในระบบโลหะผสม eutectic (Properties of Eutectic Alloy Systems)

• ค่�ณสมิบ�ตั ของโลหะผสมิจึะข��นอย"�กิ�บเฟสส�วนใหญ่�ที่�เป็�นส�วนป็ระกิอบเป็�นโลหะผสมิย"เที่ค่ตั กิ น��นคุ*อส�ดุส�วนของเฟสโลหะท��ก�อต่�วข.$นเป1นโลหะผสมย/เทคุต่(ก (ไม�ว�าจะในกรณ�ท��เป1นย/เทคุต่(กล#วนหร*อเป1นย/เทคุต่(กท��ล#อมรอบ Proeutectic ก&ต่าม ) หากเฟสส�วนใหญ�ของย/เทคุต่(กเป1นเฟสของโลหะ (หร*อโลหะผสม ) ท��ม�คุวามเป1นพลาสต่(กสามารถเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�าย ว�สดุ�น�$นก&จะแสดุงคุ�ณสมบ�ต่(โดุยรวมแบบเป1นพลาสต่(กสามารถเส�ยร/ปถาวรไดุ#ง�าย แต่�หากเฟสส�วนใหญ�ของย/เทคุต่(กเป1นเฟสของโลหะ (หร*อโลหะผสม ) ท��เปราะ ว�สดุ�น�$นก&จะแสดุงคุ�ณสมบ�ต่(โดุยรวมแบบเปราะ• ค่�ณสมิบ�ตั ที่างกิลของโลหะผสมิจึะข��นอย"�กิ�บป็ร มิาณและค่วามิละเอยดของของผสมิย"เที่ค่ตั กิ ย(�งของเหลวม�การเย&นต่�วและแข&งต่�วดุ#วยอ�ต่ราเร&วท��ส/งข.$น (เย&น/แข&งต่�วเร&ว ) เกรนของ Proeutectic จะม�ขนาดุเล&ก ปร(มาณของผสมย/เทคุต่(กจะเพ(�มมากข.$นและคุวามละเอ�ยดุของของผสมย/เทคุต่(ก&จะละเอ�ยดุมากข.$น

Ten

sile

st

ren

gth

24,000

16,00020,000

12,000

Percent silicon

Perc

en

t elo

ng

ati

on

in 2

in

.


• ว(ธ�การเพ(�มคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งของโลหะผสมสามารถท�าไดุ# 2 ว(ธ�คุ*อ การข.$นร/ปเย&น (Cold working) และ อาศึ�ยกระบวนการทางคุวามร#อน • โดุยกระบวนการทางคุวามร#อนท��ส�าคุ�ญส�าหร�บการเพ(�มคุวามแข&งและคุวาม

แข&งแรงของโลหะผสมจ�าพวก nonferrous ไดุ#แก�กระบวนการท��เร�ยกว�า Age hardening (บางคุร�$งเร�ยกว�า Precipitation hardening)

• ว(ธ�การน�$จะใช#ไดุ#เฉพาะระบบโลหะผสมท��ม�แผนผ�งภาพของเฟสแบบ Type III ซึ่.�งโลหะสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในสถานะของแข&งและคุวามสามารถ

การละลายจะลดุลงเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลง• โลหะผสมท��จะน�ามาผ�านกระบวนการ Age hardening ไดุ#แก�โลหะท��ม�

ส�ดุส�วนผสมอย/�ในช�วงของส�ดุส�วนบนเส#น Solvus ต่ามร/ปถ#าเป1นกล��มของ Hypoeutectic จะไดุ#แก�โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ต่�$งแต่� 10 –

20% และถ#าเป1นกล��มของ Hypereutectic จะไดุ#แก�โลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนของโลหะ B ต่�$งแต่� 90 – 95% เพราะโลหะท��อย/�ในกล��มน�$เม*�อเย&นต่�วลงจะม�

โลหะผสมท��เป1นส�วนเก(นถ/กข�บออกมาอย/�ต่รงบร(เวณของเกรน


Liquid

สารละล าย

ส�วนเกิ นที่�ถู"กิข�บออกิมิา


• กระบวนการ Age Hardening ประกอบไปดุ#วย 2 ข�$นต่อนดุ#วยก�นไดุ#แก� (1) ข�$นต่อนของการท�าให#โลหะผสมกลายเป1นสารละลายเฟสเดุ�ยวภายใต่#

สภาวะ Supersaturated (Solution Treatment) และ (2) ข�$นต่อนของการปล�อยว�สดุ�ท($งไว# ณ อ�ณหภ/ม(ใดุอ�ณหภ/ม(หน.�งเพ*�อให#โลหะผสมท��เป1น

ส�วนเก(นถ/กข�บหร*อต่กผล.กออกมา (Aging Process) Solution Treatment: ถ#าโลหะผสมหมายเลข 4 (85A-15B) ถ/กคุวามร#อนท�าให#ม�อ�ณหภ/ม(ส/งข.$นจ.งถ.งจ�ดุ Mสารละลายของแข&งเฟส ท��เก(นมาจะละลายกล�บเข#าไป และจะม�โคุรงสร#างของสารละลายของแข&งเน*$อเดุ�ยวหล�งจากน�$นโลหะผสมน�$จะถ/กลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&ว (Quenching) ส/�อ�ณหภ/ม(ห#อง สารละลายของแข&งท��ไดุ#จะเป1นสารละลายอ(�มต่�วย(�งยวดุ (Supersaturated) ซึ่.�งสารละลายส�วนเก(นเฟส ถ/กก�กไว#ในเน*$อเกรนโคุรงสร#างท��ไดุ#จาก

การแข&งต่�วอย�างช#า ๆหล�งจาก

Solution treatment


• การลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วมากน�$นอาจจะม�ผลท�าให#โลหะผสมม�ร/ปร�างบ(ดุเบ�$ยวไป การแก#ไขก&โดุยการใช#น�$าเดุ*อดุเป1นต่�วลดุอ�ณหภ/ม(• ถ#าสารละลายของแข&งเฟส เป1นเฟสท��ม�คุวามเหน�ยวแล#ว โลหะผสมท��ไดุ#ภายหล�งจากการ Quenching น�$โดุยรวมจะม�คุวามเหน�ยวต่ามไปดุ#วยดุ�งน�$นหากต่#องการดุ�ดุหร*อปร�บร/ปทรงของว�สดุ�คุวรท�าท�นท�ภายหล�งจากการท�าquenching

Aging Process: โลหะผสมท��ไดุ#จากการลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&วน�$นจะเป1นของแข&งอ(�มต่�วย(�งยวดุและเป1นสภาวะท��ไม�เสถ�ยรภาพ ต่�วถ/กละลายท��เก(นมาม�แนวโน#มจะต่กผล.กออกมา ซึ่.�งคุวามเร&วของการต่กผล.กจะข.$น

อย/�ก�บอ�ณหภ/ม(


• ณ ท��อ�ณหภ/ม(ต่��า ๆ เช�นท�� T1 = 32F (0 C) อ�ต่ราการแพร�กระจายเป1นไปอย�างช#ามาก ท�าให#การต่กผล.กเก(ดุข.$นไดุ#ยาก ซึ่.�งหากไม�ม�การต่กผล.กคุ�า

คุวามแข&งของโลหะผสมก&จะไม�เพ(�มข.$น • ณ ท��อ�ณหภ/ม(ส/ง ๆ เช�นท�� T3= 210๐F หร*อ ~ 100C คุ�าคุวามแข&งเพ(�ม

ข.$นเร&วมากอ�นเน*�องมาจากการแพร�กระจายท��เก(ดุข.$นอย�างรวดุเร&วเก(ดุการต่กผล.กอย�างรวดุเร&ว แต่�อย�างไรก&ต่ามหากท($งไว#ท��อ�ณหภ/ม(ส/งเป1นเวลานาน

ข.$นว�สดุ�ก&จะอ�อนต่�วอย�างรวดุเร&ว• จากร/ปอ�ณหภ/ม(ท��เหมาะสมท��ส�ดุ คุ*ออ�ณหภ/ม(ท��สามารถท�าให#คุ�าคุวามแข&งเพ(�มข.$นส/งส�ดุในช�วงเวลาท��เหมาะสมซึ่.�งก&ไดุ#แก�อ�ณหภ/ม( T

2 = 100F หร*อ

~ 38C หร*อประมาณอ�ณหภ/ม(ห#องน��นเอง โลหะผสมน�$จะต่กผล.กท��อ�ณหภ/ม(ห#องพร#อมให#คุ�าคุวามแข&งแรงเต่&มท��หล�งจากผ�านไป 4-5 ว�น• โลหะผสมใดุท��ดุ�าเน(นข�$นต่อนของ Aging Process อย/�ท��

อ�ณหภ/ม(ห#องจะเร�ยกโลหะดุ�งกล�าวว�า “Natural aging alloys” แต่�หากโลหะผสมใดุดุ�าเน(นข�$นต่อนของ Aging Process

ท��อ�ณหภ/ม(ส/งจะเร�ยกโลหะผสมน�$นว�า “Artificial-aging alloys”Rockwell B Hardness

Table 6.2 Effect of Aging on Properties of Aluminum Alloy 2014 (3.5 t0 4.5 Percent Copper)


Alloy and Condition

Ultimate Strength

(PSI)

Yield Strength (PSI)

Elongation (% in 2 in. )

BHN, 500

kg, 10 mm.

Shear Strength (PSI)

Annealed 27,000 14,000 18 45 18,000

Solution – Treated,naturally aged

62,000 42,000 20 105 38,000

Solution – Treated,artificially aged

70,000 60,000 13 135 42,000


•โลหะผสมจากการท�า aging จะเก��ยวข#องการกระจายต่�วอย�างม�ระเบ�ยบของผล.กละเอ�ยดุท��ต่กออกมา และการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงสร#างต่าข�ายอ�นเน*�องมาจากอน�ภาคุท��ต่กผล.กออกมา• ทฤษฎ� coherent lattice อธ(บายคุวามแข&งท��เพ(�มข.$น หล�งจากการท�า solution treatment และลดุอ�ณหภ/ม(อย�างรวดุเร&ว โลหะผสมจะอย/�ในเง*�อนไขของสารละลายอ(�มต่�วย(�งยวดุท��อะต่อมของต่�วถ/กละลายจะกระจายไปท��วต่ามโคุรงสร#างต่าข�าย ระหว�างช�วงเวลาของการบ�มน�$น อะต่อมของต่�วถ/กละลายท��เก(นน�$นจะม�แนวโน#มเคุล*�อนท��มาท��ระนาบของการวางต่�วอะต่อม (Crystallographic Planes) ก�อต่�วเป1นกล��มหร*อ embryos ของผล.กท��ต่กออกมา ในระหว�าง aging กล��มของอะต่อมจะก�อต่�วเป1นโคุรงสร#างผล.กแบบ intermediate หร*อ transition latticeเฟสท��เก(นมาจะม�โคุรงต่าข�ายท��แต่กต่�างจากโคุรงต่าข�ายของต่�วท�าละลาย เน*�องจากผลของการรวมกล��มของอะต่อม (coherency) ซึ่.�งจะท�าให#โคุรงต่าข�ายบ(ดุเบ�$ยวและเป1นผลให#คุ�าคุวามแข&งแรงและคุ�าคุวามแข&งเพ(�มข.$นอย�างรวดุเร&ว หล�งจากน�$นเฟสท��เก(นมาจะเข#าส/�สภาวะสมดุ�ลซึ่.�งจะม�โคุรงสร#างเฉพาะของต่นเอง ซึ่.�งจะสาเหต่�ท��ท�าให#ส/ญเส�ยการเกาะกล��มของอะต่อมและการบ(ดุเบ�$ยวของโคุรงต่าข�ายลดุลง คุ�าคุวามแข&งและคุวามแข&งแรง

ก&ลดุลงและโลหะผสมในช�วงน�$ก&คุ*อ Over-aged


• incubation period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมาจะอย/�กระจ�ดุกระจายย�งไม�รวมต่�วก�นคุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ จะย�งไม�เปล��ยนแปลง ย�งม�คุ�าคุงท��• Aging period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมาจะเร(�มรวมต่�วก�นและเข#าไปแทรกอย/�ในโคุรงต่าข�ายของโลหะผสมพ*$นฐานท�าให#โคุรงต่าข�ายเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวย(�งท($งไว#ผล.กส�วนเก(นก&ย(�งรวมต่�วก�นมากข.$นโคุรงสร#างก&ย(�งบ(ดุเบ�$ยวท�าให#คุ�าคุวามแข&งและคุวามแข&งแรงเพ(�มข.$น แต่�คุ�าคุวามสามารถในการย*ดุต่�วและคุ�าการน�าไฟฟ>าจะลดุลง• Over-aging period โลหะส�วนเก(นท��ต่กผล.กออกมารวมต่�วก�นมากพอจนกระท��งเก(ดุการเร�ยงต่�วเป1นโคุรงข�ายใหม�อ�กโคุรงข�ายหน.�งคุวามบ(ดุเบ�$ยวก&หายไปท�าให#คุ�าคุวามแข&งแรงและคุวามแข&งลดุลงในขณะท��คุวามสามารถในการย*ดุต่�วและการน�าไฟฟ>าเพ(�มข.$น


• Aging ม�ผลต่�อคุ�ณสมบ�ต่(ไม�เหม*อนก�นส�าหร�บโลหะแต่�ละประเภท บางโลหะผสมคุ�าคุวามแข&งอาจเปล��ยนแปลงเล&กน#อย ในขณะท��โลหะผสมชน(ดุอ*�นคุ�าคุวามแข&งอาจเพ(�มข.$นอย�างมาก โดุยกิารเป็ล�ยนแป็ลงค่�ณสมิบ�ตั ตั�าง ๆ ไมิ�ข��นกิ�บป็ร มิาณของสารละลายส�วนเกิ น แตั�ข��นกิ�บกิารบ ดเบ�ยวที่�เกิ ดจึากิกิารตักิผล�กิ• ดุ�งน�$นถ.งแม#บางคุร�$งปร(มาณโลหะส�วนเก(นม�มากแต่�เม*�อเก(ดุการต่กผล.กข.$นแล#วไม�ท�าให#โคุรงสร#างบ(ดุเบ�$ยวคุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ ก&จะไม�เปล��ยนแปลง ในทางกล�บก�นถ.งแม#ปร(มาณโลหะส�วนเก(นม�น#อยแต่�เม*�อเก(ดุต่กผล.กแล#วท�าให#โคุรงสร#างเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวมากจะท�าให#คุ�ณสมบ�ต่(ของโลหะผสมเปล��ยนแปลงอย�างมาก • ต่�วอย�างโลหะผสมทองแดุง-เบอร(ลเล��ยม (Copper – Beryllium Alloyed) ซึ่.�งเบอร(ลเล��ยมสามารถละลายในทองแดุงไดุ#มากท��ส�ดุ 2.2% ท��อ�ณหภ/ม( 1600F แต่�จะละลายไดุ#เพ�ยง 0.2% ท��อ�ณหภ/ม(ห#องซึ่.�งเม*�อน�าโลหะผสม 1.90 – 2.15% Be ก�บ โลหะผสม 1.60 – 1.80% มาผ�านกระบวนการอบอ�อนจนกระท��งม�คุ�ณสมบ�ต่(ต่�าง ๆ เท�าก�บเม*�อน�าโลหะท�$ง 2 มาผ�านกระบวนการ Aging Hardening พบว�าโลหะผสมท�$ง 2 ชน(ดุม�คุ�าคุ�ณสมบ�ต่(

ต่�าง ๆ เปล��ยนแปลงไปท�$งน�$เน*�องจากโคุรงสร#างเก(ดุการบ(ดุเบ�$ยวและเม*�อโลหะผสมชน(ดุแรกม� Be ในปร(มาณท��มากกว�าคุวามบ(ดุเบ�$ยวมากกว�าคุ�ณสมบ�ต่(จ.งเปล��ยนแปลงมากกว�า

Type IV: The Congruent-melting Intermediate Phase

• เม*�อโลหะผสมหน.�งเปล��ยนสถานะหร*อเฟสท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� (Isothermal) โดุยไม�เปล��ยนส�วนผสม เราจะเร�ยกกระบวนน�$ว�า congruent phase change or congruent transformation ซึ่.�งโลหะบร(ส�ทธ(;จะเปล��ยนสถานะแบบน�$• เราจะให#ช*�อเฟสน�$ว�า Intermediate phases เพราะว�าโลหะผสมท��เก(ดุข.$นม�ล�กษณะเป1นเฟสเดุ�ยว (single-phase) และเก(ดุข.$นระหว�างเฟสท��เป1นขอบหร*อกรอบของแผนภาพสมดุ�ล• ในโลหะผสมแบบ intermediate phase เน*�องจากเป1นส�วนประกอบจ.งสามารถเข�ยนเป1นส/ต่รทางเคุม�ไดุ#เป1นAmBn ซึ่.�ง m และ n คุ*อจ�านวนอะต่อมท��ประกอบเป1นสารประกอบ และสารประกอบน�$จะม�การเย&นต่�วและกลายเป1นของแข&ง ณ อ�ณหภ/ม(คุงท��

A AmBn

AT

Temp. Temp.

time time

BBT

Temp.

time

nmBAT

Type IV The Congruent-melting Intermediate Phase

• ในระบบของโลหะผสม A-B จะถ/กแยกออกเป1นสองส�วนดุ#วยก�นไดุ#แก�(1) ส�วนของ Phase diagram ของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนอย/�ระหว�างโลหะ A บร(ส�ทธ(;ก�บสารประกอบ AmBn และ (2) ส�วนของ Phase diagram ของโลหะผสมท��ม�ส�ดุส�วนอย/�ระหว�างสารประกอบ AmBn และโลหะบร(ส�ทธ(; B

Tem

pera

ture

Compostion

A BAmBn

TA

TB

TAmBnLiq. A

Liq. AmBn

Liq. B

Solid. ASolid AmBn

Solid. B

Type IV The Congruent-melting Intermediate Phase

• แผนผ�งภาพของเฟสภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ลของสารละลายประกอบท��ไม�สามารถละลายส�าหร�บโลหะบร(ส�ทธ(;และโลหะบร(ส�ทธ(;สามารถละลายเข#าก�นไดุ#ก�บสารละลายอ*�น ซึ่.�งแผนผ�งน�$จะแสดุงสารผสม eutecticสองชน(ดุท��แต่กต่�างก�นดุ�งน�$

ที่�อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ T1

ที่�อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ T2

Liquid + AmBn

Eutectic mixtureheatingcooling

Liquid AmBn + Eutectic mixture

heating

x1 T3T4

T5

T6T7

x2

T3

T4

T5

T6T7

Type V: The Peritectic Reaction

ในปฏิ(ก(ร(ยา Peritectic น�$นของเหลวก�บของแข&งชน(ดุหน.�งจะสามารถท�าปฏิ(ก(ร(ยาก�นท��อ�ณหภ/ม(คุงท��เพ*�อก�อต่�วเป1นของแข&งชน(ดุใหม� ดุ�งสมการ

Liquid + Solid1 New Solid2CoolingHeating

• ของแข&งท��ก�อต่�วข.$นใหม�ส�วนใหญ�จะอย/�ในร/ปของ Intermediate Phase (Compound) แต่�ในบางคุร�$งก&อาจจะอย/�ในร/ปของสารละลายไดุ#เช�นก�น• โดุยกระบวนการเพอร(เทคุต่(ก (Peritectic) เป1นกระบวนการท��ย#อนกล�บน��นคุ*อจากร/ปหากน�าสารประกอบ AmBn ท��ม�ส�ดุส�วน70A-30B ไปให#คุวามร#อนจน

กระท��งอ�ณหภ/ม(ส/งข.$นถ.งอ�ณหภ/ม( peritectic ณ จ�ดุ G สารประกอบดุ�งกล�าวจะแยกต่�วออกเป1นสองเฟสคุ*อเฟส

ของเหลวและเฟสของแข&ง A ซึ่.�งจะเก(ดุ ณ อ�ณหภ/ม(คุงท�� แต่�เน*�องจากเฟสก�อนและ

หล�งการหลอมเหลว (ก�อนและหล�งกระบวนการ ) ม�ล�กษณะและจ�านวนเฟสท��แต่กต่�างก�นดุ�งน�$นจะถ*อว�าโลหะผสมเพอร(เทคุต่(กเป1น “Incongruent-melting

intermediate alloy”


Liquidus

Solidus

Liquid + A AmBnCoolingHeating

อ�ณหภู"มิ เพอร เที่ค่ตั กิ(Peritectic Temperature)

อ�ณหภู"มิ ย"เที่ค่ตั กิ(EutecticTemperature)


Liquidus

Solidus

Liquid + CoolingHeating


Liquidus

Solidus

Type V The Peritectic Reaction (ต่�อ)

• โลหะผสมหมายเลข 1 90A-10B ย�งคุงเป1นของเหลวเน*$อเดุ�ยวจนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T1 การแข&งต่�วก&เร(�มข.$นโดุยก�อต่�วเป1นผล.กของแข&งของโลหะบร(ส�ทธ(; A เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงปร(มาณของเหลวก&ลดุลง โดุยม�ส�วน

ผสมเป1นไปต่ามเส#น liquidus (TAD) และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.งอ�ณหภ/ม( peritectic TP การเปล��ยนสถานะจากของเหลวเป1นของแข&งจะส($นส�ดุลงและเราจะพ(จารณาเง*�อนไขของเหลวส�ดุท#ายก�บของแข&งใต่#เส#น peritectic

ส�าหร�บเฟสผสมเหน*อเส#น peritectic จะประกอบไปดุ#วยของเหลวท��ม�ส�วนผสม 60A-40B ม�ปร(มาณ 25% และม�ของแข&งเป1นโลหะบร(ส�ทธ(; A 100% ม�ปร(มาณอย/� 75%

ส�าหร�บเฟสผสมใต่#เส#น peritectic จะประกอบไปดุ#วยของแข&ง AmBnม�ส�วนผสม 70A-30B ม�ปร(มาณ 33% และม�ของแข&งเป1นโลหะบร(ส�ทธ(;

A 100% ม�ปร(มาณอย/� 67%

จะเห&นไดุ#ว�าของเหลวจะประกอบดุ#วย 60A ในขณะท��ของแข&ง AmBn

ประกอบไปดุ#วย 70A ของเหลวม� A ไม�เพ�ยงพอท��ก�อเป1นสารประกอบAmBn ไดุ#ดุ#วยต่�วเอง ของเหลวจ.งม�การดุ.ง A มาบางส�วนจากผล.กของ

ท��โลหะบร(ส�ทธ(; A แข&งต่�วแล#ว

• ของเหลวจะดุ.งโลหะ A ในปร(มาณท��เพ�ยงพอต่�อการเก(ดุสารประกอบ AmBn 33% กล�าวคุ*อของเหลวจะดุ.งของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A 8% ซึ่.�งจะเก(ดุท��อ�ณหภ/ม(คุงท�� peritectic

ส�วนประกอบสมการ

ปร(มาณ

60A 100ALiquid + Solid A25% 8%

cooling 70ASolid AmBn

33%

• ปฏิ(ก(ร(ยาน�$จะเก(ดุข.$นท��ผ(วรอบ ๆ ผล.กของแข&ง A ท��ส�มผ�สก�บของเหลว โดุยเม*�อส�ดุส�วนของโลหะ A และของเหลวเหมาะสมจะเก(ดุช�$นของสารประกอบ AmBn ท��แข&งต่�วล#อมรอบโลหะ A


Liquidus

Solidus


• โลหะหมายเลข 2 65A-35B เร(�มแข&งต่�วดุ#วยของแข&งโลหะบร(ส�ทธ(; A เม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง T2 และเม*�อการแข&งต่�วย�งดุ�าเน(นต่�อไป ของเหลวก&จะม�คุวามเข#มข#นของ B เพ(�มข.$นเร*�อย ๆ และเม*�ออ�ณหภ/ม(ลดุลงจนถ.งจ�ดุ Hของเหลวจะม�ส�วนผสมเป1น 60A-40B และม�ปร(มาณ 85% ของเหลว ของแข&งโลหะ A 15% เน*�องจากเส#นGD ไม�ใช�เส#นการส($นส�ดุการแข&งต่�ว ดุ�งน�$นของเหลวบางส�วนก&ย�งคุงต่#องแข&งต่�อไปหล�งการปฏิ(ก(ร(ยา peritecticส($นส�ดุ ดุ�งน�$นของแข&ง A ท��แข&งต่�วแล#วจะหายไปในการรวมต่�วก�บของเหลวเพ*�อให#ไดุ#สารประกอบ AmBn

ส�วนประกอบปฏิ(ก(ร(ยา

60A 100ALiquid + Solid A

70AAmBn

cooling

ปร(มาณของเหลวท��เข#าท�าปฏิ(ก(ร(ยาหาไดุ#โดุยใช#กฎข#อท��สองคุ*อ GH/DG*100 = 5/10*100 = 50%


• เน*�องจากม�ของเหลว 87.5% ก�อนการท�าปฏิ(ก(ร(ยา และเหล*อของเหลวเพ�ยง 50% หล�งจากการท�าปฏิ(ก(ร(ยาน��นก&แสดุงว�าของเหลว 37.5% เข#าท�าปฏิ(ก(ร(ยาก�บของแข&งโลหะ A 12.5% เพ*�อก�อต่�วเป1นสารประกอบ AmBn

50% ท��อ�ณหภ/ม( peritectic• เม*�อการเย&นต่�วย�งคุงดุ�าเน(นต่�อไป ของเหลวก&จะแยกต่�วออกจากของแข&ง AmBn และม�คุวามเข#มข#นส/งข.$น

เร*�อย ๆ ต่ามเส#น DE จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงถ.ง TE (eutectic temperature) ปร(มาณของเหลวส�ดุท#ายจะเหล*อเพ�ยง 10% และจะแข&งต่�วเป1นสารละลายผสม eutectic ของ AmBn + B ท��อ�ณหภ/ม(ห#อง โลหะผสมน�$จะประกอบ

ไปดุ#วยของแข&ง proeutectic AmBn 90% ท��ล#อมรอบไปดุ#วยสารละลายผสม eutectic AmBn + B 10%• ปฏิ(ก(ร(ยา peritectic ท��กล�าวมาข#างต่#นน�$จะอย/�ภายใต่#เง*�อนไขสภาวะสมดุ�ล ซึ่.�งในทางปฏิ(บ�ต่(แล#วเป1นไปไดุ#ยาก

เน*�องจากเฟสของแข&งใหม�ท��เก(ดุข.$นจะห�อห�#มเฟสของแข&งเก�าท��แข&งต่�วแล#ว ซึ่.�งจะเป1นต่�วข�ดุขวางการแพร�กระจายของอะต่อมท��ม�คุวามจ�าเป1นต่�อการเก(ดุปฏิ(ก(ร(ยา ย(�งช�$นเฟสของใหม�ท��เก(ดุข.$นย(�งหนาข.$น การแพร�

กระจายย(�งยากข.$น ท�าให#บ�อยคุร�$งปฏิ(ก(ร(ยาท��เก(ดุข.$นจะไม�สมบ/รณ9


Type V: The Peritectic ReactionLiquidus Solidus

T1

T2

T3T4T5

• ท�� T1 ม�เฟสเป1นของเหลวล#วน 100%• ท�� T2 เร(�มม� nuclei ของสารประกอบ AmBn เก(ดุข.$น• ท�� T

3 ม�เฟสของ

สารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�ข.$นล#อมรอบดุ#วยเฟสของของเหลว• ท�� T4 ม�เฟสของสารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�กว�าท�� T

3 ถ/ก

ล#อมรอบดุ#วยของเหลวท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กพอดุ�• ท�� T5 ส�วนของของเหลวกลายเป1นของแข&งย/เทคุต่(กและล#อมรอบสารประกอบ AmBn ท��ม�ขนาดุเท�าท�� T4

Type V: The Peritectic ReactionLiquidus Solidus

T1

T2

T3T4T5

• ท�� T1 ม�เฟสเป1นของเหลวล#วน 100%• ท�� T2 เร(�มม� nuclei ของสารประกอบ AmBn เก(ดุข.$น• ท�� T

3 ม�เฟสของ

สารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�ข.$นล#อมรอบดุ#วยเฟสของของเหลว• ท�� T4 ม�เฟสของสารประกอบ AmBn ท��ขยายใหญ�กว�าท�� T

3 ถ/ก

ล#อมรอบดุ#วยของเหลวท��ม�ส�ดุส�วนเท�าก�บส�ดุส�วนย/เทคุต่(กพอดุ�• ท�� T5 ส�วนของของเหลวกลายเป1นของแข&งย/เทคุต่(กและล#อมรอบสารประกอบ AmBn ท��ม�ขนาดุเท�าท�� T4

Type VI:โลหะสองชน(ดุสามารถละลายก�นไดุ#บางส�วนในของเหลว และเก(ดุ Monotectic process

Liquid1Liquid2+Solid


Monotectic process

ของเหลวชน(ดุหน.�งม�การเปล��ยนแปลงโดุยส�วนหน.�งกลายเป1นของแข&งและอ�กส�วนท��เหล*อกลายเป1นของเหลวอ�กชน(ดุท��ม�เฟสต่�างจากต่อนเร(�มต่#น เช�นต่อนเร(�มต่#นอาจจะเป1นสารละลายท��ม�โลหะ A เป1นต่�วท�าละลายแต่�หล�งจากเก(ดุกระบวนการ Monotectic แล#วกลายเป1นสารละลายท��ม�โลหะ B เป1นต่�วท�าละลาย

Type VII: Two metals insoluble in liquid and solid

Phase Diagram ประเภทน�$ไดุ#แก�โลหะผสมประเภทท��โลหะ A และ โลหะ B ไม�สามารถจะละลายก�นไดุ#เลยไม�ว�าจะอย/�ในสภาวะของเหลวหร*อว�าของแข&ง

Allotropy (อ�นยร"ป็ ), Eutectiod และ Peritectoid

Eutectic

Eutectoid

ส�าหร�บโลหะบางประเภทเม*�อกลายเป1นของแข&งโดุยสมบ/รณ9แล#วพบว�าเม*�ออ�ณหภ/ม(ม�การเปล��ยนแปลงโลหะท��อย/�ในสถานะของแข&งน�$นม�การเปล��ยนโคุรงสร#าง เช�นในร/ปท��อ�ณหภ/ม( TA โลหะ A จะกลายเป1นของแข&งและในท��น�$อาจม�โคุรงสร#างเป1น BCC และจะม�โคุรงสร#างเป1น BCC ไปเร*�อย ๆ จนกระท��งอ�ณหภ/ม(ลดุลงเหล*อท��จ�ดุ M พบว�าโลหะ A จะม�การเปล��ยนแปลงโคุรงสร#างในท��น�$อาจกลายเป1น FCC แทนและโลหะ A ก&จะม�โคุรงสร#างเป1น FCC ต่�อไปเร*�อย ๆ จนกระท��งเย&นต่�วถ.งอ�ณหภ/ม(ห#อง โดุยโลหะท��ม�การเปล��ยนล�กษณะโคุรงสร#างในสภาวะของแข&งน�$เร�ยกว�าโลหะม�อ�นยร/ป (Allotropy)


Eutectic

Eutectoid

• ซึ่.�งการท��โลหะ A ม�การเปล��ยนโคุรงสร#างจาก BCC ไปเป1น FCC ก&จะท�าให#โลหะผสมท��ม�ส�วนประกอบของโลหะ A ม�โคุรงสร#างเปล��ยนแปลงไปดุ#วย• โลหะผสมท��ม�โลหะ A แบบ BCC เป1นต่�วท�าละลายจะม�ล�กษณะโคุรงสร#างและเฟสแบบหน.�งแทนดุ#วยส�ญล�กษณ9 • โลหะผสมท��ม�โลหะ A แบบ FCC เป1นต่�วท�าละลายก&จะม�ล�กษณะโคุรงสร#างและเฟสท��เปล��ยนไปดุ�งน�$นจะแทนดุ#วยส�ญล�กษณ9


Eutectic

Eutectoid

• เม*�อโลหะผสม และโลหะผสม ม�คุวามสามารถในการท�าละลายโลหะ B ท��ไม�เท�าก�นจะท�าให#เก(ดุการเปล��ยนแปลงโดุยในท��น�$เม*�อลดุอ�ณหภ/ม(ลงจะเก(ดุกระบวนการในการข�บโลหะ B ท��เป1นส�วนเก(ดุออกมาโดุยกระบวนการท��เก(ดุข.$นอาจเก(ดุข.$นในล�กษณะของกระบวนการ Eutectoid หร*อ Peritectoid ก&ไดุ#• ต่ามร/ปดุ#านซึ่#ายล�กษณะกระบวนการท��เก(ดุข.$นจะเก(ดุข.$นในล�กษณะของ Eutectoid Solid1

Solid2+Solid3 Eutectic mixture

heatingcooling

Eutectoid process

Liquidus

Solidus

Solvus

เร �มิตั'นกิารเป็ล�ยนแป็ลง

จึากิ เป็�น ส �นส�ดกิารเป็ล�ยนแป็ลง

จึากิ เป็�น

Solid1Solid2+Solid3


Eutectoid process

Allotropy (อ�นยร/ป): ม�การเปล��ยนร/ปเม*�อกลายเป1นของแข&งเร�ยบร#อยแล#ว

Peritectoid process

Solid1 + Solid2 New Solid3CoolingHeating

Eutectic

Peritectoid

+ CoolingHeating

ตัามิร"ป็จึะได'ว�า

Allotropy (อ�นยร/ป): ม�การเปล��ยนร/ปเม*�อกลายเป1นของแข&งเร�ยบร#อยแล#ว

Peritectoid process

Solid1 + Solid2 New Solid3CoolingHeating

Eutectic

Peritectoid

Documents

Chapter 6 - Phase Diagram