บทที่ 4 คุณสมบัติโลหะ
คุณสมบัติของโลหะ คือ ลักษณะเด่น, ความสามารถ, ลักษณะเฉพาะ, ความแข็งแกร่ง, ข้อดี, ข้อเสีย และลักษณะผิดปกติของวัสดุ
สิ่งที่กล่าวมาเหล่านี้มีไว้เพื่อเปรียบเทียบถึงความแตกต่างของวัสดุในทางทางวิศวกรรม จำเป็นต้องทราบถึงคุณสมบัติของวัสดุ ก็เพื่อดูว่าวัสดุนั้น สามารถทนทานต่อแรงที่กระทำ, ทนทานต่อการพังทลาย, ทนทานต่อการเสียรูป, ทนทานต่อการกัดกร่อน หรืออื่น ๆ ได้หรือไม่
คุณสมบัติของโลหะ สามารถแบ่งออกได้ดังตารางที่ 4.1 ดังนี้
|
คุณสมบัติของโลหะ
|
|
คุณสมบัติทางกล
|
คุณสมบัติที่มีความสัมพันธ์กันระหว่างความเค้น /ความเครียด
|
คุณสมบัติทางเคมี
|
คุณสมบัติทางไฟฟ้า
|
คุณสมบัติทางความร้อน
|
คุณสมบัติอื่น ๆ
|
|
o ความแข็ง
o ความแข็งแกร่ง
o ความเปราะ
o ความเหนียว
o ความเค้น
o ความแข็งแกร่งทางดึง
o ความแข็งแกร่งต่อการกดอัด
o ความทนทานต่อการเฉือน
o ความทนทานต่อการบิด
o ความทนทานต่อการดัด
o ความทนทานต่อการพังทลาย
o ความทนทาน
o ความทนทานต่อการกระแทก
|
o ความสามารถในการดัด
o % การยืดตัว
o ความเครียด
o ความยืดหยุ่น
o ความเป็นพลาสติก
o การดัดแปลงง่าย
o โมดูลัสความยืดหยุ่น
o ผังไดอะแกรมความเค้น ความเครียด
o ช่วงยืดหยุ่น
o ช่วงพลาสติก
o การคืบ
o อัตราส่วนพอยต์สัน
|
o ความต้านทานต่อการกัดกร่อน
o ความทนทานต่อกรด
o ความทนทานต่อด่าง
o ความทนทานต่อสารเคมีอื่น ๆ
|
o การนำไฟฟ้า
o ความต้านทานไฟฟ้า
o ความแข็งแกร่งของฉนวน
o ความไวต่อแม่เหล็ก
|
o สัมประสิทธิ์ทางความร้อน
o อุณหภูมิหลอมเหลว
o การนำความร้อน
o ความจุความร้อน
o ความร้อนจำเพาะ
|
o น้ำหนัก
o ความหนาแน่น
o น้ำหนักจำเพาะ
o การสึกหรอ
o ความสามารถที่กระทำด้วยเครื่องกล
o ความสามารถในการเชื่อม
|
ตารางที่ 4.1 กลุ่มประเภทคุณสมบัติวัสดุทั่วไป
1. คุณสมบัติทางกล (Mechanical properties) เช่น ความแข็งแกร่ง (Strength), ความแข็ง (Hardness)
2. คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น/ความเครียด เช่น โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)
3. คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) เช่น ความทนทานต่อการกัดกร่อน
4. คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า
5. คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) เช่น อุณหภูมิจุดหลอมเหลว
6. คุณสมบัติด้านอื่น ๆ เช่น ความหนาแน่น และความสึกหรอ (Wear)
4.1 คุณสมบัติทางกล
ความแข็ง, ความเหนียว (Ductility) และความแข็งแกร่ง เป็นคุณสมบัติขั้นพื้นฐานในทางกลของวิชาโลหะวิทยา
รูปเครื่องทดสอบคุณสมบัติทางกล
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
รูปการทดสอบคุณสมบัติทางกลในห้องปฏิบัติการ
วิดีโอแสดงการทดสอบคุณสมบัติของโลหะทางการดึง
คุณสมบัติทั้งสามเหล่านี้จะมีความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงกันด้วย กล่าวคือ เมื่อความแข็ง และความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น ความเหนียวจะลดลง ทำให้วัสดุนั้นมีแนวโน้มเป็น วัสดุเปราะ (Brittle) ในทางกลับกันวัสดุที่มีความเหนียวมาก จะทำให้ความแข็ง และความแข็งแกร่งลดลง
รูปตัวอย่างเหล็กหล่อเป็นวัสดุเปราะ
ความแข็งแกร่ง, ความแข็ง และความเหนียว ปกติแล้วเป็นสิ่งที่มีความต้องการที่จะให้เกิดขึ้นในโลหะ ส่วนความเปราะ (ตรงกันข้ามกับความเหนียว) เป็นสิ่งที่ไม่ต้องการให้เกิดในโลหะ ดังนั้น ในทางโลหะวิทยา ต้องทำการศึกษา ทดลอง เพื่อให้วัสดุมีความสามารถในด้านความแข็งแกร่ง ความแข็ง ที่เพิ่มขึ้น โดยไม่ทำให้ความเหนียวลดลง
รูปท่อโลหะเป็นตัวอย่างวัสดุเหนียว
4.1.2 ความแข็ง
ความแข็ง คือความต้านทานต่อการเสียรูปวัสดุอย่างถาวร วัสดุที่มีความแข็งสูง ค่าความแข็งแกร่งก็จะสูงตามไปด้วย ในการทดสอบความแข็งได้กล่าวรายละเอียดไว้แล้วในบทที่ 3 ในการหลอมโลหะเมื่อเพิ่มส่วนผสมของธาตุลงไปในโลหะหลอมทำให้ความสามารถด้านความแข็ง และความแข็งแกร่งมีคุณภาพดีขึ้น และไม่ทำให้ความเหนียวลดลง
4.1.3 ความเหนียว และความเปราะ
ความเหนียว และความเปราะจะเป็นปฏิปักษ์ต่อกัน ตรงกันข้ามกันเสมอ คุณสมบัติของทั้งคู่จะถูกนำมาศึกษาในการเรียนรู้เกี่ยวกับความเหนียวของวัสดุ ถ้าวัสดุทดสอบสามารถยืดได้ค่อนข้างมากก่อนที่มันจะขาดออกจากกัน เราเรียกว่า วัสดุนั้นมีความเหนียว ในทางกลับกันถ้าวัสดุมีการยืดตัวได้น้อย และขาดออกจากกัน แสดงถึง วัสดุนั้นมีความเปราะ หรือมีความเหนียวน้อย
รูปการเปรียบเทียบวัสดุเหนียวกับวัสดุเปราะวัสดุที่มีความเหนียวจะยืดได้มากกว่าวัสดุเปราะ ก่อนที่วัสดุจะขาด
กราฟความเค้น และความเครียดเพื่อเปรียบเทียบวัสดุเหนียว กับวัสดุเปราะ
วิดีโอการทดสอบดึงแท่งทองเหลือง
ในการผลิตโลหะออกมาใช้งานเกือบทั้งหมด เราต้องการคุณสมบัติความเหนียวของโลหะมากกว่าความเปราะ วัสดุที่เหนียวสามารถทนทานต่อการกระแทกที่หนักได้ดีกว่า และสามารถซึมซับพลังงานก่อนที่จะเกิดความเสียหายได้มากกว่าวัสดุที่มีความเปราะ
วัสดุที่มีความเปราะปกติแล้วจะมีความแข็งแกร่งกว่าวัสดุเหนียว แต่ในปัจจุบันก็ไม่เสมอไป เมื่อเทคโนโลยีทางด้านโลหะวิทยามีมากขึ้น วัสดุเหนียวก็ถูกผลิตมาให้มีความทนทานต่อการยืดตัว (แข็งแกร่ง) ที่สูงกว่า
รูปแก้วเป็นตัวอย่างวัสดุเปราะ
รูปอลูมิเนียม และยางเป็นตัวอย่างวัสดุเหนียว
ตัวอย่างของวัสดุเหนียว เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ, อลูมิเนียม, ยาง ฯลฯ
ส่วนตัวอย่างของวัสดุเปราะเช่น เหล็กหล่อ, แก้ว ฯลฯ
วิดีโอการทดสอบความเหนียวของวัสดุอย่างง่าย
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“บางคนฝันที่จะประสบความสำเร็จอย่างสวยหรู
ในขณะที่บางคนกำลังลงมือกระทำ”
