30 คุณสมบัติอื่น ๆ ของวัสดุ (จบบทที่ 4)
4.7 คุณสมบัติอื่น ๆ
4.7.1 น้ำหนัก และความหนาแน่น
น้ำหนัก (Weight) คือ ผลคูณระหว่างมวลของวัตถุ (m: kg) กับ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g: kg/m2) (ค่า g จะเปลี่ยนไปตามดวงดาวซึ่งจะมีแรงดึงดูดไม่เท่ากัน เช่น ค่า g ของโลกเฉลี่ยก็คือ 9.81 m/s2 ส่วนดาวดวงอื่น เช่น ดวงจันทร์ = 0.165g, ดาวอังคาร = 0.377g, ดาวพฤหัส = 2.364g เป็นต้น) เขียนเป็นสมการได้ดังนี้
W = mg (4.14)
หน่วยที่ใช้กับน้ำหนักก็คือ นิวตัน (Newton: N) น้ำหนักเป็นคุณสมบัติหนึ่งที่สำคัญของวัสดุ ในงานด้านโลหะจะนำคุณสมบัติด้านนี้มาใช้ประโยชน์ได้มากมายในการเลือกใช้วัสดุให้เหมาะกับงาน เช่น นำอลูมิเนียมมาเป็นส่วนประกอบของเครื่องบินเพื่อลดน้ำหนัก, นำแมกนีเซียมมาทำล้อแม็กในรถยนต์เพื่อให้ล้อมีน้ำหนักเบา และมีความแข็งแกร่ง, นำเหล็กหล่อมาทำฐานเครื่องจักรก็เพื่อความแข็งแรง และราคาไม่แพง ฯลฯ
รูปอากาศยานที่มีอลูมิเนียมผสมเป็นส่วนประกอบโครงสร้างเพื่อให้อากาศยานมีน้ำหนักเบา
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
รูปล้อรถยนต์ทำจากแมกนีเซียมผสมเพื่อทำให้ล้อมีน้ำหนักเบา
ส่วนอัตราส่วนของมวล หรือน้ำหนักต่อปริมาตรของวัสดุเราเรียกว่า ความหนาแน่น (Density: m/V) หรือ น้ำหนักจำเพาะ (Specific weight: W/V) คำสองคำนี้แตกต่างกันตรงที่การนำไปใช้งาน
- น้ำหนักจำเพาะนั้นมักจะนำไปใช้ในงานทางวิชาการหน่วยที่ใช้ก็คือ นิวตันต่อลูกบาศก์เมตร (N/m3) หรือ ปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุต (lb/ft3)
- แต่ความหนาแน่นจะนำมาใช้ในทางปฏิบัติ หน่วยที่ใช้ก็คือ กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (kg/m3) หรือ ปอนด์มวลต่อลูกบาศก์ฟุต (lbm/ft3)
โดยทั้งสองมีความหมายเหมือนกัน
ตารางในรูป 4.8 แสดงความหนาแน่นในวัสดุชนิดต่างกัน
|
วัสดุ
|
ความหนาแน่น
(kg/m3)
|
|
เงิน
|
10,490
|
|
ดีบุก
|
7,310
|
|
ตะกั่ว
|
11,340
|
|
ทองคำ
|
19,300
|
|
ทองคำขาว
|
21,450
|
|
ทองแดง
|
8,960
|
|
ทังสเตน
|
19,250
|
|
ไทเทเนียม
|
4,507
|
|
แพลเลเดียม (Palladium)
|
12,023
|
|
แมกนีเซียม
|
1,740
|
|
ยูเรเนียม
|
19,050
|
|
เหล็ก
|
7,870
|
|
อลูมิเนียม
|
2,700
|
|
ออสเมียม
|
22,610
|
|
อิริเดียม
|
22,650
|
ตารางที่ 4.8 เปรียบเทียบความหนาแน่นวัสดุหลายชนิด
4.7.2 ความสึกหรอ
ความสึกหรอ (Wear) เป็นคุณสมบัติที่ไม่อยากให้เกิดขึ้นกับวัสดุเลย เพราะเมื่อวัสดุมันเกิดการสึกหรอขึ้นจะมีผลต่อการทำงานของชิ้นส่วนนั้น และปัญหาอาจจะลุกลามไปเป็นปัญหาใหญ่ได้ เพียงแค่มีการสึกหรอของวัสดุในขณะทำงานแม้เพียงเล็กน้อยเท่านั้นก็อาจทำให้เครื่องจักรกลเกิดความผิดพลาด หรือเสียหายได้
ความสึกหรอเป็นความสามารถต้านทานของโลหะ ต่อการที่โลหะกำลังเสื่อมลงอย่างช้า ๆ ปกติแล้วต้องใช้เวลาที่นานมาก การเสื่อมสภาพของวัสดุอาจสืบเนื่องมาจาก การเสียดสี, การเสียดทาน, การถูกัน, การเกิดรอยที่ชิ้นงาน, การขัด, การครูดกัน หรือจากการจับยึด นอกจากนี้แล้ว ยังมีสาเหตุอันเนื่องมาจากการกัดกร่อนแบบการเป็นหลุมก็ได้
ประเภทความสึกหรอ
-
การสึกหรอแบบปกติ (Normal wear) เกิดจากการเสียดสีของวัสดุที่มีเนื้อละเอียดสองชิ้นเสียดสีกันจนเกิดความสึกหรอ นี้ถือว่าเป็นการสึกหรือตามอายุการใช้งาน
รูปการสึกหรอปกติของแบริ่งเพลาข้อเหวี่ยง
-
การสึกหรอแบบการขัดถู (Abrasive wear) เกิดจากวัสดุถูกขีดข่วนด้วยวัสดุที่มีความหยาบกว่าขัดถูกับวัสดุที่มีความละเอียดจนเกิดรอยเล็ก ๆ
รูปการสึกหรอแบบขัดถู
-
การสึกหรอแบบเป็นแผล (Adhesive Wear) เกิดจากรอยบาก (Scoring), ขัดหยาบ (Galling), การขูดขีด (Scuffing), การยึดติด (Seizing) ของวัสดุจนเนื้อวัสดุบางส่วนที่สึกหรอหายไปจนเป็นแผลขนาดใหญ่
รูปการสึกหรอแบบเป็นแผล
-
การสึกหรอแบบเป็นหลุม (Pitting wear) เป็นการสึกหรอของวัสดุที่เกิดจากการเสียดสีจนเกิดเป็นหลุม เกิดจากการเสียดสีของวัสดุจนวัสดุร่อนออกจนเป็นหลุมกว้าง
รูปการสึกหรอแบบเป็นหลุมของฟันเฟือง
-
การสึกหรอแบบสึกกร่อน (Fretting wear) เกิดจากการถูกันซ้ำ ๆ ระหว่างพื้นผิววัสดุทั้งสองจนเกิดการสึกหรอขึ้นมา
รูปการสึกหรอแบบสึกกร่อนของสลักเกลียว
วิดีโอทดสอบการสึกหรอของใบพัดปั๊มน้ำ
วัสดุที่ต้านทานต่อการสึกหรอได้สูงจะขึ้นอยู่กับ ค่าความแข็งของวัสดุนั้น วัสดุที่แข็งจะทนทานต่อการสึกหรอมาก นอกจากนี้ การหล่อลื่น (Lubricant) ก็ช่วยให้วัสดุเกิดการสึกหรอลดน้อยลง รูปด้านล่างแสดงถึงการหล่อลื่นวัสดุที่เหมาะสม และที่ไม่เหมาะสมที่ทำกับวัสดุ
รูปการใช้น้ำมันหล่อลื่นเพื่อลดการสึกหรอของตลับลูกปืน
รูปการหล่อลื่นที่ไม่เหมาะสมสาเหตุอาจมาจากความสกปรกของน้ำมันหล่อลื่นจนทำให้ตลับลูกปืนเพลาล้อติด
4.7.3 ความสามารถในการกลึงไส
วัสดุแต่ละชนิดสามารถนำไปตัดเฉือนได้ ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของโลหะ เราเรียกคุณสมบัติเช่นนี้ว่า ความสามารถในการกลึงไส (Machinability)
คุณสมบัตินี้ กล่าวถึงการแปรรูปวัสดุให้มีรูปร่างต่าง ๆ ตามที่ต้องการ การตัดเฉือนวัสดุสามารถทำได้ด้วย การกลึง (Turning), การกัด (Milling), การไส (Planning or shaping), การเจาะ (Drilling), การเจาะคว้าน (Boring) และเครื่องมือกลประเภทอื่น ๆ
รูปงานกลึง
รูปงานกัด
วิดีโอความสามารถด้านการกลึงไสของวัสดุ
วัสดุโลหะแต่ละชนิด มีความสามารถในการกลึงไสไม่เท่ากัน ยกตัวอย่างเช่น อลูมิเนียม และแมกนีเซียม มีความอ่อน และความยืดหยุ่นสูงทำให้มีความสามารถในการกลึงไสด้วยเครื่องมือกลได้อย่างง่าย ๆ
ซึ่งตรงข้ามกับเหล็กกล้าผสม และเหล็กกล้าแข็ง มีความแข็ง และตัดเฉือนยากทำให้การกลึงไสด้วยเครื่องมือกลนั้นทำได้ยากกว่า
4.7.4 ความสามารถในการเชื่อม
รูปการเชื่อมของโลหะ
ความสามารถในการเชื่อม (Weldability) เป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งของวัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่เป็นโลหะ วัตถุประสงค์ของการเชื่อมก็เพื่อให้ชิ้นส่วนวัสดุชนิดเดียวกัน สองชิ้นเกิดการหลอมติดกัน
การเชื่อมวัสดุโลหะในปัจจุบันนั้นมีหลายประเภท ยกตัวอย่างเช่น การเชื่อมอาร์ค (Arc welding), การเชื่อมมิก (MIG welding), การเชื่อมติ๊ก (TIG welding) และการเชื่อมแก๊ส (Gas welding) ฯลฯ
รูปการเชื่อมอาร์ค
รูปการเชื่อมมิก
รูปการเชื่อมติ๊ก
รูปการเชื่อมแก๊ส
วิดีโอความสามารถของวัสดุในด้านการเชื่อมโลหะ
4.8 ตารางการเปรียบเทียบคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุ
เป็นการเปรียบเทียบที่น่าสนใจในคุณสมบัติที่ต่างกันของโลหะ ตารางที่ 4.9 เปรียบเทียบคุณสมบัติของเหล็กกล้า, เหล็กหล่อ, เหล็กบริสุทธิ์ (เหล็กดัด) (Wrought iron), อลูมิเนียม, ทองแดง, สังกะสี, ตะกั่ว, นิกเกิล, ดีบุก, ไทเทเนียม, ทังสเตน และอื่น ๆ ดังนี้
|
วัสดุโลหะ
|
ความถ่วงจำเพาะ
|
ค่ายังโมดูลัส
(E)
|
ค่าโมดูลัสเฉือน
(G)
|
โมดูลัสความจุ (Bulk modulus)
|
อัตราส่วนปัวซอง
|
การนำความร้อนที่
(0°C)
|
สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น
|
จุดหลอมเหลว
|
ความเค้นพิสูจน์/ครากตัว
|
ความเค้นสูงสุด
|
ความต้านทานไฟฟ้าที่
(20°C)
|
|
|
|
GPa
|
GPa
|
GPa
|
|
W / (m .K)
|
x10-6/ °C
|
K
|
x 107Pa
|
x 107Pa
|
x10-8 W
|
|
แคดเมียม(Cadmium)
|
8.65
|
55.16
|
|
|
|
92
|
30
|
594
|
|
|
7.4
|
|
โคบอลต์(Cobalt)
|
8.9
|
206.8
|
|
|
|
69
|
12
|
1,768
|
|
|
9
|
|
โครเมียม(Chromium)
|
7.2
|
248.2
|
|
|
|
91
|
6
|
2,133
|
|
|
13
|
|
เงิน (Silver)
|
10.50
|
72.39
|
28.0
|
100
|
0.37
|
427
|
19
|
1,234
|
5.5-30
|
14-38
|
1.59
|
|
ซิลิกอน (Silicon)
|
2.33
|
110.3
|
|
|
|
83.5
|
3
|
1,684
|
|
|
100,000
|
|
เซลิเนียม (Selenium)
|
4.8
|
57.92
|
|
|
|
0.5
|
37
|
490
|
|
|
12.0
|
|
โซเดียม (Sodium)
|
0.97
|
|
|
|
|
134
|
70
|
370.98
|
|
|
4.2
|
|
ดีบุก (Tin)
|
7.31
|
41.37
|
17.
|
52
|
0.33
|
67
|
20
|
505
|
0.9-1.4
|
1.5-20
|
11.0
|
|
ตะกั่ว (Lead)
|
11.35
|
13.79
|
6
|
|
0.43
|
35.2
|
29
|
600.7
|
|
1.5-1.8
|
20.6
|
|
ทองคำ (Gold)
|
19.32
|
74.46
|
28.0
|
167
|
0.42
|
315
|
14.2
|
1,336
|
0-21
|
11-23
|
2.35
|
|
ทองคำขาว(Platinum)
|
21.45
|
146.9
|
61.0
|
240
|
0.39
|
73
|
9
|
2,043
|
1.5-18
|
12.5 -20
|
10.5
|
|
ทองแดง(Copper)
|
8.96
|
117.2
|
46
|
130
|
0.36
|
398.0
|
16.6
|
1,357
|
4,7-32
|
20-35
|
1,673
|
|
ทอเรียม(Thorium)
|
11,7
|
58,61
|
|
|
0.27
|
41
|
12
|
2,023
|
|
|
18
|
|
ทังสเตน(Tungsten)
|
19.3
|
344.7
|
140
|
|
0.28
|
178
|
4.5
|
3,673
|
|
100-400
|
5.65
|
|
แทนทาลัม (Tantalum)
|
16.6
|
186.2
|
|
|
0.35
|
57.5
|
6.5
|
3,253
|
|
34-93
|
12.4
|
|
ไทเทเนียม(Titanium)
|
4.54
|
110.3
|
41.0
|
110
|
0.3
|
22
|
8.5
|
1,943
|
2-50
|
25-70
|
43
|
|
นิกเกิล (Nickel)
|
8.9
|
213.7
|
79.0
|
176
|
0.31
|
90.5
|
13
|
1,726
|
14-66
|
48-73
|
6.85
|
|
ไนโอเบียม (Niobium)
|
8.57
|
103.4
|
|
|
|
53
|
7
|
2,740
|
|
|
13
|
|
บิสมัท(Bismuth)
|
9.75
|
31.72
|
|
|
0.33
|
8.4
|
13
|
544
|
|
|
115
|
|
เบริลเลียม(Beryllium)
|
1.85
|
289.6
|
|
|
0.027
|
218.0
|
12
|
1,558
|
|
|
4.0
|
|
ปรอท (Mercury)
|
13.546
|
|
|
|
|
8.39
|
|
234.29
|
|
|
98.4
|
|
พลวง(Antimony)
|
6.69
|
77.91
|
|
|
|
18.5
|
9
|
903
|
|
|
41.8
|
|
พลูโตเนียม(Plutonium)
|
19.84
|
96.53
|
|
|
0.18
|
8
|
54
|
913
|
|
|
141.4
|
|
โพแทสเซียม(Potassium)
|
0.86
|
|
|
|
0.39
|
99
|
83
|
336.5
|
|
|
7.01
|
|
แมกนีเซียม(Magnesium)
|
1.74
|
44.13
|
|
|
0.35
|
156
|
25
|
923
|
|
|
4.45
|
|
แมงกานีส(Manganese)
|
7.34
|
158.6
|
|
|
|
|
22
|
1,517
|
|
|
185
|
|
โมลิบดีนัม(Molybdenum)
|
10.22
|
275.8
|
|
|
0.32
|
138
|
5
|
2,893
|
|
|
5.2
|
|
ยูเรเนียม(Uranium)
|
18.8
|
165.5
|
|
|
0.21
|
25
|
13.4
|
1,405
|
|
|
30
|
|
โรเดียม(Rhodium)
|
12.41
|
289.6
|
|
|
|
150
|
8
|
2,238
|
|
|
4.6
|
|
วาเนเดียม(Vanadium)
|
6.1
|
131.0
|
|
|
|
60
|
8
|
2,173
|
|
|
25
|
|
สังกะสี(Zinc)
|
7.0
|
82.74
|
36.0
|
100
|
0.35
|
121
|
35
|
692.7
|
|
11-20
|
5.92
|
|
เหล็ก (Iron)
|
7.87
|
196.5
|
76
|
|
0.3
|
80.3
|
12
|
1,809
|
16
|
35
|
9.7
|
|
เหล็กกล้า เนื้ออ่อน(Steel (Mild))
|
7.8
|
210
|
80
|
|
0.3
|
50
|
12
|
1,630-1,750
|
20-40
|
30-50
|
10
|
|
อลูมิเนียม(Aluminum)
|
2.7
|
68.95
|
26
|
75.0
|
0.33
|
237
|
25
|
933
|
3-14
|
6-14
|
2.655
|
|
ออสเมียม(Osmium)
|
22.57
|
551.6
|
|
|
|
61
|
5
|
3,298
|
|
|
9
|
|
อิริเดียม(Iridium)
|
22.42
|
517.1
|
|
|
|
147
|
6
|
2,723
|
|
|
5.3
|
ตารางที่ 4.9 เปรียบเทียบคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุที่เป็นโลหะ
จบบทที่ 4 คุณสมบัติวัสดุ
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“คุณลงมือทำในสิ่งที่คุณสนใจ
อย่างน้อยก็จะมีคนคนหนึ่งล่ะที่พอใจ”
