เมนูหน่วยเรียน

แนะนำบทเรียน
โครงสร้างอะตอม
ภาวะการเกิดแรงในอะตอม
ลักษณะโครงสร้างอะตอม
ระบบผลึก
โครงสร้างผลึกและสเปชแลททิช
ระบบโครงสร้างผลึกมาตรฐาน
สเปชแลททิช
การเกิดเกรนและตกผลึกของโลหะ
สถานะของสะสาร
สรุปท้ายบทเรียน
แบบทดสอบท้ายบทเรียน
อ้างอิง
ที่ปรึกษาและผู้สร้าง

 

 

 
การเกิดเกรน และการตกผลึกของโลหะ

(Grain and Grain Boundary)

       

     ในสภาวะที่โลหะบริสุทธิ์แข็งตัว ผลึกแต่ละผลึกจะเริ่มแข็งแรงตัวจากนิวเคลียส หรือจากจุดศูนย์กลางของผลึกก่อน นิวเคลียส คือ ผลึกเล็ก ๆ ที่ก่อตัวขึ้นเป็นผลึกแรก ซึ่งการก่อตัวของนิวเคลียสนี้ อาจจะก่อตัวขึ้นหลาย ๆ จุดพร้อม ๆ กันและจากนั้นผลึกจะโตขึ้นเรื่อย ๆ จากการจับตัวกันเพิ่มขึ้นของอะตอม ที่เข้ารวมตัวกันตามรูปทรงของผลึกของโลหะนั้น ๆ การรวมตัวกันของอะตอมจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วพร้อม ๆ กันกับการเย็นตัวของโลหะ ซึ่งการจับยึดตัว ของอะตอมต่อไปเรื่อย ๆ เช่นนี้ เรียกว่า “Dendrite” การเจริญเติบโตของ Dendrite จะแผ่ขยายออกไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งโลหะนั้นแข็งตัวหมดจึงจะหยุดการเจริญเติบโต
Dendrite ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นนั้นเป็นอิสระไม่ขึ้นต่อกัน มันจะขยายตัวออกไปจนกระทั่งแขนงขยายตัวแผ่ออกไปชนกับแขนงของตัวข้างเคียง ซึ่งหมายถึงการเจริญเติบโตของผลึกสิ้นสุดลงในช่วงนี้ของโลหะก็จะแข็งตัวหมดพอดี ผลึกแต่ละผลึกจะมีขนาดไม่เท่ากันเนื่องจากการเติบโตของ Dendrite แต่ละตัวเป็นอิสระไม่ขึ้นต่อกัน
จากการที่ผลึกแต่ละผลึกไม่เท่ากันนี้เอง ทำให้มีลักษณะเป็นเส้นแบ่งเขตแดนของเกรนแต่ละเกรนซึ่งเรียกว่า Grain Boundary

รูปแสดงการเกิด Grain และ Grain Boundary ในสภาวะการตกผลึกของโลหะ
        a) นิวเคลียสเริ่มก่อตัวเล็ก ๆ ตามตำแหน่งต่าง ๆ
        b) จากผลึกขยายตัวเป็น Dendrite ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ
        c) Dendrite แต่ละตัวแผ่ขยายใหญ่จนแขนง (Terfiary Arm) ของแต่ละตัวเกือบจะชนกัน
        d) Dendrite แต่ละตัวแผ่ขยายใหญ่จนแขนงของแต่ละตัวชนกันผลึกเริ่มหยุดก่อตัว

        e) เกิดเป็น Grain Boundary บริเวณขอบผลึก

 

การเกิดเกรนของโลหะผสม

        เมื่อโลหะผสม A และ B เริ่มแข็งตัว โลหะที่มีจุดหลอมตัวสูงกว่าย่อมแข็งตัวก่อน เมื่อโลหะที่จุดหลอมตัวสูงแข็งตัวจับเป็นเกรนหมดแล้ว โลหะที่มีจุดหลอมตัวต่ำกว่าจึงเริ่มแข็งตัวบ้าง ดังนั้นเกรนที่เกิดขึ้นของโลหะผสมจึงเป็นเกรนของโลหะที่แตกต่างกัน บางเกรนอาจสลับกันอยู่บางเกรนอาจติดกันก็ได้ รูปแบบการจัดเรียงตัวไม่แน่นอน


รูปแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงสถานะของโลหะผสม

รูปแสดงลักษณะการเกิดเกรนตามภาวะการเย็นตัว


การแยกตัวของสารมลทิน (Segregation of Impurity)

        โลหะที่พบเห็นและนำมาใช้งาน ส่วนใหญ่แล้วจะเป็นโลหะบริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมักจะมีสิ่งอื่น ๆ เจือปนอยู่ด้วย เสมอ ซึ่งสิ่งเจือปนเหล่านี้เรียกว่า สารมลทิน (Impurity) สารมลทินเหล่านี้จะมีจุดหลอมตัวต่ำกว่าเนื้อโลหะบริสุทธิ์นั้น ๆ
ขณะที่โลหะแข็งตัว ลักษณะ Dendrite อะตอมของโลหะบริสุทธิ์จะเริ่มจับตัวก่อนเนื่องจากมีจุดหลอมตัวสูงกว่า เมื่อจับตัวใหญ่ขึ้นก็จะไล่พวกสารมลทินซึ่งยังเหลวตัวอยู่ให้หนีออกไปบริเวณผลึก ดังนั้นเมื่อโลหะแข็งตัวหมดสารมลทินจะมารวมตัวกันอยู่บริเวณ Grain Boundary

รูปแสดงการแยกตัวของสารมลทินออกจากผลึกโลหะ

        ดังนั้นบริเวณ Grain Boundary ของโลหะที่ไม่บริสุทธิ์ จึงมีความแข็งแรงน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ Grain Boundary ของโลหะบริสุทธิ์ การแตกหักของโลหะที่ไม่บริสุทธิ์จะแตกหักตามแนว Grain Boundary เราเรียกการแตกหักแบบนี้ว่า Inter Crystalline Failure
โลหะบริสุทธิ์บริเวณ Grain Boundary จะมีความแข็งแรงกว่าแบบไม่บริสุทธิ์ โอกาสจะแตกตามแนว Grain Boundary จึงมีน้อย ส่วนใหญ่จะแตกตามแนวแรงที่มากระทำ เรียกรอยแตกหักแบบนี้ว่า Tran Crystalline Failure

รูปแสดงการแตกหักในเนื้อโลหะ
        a) การแตกหักแบบ Tran Crystalline Failure
        b) การแตกหักแบบ Inter Crystalline Failure

กลับสู่สารบัญการเรียนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

กลับสู่หน้าแรกของโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

 

 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

การเรียนฟิสิกส์ 2 ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

นำมาจาก  http://elect.ripb.ac.th/WebAtom/Home.htm