การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 1 of 8
   เฟสไดอะแกรมอง เหล็ก - คาร์บอน ในรูปภาพ สัดส่วนผสมไปสิ้นสุดที่  7 % คาร์บอน  เลขเปอร์เซนต์ที่มากกว่านี้ เฟสไดอะแกรมมีความซับซ้อนไม่ขอกล่าวถึง

   เหล็กกล้าเป็นโลหะที่สำคัญยิ่งทางวิศวกร   เราจะแทนเฟสแต่ละเฟสด้วยอักษรกรีก

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 2 of 8
   เฟสแกมม่า เรียกชื่อใหม่ว่า  ออสเทนไนท์

   ออสเทนไนท์  เป็นสารละลายของแข็ง  ดำรงสถานะอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูง  มีรูปผลึกแบบ FCC  (  Face center cubic ) 

   เฟสแอลฟ่า เรียกใหม่ว่า เฟอร์ไรท์

   เฟอร์ไรท์  มีรูปผลึกแบบ  BCC  (Body center cubic)  มีความหนาแน่นน้อยกว่า FCC  

   Fe3เรียกว่า ซีเมนไทท์   ประกอบด้วย  คาร์บอน  6.67 %  โดยน้ำหนัก   ส่วนของแข็งยูเทคติก ประกอบด้วย  แอลฟ่า ซีเมนไทท์  เรียกชื่อใหม่ว่า เพิร์ลไลท์

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 3 of 8
   เพื่อให้ง่ายแก่ความเข้าใจ  เราจะศึกษาเฉพาะบริเวณในเฟสไดอะแกรมดังนี้
  • Fe - C คาร์บอนต่ำกว่า  4 %
  • อุณหภูมิน้อยกว่า  1000 o C
การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 4 of 8
   เฟสไดอะแกรมของ  Fe-C  มีคาร์บอนต่ำกว่า  1.4 %  และอุณหภูมิน้อยกว่า  1000 o อยู่ในช่วงที่อัลลอยด์เป็นของแข็งทั้งหมด อย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงอยู่  ยังไม่ลดถึงอุณหภมิห้อง  จึงมีการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนผสมอยู่ตลอดเวลา 

    ปฏิกิริยายูเทคติกในของเหลว เมื่อมาเกิดกับของแข็ง  ให้เปลี่ยนชื่อใหม่เป็น ปฏิกิริยายูเทคตอย  

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 5 of 8
   ของผสม  Fe - 0.83 wt % C  จะเกิดปฏิกิริยายูเทคตอยที่อุณหภูมิ 723ºC:
  • austenite > ferrite+cementite
  • gamma > alpha + Fe3C

     ของแข็งยูเทคตอยมีโครงสร้างแบบ Lamella

โครงสร้างทางจุลภาค

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 6 of 8
   ของผสม  Fe-1.3wt%C   อยู่ทางขวาของจุดยูเทคตอย  เรียกว่า  เหล็กกล้าไฮเปอร์ยูเทคตอย ( hypereutectoid steel)

   เริ่มต้นเย็นตัวผ่านอุณหภูมิ T2   ออสเทนไนท์บางส่วนเปลี่ยนเป็นซีเมนไทท์  ส่วนที่เหลือมีปริมาณเหล็กเพิ่มขึ้น เปลี่ยนแปลงไปตามเส้นของเหลว

   เมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิยูเทคตอย  ออสเทนไนท์ที่เหลือเกิดปฏิกิริยายูเทคตอย  และเปลี่ยนเป็นเพิร์ลไลท์ ( แอลฟ่า + ซีเมนไทท์)  

   ที่อุณหภูมิห้อง  โครงสร้างสุดท้ายประกอบด้วย  ซีเมนไทท์ที่เกิดขึ้นบริเวณขอบเกรน  และ ล้อมรอบด้วยเพิร์ลไลท์  (ยูเทคตอย)

โครงสร้างทางจุลภาค

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 7 of 8
decarburised parent steel
    ชิ้นงานตัวอย่างของเหล็กกล้า ไฮเปอร์ยูเทคตอย  ภาพทางขวาเห็นซีเมนไทท์(สีดำ) ปรากฎขึ้นอย่างชัดเจนที่ขอบเกรน  แต่เมื่อผ่านกระบวนการ  Decarburization  โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น  ทำให้คาร์บอนหลุดออกจากผิว  ซีเมนไทท์หายไป ปรากฎเป็นภาพทางซ้าย

    บางครั้งเราต้องการให้ผิวด้านนอกของเหล็กกล้าแข็งขึ้น  ให้นำชิ้นงานไปไว้ในห้องที่มีไอของคาร์บอนมากๆ  และเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น  คาร์บอนจะแพร่เข้าไปในผิว    กระบวนการดังกล่าวนี้ตรงกันข้ามกับกระบวนการบน เรียกว่า Carburizing

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) page 8 of 8
    คุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า  พิจารณาได้จากปริมาณของคาร์บอน  ถ้ายิ่งมีมาก  เหล็กจะแข็งและเปราะ 

    ความแข็งแรงของเหล็กกล้าจะเพิ่มขึ้น  ถ้าเป็นของแข็งยูเทคติกและยูเทคตอย   แต่ถ้ามีซีเมนไทท์ผสมอยู่มาก มันจะเปราะและแตกหักง่าย

เฟสไดอะแกรมช่วยให้เราเช้าใจคุณสมบัติเชิงกลของโลหะเมือปริมาณของคาร์บอนเปลี่ยนไป  และยังช่วยให้เราสามารถเลือกเหล็กกล้าที่เหมาะสมกับการใช้งานได้
การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) ข้อมูลเพิ่มเติม
โครงสร้างทางจุลภาคของ  Fe-0.83wt%C

    ในรูปภาพได้จากการเตรียมตัวอย่างโดยการกัดด้วย  alkaline sodium  picrate (เป็นสารที่อันตรายมาก   และระเบิดได้)  ทำให้ผิวของซีเมนไทท์ปรากฎเป็นสีน้ำตาลดำ  ส่วนฟอร์ไรท์ไม่ทำปฏิกิริยาเป็นสีเดิม

การแข็งตัวของเหล็กกล้า (Fe-C) ข้อมูลเพิ่มเติม
โครงสร้างทางจุลภาคของ Fe-1.3wt%C

    ในรูปภาพได้จากการเตรียมตัวอย่างโดยการกัดด้วย  alkaline sodium  picrate (เป็นสารที่อันตรายมาก   และระเบิดได้)  ทำให้ผิวของซีเมนไทท์ปรากฎเป็นสีน้ำตาลดำ  ส่วนฟอร์ไรท์ไม่ทำปฏิกิริยาเป็นสีเดิม

 

นำมาจาก   ฟิสิกส์ของวัสดุ   ของอาจารย์ ศุภสโรช   หมื่นสิทธิ์ ต้องขอขอบคุณมากครับ

อ่านหนังสือ

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

โลหะวิทยา