บทที่ 8 ไดอะแกรมแสดงสถานะ PHASE DIAGRAMS

1. บทที่ 8ไดอะแกรมแสดงสถานะPHASE DIAGRAMS เนื้อหา • ชนิดของสารละลายของแข็ง • ค่าจำกัดของการละลาย • ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ปริมาณส่วนประกอบและสถานะ • เฟสไดอะแกรมแบบต่างๆ และลักษณะจุลโครงสร้างที่เกิดขึ้น • เฟสไดอะแกรมของเหล็ก-คาร์บอน 1

2. ชนิดของสารละลายและลักษณะทางสถานะที่เกิดขึ้นชนิดของสารละลายและลักษณะทางสถานะที่เกิดขึ้น 2

3. ค่าจำกัดของการละลาย(SOLUBILITY LIMIT) •Solubility Limit: ค่าความเข้มข้นสูงสุดสำหรับการ เกิดสารละลาย ตัวอย่าง : ความเข้มข้นสูงสุดของน้ำตาลในสารละลายน้ำและน้ำตาลที่ 20c เท่ากับ 65wt% sugar Co < 65wt% sugar: sugar Co > 65wt% sugar: syrup + sugar. ค่าจำกัดในการละลาย เพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิ เพิ่มขึ้น 3

4. ส่วนประกอบและสถานะ(COMPONENTS AND PHASES) ส่วนประกอบ คือ ธาตุ หรือสารประกอบเริ่มต้นของสารละลาย เช่น Alและ Cu สถานะ คือ ลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของสารที่มีละกษณะเป็นเนื้อเดียวกัน เช่น เฟส และ  เฟส Aluminum- Copper Alloy 4

5. ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิปริมาณส่วนประกอบและสถานะความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิปริมาณส่วนประกอบและสถานะ • การเปลี่ยนแปลง T ทำให้จำนวนเฟสเกิดการเปลี่ยนแปลง : A ไปยัง B • การเปลี่ยนแปลง C0ทำให้จำนวนเฟสเกิดการเปลี่ยนแปลง : B ไปยัง D water-sugar system 5

6. PHASE DIAGRAMS กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง T, C0และ P (Phase) Phase DiagramสำหรับระบบCu-Ni 6

7. จำนวนและชนิดของเฟส • ถ้ารู้ อุณหภูมิ และ ความเข้มข้นของส่วนประกอบ ดังนั้นจะทราบ จำนวนและชนิดของเฟสที่เกิดขึ้น ตัวอย่าง A : ที่อุณหภูมิ 1100c, 60wt% Ni จะมี 1 เฟส คือ ของแข็ง  B : ที่อุณหภูมิ 1250c, 35wt% Ni จะมี 2 เฟส คือ ของเหลว และของแข็ง  7

8. LEVER RULE • ผลรวมของอัตราส่วนโดยน้ำหนัก • การอนุรักษ์มวลของ Ni • ดังนั้นจากสมการทั้งสอง 8

9. การหาอัตราส่วนโดยน้ำหนักในแต่ละเฟสการหาอัตราส่วนโดยน้ำหนักในแต่ละเฟส • ถ้ารู้ อุณหภูมิ และ ความเข้มข้นของส่วนประกอบ ดังนั้นจะทราบ ปริมาณของสารในแต่ละเฟส (wt%) = 27wt% 9

10. การหาปริมาณส่วนประกอบในแต่ละเฟสการหาปริมาณส่วนประกอบในแต่ละเฟส • ถ้ารู้ อุณหภูมิ และ ความเข้มข้นของส่วนประกอบ ดังนั้นจะทราบ ปริมาณของส่วนประกอบในแต่ละเฟส 10

11. การเย็นตัวของสารละลายCu-Niการเย็นตัวของสารละลายCu-Ni • •binary • 2 components: • Cu and Ni. • isomorphous • ละลายด้วยกันอย่างสมบูรณ์ทั้งในสถานะของเหลวและของแข็งa Co = 35wt%Ni. 11

12. คุณสมบัติทางกล:Cu-Ni System ค่า TS และความเหนียวของสารละลายของแข็งทองแดงและนิเกิลขึ้นกับอัตราส่วนความเข้มข้นของสาร Tensile strength (TS) Ductility (%EL,%AR) --Peak as a function of Co --Min. as a function of Co 12

13. BINARY-EUTECTIC SYSTEMS EUTECTIC = ค่าอัตราส่วนเฉพาะ ที่จุดหลอมเหลวต่ำสุด • ตัวอย่าง : สารละลาย Cu-Ag • มีเฟสที่เกิดขึ้น 3 ชนิด คือ ของเหลว Lของแข็ง  และของแข็ง  •  ประกอบด้วย Cuเป็นส่วนใหญ่ •  ประกอบด้วย Agเป็นส่วนใหญ่ อุณหภูมิยูเทคติค (TE) - ไม่มีเฟสของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า TE ความเข้มข้นยูเทคติค (CE) - อัตราส่วนของสารละลายที่ให้ค่าจุดหลอมเหลวต่ำสุด 13

14. Pb-Sn EUTECTIC SYSTEM (1) • อัลลอยย์ 40wt%Sn-60wt%Pbที่ 150c จงหา • เฟสที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมินี้ → + • ปริมาณ (%) – ของแต่ละเฟส • ความเข้มข้นของ Sn ในแต่ละเฟส • C= 11wt%Sn , 89wt%Pb • C= 99wt%Sn , 1wt%Pb 14

15. จุลโครงสร้าง(Microstructure)ในระบบEutectic I ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงจุลโครงสร้าง เนื่องจากการลดอุณหภูมิของสารละลาย Sn-Pbจากเฟสของเหลว มายังเฟสของแข็ง ที่ 2wt%Sn ผลที่ได้คือ โครงสร้างหลายผลึกแบบ  (polycrystal of a grains) 15

16. จุลโครงสร้าง(Microstructure)ในระบบEutectic II ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงจุลโครงสร้าง เนื่องจากการลดอุณหภูมิของสารละลาย Sn-Pbจากเฟสของเหลว มายังเฟสของแข็ง ที่ 2wt%Sn<C0<18.3 wt%Sn ผลที่ได้คือ โครงสร้างหลายผลึกแบบ  (polycrystal of a grains) และตะกอนของ  16

17. จุลโครงสร้าง(Microstructure)ในระบบEutectic III จุลครงสร้างแบบยูเทคติค– เกิดชั้นผลึกแบบ  สลับกับชั้นผลึกแบบ  ของสารละลายความเข้มข้นเท่ากับ cEและอุณหภูมิต่ำกว่า TE 17

18. จุลโครงสร้าง(Microstructure)ในระบบEutectic VI • เกิดผลึก  และผลึกแบบ ยูเทคติค 18

19. HYPOEUTECTIC และHYPEREUTECTIC Hypoecutecticมีความเข้มข้นต่ำกว่า cEHypereutecticมีความเข้มข้นสูงกว่า cE 19

20. สารละลายของแข็งแบบIntermediate 20

21. สารประกอบแบบIntermediateหรือ สารประกอบแบบintermetallic • ระบบของ โลหะ-โลหะ • ประกอบด้วย ยูเทคติคไดอะแกรม 2 ไดอะแกรม • - Mg - MgPb2 • - Mg2Pb - Pb 21

22. ปฏิกิริยาEutectoidและปฏิกิริยาPeritecticปฏิกิริยาEutectoidและปฏิกิริยาPeritectic • EUTECTOID = ของแข็ง  เปลี่ยนรูปเป็น  และ  (ที่จุดE) • EUTECTIC = ของเหลว L เปลี่ยนรูปเป็นของแข็ง และ  • PERITECTIC = ของเหลว L และของแข็ง  เปลี่ยนรูปเป็นของแข็ง  (ที่จุดP) 22

23. ไดอะแกรมของระบบ เหล็ก - คาร์บอน 23

24. เหล็ก - เหล็กคาร์ไบด์(Fe-Fe3C) 24

25. room temp ferrite,  iron BCC 0.022%Cmax soft,magnetic • 912 - 1394C austenite,  iron FCC 2.14%Cmax non-magnetic • 1395 - 1538C delta ferrite,  iron BCC Cementite max. %C => 6.7% = 100% Fe3C very hard, brittle not an equilibrium compound, can transform to  iron and graphite, addition silicon to cast iron accelerates cementite to graphite Steel => 0.008 – 2.14 wt%C Cast iron => 2.14 – 6.7 wt%C 25

26. เหล็กกล้า HYPOEUTECTOID Pearlite (eutectoid ferrite) + proeutectoid ferrite From 0.022 – 0.76 wt%C 26

27. Fraction of pearlite and proeutectoid  - T to U Fraction of  and cementite - T to X 27

28. เหล็กกล้าHYPEREUTECTOID Pearlite (eutectoid cementite) + proeutectoid cememtite From 0.76 – 2.14 wt%C 28