ถาม – ตอบ โลหะวิทยา

  1. โลหะวิทยา (Metallurgy)หมายถึงอะไร

ตอบ   หมายถึง  ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับโลหะ ซึ่งอธิบายถึงวิธีการแยกแยะแบ่งประเภทโลหะ กรรมวิธีการทำสินแร่ให้เป็นโลหะบริสุทธิ์ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรม ความรู้แขนงนี้ถือเป็นหัวใจสำคัญในการศึกษาเกี่ยวกับโลหะต่าง ๆ นอกเหนือไปจากนี้ วิชาโลหะวิทยายังศึกษาเกี่ยวกับ คุณสมบัติ, พฤติกรรม และโครงสร้างภายในของโลหะ เมื่อศึกษาทำความเข้าใจเสร็จแล้ว ก็สามารถนำมาใช้ประยุกต์ได้ ผลที่ได้จะสามารถสร้างคุณสมบัติที่เหมาะสมของโลหะเพื่อนำไปใช้งานเฉพาะทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ

  1. โลหะ จำแนกออกเป็นกี่ชนิด อะไรบ้าง

ตอบ   แบ่งออกได้เป็น 2  ชนิด คือ

1.โลหะจำพวกเหล็ก

2.โลหะนอกจำพวกเหล็ก

  1. โลหะจำพวกเหล็กแบ่งออกเป็นกี่ชนิด  อะไรบ้าง

ตอบ  3 ชนิดคือ

1.เหล็กดิบ

เหล็กดิบเป็นผลผลิต ที่ได้มาจากเตาสูง หรือเรียกว่า เตาบลาสต์เฟอร์เนซ (Blast Furnace) โดยการถลุงสินแร่เหล็ก ความร้อนที่ใช้ในการถลุงนั้นได้มาจากการเผาไหม้ของถ่านโค้ก (Coke) โดยมีลมร้อนเป็นสิ่งที่ช่วยในการเผาไหม้ ทั้งนี้เพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงยิ่งขึ้น โดยให้ความร้อนสูงได้ถึง 3000 °F หรือประมาณ 1649 °C ซึ่งในระดับอุณหภูมิดังกล่าวนี้ สามารถหลอมละลายสินแร่ต่าง ๆ ได้ และสิ่งสำคัญ อีกประการหนึ่งก็คือ สิ่งสกปรกซึ่งในกระบวนการหลอมละลายสินแร่ด้วยเตาสูงนั้น จะมีสิ่งสกปรกเกิดขึ้น ซึ่ง เราเรียกว่า สแลก (Slag) ซึ่งต้องกำจัดออกจากน้ำโลหะ ก่อนนำโลหะนั้นไปเทลงสู่แบบหล่อสำหรับวัตถุดิบที่ใช้ถลุงเหล็กดิบนั้น ได้แก่ สินแร่เหล็ก หินปูน ถ่านโค้ก และเหล็กใช้ซ้ำ ซึ่งจะถูกบรรจุลงในเตาสูง

2.เหล็กหล่อ

เหล็กหล่อเป็นเหล็กที่รู้จักและใช้กันอย่างแพร่หลายมาเป็นระยะเวลานาน เหล็กหล่อคล้ายกับเหล็กกล้า (Steel) ก็ตรงที่เหล็กหล่อนั้นเป็นเหล็กที่มีธาตุคาร์บอนผสมอยู่เช่นเดียวกัน และสามารถศึกษาโครงสร้างจากแผนภาพสมดุล (Equilibrium Diagram)ใน รูป ก็เช่นเดียวกัน เพียงแต่ว่าปริมาณของคาร์บอนในเหล็กหล่อ จะมีมากกว่าในเหล็กกล้า คือมีคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 2 % – 6.67 % ในอุตสาหกรรม เหล็กหล่อ โดยทั่วไปแล้ว จะมีคาร์บอนอยู่ ร้อยละ 2.5% – 4 % ถ้าปริมาณคาร์บอนมากกว่านี้เหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติทางด้านความเหนียว (Ductility) คือเปราะ และแตกหักได้ง่ายเมื่อถูกแรงกระแทก ปกติ
เหล็กหล่อส่วนมากจะขาดคุณสมบัติทางด้านความเหนียวเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าจึงไม่สามารถขึ้นรูปด้วยการรีดหรือการดึงขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงได้การขึ้นรูปเหล็กหล่อที่อุณหภูมิสูงนั้นทำได้ยาก แต่วิธีที่ใช้ในการขึ้นรูปถึงแม้ว่ารูปร่างจะซับซ้อน ก็สามารถทำได้ โดยการหลอมเหล็กให้ละลาย แล้วเทลงแบบหล่อที่ทำด้วยทราย หรือวัสดุทนความร้อน จึงได้ชื่อตามกรรมวิธีการขึ้นรูปว่า เหล็กหล่อ หลังจากหล่อ รูปร่าง ได้ใกล้เคียงกับขนาดที่ต้องการแล้ว จึงนำมาทำการกลึง ไส ตัด และเจาะ แม้ว่าเหล็กหล่อส่วนใหญ่จะให้คุณสมบัติความเค้นแรงดึงสูงสุด ต่ำ และขาดคุณสมบัติทางด้าน ความเหนียว แต่เหล็กหล่อมีราคาถูกว่า มีจุดหลอมตัวต่ำ สามารถขึ้นรูปได้รูปร่างง่ายกว่าเหล็กกล้า และยังสามารถปรับคุณสมบัติต่าง ๆ โดยการเติมธาตุผสมที่เหมาะสม และการอบชุบที่ดีจะทำให้ คุณสมบัติของเหล็กหล่อนั้นเปลี่ยนแปลงได้อย่างกว้างขวาง จนเหล็กหล่อบางชนิดมีคุณสมบัติใกล้ ้เคียงกับเหล็กกล้าทำให้ในการพัฒนาอุสาหกรรมเหล็กหล่อ เป็นไปอย่างกว้างขวาง รวมทั้งปริมาณการผลิตเหล็กหล่อ ก็เพิ่ม ปริมาณขึ้นอย่างรวดเร็ว

3.เหล็กกล้า

เหล็กกล้าเป็นเหล็กที่ถูกนำไปใช้ในงานต่าง ๆ มากมาย ทั้งนี้เนื่องจากเหล็กกล้านั้นมีคุณสมบัติในการรับแรงต่างๆ ได้ดี เช่น แรงกระแทก(Impact Strength) แรงดึง (Tebsile Strength) แรงอัด (Compressive Strength) และแรงเฉือน (Shear Strength) ซึ่งธาตุผสมส่วนใหญ่จะเป็นทั้งโลหะและอโลหะ เช่น โมลิบดินั่ม ทังสเตน วาเนเดียม เป็นต้น สำหรับกรรมวิธีทางความร้อนที่ทำต่อเหล็กกล้านั้น จะทำให้โครงสร้างเล็ก ๆ (Microstructure) ของเหล็กกล้าเปลี่ยนไป

  1. เหล็กหล่อ แบ่งออกเป็นกี่กลุ่ม  อะไรบ้าง

ตอบ   ชนิดของเหล็กหล่อโดยอาศัยลักษณะโครงสร้างพื้นฐานและลักษณะการรวมตัวของคาร์บอนเป็นหลัก   แบ่งออกเป็น   4  กลุ่ม   ดังนี้

1.เหล็กหล่อสีขาว  เป็นเหล็กหล่อที่มีคาร์บอนผสมอยู่ตั้งแต่ ร้อยละ 1.7 – 2 % ซึ่งคาร์บอนจะรวมตัวกับแม่เหล็กอยู่ ในรูปคาร์ไบด์หรือ ซีเมนไทต์ (Fe3C) ทำให้เหล็กมีความแข็งเปราะ แตกหักได้ง่าย เนื้อเหล็กจะมีสีขาว เหล็กหล่อขาวนี้จะมีความความแข็งอยู่ระหว่าง 380 – 550 HB ความแข็งนี้จะแปรเปลี่ยนไปตามธาตุผสมอื่นๆอีกด้วย เช่น โครเมียม หรือโมลิบดินั่ม

2.เหล็กหล่อสีเทาหรือเหล็กหล่อสีดำ  เหล็กหล่อชนิดนี้จะมีโครงสร้างคล้ายกับเหล็กดิบ ซึ่งในบางครั้งสามารถผลิตเหล็กหล่อสีเทาได้จากเหล็กดิบ เหล็กหล่อสีเทาจะมีราคาถูกเมื่อเทียบกับโลหะชนิดอื่น ทั้งยังตกแต่งขึ้นรูปได้ง่าย มีจุดหลอมเหลวต่ำ อัตราการขยายตัวมีน้อย ทนต่อแรงอัดและรับแรงสั่น (Damping Capacity) ได้ดี

3.เหล็กหล่อเหนียว  เหล็กหล่อชนิดนี้ จะมีความเค้นแรงดันสูงทั้งยังมีความเหนียวและทนต่อแรงกระแทกได้ดี ในการทดสอบแรงดึงเหล็กหล่อเหนียวจะพบว่าคล้ายคลึงกับเหล็กกล้าคือ จะมีความยืดหยุ่น (Elastic) แต่จะไม่ปรากฏจุดคราก (Yield Point) นอกจากนั้นยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยวิธีทางความร้อนได้ดีอีกด้วย

4.เหล็กหล่อผสมหรือเหล็กหล่อพิเศษ  เหล็กหล่อชนิดนี้นอกจากมีคาร์บอนผสมอยู่แล้ว ยังมีธาตุอื่น ๆ ผสมเพิ่มเติมด้วย เช่น โครเมียม นิกเกิล และโมลิบดินั่ม เป็นต้น นอกจากนี้ เพื่อให้เหล็กหล่อชนิดนี้มีความแข็งขึ้น ทนทานต่อการเสียดสี ต้านทานแรงดึงและแรงกระแทกได้เป็นอย่างดี

  1. โลหะนอกจำพวกเหล็ก แบ่งออกเป็นกี่ชนิด   อะไรบ้าง

ตอบ   3 ชนิดดังนี้คือ

1.โลหะหนัก

2.โลหะเบา

3.โลหะผสม

  1. โลหะหนักหมายถึงอะไร

ตอบ   โลหะหนัก หมายถึง โลหะที่มีความหนาแน่นสูงกว่า 4 kg/dm3 ซึ่งโลหะหนักมีความสำคัญในงานอุตสาหกรรมอย่างมากและยังเป็นต้นกำเนิดโลหะผสมอีกหลายชนิดด้วยกัน

  1. โลหะหนักที่นิยมใช้กันทั่วไป ได้แก่อะไรบ้าง

ตอบ   โลหะหนักที่นิยมใช้กันทั่วไป  มีดังนี้

1.ทองแดง  

ทองแดง มีความหนาแน่น 8.9 kg/dm3 จุดหลอมเหลว 1,073 – 1,093° C และ ดึงเป็นเส้นได้ดีมาก นอกจากนั้นยังสามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ด ีอีกทั้งยังทนต่อการสึกหรอ และทนต่อการกัดกร่อน ฟิล์มของทองแดงจะมีสีเขียวเรียกว่า พาตินา (Patina) ซึ่งมีคุณสมบัติป้องกันการแทรกตัวของอากาศได้ดี แต่ถ้านำทองแดงไปใช้ทำเป็นภาชนะเก็บกรดน้ำส้ม จะเกิดสารประกอบที่มีพิษต่อร่างกายกรรมวิธีถลุงทองแดงมี 2 วิธีใหญ่ๆ คือ กรรมวิธีแห้ง และกรรมวิธีเปียก นอกจากนี้ทองแดงยังสามารถแปรรูปด้วยวิธีอื่นๆ ได้ เช่น ทองแดงตีขึ้นรูป ทองแดงรีดขึ้นรูป เป็นต้นทองแดงสามารถนำไปใช้ทำสายไฟฟ้า เครื่องไฟฟ้า หัวแร้งบัดกรี เครื่องประ
ดับต่าง ๆ หรืออุปกรณ์เครื่องเย็น และอุปกรณ์เครื่องกล เป็นต้น นอกจากนั้นยังสามารถทำเป็นวัสดุผสม เช่น ทองเหลือบรอนซ์ เป็นต้น

2.เงิน 

เงิน มีความหนาแน่น 10.5 kg/dm3 จุดหลอมเหลว 960 °C เป็นโลหะมีสีขาวผิวเป็นมัน มีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุด มีราคาแพงเงินสามารถนำไปใช้ทำหลอดกลักฟิวส์และหน้าสัมผัสงานไฟฟ้า เครื่องวัดด้วยแสงที่ต้องการความเที่ยงตรงของสเกล เช่น กล้องโทรทัศน์ กล้องทีโอโดไลต์ (สำหรับวัดมุมระดับในงานก่อสร้าง) โลหะรูปพรรณ งานชุบเงิน เครื่องใช้ต่าง ๆ เงินตรา และใช้ผสมกับโลหะอื่น ๆ ทำเหรียญต่าง ๆ

3.ตะกั่ว

ตะกั่ว มีความหนาแน่น 11.2 kg/dm3จุดหลอมเหลว 327 °C เป็นโลหะที่มีความเหนียวและนิ่มขึ้นรูปได้ง่าย มีความหนาแน่นมาก อีกทั้งยังมีจุดหลอมเหลวต่ำทนการกัดกร่อนได้ดี โดยเฉพาะกรด แต่สารประกอบของตะกั่วนั้นมีพิษต่อร่างกาย โดยปกติแล้วตะกั่วมักเกิดร่วมกับสังกะสีนอกจากนี้ตะกั่วยังมีคุณสมบัติเป็นตัวหล่อลื่นที่ดีอีกด้วย แต่ตะกั่วมีความแข็งแรงต่ำตะกั่วสามารถนำไปใช้ทำแผ่นตะกั่ว ในหม้อแบตเตอรี่ โลหะหุ้มสายเคเบิล ฉาบป้องกันกัมมันตภาพรังสีต่าง ๆ ทำโลหะผสมต่างๆ ใช้ในงานอุตสาหกรรมทำสี ทำน้ำหนักถ่วงความสมดุล บุฝาผนังห้องและพื้นห้องเพื่อเก็บเสียงและลดการสั่นสะเทือนได้อีกด้วย

4.ดีบุก 

ดีบุกมีความหนาแน่น 7.3 kg/dm3 จุดหลอมเหลว 232 ° C ดีบุกเป็นโลหะที่มีสีขาวคล้ายเงิน มีจุดหลอมเหลวต่ำ เนื้อโลหะอ่อนและรีดเป็นแผ่นได้ง่าย อีกทั้งยังทนต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศปกติได้ดี ไม่เป็นพิษจึงนำไปเคลือบแผ่นเหล็กทำกระป๋องบรรจุอาหาร และถ้านำแท่งดีบุกตัดโค้งงอเราจะได้ยินเสียงจากภายในเนื้อของดีบุก แต่ถ้าอุณหภูมิของแท่งดีบุกน้อย
กว่า18 ° C ดีบุกนั้นจะสลายตัวเป็นเม็ดป่นสีเทา ดีบุกนี้ถลุงมาจากสินแร่ดีบุกออกไซด์ สามารถนำดีบุกไปใช้เป็นโลหะบัดกรีแบริ่ง ทั้งยังใช้เคลือบแผ่นเหล็กเพื่อป้องกันการกัดกร่อน และใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้า – อิเล็กทรอนิกส์

  1. โลหะเบาหมายถึงอะไร   ได้แก่อะไรบ้าง จงยกตัวอย่าง

ตอบ   โลหะเบา หมายถึง โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 4 kg/dm3 โดยทั่วไปได้แก่

อะลูมิเนียม

แมกนีเซียม

เบริลเลียม

  1. โลหะผสม ได้แก่อะไรบ้าง

ตอบ   โลหะผสม   ได้แก่

-ทองเหลือง

-บรอนซ์

-โลหะซินเตอร์

  1. ความแข็งคืออะไร

ตอบ   ความแข็ง คือ การต้านทานต่อการเสียรูปของวัสดุ หรือ ความต้านทานต่อการกระทำต่อวัสดุ เมื่อวัสดุสูญเสียความต้านทาน ก็จะก่อให้เกิด ความเสียหาย (Damaged), รอยบุ๋ม (Dent), ความเสื่อม หรือความทรุดโทรมอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลที่ได้จากแรง หรือความกดดันที่กระทำต่อวัสดุนั้น ในความต้องการที่จะรู้ค่าความแข็งของวัสดุ จำเป็นต้องหาเครื่องมือมาวัด เครื่องมือนี้จะสร้างรอยกดบุ๋มเป็นจุด บนพื้นผิว ด้วยแรงกดที่กระทำบนพื้นผิววัสดุที่ต้องการทราบความแข็ง

  1. จงอธิบายความสัมพันธ์กันของความแข็งกับคุณสมบัติด้านอื่น ๆ

ตอบ   ความแข็ง คือคุณสมบัติของโลหะ ที่มีความสำคัญต่อวัสดุ ซึ่งมีการเกี่ยวพันกับคุณสมบัติอื่น ๆ ของโลหะด้วย เช่น ความแข็งแกร่ง (Strength), ความเปราะ (Brittleness) และความสามารถในการยืดตัว (Ductility) ในการวัดความแข็งของโลหะนั้น จะเป็นการวัดความแข็งแกร่ง, ความเปราะ และยืดเป็นแผ่นของโลหะ โดยทางอ้อมโดยทราบจากการทดลอง แล้วนำมาคำนวณหาคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกันได้ประโยชน์ที่ได้จากการทราบค่าความแข็งของโลหะมีมากมาย อาทิเช่น

  • เลือกวัสดุให้เหมาะสมกับงานที่ทำ ดูว่าวัสดุนั้นมีความแข็งพอที่จะนำมาสร้างได้หรือไม่
  • รู้ค่าความแข็งเพื่อสร้างชิ้นงานที่ต้องการออกแบบให้พังก่อน อีกชิ้นหนึ่ง (ไม่ได้กล่าวรายละเอียดในที่นี้ จะพบในเรื่องของการออกแบบสร้างเครื่องกล)
  • รู้ถึงความทนทานของวัสดุที่นำมาทำ ซึ่งสามารถคำนวณอายุการใช้งานได้
  • ฯลฯ
  1. วิธีการวัดความแข็งที่นิยม มีกี่วิธี  อะไรบ้าง

ตอบ   2   วิธี  ได้แก่ วัดความแข็งโดยการกดเป็นรอย (Penetration hardness) และวัดความแข็งโดยการสร้างรอยขีดข่วน (Scratch hardness)

1.วัดความแข็งโดยการกดเป็นรอย    เป็นเทคนิคการวัดที่มีความแม่นยำมากที่สุด ในการใช้เครื่องทดสอบเป็นตัววัด ตัวเครื่องกดนี้ใช้แรงในการกดชิ้นโลหะให้เกิดรอยบุ๋มลงไปในเนื้อโลหะ และทำการวัดขนาดรอยกด และแรงที่ใช้กด แล้วนำมาคำนวณเพื่อหาค่าความความแข็งของโลหะ

2.วัดความแข็งโดยการสร้างรอยขีดข่วน   เป็นการวัดแบบรวดเร็ว และหยาบ ชิ้นงานโลหะที่ใช้วิธีนี้หาค่าความแข็ง โดยใช้ของมีคมที่มีความแข็งกว่าชิ้นงานตัวอย่าง มาขีดบนชิ้นงานให้เกิดรอยขีดข่วน การวัดแบบนี้จะไม่มีค่าออกมาเป็นตัวเลข แต่จะใช้ความรู้ และประสบการณ์ เพื่อตัดสินว่าชิ้นงานนั้นเป็นชิ้นงานที่ “แข็ง” หรือ “อ่อน” ซึ่งขึ้นอยู่กับผลของรอยขีดข่วน

ฝึกทำข้อสอบออนไลน์ ที่ http://knjt.co.th