   |
|
การเปลี่ยนแปลงในผลึก. |
|
||||||
|
ความบกพร่องในผลึก (Defect in Crystals)
ความบกพร่องของผลึกอาจจำแนกออกตามลักษณะทางเรขาคณิตได้ดังนี้ |
|
ความบกพร่องในลักษณะจุด (Point Defect)
ความบกพร่องในลักษณะจุดนั้น เกิดขึ้นเนื่องจากสาเหตุที่สำคัญดังนี้ 1. อนุภาคหายไปจากตำแหน่งที่ควรมี จึงมีที่ว่างเกิดขึ้นเรียกว่าจุดว่าง (Vacancy) 2. อนุภาคชนิดอื่นเข้าไปอยู่แทนที่อนุภาคเดิม (Substitutional Impurity Atom) 3. มีอนุภาคชนิดอื่นเข้าไปแทรกอยู่ในตำแหน่งที่ควรเป็นที่ว่าง (Interstitial Impurity Atom) |
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR1
ลักษณะความบกพร่องของผลึกในลักษณะจุดว่าง. |
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR2
ความบกพร่องของผลึกในลักษณะที่มี อนุภาคอื่นเข้าไปแทนที่อนุภาคเดิม. |
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR3
ความบกพร่องของผลึกในลักษณะที่มี อนุภาคชนิดอื่นเข้าไปอยู่ในตำแหน่งที่เป็นที่ว่าง. |
| ความบกพร่องแบบซอตต์กี (Schottky Defect) ความบกพร่องแบบนี้เป็นความไม่สมบูรณ์ที่เกิดจากอนุภาคที่เป็นอิออนบวกและอิออนลบหายไป เป็นจำนวนเท่า ๆ กัน ความไม่สมบูรณ์แบบ | ||
| นี้ไม่ได้ทำให้อำนาจไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงแต่อย่างใด ดังรูปที่ METAL-DEFOR4 | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR4
ลักษณะความบกพร่องแบบซอตต์กี. |
| ความบกพร่องแบบเฟรนเคล (Frenkel Defect) ความบกพร่องแบบนี้เป็นความบกพร่องที่เกิดจากอิออนเข้าไปอยู่ผิดที่โดยไปแทรกอยู่กับอิออนอื่น ซึ่งไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องแต่ไป | ||
| เบียดอยู่กับอิออนอื่น เป็นเหตุให้ตำแหน่งของอิออนในผลึกบางส่วนบิดเบี้ยวไปจากรูปเดิม ดังรูปที่ METAL-DEFOR5 | ||
| ความบกพร่องของผลึกแบบนี้เกิดขึ้นได้ง่ายมาก โดยเฉพาะอิออนของโลหะหรือเกิดจากผลึกของ ธาตุบางชนิดที่ไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อมีธาตุ | ||
| อื่น เป็นสารปลอมปนอยู่ด้วยกลับทำให้มีสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ได้ | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR5
ลักษณะความบกพร่องแบบเฟรนเคล. |
|
ความบกพร่องในลักษณะแนวเส้น (Line Defect)
ความบกพร่องในลักษณะนี้ เป็นความบกพร่องที่เกิดจากอนุภาคของโครงผลึก ณ จุดต่าง ๆ ที่อยู่ ในแนวหรือแถว (Row) เดียวกันไม่อยู่ |
||
| ตามตำแหน่งที่ถูกต้อง ความบกพร่องในลักษณะนี้มี 2 แบบคือ | ||
| 1. Edge Dislocation เกิดจากเมื่ออนุภาคในแถวใดแถวหนึ่งของระนาบหายไป หรือได้แทรก เข้ามาอย่างผิดปกติ จากรูปที่ | ||
| METAL-DEFOR6 นั้น อนุภาคสีดำแทนอนุภาคที่เข้ามาแทนที่ ทำให้บริเวณขอบผลึกถูกอัดเข้ามาหรือดันออกไปจากแนวปกติ เพื่อแก้ความบกพร่องของอนุภาคในแถวที่เป็นต้นเหตุของความบกพร่องนั้น | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR6
|
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR7
ลักษณะความบกพร่องแบบ Edge Dislocation ซึ่งมองจากด้านหน้า . |
| 2. Screw Dislocation ความบกพร่องแบบนี้เกิดขึ้นจากส่วนใดส่วนหนึ่งมีลักษณะเหมือนถูก เฉือนแล้วดันส่วนหนึ่งให้เคลื่อนขึ้น | ||
| ข้างบน จากรูปที่ METAL-DEFOR8 แทนด้วยเส้น AB แล้วกดส่วนหนึ่งให้ต่ำลงแทนด้วยเส้น DC ซึ่งจะทำให้ขอบของผลึกมีแนวไม่ตรงกัน ดังนั้นเส้น AD ก็คือ Screw Dislocation นั่นเอง | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR8
ลักษณะ การเกิด Screw Dislocation. |
| การเปลี่ยนรูปของโลหะ (Deformation) โลหะโดยทั่วไปนั้นเมื่อถูกแรงกระทำจากภายนอกจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างได้โดยถาวร และถ้าให้แรงกระทำมากขึ้น | ||
| จะเกิดการแตกร้าว ซึ่งการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยถาวรนี้ เกิดขึ้นเนื่องจากการเลื่อนไหล (Slip) ระหว่างชั้นของอะตอม โดยชั้นที่มีอะตอมอยู่อย่างหนาแน่นจะสามารถเลื่อนไหลได้โดยง่าย ซึ่งการเลื่อนไหลระหว่างชั้นของอะตอมนี้จะเกิดขึ้นเมื่อค่าความเค้นแรงเฉือนในระนาบนันถึงค่าวิกฤติตามรูปที่ METAL-DEFOR9 (ก) และการเลื่อนไหลดังกล่าวนี้จะเคลื่อนที่ไปตามแนวผลึก และเมื่อสิ้นสุดแนวผลึกรูปร่างของวัสดุนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโดยถาวรดังรูปที่METAL-DEFOR9(ข) | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR9
ลักษณะการเลื่อนไหลในผลึกของโลหะ. |
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR10
แนวของการเลื่อนไหลในทองแดง (ขยาย 500 เท่า). |
| การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุอีกแบบหนึ่งนั้น อาจเกิดขึ้นโดยกบวนการที่เรียกว่า Twinning ซึ่งกลุ่มอะตอมจะถูกผลักให้เคลื่อนที่ | ||
| จนระยะห่างระหว่างอะตอมอาจจะผิดไปจากเดิม ระนาบที่อะตอมถูกผลักให้เคลื่อนออกไปนั้นเรียกว่า Twinning Plane และโครงสร้างของอะตอมระหว่าง Twinning Plane หรืออาจเรียกว่า Twinning Plane หรืออาจเรียกว่า Twinning Band ซึ่งจะแตกต่างไปจากเดิม เมื่อมองโดยกล้องจุลทรรศน์จึงเห็นเป็นแถบดำขาวสลับกัน | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR11
ลักษณะของ Twin Plane และการจัดเรียง ของอะตอมจนเกิดแถบดำสลับขาว. |
| อนึ่ง Twinning จะเกิดข฿นได้เมื่มีการเปลี่ยแปลี่ยแปลงรูปร่างของวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกเป็นแบบ Body - Centerd Cubic และ | ||
| Hexagonal Close - Packed ส่วนโลหะที่มีโครงสร้างผลึกแบบ Face Centerd Cubic จะเกิด Twinning ได้เมื่อเกิดการขึ้นรูปเย็น (Cold Working) และการอบอ่อน (Annealing)แล้ว ตัวอย่างของโลหะที่เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างแบบ Twinning ได้แก่ สังกะสี ดีบุก และเหล็กเป็นต้น | ||
|
การคืนตัว เหล็กกล้าที่ผ่านกรรมวิธีการชุบแข็งมาแล้วนั้น อาจจะนำมาทำการคืนตัวได้โดยวิธีการอบที่อุณหภูมิใต้จุดวิกฤติล่างอัตราการเย็นหลังจาก |
||
| ผ่านการอบแล้วจะไม่มีความสำคัญ ทั้นงนี้ก็เพราะการเปลี่ยนแปลงภายในของโครงสร้างเกิดขึ้นขณะที่ทำการอบ ดังนั้นการปล่อยให้เหล็กที่ผ่านการอบเย็นตังหลังการอบจึงไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างใดๆทั้งสิ้น | ||
| จุดประสงค์ของการอบคืนตัวนั้น
ก็เพื่อต้องการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของโลหะซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้
1. เพื่อลดความเคียดภายในเนื้อโลหะ ที่เกิดจากการทำให้โลหะเย็นตัวโดยเร็งภายหลังจากทำการชุบ แข็งแล้ง 2. เพื่อให้โลหะมีความแข็งแรงและรับแรงต่าง ๆ ได้มากขึ้น |
| การคืนตัวนั้นจะอบโลหะที่อุณหภูมิ 100 - 200 องศาเซลเซียส จะทำให้ความเครียดภายในดังกล่าว แล้วหมดไป และเมื่ออุณหภูมิใน | ||
| การอบเพิ่มขึ้นเป็น 200 - 450 องศาเซลเซียส โครงสร้างมาร์เทนไซต์จะสลายเป็นเฟลอร์ไรต์ และซีเมนไทต์จะแยกตังออกมาเป็นจุดกลมเล็ก ๆ กระจายอยู่ในเนื้อโลหะ เราเรียกโครงสร้างนี้ว่า Secondary Troostite นั้น จะทำให้โลหะมีความทนทานรับแรงต่าง ๆ ได้ดีขึ้น แต่ความแข็งจะลดลงและเมื่ออุรหูมิในการอบเพิ่มขึ้นเป็น 450 - 650 องศาเซลเซียสจุดกลมเล็ก ๆ ของซีเมนไทต์จะรวมเป็นก้อนกลมใหญ่ขึ้น ทำให้การเลื่อนไถลระหว่างชั้นของผลึกเกิดได้ง่ายขึ้น โครงสร้างที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า ซอร์ไบต์ (Sorbite) ซึ่งเป็นลักษณะโครงสร้างที่มีความทนทานต่องานหนักไดดีที่สุดดังนั้นจึงนำไปทำชิ้นส่านของเครื่องจักรกล เช่น เพลาข้อเหวี่ยง ก้านลูกสูบ เป็นต้น | ||
| เนื่องจาก Secondary Troostitec และซอร์ไบต์ ไม่มีเกณฑ์กำหนดที่จะแยกจากออกกันให้ชัดเจนได้นอกจากอาศัยดูจากขนาดของ | ||
| โครงสร้างซีเมนไทต์ว่าใหญ่หรือเล็ก เราจึงเรียกโครงสร้างทั้งสองชนิดรวม ๆ กันว่า Tempered Martensite | ||
|
การเกิดผลึกใหม่ โลหะเมื่ออยู่ในสภาพที่หลอมละลาย อนุภาคของโลหะจะเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา และเมื่ออุณหภูมิลดลงการเคลื่อนที่ของอนุภาคนั้นจะลด |
||
| ความเร็งลงด้วย จนอนุภาคนั้นเข้าใกล้กันและดึงดูดกันจนกลายเป็นนิวเคลียส อนุภาดังกล่าวอาจจะจับตัวกันอย่างไม่เป็นระเบียบเช่น ในโครงสร้างอสัณฐาน หรืออาจจับตัวกันอย่างมีระบบระเบียบสม่ำเสมอในโครงสร้างของแข็งโดยทั่วไป และภายหลังการเย็นตัว นิวเคลียสจะขยายตัวกลายเป็นผลึก (Crystal) เล็ก ๆ และโตขึ้นจนกลายเป็นผลึกใหญ่ซึ่งเรียกว่า เกรน (Grains) การขยายตัวจะสิ้นสุดลงเมื่อปริมาณของโลหะหลอมเหลวหมดไป หรือไม่มีเกรนที่ขยายตัวนั้นไปชนกับเกรนข้างเคียงจนเกิดขอบเกรน (Grain Boundary) ขึ้น | ||
| ขนาดของผลึก หรือเกรนที่เกิดขึ้นจะเป็นปฎิภาคสัมพันธ์กับอัตราการเย็นตัวของโลหะหลอมเหลวโดยเฉพาะในช่วงที่เกิดการแข็งตัว | ||
| จะพบว่าถ้าอัตราการเย็ยตัวมีอัตราสูงจะปรากฎนิวเคลียสเกิดข็นเป็นจำนวนมาก และการขยายตัวของแต่ละเกรนจะมีอัตราต่ำ เพราะแต่ละเกรนจะแย่งอะตอมของโลหะให้มาจับรวมตัวกับนิวเคลียสซึ่งมีจำนวนมากทำให้ได้โลหะที่มีเกรนขนาดเล็กละเอียด | ||
| ในทางตรงกันข้ามถ้าอัตราเย็นตัวช้า ปริมาณนิวเคลียสที่เกิดขึ้นจะมีน้อย การขยายตัวขอนิวเคลียสจะมีมากทำให้ไดโลหะที่มีขนาดใหญ่ |
|
การเติบโตของผลึก การเติบโตของผลึกได้กล่าวแล้วในเรื่องของการผลึกแต่จะนำมาสรุปเพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับการเติบโของ ผลึกอีกครั้งดังต่อไปนี้ ในอันดับแรกจะเกิดมีจุดเริ่มต้นการตกผลึก แล้วผลึกก็จะโตขึ้นจากจุดเริ่มต้นไปในทุกทิศทาง ดังรูปที่ 30 ในขณะเดียวกันจุดเริ่มต้น |
||
| ใหม่ ๆ ก็จะเกิดขึ้น และในที่สุดน้ำโลหะทั้งหมดก็จะกลายเป็นผลึกหรือเกรน ซึ่งจะมีขอบคั่นระหว่างผลึกเรียกว่า ขอบผลึกหรือขอบเกรน | ||
| ขนาดของเม็ดผลึกขึ้นอยุ่กับอัตราการเพิ่มของจุดเริ่มต้นและอัตราการโตขึ้นของผลึก ถ้าอัตราการโตชนะอัตราการเพิ่มก็จะเกิดผลึกขนาด | ||
| ใหญ่ และถ้าอัตราการเพิ่มชนะอัตราการโตก็จะเกิดเม็ดผลึกขนาดเล็ก | ||
 |
|
รูปที่ METAL-DEFOR12
ลักษณะการเติบโตของผลึก. |
Head
|
G. PRECISION ENGINEERING LTD.,PART. 26/27 MOO.9 BYPASS ROAD , TUMBOL NAPA AMPHUR MUANG ,CHONBURI 20000 THAILAND. TEL :038-441-348 , 087-9182311 , 081-6446767 FAX : 038-441-349 Website : http://www.Gprecision.net E-mail : info@gprecision.net |