โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Nonferrous Metals).
 

โลหะในกลุ่มนี้มีอยู่หลายชนิด โลหะเหล่านี้จะถูกใช้งานทั้งที่อยู่ในโลหะบริสุทธิ์และอยู่ในสภาพโลหะผสม โลหะนอกกลุ่มเหล็กได้แก่ นิเกิล
ตะกั่ว ดีบุก โคบอลต์ พรวง สังกะสี ทองแดง แมกนีเซียม อลูมิเนียม เบริลเลียม และไทเทเนียม ดังนั้น เพื่อให้สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับโลหะนอกกลุ่มเหล็กดังกล่าว จึงได้แบ่งโลหะนอกกลุ่มเหล็กเหล่านี้ออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ คือ กลุ่มโลหะเบา และกลุ่มโลหะหนัก ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้
โลหะเบา (Light Metals)
โลหะเบามีความหนาแน่นไม่เกิน 4 kg/dm3 ประกอบด้วยโลหะต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
1. แมกนีเซียม (Magnesium) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Mg และมวลอะตอมมีค่า 24.31 มีความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส
เท่ากับ 1.74 g/cm3 โดยมีระบบ HCP เส้นผ่าศูนย์กลางของอะตอมมีค่าเท่ากับ 3.196 A เลขอะตอมมีค่าเท่ากับ 12 และมีจุดหลอมเหลวที่ 650 องศาเซลเซียส
แมกนีเซียมบริสุทธิ์นั้น เราสามารถแยกได้จากน้ำทะเล หรือแยกได้จากแร่โดโลไมต์ (Dolomite) ซึ่งจะได้แมกนีเซียมบริสุทธิ์ถึงร้อยละ
99.8 นอกจากนั้นยังพบสารมลทิน (Impurities) หลายชนิดในแมกนีเซียมอีกด้วย เช่น อะลูมิเนียม สังกะสี ซิลิคอน เหล็ก และแมงกานีส เป็นต้น คุณสมบัติทั่วไปของแมกนีเซียมคือ เป็นโลหะที่มีน้ำหนักเบาและติดไฟได้ ให้แสงสว่างมาก แต่ถ้าเป็นคุณสมบัติทางกลแมกนีเซียมบริสุทธิ์จะมีความแข็งแรงต่ำอีกทั้งยังไม่ทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลอีกด้วย แต่ถ้าจะต้านทานการกัดกร่อนที่เกิดจากสารอินทรีย์ อากาศ น้ำ และดิน
แมกนีเซียมที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมนั้น ส่วนใหญ่จะอยู่ในสภาพแมกนีเซียมผสม ทั้งนี้ก็เพราะว่าแมกนีเซียมผสมจะให้คุณสมบัติที่หลาก
หลาย สามารถที่จะนำไปใช้งานได้หลายรูปแบบ โลหะผสมที่ผสมกับแมกนีเซียม ได้แก่ เซอร์โคเนียม (Zirconรum) แทลเลียม (Thallium) อะลูมิเนียม สังกะสี แมงกานีส และซิลิคอน เป็นต้น
ตัวอย่างเช่น การนำสังกะสีผสมกับแมกนีเซียมในอัตราร้อยละ 3 จะทำให้แมกนีเซียมนั้นทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลและทำให้ความ
แข็งแรงเพิ่มขึ้น นอกจากนั้นยังสามารถเพิ่มความเหนียวให้กับแมกนีเซียมโดยการผสมกับอะลูมีเนียม แต่จะใช้งานได้ในที่อุณหภูมิไม่สูงมากนัก หรือการนำแมกนีเซียมผสมกับแมงกานีสจะทำให้แมกนีเซียมนั้นมีความแข็งแรงมากขึ้น อีกทั้งยังทนทานต่อการกัดกร่อนได้สูงอีกด้วย
แมกนีเซียมผสมอะลูมิเนียมนั้นถูกนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมมากกว่าแมกนีเซียมผสมชนิดอื่น ทั้งนี้เพราะมีความแข็งแรงสูง อีกทั้ง ยัง
สามารถนำไปปรับปรุงคุณสมบัติได้ดีขึ้นได้โดยกรรมวิธีทางความร้อน (Heat Treatment) ขอให้พิจารณารูปที่ METAL-NONFER1 จะเห็นได้ว่าโลหะทั้งสองละลายเข้ากันได้โดยสมบูรณ์ที่อุณหภูมิ 438 องศาเซลเซียส (820 องศาฟาเรนไฮต์) โดยอะลูมิเนียมจะละลายได้สูงถึงร้อยละ 12.7 แต่จะลดลงเหลือเพียง 1.5 ที่อุณหภูมิ 93 องศาเซลเซียส (200 องศาฟาเรนไฮต์) สำหรับปฏิกิริยายูเทกติกนั้นจะเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่มีปริมาณอะลูมิเนียมร้อยละ 32.2 และเกิดเฟสเดลตา (d) ที่อัตราส่วนผสมของอะลูมิเนียมร้อยละ 40 อีกด้วย

รูปที่ METAL-NONFER1
ลักษณะแผนภูมิสมดุลแมกนีเซียมกับอลูมิเนียม.

2. เบริลเลียม (Berylium) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Be มีมวลของอะตอมเท่ากับ 9.012 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส
มีค่าเท่ากับ 1.85 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ HCP ขนาดของอะตอมโดยวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.225 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 4
จะเห็นได้ว่าเบริลเลียมนั้นมีความหนาแน่นและมีระบบผลึกคล้ายกันกับของแมกนีเซียม จึงถูกจัดอยู่ในประเภทโลหะเบาเช่นเดียวกัน
เบริลเลียมนั้นจะมีค่าความร้อนจำเพาะสูงและจุดหลอมเหลวก็สูงด้วย แต่ถ้าปล่อยให้เย็นตัวจนถึงอุณหภูมิห้อง เบริลเลียมจะไม่แข็งแรงแต่เปราะและแตกหักได้ง่าย
กรรมวิธีในการผลิตเบริลเลียมนั้น จะกระทำได้โดยการ รีด อัด ดึง และตึขึ้นรูป นอกจากนั้นยังสามารถทำเป็นผงแล้วอัดขึ้นรูป (Powder
Metallurgy) เป็นรูปร่างต่าง ๆ ได้ สำหรับการขึ้นรูปโดยการตีนั้นจะต้องนำเบริลเลียมไปลดความเครียด (Stress Relieve) ก่อนที่จะนำไปตีขึ้นรูป จะทำให้การตีขึ้นรูปกระทำได้โดยง่าย
3. ไทเทเนียม (Titanium) สัญลักษณ์ทางเคมีคือ Ti มีมวลอะตอมเท่ากับ 47.90 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
4.51 g/cm3 โดยมีระบบผลึกเป็นแบบ HCP ขนาดของอะตอมโดยวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.89 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 22
ไทเทเนียมบริสุทธิ์นั้นเมื่อยู่ในอุณหภูมิห้องจะเปราะและแตกหักได้ง่าย โดยระบบผลึกที่อุณหภูมิห้องนี้จะเป็นผลึกแบบ HCP แต่ถ้าได้
รับความร้อนจนถึงคุณสมบัติประมาณ 890 องศาเซลเซียส ผลึกแบบ HCP จะเปลี่ยนแปลงไปเป็นผลึกแบบ BCC ซึ่งจะส่งผลต่อคุณสมบัติของไทเทเนียมด้วย
ไทเทเนียมผสมเมื่อผสมกับโลหะอื่น ๆ เช่น ไทเทเนียมกับแมงกานีส จากรูปที่ METAL-NONFER2 จะเห็นได้ว่ามีเฟสสำคัญอยู่ 3 เฟส
ซึ่งได้แก่ เฟสแอลฟา (a) เบตา (B) และแอลฟา-เบตา สำหรับเฟสแอลฟา และเบตา ซึ่งเป็นเฟสเดี่ยว (Single Phase Alloy) เกิดจากการรวมกันของไทเทเนียมและแมงกานีสได้เป็นอย่างดี ซึ่งจะให้ความเหนียวเพิ่มขึ้น แต่ถ้าเป็นลักษณะ 2 เฟสรวมกัน (Two Phase Alloy) ระหว่างแอลฟา+เบตา ความเหนียวของเฟสผสมทั้ง 2 จะไม่ดีขึ้น แต่จะมีความแข็งมากกว่าเฟสแอลฟา เพราะว่าเฟสแอลฟา-เบตามีระบบผลึกเป็น BCC ซึ่งมีความแข็งมากกว่าระบบผลึก HCP ของเฟสแอลฟา

รูปที่ METAL-NONFER2
ลักษณะแผนภูมิสมดุลไททาเนียมกับแมงกานีส.

ต่อไปนี้เป็นการแบ๋งประเภทของไทเทเนียมที่ผสมกับโลหะชนิดอื่น ๆ จนทำให้คุณสมบัติบางอย่างเปลี่ยนแปลงไป โดยสามารถ แบ่ง
ไทเทเนียมผสมออกเป็น 4 ประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้
(1) Commercially Pure Titanium ไทเทเนียมผสมชนิดนี้มีเหล็กผสมประมาณร้อยละ 0.12 และออกซิเจนประมาณร้อยละ 0.13
นอกจากนั้นอาจจะมีไนโตรเจนผสมอยู่ด้วนในอัตราร้อยละ 0.010
(2) Alpha Alloys เป็นไทเทเนียมผสมที่มีอะลูมิเนียมผสมอยู่สูงสุดถึงร้อยละ 5 เหล็กร้อยละ 0.12 ออกซิเจนร้อยละ 0.17
นอกจากนั้นยังมีดีบุกผสมอยู่ร้อยละ 2.5
คุณสมบัติของไทเทเนียมผสมประเภทนี้จะให้ค่าความเค้นแรงดึงสูงสุดประมาณ 22 x 103 kg/cm2 แต่ถ้าได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ
300 องศาเซลเซียส ค่าความเค้นแรงดึงสูงสุดจะลดลงเหลือประมาณ 15 x 103 kg/cm2 และให้ค่าความแข็งสูงสุดประมาณ 36 HRC
(3) Alpha-Beta Alloys เป็นไทเทเนียมผสมที่มีอะลูมิเนียมผสมอยู่สูงสุดร้อยละ 8 นอกจากนั้นยังมีเหล็กผสมอยู่ร้อยละ 0.06
ออกซิเจนร้อยละ 0.17 ทองแดงร้อยละ 0.6 วาเนเดียมร้อยละ 5.5 ดีบุกร้อยละ 2 โมลิบดินั่มร้อยละ 2 และเซอร์โคเนียมร้อยละ 4
คุณสมบัติของไทเทเนียมผสมประเภทนี้จะให้ค่าความเค้นแรงดึงสูงสุดประมาณ 34 x 103 kg/cm2 แต่เมื่อได้รับความร้อนจนถึง
อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส ค่าความเค้นแรงดึงถึงสูงสุดจะลดลงเหลือประมาณ 13 x 103 kg/cm2 โดยจะให้ค่าความแข็งสูงสุดเท่ากับ 42 HRC
(4) Beta Alloys เป็นไทเทเนียมผสมที่มีอะลูมิเนียมผสมอยู่ร้อยละ 3 โครเมียมร้อยละ 11 เหล็กร้อยละ 0.15 ออกซิเจนร้อยละ 0.11
วาเนเดียมร้อยละ 13.5 และไนโตรเจนร้อยละ 0.02 คุณสมบัติไทเทเนียมผสมประเภทนี้จะทำให้ความเค้นแรงดึงสูงสุดประมาณ 34 x 103 kg/cm2 แต่เมื่อได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส ความเค้นแรงดึงจะลดลงเหลือประมาณ 29 x 103 kg/cm2 และจะให้ความแข็งเท่ากับ 40 HRC
4. อะลูมิเนียม (Aluminum) เป็นโลหะนอกกลุ่มเหล็กที่มีความสำคัญมาก อาจจะกล่าวได้าว่ามีความสำคัญรองจากเหล็กเท่านั้น
ทั้งนี้ก็เพราะว่าอะลูมิเนียมถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมเครื่องจักรกล เฟอร์นิเจอร์ อากาศยาน เป็นต้น
อะลูมิเนียมมีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Al มวลของอะตอมเท่ากับ 26.98 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ 2.70 g/cm3
โดยมีระบบผลึกเป็น FCC ขนาดของอะตอมวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.863 A และเลขอะตอมเท่ากับ 13 อะลูมิเนียมที่ใช้กันอยู่โดยทั่วไปนั้นจะมีทั้งอะลูมิเนียมบริสุทธิ์และอะลูมิเนียมผสม ซึ่งจะเสนอเป็นรายละเอียดดังต่อไปนี้
(1) อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ เราสามารถทำให้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ประมาณร้อยละ 99.9 คุณสมบัติของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์คือ จะมีความ
เหนียวสูงมาก ทั้งนี้ก็เพราะว่าอะลูมิเนียมระบบผลึกเป็นแบบ FCC นอกจากนั้นอะลูมิเนียมที่ผ่านการขึ้นรูปเย็น (Cold Working) มาแล้วจะให้ค่าความแข็งแรงสูงสุดประมาณ 1,820 kg/cm2 และวัดความแข็งได้ประมาณ 19 BHN
(2) อะลูมิเนียมผสม อะลูมิเนียมสามารถผสมกับโลหะได้หลายชนิดเช่น ทองแดง แมกนีเซียม สังกะสี ซิลิคอน และแมงกานีส โลหะที่ผสม
กับอะลูมิเนียมเหล่านี้จะช่วยทำให้อะลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางกลเปลี่ยนแปลงไปตามที่ต้องการ เช่น Alloy 4032 เป็นอะลูมิเนียมผสมที่ประกอบไปด้วยทองแดงร้อยละ 0.9 แมกนีเซียมร้อยละ 1.1 ซิลิคอนร้อยละ 12.2 และนิเกิลร้อยละ 0.9 และเมื่อนำอะลูมิเนียมชนิดนี้ไปผ่านกรรมวิธีทางความร้อนจะได้ความแข็งประมาณ 120 BHN และความแข็งสูงสุดเท่ากับ 9,100 kg/cm2 จะเห็นได้ว่าเมื่อผสมโลหะชนิดอื่นลงไปในอะลูมิเนียมจะทำให้อะลูมิเนียมผสมนั้นมีคุณสมบัติทางกลสูงขึ้นมาก ด้วยเหตุผลดังกล่าวนี้เองจึงทำให้อะลูมิเนียมผสมถูกนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากยิ่งขึ้น นอกจากนั้นอะลูมิเนียมผสมยังสามรถนำไปผ่านกรรมวิธีทางความร้อน ซึ่งจะส่งผลให้อะลูมิเนียมผสมมีคุณสมบัติทางกลดีเพิ่มขึ้นอีก
อนึ่ง เพื่อให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับอะลูมิเนียมผสมมากยิ่งขึ้น จึงได้นำรายละเอียดของอะลูมิเนียมผสมกับธาตุอื่น ๆ มาเสนอดังต่อไปนี้


(ก) อะลูมิเนียมผสมทองแดง ขอให้พิจารณารูปที่ METAL-NONFER3 แสดงแผนภูมิสมดุลของอะลูมิเนียมกับทองแดง จาก
รูป จะเห็นได้ว่า ทองแดงสามารถละลายในอะลูมิเนียมได้สูงเท่ากับร้อยละ 5.65 ที่อุณหภูมิยูเทกติก ประมาณ 550 องศาเซลเซียส (1,018 องศาฟาเรนไฮต์) และการละลายทองแดงจะลดปริมาณเหลือร้อยละ 0.25 เมื่อถึงอุณหภูมิห้อง จากแผนภูมิสมดุลของอะลูมิเนียมกับทองแดง ให้พิจารณาที่อัตราส่วนผสมทองแดงร้อยละ 33 ถึงร้อยละ 52.5 ตำแหน่งเหนืออุณหภูมิยูเทกติกเล็กน้อยจะพบเฟสซีตา ( q ) (CuAl2) และเฟสของเหลว (L) จากจุดดังกล่าวถ้าปล่อยให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วจะเกิดเฟสซีตาเฟสเดียว ซึ่งทำให้อะลูมิเนียมนี้มีความแข็งสูง

รูปที่ METAL-NONFER3
ลักษณะแผนภูมิสมดุลอลูมิเนียมกับทองแดง.
Head

(ข) อะลูมิเนียมผสมแมกนีเซียม จากรูปที่ METAL-NONFER4 จะเห็นว่าเฟสเบตาจะละลายในเฟสแอลฟา (a) ได้มากที่สุด
ที่อัตราส่วน ผสม แมกนีเซียมเท่ากับร้อยละ 14.9 หรือที่ตำแหน่งอุณหภูมิ 470 องศาเซลเซียส (844 องศาฟาเรนไฮต์) และเมื่อปล่อยให้อุณหภูมิลดลงจนถึงอุณหภูมิห้อง แมกนีเซียมจะละลายในอะลูมิเนียมได้ดีในอัตราร้อยละ 1 เท่านั้น ดังนั้นจึงไม่นิยมที่จะผสมแมกนีเซียมเกินกว่าร้อยละ 5 ทั้งนี้เพราะไม่เกิดผลดีต่อการทำกรรมวิธีทางความร้อน อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมผสมแมกนีเซียมนี้จะมีน้ำหนักเบาแต่มีความต้ามทานการกัดกร่อนของบรรยากาศและน้ำเกลือได้เป็นอย่างดี อีกทั้งยังเพิ่มคุณสมบัติเกี่ยวกับความสามารถในการตัด (Machinability) ให้ดีขึ้น

รูปที่ METAL-NONFER4
ลักษณะแผนภูมิสมดุลอลูมิเนียมกับแมกนีเซียม.

(ค) อะลูมิเนียมผสมสังกะสี จากรูปที่ METAL-NONFER5 จะเห็นได้ว่าสังกะสีสามารถละลายในอะลูมิเนียมได้สูงสุดถึงร้อยละ
82.8 ที่อุณหภูมิ 385 องศาเซลเซียส (720 องศาฟาเรนไฮต์) แต่จะสามารถละลายเข้ากันได้เพียงเล็กน้อยเมื่อถึงอุณหภูมิห้อง ความแข็งแรงที่ได้จากโลหะผสม 2 ชนิดนี้จะไม่สูงมากนัก ดังนั้นจึงมักจะผสมทองแดงหรือแมกนีเซียมลงไปด้วย ซึ่งจะทำให้ความเค้นแรงดึงสูงถึง 620 kg/cm2 แต่จะไม่ทนต่อการกัดกร่อนของบรรยากาศ จึงมักผสมโลหะชนิดอื่น ๆ ลงไปด้วย เพื่อทำให้คุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น เช่น ผสมโครเมียม นิกเกิล เป็นต้น

รูปที่ METAL-NONFER5
ลักษณะแผนภูมิสมดุลอลูมิเนียมกับสังกะสี.

(ง) อะลูมิเนียมผสมซิลิคอน จากรูปที่ METAL-NONFER6 ถ้าผสมซิลิคอนในอัตราส่วนร้อยละ 5 - 25 จะทำให้การไหล ตัว
ดีเมื่อเป็นโลหะเหลว โดยสามารถเทลงสู่แบบที่ซับซ้อนได้โดยง่าย นอกจากนั้นยังมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและมีความแข็งแรงสูงขึ้น แต่ความสามารถในการตัดจะลดลง หรือถ้าต้องการให้มีความแข็งแรงขึ้นก็ควรผสมทองแดงลงไปด้วย

รูปที่ METAL-NONFER6
ลักษณะแผนภูมิสมดุลอลูมิเนียมกับซิลิคอน.

(จ) อะลูมิเนียมผสมแมงกานีส จากรูปที่ METAL-NONFER7 ถ้าผสมแมงกานีสมากเกินไปจะทำให้ความแข็งลดลงแต่ยังคงมี
ความต้านทาน การ กัดกร่อน แมงกานีสที่ผสมในอะลูมิเนียมที่อัตราส่วนพอเหมาะนั้นจะเท่ากับร้อยละ 1.2 อย่างไรก็ตาม ไม่นิยมผสมแมงกานีสในอะลูมิเนียมเพียงอย่างเดียว ทั้งนี้ก็เพราะว่าจะได้คุณสมบัติที่ไม่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้งานในแต่ละด้าน ดังนั้นจึงมักจะผสมโลหะชนิดอื่น ๆ ลงไปด้วยตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียม 3003 อะลูมิเนียมผสมชนิดนี้จะผสมทองแดงลงไปด้วย โดยจะมีส่วนผสมของทองแดงอยู่ร้อยละ 0.12 และแมงกานีสร้อยละ 1.2 จะทำให้อะลูมิเนียมผสมชนิด 3003 นี้มีความแข็งเท่ากับ 28 BHN เป็นต้น (Pollack. 1988 : 282) จากแผนภูมิจะเห็นว่าอะลูมิเนียมซึ่งมีจุดหมายละลายเท่ากับ 660 องศาเซลเซียส เมื่อนำไปผสมกับแมงกานีสมากกว่าร้อยละ 2 จุดหลอมละลายก็จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง แต่ถ้าผสมแมงกานีสน้อยกว่าร้อยละ 2 จะทำให้จุดหลอมละลายลดลงเล็กน้อย

รูปที่ METAL-NONFER7
ลักษณะแผนภูมิสมดุลอลูมิเนียมกับแมงกานีส.

อะลูมิเนียมผสมที่กล่าวมาทั้งหมดบางชนิดเป็นอะลูมิเนียมอ่อน (Wrought Aluminum) สามารถตีเป็นแผ่นได้ง่าย แต่บางชนิด มี
ความแข็งสูงตีเป็นแผ่นได้ไม่ดีนัก อะลูมิเนียมชนิดนี้จะผ่านกระบวนการหล่อไม่ว่าจะเป็นการหล่อโดยใช้ทราย (Sand Casting) แบบถาวรหรือแบบโลหะ (Permanent Mold) และแบบหล่ออัด (Die Casting)
ดังนั้น เพื่อให้สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับชนิดของอะลูมิเนียมดังกล่าว จึงควรสังเกตที่เลขบอกประเภทของอะลูมิเนียม ซึ่ง
Aluminum Association of America ไดกำหนดเป็นมาตรฐาของอะลูมิเนียมไว้ดังนี้คือ ถ้าเป็นเลขกลุ่ม 4 กลุ่มใช้สำหรับอะลูมิเนียมขึ้นรูป และที่กำหนดเป็นเลข 3 หลัก และ 2 หลัก เป็นการกำหนดเลขของอะลูมิเนียมหล่อซึ่งได้แสดงเป็นรายละเอียดใน ตารางMatallurgy-Nonferrous-1 ตามลำดับของตัวเลข โดยเรียงลำดับจากเลข 1 ถึงเลข 9

ตารางMatallurgy-Nonferrous-1
เลข 4 หลักที่ใช้แทนอลูมิเนียมขึ้นรูป.

จากตารางMatallurgy-Nonferrous-1 เลขตัวแรกของแต่ละกลุ่มนั้นจะแสดงชนิดของโลหะผสม เช่น เลขที่กลุ่มที่ 2xxx เลข 2
นั้นหมายถึงทองแดง สำหรับเลขตัวที่ 2 ถ้าเป็นเลข 1-9 นั้นหมายถึงมีการปรับปรุงส่วนผสมของโลหะให้เปลี่ยนไปจากเดิม แต่ถ้าเลข 0 นั้นหมายถึงไม่มีการปรับปรุงส่วนผสม เช่น อะลูมิเนียม 5056 อะลูมิเนียมผสมชนิดนี้มีส่วนผสมของแมกนีเซียมร้อยละ 5.1 แมงกานีสร้อยละ 0.12 และโครเมียมร้อยละ 0.12 แต่เมื่อมีการปรับปรุงส่วนผสมให้เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม จะได้อะลูมิเนียม 5454 ซึ่งจะมีแมกนีเซียมร้อยละ 2.8 แมงกานีสร้อยละ 0.8 และโครเมียมร้อยละ 0.12 ส่วนเลขตัวที่ 3 และ 4 นั้น หมายถึงมีโลหะผสมอื่น ๆ ผสมอยู่ด้วย เช่น การนำโครเมียมผสมกับอะลูมิเนียม 5454 เป็นต้น
สำหรับอะลูมิเนียมผสมที่ผ่านกระบวนการหล่อนั้น จะใช้ตัวเลข 2 กลุ่มคือกลุ่มเลข 2 หลัก และกลุ่มเลข 3 หลัก ตัวเลขแต่ละตัวจะ มีการ
ใช้คล้ายกันกับกลุ่มเลขของอะลูมิเนียมอ่อน เช่น 2xx เลขตัวแรกหมายถึงแมกนีเซียม ส่วนเลขตัวที่ 2 และ 3 เท่านั้น หมายถึงโลหะผสมอื่น ๆ เช่น อะลูมิเนียม 384 มีซิลิคอนผสมอยู่ร้อยละ 12 ทองแดงร้อยละ 3.8 และผ่านกระบวนการหล่ออัด

ตารางMatallurgy-Nonferrous-2
กลุ่มเหล็กและอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการหล่อ.

โลหะหนัก (Heavy Metal)
โลหะหนักจะมีความหนาแน่นตั้งแต่ 4 kg/cm3 ประกอบด้วยโลหะดังต่อไปนี้
1. นิกเกิล (Nickel) นิกเกิลบริสุทธิ์มีความสำคัญในงานอุตสาหกรรม เพราะมีความแข็งทนทานต่อการกัดกร่อน และยังไม่ทำปฏิกิริยา
กับออกซิเจนจึงไม่เกิดสนิม ถึงแม้ว่าจะมีความแข็งแรงสูงแต่ก็สามารถตีขึ้นรูปได้ นอกจากนั้นยังมีสมบัติความเป็นแม่เหล็ก ณ อุณหภูมิไม่เกิน 353 องศาเซลเซียสและให้ความเค้นแรงดึงประมาณ 20-32 kg/cm2 คุณสมบัติต่าง ๆ ดังกล่าวมาแล้วนั้นเป็นคุณสมบัติของนิกเกิลที่อยู่ในสภาพบริสุทธิ์
สำหรับนิกเกิลที่อยู่ในสภาพนิกเกิลผสมนั้นจะถูกนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวาง เพราะนิกเกิลผสมจะให้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน และใน
ลำดับต่อไปนี้จะแสดงรายละเอียดของนิกเกิลผสมชนิดต่าง ๆ ดังนี้คือ
(1) Ni-Cu Alloy หรืออาจเรียกว่าโมเนล (Monel) ก็ได้ นิกเกิลผสมชนิดนี้จะมีส่วนผสมของนิกเกิลร้อยละ 66.0 คาร์บอนร้อยละ 0.12
แมงกานีสร้อยละ 0.90 เหล็กร้อยละ 1.35 กำมะถันร้อยละ 0.005 ซิลิคอนร้อยละ 0.15 และทองแดงร้อยละ 31.50 นิกเกิลผสมชนิดนี้จะให้ความเค้นแรงดึงประมาณ 28-36 kg/cm2
(2) Nichrome นิกเกิลผสมชนิดนี้มีนิกเกิลผสมอยู่ร้อยละ 80 คาร์บอนร้อยละ 0.05 แมงกานีสร้อยละ 0.1 เหล็กร้อยละ 0.5 ซิลิคอน
ร้อยละ 0.2 และโครเมียมประมาณร้อยละ 20 นิกเกิลผสมชนิดนี้สามารถนำไปใช้ทำอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องทนต่อความร้อนสูง
(3) Chormel นิกเกิลผสมชนิดนี้มีส่วนผสมของนิกเกิลสูงมาก คือมีอยู่ถึงร้อยละ 90 และมีส่วนผสมของโครเมียมร้อยละ 10 จึงมี
คุณสมบัติทนต่อความร้อนได้สูง สามารถนำไปใช้ทำอุปกรณ์ที่ต้องสัมผัสกับความร้อนสูง เช่น นำไปใช้ทำเครื่องมือวัดอุณหภูมิสูงเป็นต้น
2. ตะกั่ว (Lead) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Pb มวลอะตอมมีค่าเท่ากับ 207.20 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
11.34 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ FCC ขนาดของอะตอมวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 3.500 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 82 คุณสมบัติเหล่านี้จึงส่งผลให้ตะกั่วมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 327 องศาเซลเซียส และมีความแข็งแรงต่ำ แต่มีความเหนียวสูง อีกทั้งยังสามารถต้านทานการกัดกร่อนได้เป็นอย่างดี แต่มีคุณสมบัติการเป็นตัวนำไฟฟ้าทีไม่ดี
นอกจากนั้น ตะกั่วยังสามารถที่จะรวมตัวกับดีบุกและพลวง (Antimony) ได้ ขอให้พิจารณารูปที่ METAL-NONFER8 แสดงการ
รวมตัวกันของ ตะกั่ว กับดีบุกซึ่งจะให้เฟสในลักษณะต่าง ๆ เช่น เฟสแอลฟา เฟสแอลฟากับของเหลว เฟสแอลฟากับเบตา เฟสของเหลว เฟสเบตากับของเหลว และเฟสเบตา ขอให้สังเกตที่เฟสแอลฟาจะพบว่าดีบุกละลายได้สูงสุดเท่ากับร้อยละ 19.5 ที่อุณหภูมิ 182 องศาเซลเซียส ส่วนเฟสเบตาจะสามารถละลายตะกั่วได้สูงสุดเท่ากับร้อยละ 2.5 ที่อุณหภูมิ 182 องศาเซลเซียส และมีจุดยูเทติกเกิดขึ้นที่อุณหภูมินี้ด้วยเช่นกัน โดยมีส่วนผสมของดีบุกเท่ากับร้อยละ 61.9

รูปที่ METAL-NONFER8
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของตะกั่วกับดีบุก.
Head

ตะกั่วผสมดังกล่าวนี้สามารถนำไปใช้งานในลักษณะต่าง ๆ ดังนี้คือ ถังบรรจุที่ต้านทานการกัดกร่อนของน้ำมัน อะซีโตน น้ำทะเล และ
อากาศ ถ้านำตะกั่วผสมดีบุกในอัตราส่วน 50 : 50 หรือ 60 : 40 สามารถนำไปใช้เป็นโลหะประสานได้เป็นอย่างดี และยังสามารถป้องกันกรดต่าง ๆ ได้ เช่น กรดคาร์บอนิก (Carbonic Acid) และกรดฟอสฟอริก (Phosphoric Acid) เป็นต้น
อนึ่ง แม้ตะกั่วนั้นมีประโยชน์มากดังได้กล่าวแล้ว แต่ก็ให้โทษด้วยเช่นกัน มีคนเสียชีวิตอันเนื่องมาจากสารตะกั่วเป็นจำนวนมาก ดังนั้น
ควรระมัดระวังโดยสวมอุปกรณ์ป้องกันอันตราย เมื่อทำงานอยู่ในที่มีตะกั่วปะปนอยู่


3. ดีบุก (Tin) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Sn มวลอะตอมเท่ากับ 118.69 โดยจะมีความหนาแน่นที่จุดอุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
7.29 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ Tetragonal เลขอะตอมเท่ากับ 50 มีจุดหลอมเหลวเท่ากับ 232 องศาเซลเซียส
ดีบุกทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ยากจึงมีโอกาสเกิดสนิมได้น้อยมาก อีกทั้งยังทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้ดีและไม่มีพิษต่อร่างกาย
จึงนิยมใช้ทำเป็นวัสดุบรรจุอาหาร นอกจากนั้นดีบุกยังมีความอ่อนตัวสูง จึงนิยมให้ทำเป็นวัสดุอุดฟัน
นอกจากนั้น ดีบุกที่ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทมักจะผสมโลหะอื่น ซึ่งจะทำให้ดีบุกนั้นทนต่อการเสียดสีและความร้อนได้เป็นอย่างดี
เช่น การนำดีบุกผสมกับทองแดง เป็นต้น สำหรับดีบุกที่ใช้ในงานเชื่อมนั้นจะมีส่วนผสมของโลหะหลายรูปแบบ เช่น การนำตะกั่วร้อยละ 30 ผสมกับดีบุกร้อยละ 70 หรือเงินร้อยละ 5 ผสมกับดีบุกร้อยละ 95 และตะกั่วร้อยละ 50 ผสมกับดีบุกร้อยละ 50 เป็นต้น ดีบุกที่มีส่วนผสมของโลหะแตกต่างกันนี้ จะสามารถนำไปใช้กับงานเชื่อมประสานของชิ้นงานที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ก็เพราะว่าดีบุกผสมเหล่านี้จะให้คุณสมบัติในการหลอมละลายที่แตกต่างกัน
4. โคบอลต์ (Cobalt) โลหะชนิดนี้จะมีลักษณะคล้ายคลึงกับเหล็กและโครเมียม เพราะว่ามีความแข็งแรงเท่าเทียมกัน อีกทั้งยังเป็น
คุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กอีกด้วย คุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กของโคบอลต์นี้จะหมดไปก็ต่อเมื่อโคบอลต์ได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิ 1,100 องศาเซลเซียส
ถ้านำโคบอลต์ผสมกับโครเมียมและโมลิบดินั่ม หรือทังสเตน ในอัตราส่วนร้อยละ 25 - 38 ซึ่งจะส่งผลให้โลหะผสมดังกล่าวนี้มีจุด
หลอมเหลว สูงถึง 1,400 องศาเซลเซียส และจากคุณสมบัติของโคบอลต์ที่ได้กล่าวมาทั้งหมดนี้ จึงทำให้โคบอลต์ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลาย โดยการนำไปทำชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ต้องการความแข็งแรงและทนทานต่อการสึกหรอได้เป็นอย่างดี
5. พลวง (Antimony) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Sb โดยจะมีมวลของอะตอมเท่ากับ 121.75 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20
องศาเซลเซียสเท่ากับ 6.69 g/cm3 ซึ่งระบบผลึกจะเป็นแบบ Rhombohedral โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมเท่ากับ 2.907 A มีเลขอะตอมเท่ากับ 50 และมีจุดหลอมเหลวสูงเมื่อเทียบกับตะกั่วและดีบุก คือ มีจุดหลอมเหลวอยู่ที่อุณหภูมิ 630.5 องศาเซลเซียส
พลวงถูกนำไปใช้ทั้งในสภาพโลหะบริสุทธิ์และโลหะผสม ซึ่งถ้าพลวงอยู่ในสภาพโลหะบริสุทธิ์จะมีคุณสมบัติที่แข็งและเปราะมาก ดังนั้น
พลวงจึงถูกนำไปใช้ในสภาพโลหะผสม ซึ่งจะสามารถผสมได้ดีกับดีบุกและตะกั่ว การผสมโลหะนี้เข้าด้วยกันจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงได้เป็นอย่างดี เช่น พลวงผสมแบบ Monotype ซึ่งจะผสมตะกั่วร้อยละ 78 ดีบุกร้อยละ 7 และพลวงร้อยละ 15 จะทำให้โลหะผสมชนิดนี้มีความแข็งแรงถึง 24 BHN หรือพลวงผสมแบบ Linotype ซึ่งจะผสมตะกั่วร้อยละ 86 ดีบุกร้อยละ 3 และพลวงร้อยละ 11 จะทำให้โลหะผสมแบบนี้มีความแข็งเท่ากับ 19 BHN โลหะผสมทั้ง 2 ชนิดนี้ มักจะถูกนำไปใช้ทำเป็นตัวพิมพ์ในงานพิมพ์แบบต่าง ๆ ทั้งนี้ก็เพราะว่ามีคุณสมบัติที่เหมาะสมดังกล่าวแล้ว
6. สังกะสี (Zinc) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Zn มวลของอะตอมจะมีค่าเท่ากับ 65.38 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
7.13 g/cm3 รูปแบบของผลึกเป็นแบบ HCP โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมเท่ากับ 2.664 A เลขอะตอมเท่ากับ 30 และมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 420 องศาเซลเซียส
คุณสมบัติทั่วไปของสังกะสีคือ เป็นโลหะที่มีสีขาวปนเทา มีความแข็งแรงแต่เปราะแตกหักได้ง่ายอีกทั้งยังไม่ทนต่อกรด โดยเมื่อละลาย
ในกรดจะให้แก๊สไฮโดรเจน สังกะสีบริสุทธิ์นั้นจะถูกนำไปชุบเคลือบผิวเหล็กหล่อและเหล็กเหนียว เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของบรรยากาศ
นอกจากนั้น สังกะสียังสามารถนำไปผสมกับโลหะชนิดอื่น ๆ ได้อีกด้วย ทั้งนี้เพื่อให้คุณสมบัติของสังกะสีเปลี่ยนแปลงไปตามที่เราต้องการ
เช่น การนำสังกะสีไปผสมกับทองแดงและนิกเกิล จะทำให้โลหะผสมดังกล่าวมีความแข็งแรงมากขึ้น
สังกะสีมีกระบวนการผลิตและขึ้นรูปเป็นผลผลิตได้หลายรูปแบบ ซึ่งกระบวนการผลิตดังกล่าวนี้สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทดังนี้
(1) สังกะสีรีดเป็นแผ่น ส่วนมากจะเป็นสังกะสีบริสุทธิ์ เหมาะสำหรับนำไปใช้ทำวัสดุหรืออุปกรณ์ที่ป้องกันการกัดกร่อนจากน้ำ
อากาศ แอมโมเนีย แก๊สทั่วไป และน้ำมันต่าง ๆ แต่ไม่ทนต่อการกัดกร่อนของกรดกำมะถัน เป็นต้น
(2) สังกะสีหล่อขึ้นรูป ส่วนมากมักจะนิยมใช้การหล่อด้วยวิธีหล่ออัด (Die Casting) เนื่องจากสังกะสีนั้นมีคุณสมบัติ หล่อ
หลอมได้ง่าย เพราะมีจุดหลอมเหลวต่ำ เมื่อเย็นลงจะมีการหดตัวไม่มากนักและตกแต่งขึ้นรูปได้โดยง่าย อีกทั้งราคาก็ไม่แพงมากนักจึงนิยมใช้ในงานทั่ว ๆ ไป เช่น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์เครื่องมือ และอุปกรณ์ที่ใช้ภายในครัว ตลอดจนของเล่นเด็ก เป็นต้น
(3) สังกะสีเคลือบผิว สังกะสีมักจะใช้เคลือบเหล็กไม่ว่าจะเป็นเหล็กหล่อหรือเหล็กเหนียว การเคลือบผิวโลหะด้วยสังกะสีนั้นสามารถ
ทำ ได้หลายวิธี เช่น การฉีดหรือพ่น (Spraying) ชุบด้วยไฟฟ้า (Electrogalvanizing) และการชุบร้อน (Hot Dip Galvanizing) เป็นต้น การเคลือบผิวด้วยสังกะสีดังกล่าวนั้น ต้องระมัดระวังในการเคลือบเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ เพราะสังกะสีที่เกาะติดกับผิวเหล็กอย่างสม่ำเสมอนั้นจะมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
7. ทองแดง (Copper) สัญลักษณ์ทางเคมีคือ Cu มีมวลของอะตอมเท่ากับ 63.55 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
8.93 g/cm3 โดยมีระบบผลึกเป็นแบบ FCC เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมเท่ากับ 2.556 A เลขอะตอมเท่ากับ 29 และมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,083 องศาเซลเซียส
ทองแดงไม่ว่าจะอยู่ในสภาพทองแดงบริสุทธิ์หรือทองแดงผสมก็ตาม จะมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี อีกทั้งยัง
ป้องกันการกัดกร่อนจากบรรยากาศได้อีกด้วย นอกจากนั้นทองแดงยังสามารถรีดเป็นเส้นหรือตีเป็นแผ่นได้เป็นอย่างดี เพราะว่ามีความเหนียวสูง แต่ไม่มีคุณสมบัติความเป็นแม่เหล็ก
การที่จะทำให้ทองแดงมีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับงานหลาย ๆ ด้านนั้น จะต้องนำโลหะชนิดอื่น ๆ ผสมรวมกันให้ทองแดงบริสุทธิ์ กลาย
เป็นสภาพเป็นทองแดงผสม (Copper Alloy) เช่น
(1) ทองเหลือง (Brasses) เป็นโลหะผสมระหว่างทองแดงกับโลหะชนิดอื่น ๆ เช่น
(ก) ทองแดงผสมสังกะสี มีชื่อเรียกว่า ทองเหลือง
(ข) ทองแดงผสมกับสังกะสีและตะกั่ว มีชื่อเรียกว่า ตะกั่วทองแดง (Leaded Brasses)
(ค) ทองแดงผสมกับสังกะสีและดีบุก มีชื่อเรียกว่า ดีบุกทองแดง (Tin Brasses)
(ง) ทองแดงผสมกับสังกะสีแมงกานีส ซิลิคอน และอะลูมิเนียม มีชื่อเรียกว่า ทองเหลืองพิเศษ (Special Brasses)
(จ) ทองแดงผสมกับดีบุก สังกะสี และตะกั่ว มีชื่อเรียกว่า ทองเหลืองแดง (Red Brasses) (Pollack. 1988 : 318)

แผนภูมิสมดุลของทองแดงกับสังกะสีในรูปที่METAL-NONFER9 นั้น แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ของโลหะ ผสม
ไปตามอัตราส่วน ผสมของโลหะทั้ง 2 ชนิดในระดับอุณหภูมิต่าง ๆ จากแผนภูมิจะสังเกตเห็นว่าเฟสแอลฟาอยู่ทางซ้ายของแผนภูมิ และเฟสเบตาอยู่ทางขวาของแผนภูมิ ถ้าเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นจะพบว่าเฟสแอลฟาจะหลอมละลายได้ช้ากว่าเฟสเบตา ทั้งนี้ก็เพราะว่าเฟสแอลฟานั้นมีทองแดงผสมอยู่มากกว่าเฟสเบตา
ทองแดงและสังกะสีนั้นจะละลายเข้ากันได้ดี ถ้ามีสังกะสีผสมอยู่ในอัตราส่วนไม่เกินร้อยละ 37 ถ้าผสมสังกะสีร้อยละ 38-45
ทองแดงผสมนี้จะมีความแข็งและความเหนียวเพิ่มขึ้น

รูปที่ METAL-NONFER9
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับสังกะสี.

รูปที่ METAL-NONFER10
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับดีบุก.
Head

(2) บรอนซ์ (Bronzes) เป็นโลหะผสมระหว่างทองแดงกับโลหะชนิดอื่น ๆ เช่น
(ก) ทองแดงผสมกับดีบุก มีชื่อเรียกว่า ดีบุกบรอนซ์ (Tin Bronzes)
(ข) ทองแดงผสมกับซิลิคอน มีชื่อเรียกว่า ซิลิคอนบรอนซ์ (Silicon Bronzes)
(ค) ทองแดงผสมกับอะลูมิเนียม มีชื่อเรียกว่า อะลูมิเนียมบรอนซ์ (Aluminum Bronzes)
จากแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับดีบุก รูปที่ METAL-NONFER10 จะเห็นได้ว่าดีบุกเมื่อยู่ในสภาพโลหะผสมกับทองแดงนั้น
ทองแดงซึ่งมีจุดหลอมเหลว ถึง1,083 องศาเซลเซียส จะทำให้จุดหลอมเหลวของโลหะผสมสูงขึ้นด้วย ทั้งที่ดีบุกนั้นมีจุดหลอมเหลวเพียง 231 องศาเซลเซียสเท่านั้น
เฟสต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นนั้นจะประกอบด้วยเฟสแอลฟา เบตา เอปไซลอน (E) เดลตา แกมมา และโลหะหลอมเหลวที่เป็นเฟสเดียว จะ
เห็นได้ว่าเฟสแอสฟามีดีบุกละลายได้สูงสุดประมาณร้อยละ 17 ที่ส่วนผสมของดีบุกไม่เกินร้อยละ 38.5 องศาเซลเซียส เมื่อโลหะผสมอยู่ในสภาพหลอมเหลว จากนั้นปล่อยให้อุณหภูมิลดต่ำลง เฟสแอลฟาและเบตาจะเกิดขึ้นก่อน โดยเฟสเบตานั้นจะเปลี่ยนแปลงไปเป็นเฟสเกมมาเดลตา และเอปไซลอนการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ดังกล่าวนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ และเมื่อถึงอุณหภูมิห้องจะเหลือเพียงเฟสแอลฟากับเอปไซลอนเท่านั้น

รูปที่ METAL-NONFER11
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับซิลิคอน.

จากรูปที่ METAL-NONFER11 แสดงแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับซิลิคอน ซึ่งเราจะเห็นได้ว่าที่เฟสเค (K) ที่ ตำแหน่งที่มี
ส่วน ผสมของซิลิคอนร้อยละ 5.5 เมื่อปล่อยให้อุณหภูมิลดต่ำลง จะเกิดปฏิกิริยายูเทกตอยด์ คือ เฟสเปลี่ยนไปเป็นเฟสแอลฟาและเกมมาที่อุณหภูมิประมาณ 570 องศาเซลเซียส
จากรูปที่ METAL-NONFER12 แสดงแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับอะลูมิเนียม ซึ่งจะเห็นได้ว่าอะลูมิเนียมจะละลาย ในเฟส
แอลฟาได้สูงสุดร้อยละ 9.5 ที่อุณหภูมิ 530 องศาเซลเซียส และจะเกิดปฏิกิริยายูเทกติกที่อุณหภูมิ 1,030 องศาเซลเซียส โดยที่ของเหลวจะกลายเป็นเฟสแอลฟากับเบตา และทองแดงที่มีอะลูมิเนียมผสมอยู่ร้อยละ 10 นั้นสามารถนำไปผ่านกรรมวิธีทางความร้อนได้ ซึ่งจะทำให้มีความแข็งเพิ่มขึ้น

รูปที่ METAL-NONFER12
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับอลูมิเนียม.

(3) ทองแดงนิกเกิล (Copper Nickel) ทองแดงผสมชนิดนี้จะประกอบไปด้วยทองแดงผสมกับนิกเกิล แต่บางชนิดอาจ จะมี
โลหะ ชนิดอื่นผสมลงไปด้วย ซึ่งสามารถแบ่งทองแดงผสมนิกเกิลดังกล่าวนี้ออกเป็น 2 ชนิดดังนี้
(ก) ทองแดงผสมกับนิกเกิล หรือบางชนิดอาจจะมีเหล็กผสมอยู่ด้วย ซึ่งมีชื่อเรียกว่า ทองแดงนิกเกิล (Copper Nickel)
(ข) ทองแดงผสมกับนิกเกิลและสังกะสี มีชื่อเรียกว่า เงินนิกเกิล (Nickel Silver)
จากแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับนิกเกิลรูปที่ METAL-NONFER13 จะพบว่าโลหะทั้งสองสามารถละลาย เข้ากันได้ดี
ทั้งในสภาพของเหลว และสภาพ ของแข็ง ทั้งนี้เพราะโลหะทั้งสองมีขนาดอะตอมใกล้เคียงกัน อีกทั้งยังมีระบบผลึกสอดคล้องกันด้วย ลักษณะของแผนภูมิคล้ายรูปวงรีซึ่งประกอบด้วยเส้นโค้ง ส่วนบนมีชื่อเรียกว่า Liquidus เหนือเส้นนี้จะเป็นของเหลว และเส้นโค้งล่างซึ่งเรียกว่า Solidus ใต้เส้นนี้เป็นของแข็งแอลฟา แต่ภานในรูปวงรีนั้นจะประกอบไปด้วยเฟสแอลฟากับโลหะหลอมเหลว ดังนั้นจึงสามารถแบ่งพื้นที่ของแผนภูมิสมดุลนี้ออกเป็น 3 ส่วน ซึ่งส่วนบนคือ โลหะหลอมเหลว ส่วนกลางคือ แอลฟากับโลหะหลอมเหลว และส่วนล่างคือ ของแข็งแอลฟา

รูปที่ METAL-NONFER13
ลักษณะแผนภูมิสมดุลของทองแดงกับนิกเกิล.

ทองแดงผสมกับโลหะชนิดอื่น ๆ ยังมีอีกมากมายแต่ไม่ได้นำมากล่าว ณ ที่นี้ แต่ไม่ว่าจะเป็นทองแดงประเภทใดก็ตาม ทองแดง
ผสมเหล่านั้นย่อมมีจุดมุ่งหมายในการนำไปใช้งานที่แตกต่างกันออกไป ทั้งนี้จะส่งผลให้ทองแดงผสมถูกนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวางด้วยเช่นเดียวกัน ดังนั้น การนำไปทองแดงไปใช้งานจึงจะต้องศึกษาคุณสมบัติของทองแดงผสมแต่ละชนิดโดยละเอียด ซึ่งจะส่งผลให้ทองแดงผสมเหล่านั้นถูกนำไปใช้งานอย่างเหมาะสม
Head

โลหะผสม (Metal Alloy)
โลหะนอกกลุ่มเหล็กที่ได้กล่าวมาแล้วทั้งหมดนั้น บางชนิดถูกนำไปใช้ในสภาพโลหะบริสุทธิ์โดยไม่ได้นำไปผสมกับโลหะใด ๆ แต่บาง
ชนิดได้ถูกนำไปผสมกับโลหะชนิดอื่น ๆ ดังนั้น เราจึงเรียกโลหะที่มาผสมว่าโลหะผสม การผสมโลหะผสมลงไปนั้น ก็เพราะต้องการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโลหะไปตามความต้องการของผู้ผลิต
เหล็กเป็นโลหะที่ถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง ดังนั้น เหล็กจึงได้ถูกปรับปรุงคุณสมบัติเพื่อรองรับงานแต่ละประเภท
ซึ่งการปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กนั้นสามารถทำได้หลายวิธี และวิธีการผสมโลหะผสมลงในเหล็กก็เป็นวิธีปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กวิธีหนึ่งที่นิยมนำไปใช้ ดังนั้น โลหะผสมที่จะกล่าวในลำดับต่อไปนี้ก็จะเป็นโลหะที่ใช้ผสมกับเหล็กเท่านั้น โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้
1. เซอร์โคเนียม (Zirconium) มีสัญลักษณ์ทางเคมี Zr มวลของอะตอมเท่ากับ 91.22 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส
เท่ากับ 6.51 g/cm3 โดยมีระบบผลึกเป็นแบบ HCP ขนาดของอะตอมโดยวัดจากเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 3.172 A มีเลขอะตอมเท่ากับ 40 เซอร์โคเนียมในสภาพบริสุทธิ์จะมีสีขาว น้ำเงิน เขียว และแดง ดังนั้น จึงมักจะถูกนำไปใช้ทำเครื่องประดับ แต่ถ้าผสมกับเหล็กจะให้คุณสมบัติความสามารถในการทำให้แข็ง (Hardenability) ได้ง่าย แต่มีผลเสียคือจะทำให้การเติบโตของเกรนในเหล็กนั้นเป็นไปได้ยาก
2. ไนโอเบียม (Niobium) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Nb มีมวลอะตอมเท่ากับ 92.91 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
8.58 g/cm3 โดยมีระบบผลึกเป็นแบบ BCC ขนาดของอะตอมโดยวัดจากเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.858 A เลขอะตอมเท่ากับ 41 ไนโอเบียมมักพบในแร่โคลัมไบต์และแทนทาไลต์ เมื่อนำไนโอเบียมผสมกับเหล็กจะทำให้เหล็กนั้นไม่เกิดสนิมและทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี อีกทั้งยังทำให้มีความแข็งแรงและทนทานต่อแรงกระแทกเพิ่มขึ้น เช่น Stainless Steel จะมีไนโอเบียมผสมอยู่ร้อยละ 1 จึงทำให้ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงดีขึ้น
3. ฟอสฟอรัส (Phosphorus) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ P โดยมีอะตอมเท่ากับ 30.9 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
1.82 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ Simple Cubic ขนาดของอะตอมโดยวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.18 A และเลขอะตอมเท่ากับ 15 ฟอสฟอรัสเมื่อผสมกับเหล็กจะให้ปฏิกิริยายูเทกติก Stedite แต่ทั้งนี้ต้องผสมฟอสฟอรัสลงไปในอัตราส่วนร้อยละ 6.9 และมีคาร์บอนร้อยละ 1.9 นอกจากนั้นยังให้เฟสเฟอร์ไรต์ที่มีความแข็ง อีกทั้งยังเพิ่มความสามารถในการตัด (Machinability) ดีขึ้น เช่น เหล็กหล่ออบเหนียวสีขาว มาตรฐาน ISO ชั้นคุณภาพ A จะมีฟอสฟอรัสผสมอยู่ประมาณไม่เกินร้อยละ 0.15 ซึ่งจะได้ความแข็ง 220 HB เป็นต้น

รูปที่ METAL-NONFER14
ลักษณะโครงสร้างของเหล็กหล่อ ที่มีฟอสฟอรัสผสมอยู่ ร้อยละ 6.9.

4. ซิลิคอน (Silicon) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ Si มวลอะตอมเท่ากับ 28.09 โดยมีความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ
2.33 g/cm3 ระบบผลึกเป็นแบบ Simple Cubic ขนาดของอะตอมวัดจากเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.351 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 14 ซิลิคอนนั้นถูกนำไปผสมกับเหล็กหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นเหล็กหล่อหรือเหล็กเหนียวก็ตาม เพื่อช่วยให้เหล็กเหล่านั้นมีเฟสเฟอร์ไรต์ที่แข็งเพิ่มขึ้น และยังช่วยเพิ่มความสามารถในการทำให้แข็งดีขึ้น นอกจากนั้นยังทำให้แกรไฟต์เพิ่มขึ้นอีกด้วย เช่น เหล็กมาตรฐานอเมริกา AISI ชนิด D3 มาตรฐานญี่ปุ่น JIS และมาตรฐานเยอรมัน DIN ชนิด X210Cr12 ซึ่งเหล็กมาตรฐานเหล่านี้จะมีซิลิคอนผสมอยู่ร้อยละ 0.10 - 0.40 จะให้ความแข็งสูงสุดเท่ากับ 800 HV เป็นต้น (มนัส สถิรจินดา. ม.ป.ป. : 284)
5. ทองแดง (Copper) รายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติทั่วไปของทองแดงได้กล่าวไว้แล้วในโลหะนอกกลุ่มเหล็ก แต่สำหรับทองแดง
ที่จะกล่าวในที่นี้ จะเป็นการนำเอาทองแดงนำไปผสมกับเหล็กเพื่อให้ได้คุณสมบัติดังต่อไปนี้คือ ทำให้จุดยูเทคตอยค์อยู่ในแผนภูมิสมดุลของเหล็กเคลื่อนที่ไปทางขวามากขึ้น ส่วนอาณาเขตของออสเทนไนต์จะคงที่และจะไม่มีผลต่อการเกิดคาร์ไบด์ในเหล็ก อีกทั้งยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้เป็นอย่างดี
6. วาเนเดียม (Vanadium) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ V โดยมีมวลอะตอมเท่ากับ 50.94 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20
องศาเซลเซียสเท่ากับ 6.09 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ BCC ขนาดของอะตอมโดยวัดที่เส้นผ่านเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.622 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 23
วาเนเดียมบริสุทธิ์มีความแข็งแรงสูงมาก แต่มีน้ำหนักเบา มักพบในแร่แพโทรไนต์และวาเนไดต์เมื่อนำวาเนเดียมไปผสมกับ เหล็กในอัตรา
ส่วนร้อยละ 0.1 - 0.3 วาเนเดียมจะรวมตัวกับออกซิเจนและไนโตรเจนได้ดี ทำให้เหล็กนั้นมีความแข็งแรงและมีความเหนียวยิ่งขึ้น อีกทั้งยังมีความยืดหยุ่นได้เล็กน้อยตลอดจนให้รูปแบบของคาร์ไบด์ที่แข็งแรง นั้นคือวาเนเดียมคาร์ไบด์ ซึ่งคาร์ไบด์ชนิดนี้จะมีเสถียรภาพสูง จึงทำให้สลายตัวได้ยากเมื่อต้องการอบชุบ ดังนั้นจึงต้องใช้เวลาและพลังงานในการอบมากขึ้น เช่น เหล็กมาตรฐานอเมริกา AISI ชนิด T15 และมาตรฐานเยอรมัน DIN ชนิด 1.3202 เหล็กทั้ง 2 ชนิดจะมีส่วนผสมของวาเนเดียมร้อยละ 5 เป็นต้น (มนัส สถิรจินดา. ม.ป.ป. : 286)
7. ไทเทเนียม (Titanium) คุณสมบัติทั่วไปของไทเทเนียมได้กล่าวไว้แล้วในโลหะนอกกลุ่มเหล็กสำหรับโลหะชนิดนี้จะมีสีเงิน จะให้
ความแข็งแรงสูงเมื่อผสมกับเหล็ก และยังทำให้เหล็กที่มีไทเทเนียมผสมอยู่สามารถนำไปชุบแข็งได้โดยง่าย และความสามารถในการทำให้แข็งจะดีมาก อีกทั้งยังให้แกรไฟต์ที่มีขนาด่เล็กและมีความแข็งแรงสูงถึงแม้ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิสูงก็ตาม จึงสามารถนำไปใช้ทำเครื่องมือและอุปกรณ์ที่ต้องรับแรงและความร้อนสูงได้เป็นอย่างดี
8. ทังสเตน (Tungsten) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ W มวลของอะตอมเท่ากับ 183.85 มีความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส
เท่ากับ 19.25 g/cm3 มีระบบผลึกเป็นแบบ BCC ขนาดของอะตอมโดยวัดที่ผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 2.741 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 74
ทังสเตนเมื่อผสมกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steel) หรือเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steel)
จะทำให้เหล็กนั้นมีความสามารถในการทำให้แข็งดีขึ้นเล็กน้อย แต่ถ้าผสมในเหล็กกล้าคาร์บอนสูง (High Carbon Steel) ในอัตราส่วนร้อยละ 4 จะทำให้มีความแข็งและมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี แต่ถ้าผสมทังสเตนเพิ่มขึ้นอีกเป็นร้อยละ 18 จะให้ความแข็งและความแข็งแรงสูงถึงแม้ว่าจะได้รับความร้อนก็ตาม นอกจากนั้นยังให้คาร์ไบด์ที่แข็งแรงมากอีกด้วย
ทังสเตนมักจะถูกนำไปผสมกับเหล็กกล้าเครื่องมือ โดยจะผสมลงไปร้อยละ 1.5 - 10 จะทำให้เหล็กกล้าเครื่องมือชนิดนี้สามารถนำ
ไปใช้งาน ในที่มีอุณหภูมิสูง
9. โบรอน (Boron) มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือ B มวลอะตอมเท่ากับ 10.81 ความหนาแน่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียสเท่ากับ 2.47
g/cm3 มีผลึกเป็นแบบ Rhombohedral ขนาดของอะตอมโดยวัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ 1.94 A และมีเลขอะตอมเท่ากับ 5
โบรอนเมื่อนำไปผสมกับเหล็ก จะทำให้เหล็กที่ถูกหลอมละลายและปล่อยให้เย็นตัวเกิดนิวเคลียสของเฟอร์ไรต์ได้ช้า และการเปลี่ยนแปลง
ไปเป็นเฟสออสเทนไนต์ก็ค่อนข้างช้าด้วยเช่นกัน แต่ยังคงเพิ่มความสามารถในการทำให้แข็ง นอกจากนั้นโบรอนยังช่วยดึงโครเมียมให้รวมตัวกับคาร์บอนเป็นโครเมียมคาร์ไบด์ได้อีกด้วย ดังนั้น จึงไม่นิยมที่จะนำโบรอนไปผสมกับเหล็กทั่ว ๆ ไป แต่มักจะถูกนำไปผสมกับเหล็กบางชนิดเท่านั้น
10. นิกเกิล (Nickel) สำหรับนิกเกิลนั้น รายละเอียดทั่วไปได้นำเสนอไว้ในเรื่องของโลหะนอกกลุ่มเหล็กแล้ว แต่สำหรับในส่วนนี้ จะนำ
เสนอที่เกี่ยวกับการนำนิกเกิลไปใช้ผสมกับเหล็กเท่านั้น
นิกเกิลเมื่อผสมกับเหล็กจะทำให้ปฏิกิริยายูเทกตอยด์เกิดที่อุณหภูมิต่ำซึ่งจะทำให้เหล็กมีเกรนที่เล็กละเอียด และทำให้เส้น A4 ในแผนภูมิ
สมดุลของเหล็กกับคาร์บอนสูงขึ้นจนส่งผลให้ขอบเขตของเฟสออสเทนไนต์กว้างยิ่งขึ้น นอกจากนั้นนิกเกิลยังไม่ให้คาร์ไบด์ อย่างไรก็ตาม เหล็กเมื่อผสมกับนิกเกิลแล้วจะมีความแข็งและมีความเค้นแรงดึงสูงขึ้น อีกทั้งยังไม่เป็นสนิมและทนทานต่อการกัดกร่อน
ดังนั้น นิกเกิลจึงถูกนำไปผสมกับเหล็กหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นเหล็กหรือเหล็กกล้าก็ตามตัวอย่างเช่น การนำนิกเกิลร้อยละ 36 ผสมกับเหล็ก
จะได้เหล็กที่มีคุณสมบัติการขยายตัวต่ำมาก เราเรียกเหล็กชนิดนี้ว่า อินวาร์ (Invar)

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