บทท 6 แผนภาพของภาค

ภาค (Phase) หมายถง สวนของสารทแตกตาง ซงอาจเปนความแตกตางของ

โครงสรางหรอสวนผสมหรอทงสองอยาง เพอทสามารถบรรยายถงโครงสรางของวสดไดเตมท

เราจงเขยนแผนภาพทแสดงวาเฟสอะไรบางในวสดซงแปรตามการเปลยนแปลงของอณหภม

ความดน และสวนผสมทงหมดสาหรบวสดซงแตละเฟสอยในสภาวะสมดลยกบรอบๆ ตวมน

แผนภาพเชนนเรยกกวา Phase Diagram

6.1 แผนภาพของภาคธาตบรสทธ (Phase Diagram of Pure Substances) สาหรบธาตบรสทธนนเชน นา สามารถทจะมสภาวะเปนไดทงสอง ของแขง ของเหลว

และกาซได ซงขนอยกบอณหภม และความดน ซงสารบรสทธนยงสามรถทจะมสภาวะทจะ

เปน 2 เฟส และ 3 เฟสได ในสภาวะทอณหภม และความดนทแตกตางกน ตวอยางเชน กรณท

เปน 2 เฟสกคอ นาและนาแขงทอยในแกวนา จะเหนไดวาจะมเฟสทเปนนของแขง และ

ของเหลวซงทงสองเฟสกแยกออกจากกน โดยขอบของเฟสซงกคอผวของกอนนาแขงนนเอง

อกตอยางหนงกรณทเปน 2 เฟสกคอ ชวงทนากาลงเดอด นาทอยในสภาวะของเหลว และไอ

นากจะแยกออกจากกน สาหรบเฟสตางของนาทอณหภมและความดนคงตาง ๆ กน ซงแสดง

ในภาพท 6.1

ในแผนภมของภาคความดน-อณหภม (Pressure – temperature (PT) phase

diagram) ของนาทแสดงดงภาพท 6.1 จะเหวาจะมจด ๆ หนงทมทง 3 เฟสซงเปนการเกด 3

เฟส อยดวยกนในสภาวะทสมดลยไดทอณหภมจาเพาะ และความดนจาเพาะเทานน คา

เฉพาะเหลานของอณหภมและความดนทาใหเกดจดเดยวบนแผนผงเรยกวา trip point

76

ภาพท 6.1 กราฟแสดงความสมพนธของความดน-อณหภมของนา

สาหรบเหลกบรสทธ แสดงดงภาพท 6.2 จะมเสนแบงระหวางเฟสของเหลวของแขงน

บรเวณทแสดงใหเหนวาเปนของแขงแบงออกเปน 3 เขตดวยกนคอทอณหภม 13946 0C จะม

ของแขง 3 เฟสซงมโครงสรางของผลกทแตกตางกนอยคอเปนเหลกแอลฟา (α -Fe) เหลก

แกมมา (γ -Fe)และเหลกเดลตา (δ -Fe) ซงเหลกแอลฟาวา และเหลกเดลตามโครงสรางผลก

เปน BCC ในขณะทเหลกแกมมามโครงสรางเปน FCC ดงนนจากภาพท 6.2 จะมจด triple

point ทงหมด 3 จดคอทอณหภม 1538 0C, 1394 0C และท 910 0C

ภาพท 6.2 กราฟแสดงความสมพนธของความดน-อณหภมของเหลกบรสทธ

77

6.2 GIBBS PHASE RULE จากกกเกณฑทางเทอรโมไดนามคทาใหสามารถทราบความสมพนธระหวางเฟส (P)

(phase) ทสามารถมไดทสภาวะสมดลในระบบ จานวนทตาสดของตวผสม (C) (component)

ซงสามารถทาใหเกดระบบทวานน และระดบของความอสระ (F) degree of freedom)

ความสมพนธทง 3 อยางนจะเขยนเปนสมการในรป

P + F = C + 2

ซงรจกกนดวาคอ Gibbs phase rule ในสมการนระดบความอสระกคอ จานวนตว

แปรอณหภมความดน และสวนผสมทเปลยนแปลงโดยไมเปลยนจานวนเฟสในสภาวะสมดลย

ถาเปนระบบโลหะสวนมากความดนจะคงทท 1 atm จงเหลอตวแปรภายนอกเพยงตวเดยวจะ

ไดสมการเปน

P + F = C + 1

จากภาพท 6.1 ทเปนแผนภมความดน-อณหภมของนาจะไดวาเมอพจารณาจดท

แสดงแผนผงสมดลยระหวางเฟส เนองจากตวผสมมแค 1 ตว จานวนเฟสเปน 2 ฉะนนระดบ

ความอสระ (F) จะมคาเปน 1 ซงหมายความวาเราสามารถกาหนดการเปลยนแปลงเพยงนด

หนอยในอณหภมหรอความดนกได และเปนการเปลยนแปลงอยางใดอยางหนง ไมใชทงสอง

อยางพรอมกน สมมตวาเราตองการหาสภาวะทของแขง ของเหลว และ ไอ อยดวยกนในภาวะ

สมดล จานวนตวผสมยงคงเปน 1 อย จานวนเฟสคอ 3 ดงนนจานวนระดบความอสระเปน

ศนย เราไมสามารถเปลยนคาไปไดเลย และเกด 3 เฟสอยดวยกน

6.3 แผนภาพภาคของระบบ 2 ธาต (Phase Diagram of Binary Systems) ธาตบรสทธคหนง หรอสารประกอบออาจจะผสมเขาดวยกนไดในจานวนไมมทสนสด

ของอตราสวนตาง ๆ กน สาหรบแตละสวนผสมตลอดทงหมดในสภาวะสมดลยเปนฟงกขน

ของอณหภม และความดนซงเปนไปตามกฎของฮม-รทเทดงน

1. ขนาดของอะตอมตองแตกตางกนไมเกน 15%

2. แตละอะตอมจะตองไมทาปฏกรยากนเอง ซงคาของอเลกโตรเนกาตวต

3. แตละอะตอมไมควรมวาเลนตอเลกตรอนเหมอนกน

4. โครงสรางผลกในสารละลายของแขงควรมขนาดเทากน

78

ในระบบสมดลของธาต 2 ธาต นนมอย 5 ระนาบดงน

1. ระบบสารละลายแขง (Solid Solution System) เปนระบบทโลหะหรอธาตทงสอง

ตางผสมและละลายกนไดทกสดสวนทงในสภาพของเหลวและของแขง

2. ระบบยเทคตก (Eutectic system) เปนระบบทโลหะหรอธาตทงสองตางละลายกน

ไดสดสวนในสภาพของเหลว แตแยกกนอยางเดดขาดในสภาพของแขง

3. ระบบผสมระหวางสารละลายของแขง และระบบยเทคตก เปนระบบทโลหะหรอธาต

ทงสองตางละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว และละลายกนไดบางในสภาพของแขง

4. ระบบทเกดจากปฏกรยาเพอรเทกตก (Peritectic reaction) เปนระบบทโลหะหรอ

สารทงสองละลายเขาดวยกนไดในสภาพของเหลว และแขงตวตามปฏกรยาเพอรเทกตก

5. สารประกอบระหวางโลหะ (Intermetallic compound) เปนระบบทโลหะหรอธาต

ทงสองละลายเขากนไดหมดในสภาพของเหลว และรวมกนเปนประกอบในสภาพของแขง

6.4 ระบบสารละลายของแขง (Solid solution system) เมออะตอมของธาต 2 ชนดหรอมากกวารวมตวกนกลายเปนของผสมทมเนอเดยวกน

และเกดในสภาวะของแขงเรยกวาสารละลายของแขง ธาตทมอะตอมอยมากเรยกกวาตวทา

ละลาย (Solvent) และธาตทมอะตอมนอยกวาเรยกวา ตวถกละลาย (Solute)

สารละลายของแขงเกดได 2 ลกษณะคอ

6.4.1 สารละลายของแขงโดยการแทนท (Substitutional Solid Solution)

อะตอมตวถกละลายจะแทนทอะตอมตวทาละลายโดยตรง ดงภาพ แสดงอะตอมของ

ธาต 2 ชนด (Cu และ Ni) โดยอะตอมทองแดงจะเขาไปแทนทอะตอมของนเกล

ภาพท 6.3 แสดงสารละลายแบบ Substitutional

79

6.4.2 สารละลายของแขงโดยการแทรกตว (Interstitial Solid Solution)

อะตอมตวถกละลายจะเขาไปแทรกตวอยตามทวางระหวางอะตอม

ตวทาละลาย ดงภาพ อะตอมของคารบอนแทรกตวระหวางอะตอมเหลก

ภาพท 6.4 แสดงสารละลายแบบ Interstitial

ธาตตาง ๆ ทรวมกนแลวกลายเปนสารละลายของแขงจะมสดสวนทจากด มบาง

ระบบเทานนทสามารถเปนสารละลายของแขงไดทกอตราสวนของธาตทนามาผสมกน เชน

Cu-Ni ปกตแลวธาต Ni จะเขาไปผสมในสารละลายของแขงไดเพยงจานวนหนงเทานน ทาให

เกดสารละลายของแขงครงแรก (Primary solid solution) ซงมโครงสรางผลกเหมอนกบโลหะ

ทเปนตวทาละลาย ถาหากธาต Ni รวมตวกบ Cu ในอตราสวนทสงขน จะเกดเฟสใหมขนมา

และมโครงสรางแตกตางจากเดม เรยกวาสารละลายของแขงครงทสอง (Secondary solid

solution) ซงถาเกดขนมากสารละลายของแขงจะมเนอไมสมาเสมอยงขน

แผนภาพของภาคของระบบสารละลายของแขงน จะแสดงความสมพนธระหวาง

สวนผสมของ 2 สารหรอ 2 ธาต สมมต (A และ B) และอณหภม เมอความดนเทากบ 1

บรรยากาศ และจะอาศยขอมลจากแผนภาพการเยนตวในการตกผลกมาชวย จากรปท 7.4

เปนรปแสดงใหเหนแผนภาพการเยนตวของโลหะผสม A และ B ซงโลหะ A และ B เปนโลหะ

2 ชนดทเกดเปนสารละลายของแขง ซงเรมจาก A = 100% ทอยทางซายมอไปยงทางขวามอ

จนกระทง A = 0% โดย B จะเปนสดสวนกนจาก B = 0% ทางซายมอไปขวามอจนกระทง B

= 100%

80

ภาพท 6.5 แสดงแผนภาพการเยนตวของโลหะผสมระหวาง A และ B

พจารณาทโลหะบรสทธ (คอท A = 100% หรอท B =100%) โดยท TA และ TB เปน

อณหภมทจดหลอมเหลงของโลหะ A และ B ตามลาดบ โลหะบรสทธจะตกผลกทอณหภม

คงท และใชเวลาหนงในการตกผลก จากนนอณหภมจงสามารถลดลงเรอย ๆ จนถง

อณหภมหอง แตเนองจากจดหลอมเหลงของโลหะ A และ B ตางกน ดงนนสดสวนของโลหะ

ผสมใด ๆ เมอลดอณหภมจนถงอณหภมหนงโลหะกเรมตกผลกออกมา และถาลดอณหภมลง

เรอย ๆ ของเหลวกจะกลายเปนของแขงทงหมดแลวจากนนกจะไดโลหะผสมตามสดสวนท

กาหนด ยกตวอยางเชน จากสวนผสมโลหะ A = 80%, B = 20% เมอลดอณหภมลงมาถง T1

จะมโลหะบางสวนตกผลกออกมา และจะตกผลกออกมามากขนเรอย ๆ และตกผลกหมดท

อณหภม T2 จากนนกลดลงตอไปจนถงอณหภมปกต จะเหนไดวาไมวาจะสงเกตโลหะท

สดสวนผสมใด ๆ กไดในลกษณะผสมคลาย ๆ กน ดงนนจงสามารถตอโยงสจดทของเหลวของ

โลหะผสมทกสดสวนเรมกลายเปนาของแขงทงหมดกจะไดเสนของแขง (Solidus line) ดงนน

ถาลากเสนพลอตความสมพนธระหวางอณหภมในแกนตง และสดสวนของสวนผสมในแกน

นอน กจะไดแผนภาพสมดลของภาคของระบบสารละลายของแขงดงแสดงดงภาพท 6.5

81

ภาพท 6.6 แสดงระบบสมดลแบบสารละลายของแขง ภาพท 6.6 แสดงแผนผงของการละลายของแขงระหวางโลหะ A และ B ซงละลายซงกน

และกนไดหมด แผนผงประกอบดวยบรเวณของเหลวเฟสเดยว บรเวณของแขงเฟสเดยว และ

บรเวณสองเฟสคอ ของแขง + ของเหลว และเสนโคงอณหภม-สวนผสมสาหรบบรเวณ 2 เฟส

เนองจาก solidus และ liquidus เปนเสนโคงของอณหภม-สวนผสมสาหรบ 2 เฟส ใน

ภาวะสมดลย ดงนนทปลายของเสนลากในแนวระดบทตอ solidus และ liquidus นจะแทน

สวนผสมของเฟสทงสองทอณหภมน เสนแนวระดบทอยระหวางเฟสทงสองนเรยกวา tielines

ดงนนเราจงสามารถหาโลหะผสมทสวนผสม C0 ในแผนผงสมดลย ถาโลหะผสมอยในภาวะ

สมดลยทอณหภมตรงจด a มนกจะเปนของเหลวหนงเฟสทสวนผสม C0 ถาทาใหเยนลงชา ๆ

จนถงจด b ของแขงจะเรมเกดขนจานวนสวนผสม C si ทาใหเยนลงตอไป (ชา ๆ เพอรกษาสภ

วะสมดลไว) ปรมาณเฉลยสวนผสมของแขงจะเปนไปตามเสน solidus และปรมาณเฉลย

สวนผสมของของเหลวจะเปนไปตามเสน liquidus จนกระทงถงอณหภมทจด c ซงวสดจะ

ประกอบดวยของแขงในสวนผสม C ในภาวะสมดลยกบของเหลวในสวนผสม C และถาทา

ใหเยนลงตอไปจนถงตอไปจนถง d สวนทเหลอเปนของเหลว Clf และสวนทเปนของแขงจะม

ปรมาณเทากบสวนผสมของโลหะผสม ทอณหภมใด ๆ ทตากวาจด d วสดจะเปนของแขง

ทงหมด โดยมสวนผสมในโลหะผสมเปน C0

82

7.5 ปรมาณสมพทธของเฟส (Relative Amounts of Phases) แผนผงสมดลยของภาคนอกจากจะกาหนดจานวนเฟสทเกดทอณหภมตาง ๆ และ

สวนผสมแลว ยงชวยใหเราสามารถคานวณหาปรมาณสมพทธของแตละเฟสทอณหภมนน

ภาพท 6.7 แสดงการเขยน tie line

เรามาพจารณาวสดสวนผสม C0 ในรปท 6.6 อกครงหนง ทอณหภมทจด c จะมเฟสของ

สวนผสม Cl และ Cs ในภาวะสมดลย จานวนอะตอมของตวผสม B ในสวนผสมเรมตนคอ

ผลรวมของอะตอม B ในเฟสของแขงกบของอะตอม B ในเฟสของเหลว โดยหลกการสมดลย

ของมวลถาให Xs เปนอตราสวนของวสดในเฟสของเแขง และ Xl เปนอตราสวนของวสดในเฟส

ของเหลว เราจะได

Xs = ls

l

CCCC

−−0

Xl = ls CC

CC−− 00

83

ความสมพนธนใชไดในบรเวณทมสองเฟสของแผนผงสมดลยไบนารและเรยกวา

Lever Rule ซงสามารถคานวณไดดงภาพท 6.8

ภาพท 6.8 แสดงสวนผสมเฟส ณ จดตางๆ ของ Cu - Ni

6.6 ระบบยเทกตก (Binary Eutectic Alloy System)

เปนระบบทโลหะหรอธาตทงสองตางละลายกนไดทกสดสวนในสภาพของเหลว แตจะ

แยกกนอยางเดดขาดในสภาพของแขง สารผสมจะอยในระบบยเทกตก Cooling curve ของ

โลหะบรสทธ และโลหะผสมทมโลหะบรสทธอกชนดหนงเขาไป ถามปรมาณ B เขาไปผสมจะ

ทาใหจดแขงตวตาลง และจะตาลงเรอย ๆ เมอปรมาณ B เพมมากขน จนกระทงถงจด ๆ หนง

ทตาทสดทเรยกวาจดยเทกตก (Eutectic point) เมอเพม B มากขนคาของจดแขงตวจะสงขน

ไปอก สารผสมทจดยเทกตกนจะมคณสมบตเหมอนธาตหรอโลหะบรสทธในดานการแขงตว

84

คอ แขงตวทอณหภมคงท โลหะทงสองชนดจะเกดโครงสรางสลบกบของเนอโลหะระหวาง A

และ B เรยกวาโครงสรางยเทกตก แสดงดงภาพท 6.9

ภาพท 6.9 แสดงถงแผนภาพสมดลโลหะผสมระหวางบสมสกบแคดเมยม ซงเราจะ

เหนวาแผนภาพภาคสมดลของระบบนแบงออกเปน 4 สนามภาค (Phase field) คอ ภาค

ของเหลว, (ภาคของเหลว + ภาคของแขง A), (ภาคของเหลว + ภาคของแขง B) และ (ภาค

ของแขง A + ภาคของแขง B)

โดยทฤษฎแลวในระบบ Bi-Cd ธาตทงสองละลายกนไดบางแตนอยมากจนถอไดวา

ไมละลายซงกนและกน

ภาพท 6.9 แสดงแผนภาพสมดลของโลหะผสมระหวาง Bi และ Cd

พจารณาดโลหะทมสวนผสม X ในสภาพของเหลว เมอลดอณหภมลงจนถง ti ตดเสน

Liquidus โลหะแคดเมยมบรสทธจะตกผลก ในขณะทของเหลวทเหลอจะมสวนผสมของแค

ดเมยม และบสมสตามแนวเสน Liquidus ไปจนถงจด e (อณหภม te) โครงสรางประกอบไป

ดวยผลกของโลหะแคดเมยมและของเหลวทมสวนผสม e ของเหลวสวนทเหลอนจะแขงตวท

อณหภมคงทแลวมโครงสรางสลบกนระหวางโลหะแคดเมยม และโลหะบสมส ดงนนจงม

โครงสรางสดทายเปนโลหะแคดเมยมและยเทกตก

ในทานองเดยวกนถาพจารณาทสวนผสมทมบสมสมากกวายเทกตก โครงสรางกจะ

ประกอบไปดวยผลกของโลหะบสมส และโครงสรางยเทกตก

85

ในระบบของโลหะผสม Cd-Bi สวนผสมของยเทกตกคอ Cd = 40% และ Bi = 60%

การหาปรมาณภาพสมพนธ กใชกฏของคาน (Lever arm rule) หาปรมาณของของเหลวและ

ปรมาณของของแขง

6.7 ระบบผสมระหวางระบบสารละลายของแขงกบระบบยเทกตก ระบบนเปนระบบทธาต 2 ธาต หรอสาร 2 ชนดลลายกนไดหมดในสภาพของเหลวแต

จะละลายไดเพยงบางสวนเมอกลายสภาพเปนของแขง แผนภาพสมดลภาคของระบบนแสดง

ดงภาพท 6.10 ซงเปนแผนภาพสมดลระหวาง โลหะ A และโลหะ B จะเหนวาในระบบนม 6

สนามภาคดวยกน คอ ประกอบดวยภาคของเหลว, (ภาคของแขง α + ของเหลว), ภาค

ของแขง β + ของเหลว), ภาคของแขง α , ภาคของแขง β , และ (ภาคของแขง ( α + β

)) โดยปกตภาคของแขง α หมายความวา ภาค A ทม B ละลายอยบาง และ β เปนภาค

B ทม A ละลายอยบาง

ภาพท 6.10 แสดงแผนผงสมดลแบบ Hypothetical binary สาหรบ ธาต A และ B ซงละลายในกนและกนไดทกสวน

86

พจารณาโลหะผสมท C0 ซงเปนของเหลวเฟสเดยวทจด a เมอทาใหเยนลงจด b

สวนผสมของของแขงทเกดขนทราบไดโดยอาศยเสนแบงเขตของบรเวณ 2 เฟส คอ C เมอทา

ใหเยนตอไปจนถงจด c กจะมเฟสของแขงทสวนผสม C และเฟสของเหลวทสวนผสม Cl ท

สภาวะสมดลยในกรณของแผนผงของสารละลายแขงประมาณสมพทธของเฟสทงสองใน

สภาวะสมดลยอาจคานาณไดโดยใช Lever arm rule ทจด c

สวนทเปน เฟส α = ( )( )αCC

CC

l

l

−− 0

สวนทเปนเฟสของเหลว = ( )( )α

α

CC

CC

l−−

0

ความจรงแลวบรเวณสองเฟสขางบนในภาพท 6.10 คอ (α + β ) และ (L+ β )

สามารถพจารณาเสมอนหนงแผนผงของสารละลายของแขงคหนงได คออนหนงเปนการ

ละลายของ A ใน B และอกอนหนงเปนการละลายของ B ใน A

ถาวสดถกทาใหเยนลงตอไปจนาตากวาจด c กจะเกดของแขงมากขน และสวนผสม

ของของเหลวกจะเปนไปตามเสน Liquidus จนถงจด c ซงเรยกวาจดยเทคตก (Eutectic

point) และของเหลวยเทกตกทสวนผสม Ce กจะแขงตวไปเรอย ๆ ทอณหภมคงทซงเรยกวา

อณหภมยเทกตก ; Te การเปลยนเฟสเชนนเรยกวาปฏกรยายเทกตก (Eutectic reaction) ซง

เปนระบบทไมแปรเปลยนได เนองจากม 3 เฟสอยในสภาวะสมดลยในระหวางการแขงตวของ

ของเหลวยเทกตก ไมมระดบของความอสระอณหภมสวนผสมของของเหลว และสวนผสม

ของเฟสาของของแขงทงสองตายตวหมดไมสามารถแปรเปลยนได

ปฏกรยายเทกตกในระบบน แสดงสมการ

Liquid Solid A + Solid B หรอ

Liquid α + β

เมอของเหลวยเทกตกไดแขงตวหมดแลว อณหภมจงเรมลดลง อาจจะเหนดง4krท

6.10 วาการละลายตวของ B ใน A (และของ A ใน B) ลดลงเมอลดอณหภมตากวา Te และ

B ทเกนไปกจะตกตะกอนออกมาเมอทาใหเยนลง และสวนผสมกจะเปนไปตามเสน Solvus

หรอเสนการละลายสงสดอะตอมของ B ทเกนไปกจะไมละลายใน α อตอไป ทอณหภมตา

กวากจะไมคลายออกมาเปนอะตอม B บรสทธ เพราะตามทเหนในรป A สามารถละลายใน B

ไดเชนกน ดงนนตะกอนของ B ทออกมากจะเปนรปแบบของ β

87

ภาพท 6.11 แสดงแผนภาพสมดลของโลหะผสมระหวางดบกกบตะกว

ตวอยางท 2 ใหวเคราะหเฟสตาง ๆ ทเกดขนาจดตางๆ ตอไปนของโลหะผสมระหวางดบก-ตะกว

ซงแสดงดงภาพท 6.11

(a) ท Eutectic composition ทอณหภมตากวา 183 0C (eutectic

temperature)

(b) ทจด c ท 40 % Sn และ 230 0C

(c) ทจด d ท 40 % Sn และ 183 0C + ΔT

(d) ทจด e ท 40 % Sn และ 183 0C + ΔT

(a) ท Eutectic composition ทอณหภมตากวา 183 0C

Phase persent : alpha beta

Compositions of

Phases : 19.2%Sn in 97.5%Sn in

Alpha phase beta phase

Amount of 1002.195.975.615.97×

−− 100

2.195.972.199.61×

−−

Phase :

= 45.5% = 54.5%

88

(b) ทจด c ท 40 % Sn และ 230 0C

Phase persent : liquid alpha

Compositions of 48%Sn in 15%Sn in

Phases : liquid phase alpha phase

Amount of 10015481540

×−− 100

15484048

×−−

Phase :

= 76% = 24%

(c) ทจด d ท 40 % Sn และอณหภม 183 0C+ T

Phase persent : liquid alpha

Compositions of 61.9%Sn in 19.2%Sn in

Phases : liquid phase alpha phase

Amount of 1002.199.61

2.1940×

−− 100

2.199.61409.61

×−−

Phase :

= 49% = 51%

(d) ทจด e ท 40 % Sn และ 230 0C - T

Phase persent : liquid beta

Compositions of 19.2%Sn in 97.5%Sn in

Phases : alpha phase beta phase

Amount of 1002.195.97

405.97×

−− 100

2.195.972.1940

×−−

Phase :

= 73% = 27%

89

6.8 ระบบเพอรเทกตก (Peritectic)

เปนระบบทโลหะทผสมกน 2 ชนดสามารถละลายไดดในสภาพหลอมเหลว แตจะ

ละลายไดบางสวนในสภาพของแขง และใหปฏกรยาเพอรเทกตก

ในความหมายของเพอรเทกตก เปนปฏกรยาทเกดจากการรวมตวของโลหะผสม

หลอมเหลวทมสวนผสมแนนอน กบสารละลายของแขงทมสวนผสมแนนอนจานวนหนง ได

สารละลายของแขงทสวนผสมแตกตางจากทงโลหะผสมหลอมเหลว และสารละลายของแขง

เขาทาปฏกรยากบโลหะผสมหลอมเหลว ดงปฏกรยา

L + S S2

การเกดปฏกรยาเพอรเทกตกจะเกดทอณหภมคงท tp ปฏกรยทเกดจะใชเวลานาน

มาก เพอใหเกดสภาวะสมดลย เพราะโลหะหลอมเหลวทจะทาปฏกรยากบสารละลายของแขง

Sl จะเกด S2 ไดแตเฉพาะบรเวณผวของ Sl เปนสวนใหญ กวาไดจะได S2 หมดจะตองใชเวลา

ยาวนาน เพราะจะตองมอะตอมของธาตผสมใน S1 แพรซมออกมาเพอปรบสวนผสมใหเปน

สวนผสมใหมใน S2 ซงในทางปฏบตแทบจะกลาวไดวา โอกาสทจะใหปฏกรายาเพอรเทกตก

เกดไดในสภาวะสมดลยเปนไปไดยาก ดงนนโครงสรางของโลหะผสมทใหปฏกรยาเพอร

เทกตก จะปรากฏลกษณะของโครงสรางหนงหอหมอกโครงสรางหรอเฟสหนงอยางชดเจน เชน

ในทนจะพบวา S2 จะอยรอบ ๆ เกรนของ S1 ทาใหไดชอวาโครงสรางเพอรเทกตก

ลกษณะของแผนภมสมดลยของโลหะ A และโลหะB ทาใหปฏกรยาเพอรเทกตก จะ

ปรากฏดงภาพท 6.12 อณหภม tp คอ อณหภมเพอรเทกตก และจด d เปนจดโลหะผสมเพอร

เทกตก

ภาพท 6.12 แผนภาพสมดลยของโลหะ Liquidus คอเสน AeB ถาโลหะผสม

มอณหภมอยเหนอเสนนจะมสภาวะเปนโลหะผสมหลอมเหลว

พนท Ace เปนอาณาเขตเฟส โลหะผสมหลอมเหลว (Liquid) กบเฟสสารละลาย

ของแขง

พนท Bde เปนอาณาเขตเฟส โลหะผสมหลอมเหลว กบเฟสสารละลายของแขง

พนททางดานตดกบแกนตงของอณหภม กบโลหะบรสทธ A จะเปนอาณาเขตของ

สารละลายของแขง

พนททางดานขวามอ Bdg เปนอาณาเขตของสารละลายของแขง

90

พนท cdgf ซงอยใตเสนอณหภม tp เปนอาราเขตของเฟส สารละลายขอแขง กบ

รวมกน

ภาพท 6.12 ปฏกรยาเพอรเทกตก

เพอความเขาใจปฏกรยาเพอรเทกตก ขอยกตวอยางโลหะผสม X เพอยกการศกษา

เสนโลหะผสม X ตดกบเสน Liquidus ทอณหภม t1 จะปรากฏนวเคลยสของเฟสสารละลาย

α เกดขน โดยมสวนผสม X เมออณหภมลดลงเปน t2 เฟส α จะปรบสวนผสมใหมใหเขาส

สภาวะสมดลย โดยเปลยนจาก X2 และมเฟสโลหะหลอมเหลวทลอมรอบมสวนผสมเปน X3 จะ

สงเกตพบวา ขณะทอณหภมลดลง เฟส จะเปลยนแปลงสวนผสม โดยมปรมาณของโลหะ B

เพมขน และในขณะเดยวกนเฟสโลหะหลอมเหลวจะมปรมาณของโลหะ B เพมขนเชนเดยวกน

เมออณหภมลดลงมาถง tp เฟสละลายของแขง α จะมสวนผสมตรงจด c และเฟสโลหะ

หลอมเหลวจะมสวนผสมตรงจด c จะเกดปฏกรยาเพอรเทกตก โดยเฟส α ทาปฏกรยากบ

เฟสโลหะหลอมเหลวใหเฟสสารละลาย β จานวนหนง และมเฟสโลหะหลอมเหลวหมดไป

เหลอเฟสสารละลาย α จานวนหนง ดงนนเมออณหภมตากวา tA โลหะผสมจะเปนของแขง

และมโครงสรางประกอบดวยเฟสสารละลายของแขง α กบ β ซงอณหภมตากวา tp จะม

91

การเปลยนแปลงสวนผสมของ α และ β ตามเสนกราฟ cf และ dg ตามลาดบ แตลกษณะ

โครงสรางไมเปลยนแปลง

สมมตวา โลหะผสมเปลยนจาก X เปน Y การเยนตว และการเกดปฏกรยาเพอร

เทกตก จะมสวนคลายคลงกน โดยเรมเปลยนสภาวะจากของเหลวเปนของแขง และใหกาเนด

นวเคลยสของเฟส สวนผสม Y1 ทอณหภมลดตาลงจะปรากฏเฟสสารละลายของแขง α กบ

เฟสโลหะหลอมเหลว เปลยนแปลงสวนผสมตามเสน Ac และ Ae ตามลาดบ และเมออณหภม

ลดลงมาถง tp กจะเกดปฏกรยาเพอรเทกตก โดยมเฟส α ทสวนผสมตรงจด c ทาปฏกรยากบ

เฟสโลหะหลอมเหลวทสวนผสมตรงจด e ใหเฟสสารละลายของแขง β ทสวนผสมตรงจด d

กบเฟสโลหะหลอมเหลว ซงตางไปจากกรณของโลหะผสม X ทเหลอเฟสสารละลายของแขง

α เมออณหภมลดตากวา tp เลกนอย หรอปฏกรยาเพอรเทกตกสนสดลง โลหะผสมจะม

โครงสรางประกอบดวยเฟสสารละลาย β กบเฟสโลหะหลอมเหลว จะปรากฏวาเฟสโลหะ

หลอมเหลวจะลดปรมาณลง หรอเกดการเปลยนแปลงสภาวะของแขง โดยใหเฟสสารละลาย

ของแขง β เพมมากขน เมออณหภมลดตาลงจาก tp และสดทายเฟสโลหะหลอมเหลวจะ

เปลยนเปนเฟสสารละลายของแขง β หมด เมอเสนโลหะผสม Y ตดกบเสน Solidus

หลงจากนนจะปรากฏโครงสรางของโลหะผสมมเฟสเดยวคอ β เมออณหภมลดตาลงมา

จนถงอณหภมหอง

6.9 ระบบสารประกอบระหวางโลหะ (Intermetallic Comlpound)

เปนระบบทโลหะ A และโลหะ B สามารถละลายไดดในสภาพหลอมเหลว และไม

สามารถละลายไดในสภาพของแขง แตจะใหสารประกอบเชงโลหะในฟอรม AxBy ซงในกรณน

แผนภาพสมดลยจะม 2 ลกษณะขนอยกบการละลายของสารประกอบ AxBy กลาวคอ ถา

AxBy คงสภาพอยตลอดในขณะถกความรอน โดยไมมการแตกตวหรอเปลยนเฟสไปเปนอยาง

อน จนถงอณหภมหลอมเหลวจงจะสลายตวเปนโลหะผสมหลอมเหลวเรยกวาเปน Congruent

สารประกอบลกษณะนจะมสภาพเหมอนโลหะบรสทธทกประการแมในขณะเยนตว เมอ

เปลยนสภาวะจากหลมเหลวเปนสารประกอบเชงโลหะ AxBy กจะคงสภาพเปนสารประกอบ

AxBy ไปจนถงอณหภมหอง จากสมดลยของโลหะแมกนเซยม และซลกอนทแสดงจะพบวา

92

เมอโลหะผสมมซลกอนผสม 37% โดยนาหนกจะเปนสวนผสมของสารประกอบเชงโลหะ

Mg2Si และ Si จะถกแบงออกเปน 2 สวนคอ แผนภมสมดลยระหวาง Mg กบ Mg2Si ซงม

อณหภมยเทกตกอยท 638.8 0C และตรงสวนผสมประมาณ 2% ซลกอน

อกสวนหนงของแผนภมสมดลยคอ ระหวาง Mg2Si กบ Si โดยมอณหภมยเทกตกอย

ท 946.7 0C ทสวนผสม 56.5% ซลกอน

การศกษาแผนภมสมดลยของโลหะ Mg และ Si หรอระบบทใชลกษณะของแผนภม

สมดลยเชนนคงกระทาอยางเดยวกบในกรณโลหะ A และ โลหะ B สามารถละลายไดดใน

สภาพหลอมเหลว แตไมสามารถละลายไดในสภาพของแขง โดยวธแบงลกษณะการศกษา

ตามปรมาณของซลกอนในโลหะผสมถานอยกวา 37% การศกษาเรองโครงสรางจะอยในพนท

ของแผนภมสมดลย Mg- Mg2Si ถาโลหะผสมมปรมาณซลกอนมากกวา 37% โครงสรางจะอย

ในพนทของแผนภมสมดลยระหวา Mg2Si-Si กรณทสารประกอบ AxBy มการเปลยนสภาวะ

และแตกตวกอนถงจดหลอมเหลวเรยกวาเปน Non- congtuent ลกษณะของแผนภมสมดลย

จะเปลยนไปโดยเฉพาะจะใหปฏกรยาทแตกตางออกไป คอจะใหปฏกรยาเพอรเทกตก และย

เทกตก ตวอยางของแผนภมสมดลยจะเปลยนไปโดยเฉพาะจะใหปฏกรยาทแตกตางออกไป

คอจะใหปฏกรยาเพอรเทกตกและยเทกตก ตวอยางของแผนภมสมดลยทยกมาเปนตวอยางน

ไดแก แผนภมสมดลยของโลหะทองกบบสมส โดยจะใหสสารประกอบเชงโลหะ Au2Bi ท

สวนผสม 34% บสมน และปฏกรยาเพอรเทกตกจะเกดทอณหภมประมาณ 371 0C (700 0F)

นอกจากเกดปฏกรยาเพอรเทกตก แลวยงเกดปฏกรยายเทกตกทอณหภม 241 0C (482 0F)

การศกษาโครงสรางคงอาศยหลกในการพจารณาเหมอนกบโลหะผสมทใหปฏกรยาเพอร

เทกตก และ ยเทกตก เชนทกลาวมาแลว ผดแตวา Au2Bi มลกษณะเปนเสมนโลหะบรสทธอย

ระยะหนงทอณหภมไมเกน 371 0C ถาพนอณหภมนไปแลวจะแตกตวใหเฟสเปนโลหะ Au กบ

โลหะผสมหลอมเหลว ดงแสดงในแผนภมสมดลยระหวาง Au กบ Bi

๖๖๖๖๖๖๖๖๖๖๖๖๖๖

หนงสออเลกทรอนกส

ฟสกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสกส 1 (ความรอน)

ฟสกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวทยาฟสกส เอกสารคาสอนฟสกส 1ฟสกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสกสดวยภาษา c ฟสกสพศวง สอนฟสกสผานทางอนเตอรเนต

ทดสอบออนไลน วดโอการเรยนการสอน หนาแรกในอดต แผนใสการเรยนการสอน

เอกสารการสอน PDF กจกรรมการทดลองทางวทยาศาสตร

แบบฝกหดออนไลน สดยอดสงประดษฐ

การทดลองเสมอน

บทความพเศษ ตารางธาต)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานกรมฟสกส ลบสมองกบปญหาฟสกส

ธรรมชาตมหศจรรย สตรพนฐานฟสกส

การทดลองมหศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหดกลาง

แบบฝกหดโลหะวทยา แบบทดสอบ

ความรรอบตวทวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐ( คดปรศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คาศพทประจาสปดาห ความรรอบตว

การประดษฐแของโลก ผไดรบโนเบลสาขาฟสกส

นกวทยาศาสตรเทศ นกวทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพศวง การทางานของอปกรณทางฟสกส

การทางานของอปกรณตางๆ

การเรยนการสอนฟสกส 1 ผานทางอนเตอรเนต

1. การวด 2. เวกเตอร3. การเคลอนทแบบหนงมต 4. การเคลอนทบนระนาบ5. กฎการเคลอนทของนวตน 6. การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน7. งานและพลงงาน 8. การดลและโมเมนตม9. การหมน 10. สมดลของวตถแขงเกรง11. การเคลอนทแบบคาบ 12. ความยดหยน13. กลศาสตรของไหล 14. ปรมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอทหนงและสองของเทอรโมไดนามก 16. คณสมบตเชงโมเลกลของสสาร

17. คลน 18.การสน และคลนเสยง การเรยนการสอนฟสกส 2 ผานทางอนเตอรเนต

1. ไฟฟาสถต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตวเกบประจและการตอตวตานทาน 5. ศกยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหลก 8.การเหนยวนา9. ไฟฟากระแสสลบ 10. ทรานซสเตอร 11. สนามแมเหลกไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน13. ทฤษฎสมพทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นวเคลยร

การเรยนการสอนฟสกสทวไป ผานทางอนเตอรเนต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตม 4. ซมเปลฮารโมนก คลน และเสยง

5. ของไหลกบความรอน 6.ไฟฟาสถตกบกระแสไฟฟา 7. แมเหลกไฟฟา 8. คลนแมเหลกไฟฟากบแสง9. ทฤษฎสมพทธภาพ อะตอม และนวเคลยร

ฟสกสราชมงคล