Metallurgy

โลหะวิทยาเบื้องตน
โดย
อมรศักดิ์ เรงสมบูรณ
กลุม เทคโนโลยีการผลิตและออกแบบ
ศูนยเทคโนโลยีโลหะและวัสดุแหงชาติ
สํานักงานพัฒนาวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีแหงชาติ

หัวขอบรรยาย
• ภาพรวมของโลหะ
• ความสัมพันธของโครงสราง สมบัติ และการผลิต
- โครงสราง
- สมบัติทางกล
- กระบวนการผลิต

• โลหะกลุมเหล็ก
• โลหะนอกกลุมเหล็ก

โครงสราง

สมบัติ

กระบวนการผลิต

ตารางธาตุ (periodic table)

โครงสรางของโลหะ
• ระดับอะตอม
- พันธะอะตอม
- โครงสรางผลึก

• โครงสรางจุลภาค (กําลังขยายสูง 25 เทาขึ้นไป)
• โครงสรางมหภาค (กําลังขยายต่ํากวา 25 เทา)

โลหะและโลหะผสม ประกอบดวยธาตุโลหะที่มอี ิเล็กตรอนอิสระ
นําไฟฟาและความรอนไดดี เหนียว

ระบบผลึก (crystalline)

โครงสรางจุลภาค

เครื่องมือศึกษาโครงสรางจุลภาค

SEM (Scanning Electron Microscope)

OM (Optical Microscope)

เกรน (grain) และขอบเกรน (grain boundary)

โครงสรางจุลภาคของเหล็กกลาไรสนิม

ภาพถายระดับจุลภาค (micrograph)

ภาพเดนไดรตจาก SEM

ภาพเดนไดรตจาก OM

หมายเหตุ เดนไดรต (dendrite) คือโครงสรางที่เกิดจากการโตของของแข็งที่ตกผลึกใน
ระบบโลหะผสม และมีกลไกการโตแบบมีทิศทางคลายกิง่ กานของตนไม

โครงสรางจุลภาคนีม้ ีความสําคัญมากสําหรับการศึกษาวัสดุดวย
เหตุผล 2 ประการ
ประการแรก โครงสรางจุลภาคมีผลกระทบตอสมบัติของวัสดุอยาง
กวางขวางโดยเฉพาะอยางยิ่ง สมบัติทางกล
„ ประการที่สอง เราสามารถดัดแปลงปรับปรุงและควบคุมโครงสราง
จุลภาคไดมากพอสมควร
„

ดังนั้นงานหลักทีส่ ําคัญของวิศวกรวัสดุคือ พยายามศึกษาเพื่อปรับปรุงและ
ควบคุมโครงสรางจุลภาคเพื่อใหไดสมบัติตามที่ตองการ

ขอมูลสําคัญจากโครงสรางจุลภาค
„
„
„
„

ชนิดของเฟส
ปริมาณ
รูปราง
การกระจายตัว

เฟสคืออะไร?
เฟส (Phase) หมายถึงสวนของวัสดุที่เปนเนื้อเดียวกัน มีโครงสราง(ผลึก)
เหมือนกัน และมีขอบเขตชัดเจน

โครงสรางมหภาคของงานหลอ

โครงสรางมหภาค

สมบัติของโลหะ
สมบัติทางกล (Mechanical Properties)
สมบัติทางเคมี (Chemical Properties)
สมบัติทางกายภาพ (Physical Properties)
สมบัติการแปรรูป/ขึ้นรูป (Deformation Properties)

สมบัติสวนใหญขึ้นอยูกับโครงสราง ชนิด รูปราง ปริมาณ และการกระจาย
ของเฟสตางๆ

สมบัติทางกล (Mechanical properties)
สมบัติทางกลหมายถึงความสามารถในการรับแรงหรือภาระ (Load) ลักษณะ
ตางๆ สมบัติทางกลที่สําคัญไดแก
ความแข็งแรง (Strength)
ความแข็ง (Hardness)
ความเหนียว (Toughness)
ทนตอความลา (Fatigue)
ความทนตอการคืบ (Creep)
ความทนตอการสึกกรอน (Wear)

การทดสอบโดยใชแรงดึง
เปนการทดสอบมาตรฐานในการหาความแข็งแรงของโลหะ
(และวัสดุอื่น)
„ ผลทดสอบจะเปนกราฟระหวางความเคนและความเครียด
„ สมบัติที่ไดมีดังนี้
- ความแข็งแรงยีลด หรือจุดคราก
- ความแข็งแรงสูงสุด
- เปอรเซนตการยื
การยืดตัว(% EL)
- เปอรเซ็นตการคอดกิ่ว (% RA)
- โมดูลัสการยืดหยุน
„

The Stress - Strain curve :
s

Onset of
necking

E

σUTS

Measure:

Failure
Strain
hardening

σy =σ0.2

F

σproof

% elongation

u

0.2%

e

การทดสอบความแข็ง
„
„

ความแข็งหมายถึงความตานทานตอการเกิดรอยขีดหรือรอยกด
ทดสอบโดยใชเครื่องทดสอบความแข็ง
- แบบบริเนลล (Brinell)
- แบบวิกเกอร (Vickers)
- แบบรอกเวลล (Rockwell)
- แบบอื่นๆ

การทดสอบความเหนียว
„

„

„
„

ความเหนียวมีความหมาย 2 ประการ
- ความสามารถในการยืดตัว (Ductility)
- ความตานทานการเกิดรอยราว (Toughness)
ความเหนียวจะขึ้นกับอุณหภูมิอยางมาก
- ที่อุณหภูมิต่ํา โลหะบางชนิดจะเปราะมาก
Ductility ทดสอบโดยใชแรงดึง
Toughness ทดสอบโดยใชแรงกระแทก

Liberty Ships in WW II

การลาของโลหะ
„
„

„

การลา (Fatigue) หมายถึงการแตกราวของวัสดุเมื่อรับแรงซ้ําไปซ้ํามา
มีความสําคัญในทางปฏิบัติเพราะ
„ เกิดขึ้นภายใน มองไมเห็น
„ เกิดที่ความเคนต่ํา
„ กวา 90% ของการแตกหักของชิ้นสวนเกิดจากการลา
ปจจัยที่สงผลตอการลา
„ ตองมีการรับแรงซ้ําไปซ้ํามา
„ ตองมีความเคนสูงถึงคาคาหนึ่ง
„ ตองมีจํานวนรอบมากพอ

การแตกหักเนื่องจากการลา

การคืบ
„

การคืบ (Creep) หมายถึงการที่โลหะยืดตัวชาๆ อยางตอเนื่องใน
ขณะที่รับแรงคงที่

„

การคืบเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง (เทียบกับจุดหลอมเหลว) จึงมีความสําคัญ
ในงานอุณหภูมิสูง

The Boeing 777
เครื่องยนต GE 90’s

GE 90’s

Turbine Blade

∆ TBC

การขึ้นรูปโลหะ
„
„
„
„

„
„
„

การหลอขึ้นรูป (Casting)
การขึ้นรูปโดยไมเสียเนื้อโลหะ(Deformation Processing)
การกัดกลึงขึ้นรูป (Machining)
การขึ้นรูปจากผงโลหะ(Powdermet)
กระบวนการที่เกี่ยวของ
การอบชุบ (Heat Treatment)
การชุบเคลือบผิว (Surface Treatment)
การเชื่อม (Welding & Joining)

การหลอโลหะ
„

„

การหลอโลหะ (Casting) หมายถึงการขึ้นรูปโลหะโดยนําโลหะมา
หลอมเหลวแลวเทหรือฉีดเขาสูแบบหลอ (Mold) หรือแมพิมพ (Die) เมื่อ
โลหะแข็งตัวก็จะไดชิ้นงานที่มีรูปรางตามตองการ
การหลอโลหะทําไดหลายวิธี เชน
„ หลอในแบบหลอทราย
„ หลอในแบบหลอเซรามิกส
„ หลอแบบฉีดหรือไดคาสท
„ หลอเหวี่ยง
„ หลอตอเนื่อง

การหลอโลหะ

การหลอในแบบหลอเซรามิกส

Pressure molding

การหลอแบบฉีดหรือไดคาสท

ชิ้นงานหลอไดคาสท

การรีด
„

„

„

„

การรีด (Rolling) หมายถึงการขึ้นรูปชิ้นงานที่มีความยาว เชน โลหะแผน
เหล็กเสน I-Beam
การรีดรอน (Hot Rolling) เปนการรีดที่อุณหภูมิสูงสําหรับชิ้นงานขนาด
ใหญหรือรีดยาก ผิวชิ้นงานจะหยาบ
การรีดเย็น (Cold Rolling) เปนการรีดที่อุณหภูมิไมสูงมากนัก สําหรับ
งานขนาดเล็ก บาง ผิวชิ้นงานจะเรียบสวย มีความเที่ยงตรงสูง
การควบคุมอุณหภูมิระหวางการรีด โดยเฉพาะในขั้นสุดทายมี
ความสําคัญเพราะจะมีอิทธิพลตอโครงสรางโลหะ

การรีด

การอัดขึ้นรูป
„

การอัดขึ้นรูป (Extrusion) หมายถึงการอัดโลหะแข็งผานแมพิมพ (Die)
ทําใหไดชิ้นงานที่มีความยาวและมีลักษณะพื้นที่หนาตัดตามตองการ

การอัดขึ้นรูป

การทุบขึ้นรูป
„

„
„

การทุบขึ้นรูป (Forging) หมายถึงการผลิตชิ้นงานหรือชิ้นสวนจากโลหะ
กอนโดยการทุบหรืออัดดวยความเร็วสูง
ปกติการทุบขึ้นรูปจะทําเปนขั้นตอน คอยๆทุบจนไดรูปรางตามตองการ
ชิ้นงานที่ผลิตโดยการทุบจะมีเนื้อแนนและละเอียด มีสมบัติทางกล เชน
ความแข็งแรงและความเหนียวดี

การทุบขึ้นรูป

การทุบขึ้นรูป

สรุป
„

วิศวกรตองสามารถเชื่อมโยงความสัมพันธของ โครงสราง สมบัติ และ
กระบวนการผลิตใหไดดวยความเขาใจ

พื้นฐานการเกิดโลหะผสม (alloys)

การจําแนกชนิดของโลหะ
„

„

โลหะกลุมเหล็ก(Ferrous)
-เหล็กกลา
-เหล็กหลอ
โลหะนอกกลุมเหล็ก(Nonferrous)
-ทองแดง
-อลูมิเนียม

ชนิดของเหล็ก
„

เหล็กแบงไดเปน 2 กลุมใหญ คือ
- เหล็กกลา (%C นอยกวา 2 )
- เหล็กหลอ(%C มากกวา 2 )

เหล็กกลาคารบอน
มีคารบอนเปนสวนผสมสําคัญ และมีธาตุอื่นปนบางเล็กนอย
แบงเปน 3 กลุมยอย คือ
- เหล็กกลาคารบอนต่ํา (%C นอยกวา0.25 )
- เหล็กกลาคารบอนปานกลาง
- เหล็กกลาคารบอนสูง (%C มากกวา 0.6 )

„

เฟสไดอะแกรมของเหล็ก

โครงสรางของเหล็กกลา

เหล็กกลาไรสนิม(Stainless steel)
เหล็กกลาสเตนเลสเปนกลุม เหล็กที่มีโครเมียมผสมอยูปริมาณมาก
(มากกวา 10%) อาจมีธาตุอื่นผสมอยูดวย เชน นิกเกิล แมงกานีส
คารบอน โมลิบดินัม
- โครเมียม ทําใหเกิดฟลมออกไซดเคลือบที่ผิวเหล็ก ทําใหเหล็กทนตอการ
เปนสนิมในบรรยากาศธรรมดา
- สเตนเลสทุกกลุ
กกลุมจะเปนสนิม หากฟลมออกไซดถูกทําลาย

„

เหล็กกลา

เหล็กหลอ

เหล็กหลอ (cast iron)
เนื่องจากเปนเหล็กที่มีปริมาณคารบอนสูงเกิน
2% จัดอยูในชวงที่คารบอนสามารถรวมตัวแบบ
อิสระได เกิดเปนเฟสคารบอน 100% เรียกวา
แกรไฟต (graphite) ซึ่งแข็งเปราะ แทรกอยูใน
เนื้อเหล็ก ทําใหสมบัติของเหล็กโดยรวมแข็ง
และเปราะ แตประโยชนของเหล็กหลอแทจริง
คือ เหล็กมีจุดหลอมต่ํา (ที่คารบอนประมาณ
4.3%)และชวงการเย็นตัวกวาง สามารถหลอได
งาย

เหล็กหลอ (cast iron)
ชนิดของเหล็กหลอ
เหล็กหลอเทา (gray cast iron) กราไฟตชนิดเกล็ด (flake) แข็ง เปราะ ตนทุนต่ํา ผลิตงาย สมบัติ
ทางกลไมสูง เชน FC25 FC30 เปนตน
เหล็กหลอเหนียว (ductile cast iron หรือ spheroidal graphite cast iron) ปรับปรุงรูปรางกรา
ไฟตใหเปนเม็ดกลม (nodule) ดวยการเติมแมกนีเซียม ชวยเพิ่มความแข็งแรง (tensile strength)
และการยืดตัว (ductility) ราคาสูงขึ้น เชน FCD40 FCD50 เปนตน
เหล็กหลอกราไฟตรูปตัวหนอน (wormicular graphite cast iron หรือ compacted graphite cast
iron) เปนผลงานวิจยั ที่ตองการผสมสมบัติความแข็งแรงของเหล็กหลอเหนียว เขากับการถายเท
ความรอนไดดีของเหล็กหลอเทา ยังจํากัดการใชงานอยู เนื่องเทคนิคการผลิตยังไมแพรหลาย

เหล็กหลอ (cast iron)
ชนิดของเหล็กหลอ (ตอ)
เหล็กหลอขาว (white cast iron) ในปจจุบนั ไมมีการใชงานเหล็กหลอชนิดนี้ผลิตเปนชิ้นสวน
ใชเพียงการหลอในหีบแบบเย็นเร็ว (chilled block) เพื่อการทําชิ้นงานสําหรับการวิเคราะห
สวนผสมทางเคมี เปนหลัก
เหล็กหลออบเหนียว (malleable cast iron) เปนการนําเหล็กหลอขาวมาอบเพิ่มความเหนียวและ
สมบัติทางกลอื่นใหสูงขึน้ ใกลเคียงเหล็กหลอเหนียว แตไมเปนที่นิยมในปจจุบนั เชนกัน เนือ่ งจาก
เหล็กหลอเหนียวมีการพัฒนาไปมาก และสามารถผลิตไดงาย
เหล็กหลอผสม (alloy cast iron) เชนเดียวกับเหล็กกลาผสม (alloy steel) หรือเหล็กกลาหลอ
ผสม (alloy cast steel) ที่สามารถกําหนดธาตุผสมเพื่อความหลากหลายของสมบัติเพื่อการใชงาน
ได

\ โลหะนอกกลุมเหล็ก (Non-Ferrous Metals)
อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมผสม
ทองแดงและทองแดงผสม (ทองเหลือง และทองบรอนซ)
สังกะสีและสังกะสีผสม
ซูเปอรอัลลอย (นิกเกิลผสม และโคบอลทผสม เปนหลัก)
โลหะผสมชนิดอื่น ๆ

โลหะนอกกลุมเหล็ก
อะลูมิเนียม
แมกนีเซียม
ไททาเนียม
ทองแดง
นิกเกิล
สังกะสี
ดีบุก
โลหะซินเตอร
โลหะจํารูป

อะลูมิเนียม (โลหะในกลุมน้ําหนักเบา การใชงานแพรหลาย)
แมกนีเซียม (โลหะกลุมน้ําหนักเบา)
ไททาเนียม (โลหะน้ําหนักเบา สมบัติทางกลและคงสภาพสูง)
ทองแดง (เนนเพื่อความสวยงามและทนการกัดกรอนเปนหลัก)
นิกเกิล (ซูเปอรอัลลอยที่คงสภาพดีในอุณหภูมิสูง)
สังกะสี (ทนทานตอการกัดกรอนไดดี และราคาไมสูง)
ดีบุก (ใชงานคลายสังกะสี)
โลหะซินเตอร (เทคโนโลยีโลหะผง มีทั้งเหล็กและนอกกลุม เหล็ก)
โลหะจํารูป (ยังไมแพรหลายในเชิงอุตสาหกรรม)

อะลูมิเนียม (aluminium; Al)
มีปริมาณการใชสูงเปนอันดับ 2 รองจากเหล็ก
น้ําหนักเบาประมาณเกือบ 1/3 ของเหล็ก
สมบัติทางกลต่ํามากในสภาพบริสทุ ธิ์ จึงนิยมใชในสภาพโลหะผสม มีทั้งชนิดที่อบชุบได และ
ไมได
จุดหลอมตัวต่ํา แตขึ้นรูปไดยาก เนื่องจากปญหาการเกิดแกส
เปนตัวนําที่ดี และทนทานตอการกัดกรอนไดกวางขวาง
ผลิตภัณฑที่เห็นชัด ไดแก ลอแมกซ เตารีด หมอหุงขาว กรอบประตูกระจก เสาสัญญาณ อุปกรณ
การแพทย (เฉพาะที่ใชภายนอก)
สามารถเรียกวา “อะลูมนิ ัม” ก็ได ซึง่ สอดคลองกับภาษาอเมริกา-อังกฤษ คือ aluminum แตหลายครั้ง พบวาใน
ประเทศไทยเรียกอะลูมิเนียมเปนชื่อสั้น ๆ วา “มีเนียม”

แมกนีเซียม (magnesium; Mg)
น้ําหนักเบากวาเหล็กมาก และสมบัติทางกลสูงกวาอะลูมิเนียมโดยทั่วไป
มีขอจํากัดการใชงานเนื่องจากอันตรายในระหวางขึน้ รูปที่อุณหภูมิสูง
ถูกเขาใจผิดวาใขผลิตเปนลอรถยนตที่เรียกวา “ลอแมกซ” ซึง่ ในความเปนจริงเปนเพียงสวนผสม
ในอะลูมิเนียมผสมบางเกรด เทานัน้
เปนธาตุผสมสําคัญที่ขาดไมไดในการผลิตเหล็กหลอเหนียว เนื่องจากเปนตัวกําหนดความกลม
ของเม็ดกราไฟตในเหล็กหลอ (0.003% Mg สําหรับการผลิตเหล็กหลอเหนียว)

ไททาเนียม (titanium; Ti)
มีน้ําหนักเบา โดยเฉพาะสัดสวนสมบัติทางกลตอน้ําหนักดีเลิศ
ความทนทานตอการกัดกรอนดีมาก ควบคูกบั น้ําหนักเบา จึงนิยมใชเปนชิ้นสวนเทียมในรางกาย
เชน ขอสะโพกเทียม รากฟนเทียม เปนตน
คงสภาพไดดีที่อุณหภูมิสูง ประกอบกับสมบัติทางกลดีและน้ําหนักเบา จึงไดรับการพัฒนาเปน
ชิ้นสวนสําหรับกระสวยอวกาศ
พบเห็นไดในสินคาราคาแพงใกลตัว เชน หัวไมกอลฟ หรือเรือนนาฬิกา
เปนโลหะชนิดหนึ่งในการพัฒนาโลหะจํารูป

ทองแดง (copper; Cu)
เปนโลหะชนิดแรกที่มนุษยยุคโบราณสามารถนํามาหลอมและทุบใหเกิดเหลี่ยมคม ใชเปนอาวุธ
ในการลาสัตว
เปนโลหะหนึ่งในไมกินชนิดที่มีสี จึงนิยมนํามาใชเพื่อความสวยงาม
เปนสวนผสมสําคัญในการเพิ่มสมบัติทางกลใหกับทองคํา
นิยมใชเปนสุขภัณฑ ทั้งที่มีขอจํากัดในการทดทานตอคลอรีนในน้ําประปา
ทั่วไปจะรูจักเพียงกลุมทองเหลือง ทองบรอนซ และทองแดงบริสุทธิ์ แตในทางอุตสาหกรรม มี
มากมาย ไดแก บรอนซดบี ุก บรอนซอะลูมินัม ซิลิคอนบรอนซ บราส (ทองเหลือง) อะลูมินัมบราส
เปนตน
พบเห็นทัว่ ไปในรูป ทองสําริด (พระพุทธูป) ทองเหลือง ทองบรอนซ และสายไฟฟา (ทองแดง
บริสทุ ธิ)์

นิกเกิล (nickel; Ni)
เปนที่รูจักในอุตสาหกรรมเครื่องจักรวาเปนโลหะกลุม “ซูเปอรอัลลอย”
เนื่องจากสมบัติทนทานตอการคืบ (creep) หรือความแข็งแรง (strength) ที่อุณหภูมิสูง ซึง่ เปน
สมบัตสิ ําคัญทีพ่ บยากในโลหะชนิดอื่น
ดวยสมบัติที่ดีเลิศ และความทนทานตอการกัดกรอนทีด่ ี ผลิตภัณฑจากนิกเกิลจึงมีราคาสูง
เชนเดียวกับไททาเนียม
มีการใชงานกวาง ทีส่ ําคัญคือเปนธาตุผสมในเหล็กกลาไรสนิม โดยในกลุมออสเทนนิติก นิกเกิล
ชวยเพิ่มเสถียรภาพของออสเทนไนต ทําใหไมเกิดความเปนแมเหล็ก มีประโยชนหลากหลายสําหรับ
ชิ้นสวนที่ไมตองการความเปนแมเหล็ก เชน เฟองนาฬิกา และชิ้นสวนทางอิเลคทรอนิกส เปนตน

สังกะสี (zinc; Zn)
ความตานทานการกัดกรอนดีเนื่องจากในธรรมชาติสังกะสีสามารถสรางฟลมออกไซดปกปอง
ตัวเองไดเชนเดียวกับโครเมียม
ราคาไมสูงนัก จึงเปนโลหะหลักที่นํามาเคลือบผิวเหล็กเพื่อกันสนิม เรียกวาแผนเหล็กเคลือบ
สังกะสี หรือ galvanized steel ทัง้ ที่ความจริง สังกะสีสามารถถูกกัดกรอนจากการสัมผัสกับเหล็กได
งายมาก
เปนโลหะหลักที่ใชในการออกแบบระบบปองกันการกัดกรอนของโครงสรางหรือทอ เรียกวา
sacrificial anode ในงาน cathodic protection

ดีบุก (Tin; Sn)
พบไดทวั่ ไปในรูปดีบุกเคลือบกระปอง หรือผลิตภัณฑแผนเหล็กเคลือบดีบุก (tin plate) ชวยให
แผนเหล็กทนทานตอการกัดกรอนไดดี
จุดหลอมเหลวต่ํา และความตานทานการกัดกรอนดี จึงนิยมใชเปนธาตุผสมเพื่อเพิม่ สมบัติ เชน
ในทองแดงผสม กลุมทองบรอนซ ผสมดีบุกชวยใหขึ้นรูปไดงาย
มีความลื่น จึงใชผสมในทองแดงผสม กลุมบรอนซ-ดีบุก เพื่อการใชงานเฉพาะสําหรับผลิตภัณฑ
ประเภทปลอกลื่น หรือ bush

โลหะอื่น ๆ
โครเมี่ยม (chromium; Cr) ชวยดานความทนทานตอการกัดกรอน ความแข็ง ใชผสมในเหล็กเกิด
เปนเหล็กกลาไรสนิม หรือเหล็กกลาผสมเพื่อการใชงานที่อุณหภูมิสูง (heat resisting steel) หรือการ
เคลือบผิวเปน chrome หรือ hard-chrome
ตะกั่ว (lead; Pb) จุดหลอมเหลวต่ํา ใชประโยชนดานการไหลตัวเพื่อการบัดกรี (soldering) และ
เปนสวนประกอบสําคัญในเซลลแบตเตอรี่ แตเนื่องจากเปนโลหะในกลุมมีพิษสูง จึงมีมาตรการหาม
การใชตะกั่วในอนาคต
แมงกานีส (manganese; Mn) ใชเปนธาตุผสมหลักในเหล็กกลากลุมทนตอการเสียดสี เชน เล็บ
ขุด เรียกวา manganese HADFIELD steel

Nonferrous metals
Heavy …...…...….Cu (copper), Ni (nickel), Pb (lead), Zn (zinc), Sn (tin)
Light ...………….Al (aluminium), Mg (magnesium), Ti (titanium), Be (beryllium),
Ca (calcium), Sr(strontium), Ba (barium), Li (lithium),
Na (sodium), K (potassium), Rb (rubidium), Cs (cesium)
Smaller minor ..…Co (cobalt), Cd (cadmium), Sb (antimony), Bi (bismuth),
Hg (mercury), As (arsenic)
Noble …...……... Au (gold), Ag (silver), Pt (platinum), Os (osmium), Ir (iridium),
Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium)
Refractory ...…… W (tungsten), Mo (molybdenum), V (vanadium), Ta (tantalum),
Ti (titanium), Nb (niobium), Cr (chromium), Mn (manganese),
Zr (zirconium), Re (rhenium)
Rare earth ……. Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium),
Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Sm (samarium),
Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Yb (ytterbium),
Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tu (thulium),
Lu(lutecium) Disseminated Ge (germanium), Ga (gallium),
Tl (thallium), Re (rhenium), Hf (hafnium), In (indium)
Radioactive ……..U (iranium), Th (thorium), Pa (protactinium), Ra (radium),
Np (neptunium), Pu (plutonium)

โลหะจํารูป (shape memory alloy)
หลักการ :
ทําใหเกิดความคงตัวของรูปทรง (ทีต่ ามองเห็น) กับโครงสรางจุลภาค (ตามองไมเห็น) ใน
สภาวะหนึง่ ๆ (ซึง่ ไมใชสภาวะใชงาน) คลายการทําใหโลหะจํารูปทรงทีส่ อดคลองกันนัน้
ไว ซึง่ เมือ่ เกิดการทําลายสภาพหนึ่ง (รูปทรงที่ตามองเห็น) และโครงสรางจุลภาคไดรับผล
ทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงโดยอัตโนมิติ
แตเมื่อนําโลหะกลับเขาสูส ภาวะที่ใหโลหะจําในครั้งแรก โครงสรางจุลภาคเกิดการ
เปลี่ยนแปลงกลับ ทําใหเกิดกลไกการคืนตัวที่มีผลตอรูปทรงหรือรูปรางที่ตามองเห็นใน
กลับไปสูเ งื่อนไขความสอดคลองของรูปทรงและโครงสรางจุลภาคดั้งเดิมได

ระบบการจําสภาพของโลหะจํารูป (1)

รูปทรงที่ 1
โครงสรางจุลภาค 2

รูปทรงที่ 1
โครงสรางจุลภาค 1
อบชุบความรอน เพื่อสรางระบบ
การจําใหกับโลหะ คลายการ
กําหนดรูปแบบใหเกิดการคง
สภาพทีส่ ภาวะหนึ่ง

ระบบการจําสภาพของโลหะจํารูป (2)

รูปทรงที่ 2
โครงสรางจุลภาค 1

รูปทรงที่ 1
โครงสรางจุลภาค 1
แรงกระทําจากภายนอก ทําให
รูปทรงเปลี่ยนไป

ระบบการจําสภาพของโลหะจํารูป (3)

รูปทรงที่ 2
โครงสรางจุลภาค 2

รูปทรงที่ 2
โครงสรางจุลภาค 1
โครงสรางจุลภาค 1 ไมเสถียร เนื่องจาก
พลังงานทางกลทีเ่ กิดขึ้นจากการทําให
เปลี่ยนจากรูปทรงที่ 1 ไปสูร ูปทรงที่ 2

ระบบการจําสภาพของโลหะจํารูป (4)

รูปทรงที่ 2
โครงสรางจุลภาค 2
นําโลหะเขาสูส ภาวะที่เพียงพอแกการ
เกิดโครงสรางจุลภาคที่ 2 เมื่อนั้น โลหะ
จะเกิดการจํารูปทรงที่ถูกกําหนดให
สอดคลองกัน นั้นคือรูปทรงที่ 1 ทําให
โลหะปรับรูปทรงคืนไดเอง

รูปทรงที่ 1
โครงสรางจุลภาค 1

การนําไปใชงาน
ขาแวนตา ที่ถูกดัดงอและสามารถคืนตัวได
เหล็กดัดฟน ที่คืนตัวพรอมกับการดึงฟนใหเขาตําแหนง
อุปกรณการแพทย ที่เปลี่ยนรูปทรงเพื่อการเขาถึงตําแหนง
ชิ้นสวนรถยนต ที่คืนสภาพไดหลังถูกทําใหเสียรูปจากการชน
ตัวอยางของ MTEC เปน 50:50 Ti:Ni