แผนภมของเฟส (Phase Diagram) มความส าคญในการออกแบบและควบคมกระบวนการทางความรอน (heat treatment) ซงแผนภมของเฟสจะแสดงถง

ความสมพนธระหวางโครงสรางผลกกบคณสมบตเชงกลตางๆ จดหลอมเหลว โดยจะแปรตามการเปลยนแปลงของอณหภม ความดน และสวนผสม

วตถประสงค

ในระบบทประกอบดวยโลหะ 2 ชนด (Binary phase diagram) ทมการก าหนดใหอณหภมคงท สามารถบอกไดวามเฟสใดปรากฏบาง สวนผสมแตละเฟสเปนเทาไร และมสดสวนของ

น าหนกของแตละเฟสเปนเทาไร

เฟส (Phase)องคประกอบ และเฟส (Components and Phases)

องคประกอบ (Components) หมายถง ธาตหรอสารประกอบทมาผสมดวยกน เชน Al และ Cuเฟส (Phases) หมายถงสวนทเปนเน อเดยวกนในเชงกายภาพ และแตกตางจากสวนอนในระบบ เชน และ

Aluminum-Copper

Alloy

การเปลยนแปลงอณหภมสามารถเปลยนจ านวนของเฟสได เชน จากจด A ไปยงจด B

การเปลยนแปลงของสวนผสมสามารถเปลยนแปลงจ านวนของเฟสได เชนจากจด B ไปยงจด D

แผนภาพของเฟสมกจะถกสรางข นในสภาวะสมดล คอจะไมมการเปลยนแปลงเมอเวลาเปลยนไป ค าวาสมดลน นจะสามารถอธบายไดในรปของพลงงานอสระ (Free Energy) คอพลงงานทอยในของวสด และมลกษณะแปรเปลยนอยตลอดเวลา เนองจากการไมเปนระเบยบของอะตอมหรอโมเลกล(Entropy) ซงระบบทเกดสมดลน นจะมคาพลงงานอสระทนอยทสด โดยมาจากปจจย 3 ปจจย

1.อณหภม (Temperature ; T)2.ความดน (Pressure ; P)3.สวนผสม (Composition; C)

THE GIBBS PHASE RULEเปนการหาคา Degree of Freedom คอจ านวนตวแปรทเรา

สามารถเลอกก าหนดคาได (Independent Variable) และจะสงผลไปยงตวแปรอนๆในระบบ

จากกฎเกณฑทาง Thermodynamic ท าใหทราบความสมพนธระหวางจ านวนเฟสทมในภาวะสมดลในระบบ, จ านวนทนอยทสดของสวนผสม และระดบความอสระ โดยท ง 3 ตวแปรน จะไดความสมพนธวา GIBBS PHASE RULE

P = จ านวนของเฟสในระบบทปรากฎC = จ านวนองคประกอบในระบบ, componentF = ระดบความอสระ (degrees of freedom)2 = คาความสามารถทจะก าหนดความดนและอณหภม = คาคงท

P + F = C + 2

เมอพจารณาจากรปทจด Triple point จะม 3 phase และในระบบมสวนผสมเดยวคอน า ดงน นเราสามารถค านวณหาระดบความอสระไดโดย

สรปไดวา ทจด Triple point ตวแปรตางๆไมวาจะเปนอณหภมหรอความดนจะถกก าหนดเปนคาคงทคาน เทาน น เราเรยกจดน วา invariant point

P + F = C + 2

3 + F = 1 + 2

F = 0

บรเวณทม 2 เฟส จดบนเสนโคงเยอกแขงระหวางของเหลวและของแขง ; P = 2

P + F = C + 22 + F = 1 + 2

F = 1

บรเวณทม 1 เฟส จดใดๆในบรเวณทมเฟสเดยว ; P = 1P + F = C + 21 + F = 1 + 2

F = 2

3. ปรมาณหรอสดสวนของ Phase ทปรากฏอย (Phase Amounts)

2. สวนผสมของ Phase ทปรากฏอยนน (Phase Composition)

1. ประเภทของ Phase ทปรากฏอย

How to build phase diagram

WL S

R S

W R

R S

หรอ อาจอธบายไดวาในขณะทเกดการแขงตวน นของเหลว 1เฟส เปลยนเปนของแขง 2 เฟส ไดแกของแขง และของแขง ณ อณหภม TE และจะเกดยอนกลบถาเราเพมอณหภมข น ซงปฏกรยาดงกลาวน เรยกวาปฏกรยายเทคตก Eutectic Reaction(Eutectic หมายถง งายตอการถกหลอมเหลว)

Liquid (CE) (CE) + (CE)

รปถายโครงสราง Eutectic แสดงถงการเรยงตวสลบกน (Lamellae) ซงสารละลายของแขง คอช นทเปนสทบ สวนสารละลายของแขง คอช นท

เปนสสวาง (ก าลงขยาย 375x)

𝑊𝑒 = 𝑊𝐿 =𝑃

𝑃 + 𝑄

We = ปรมาณหรอสดสวนของโครงสราง Eutectic

WL = ปรมาณหรอสดสวนของเหลวกอนเกดปฏกรยา

W’ = ปรมาณหรอสดสวนของโครงสราง Primary

𝑊𝛼, =𝑄

𝑃 + 𝑄

W =Q + R

=97.8 - C•

4

P + Q + R 97.8 – 18.3

W = P

=C•

4 – 18.3

P + Q + R 97.8 – 18.3

ตวอยางโลหะผสมมสวนผสม 75 wt% Sn - 25 wt% Pb ณ อณหภม 150oC จงหาวา

(a) มเฟส (phase) ใดปรากฎบาง(b) เฟสทปรากฎน นมสวนผสมทางเคมเทาใหร(c) ใหค านวณหาปรมาณของ phase ตางๆ

พจารณาหาจดตด ระหวางสวนผสม (75wt% Sn) ทอณหภม 150 C จากรปดานลาง

(a) จะมเฟส กบ (b) C (10 wt%-Sn – 90 wt% Pb)

C (98 wt%-Sn – 2 wt% Pb)c) ปรมาณเฟส =

ปรมาณเฟส =ตวอยาง 2โลหะผสมหนงในระบบ Pb-Sn มเฟส และ ปรากฏทอณหภม 180 ºC (อณหภมยเทคตกเทากบ 183 ºC) โดยมปรมาณของ เทากบ 35% โดยน าหนก จงหาสวนผสมของโลหะผสม และแสดงความเหนวามเฟส primary ชนดใดปรากฏ พรอมประมาณปรมาณของเฟส primary และสเกตภาพโครงสรางจลภาคทปรากฏ ณ อณหภม 100 ºC

รปท 9.19 ภาพขยายของ Phase Diagram ของโลหะผสม Cu – Znแสดงจด E; Eutectoid (560°C – 74 wt% Zn)

แสดงจด P; Peritectic (598°C – 78.6 wt% Zn)

ปฏกรยา EUTECTOID และปฏกรยา PERITECTIC

εCOOLING

HEATING

ระบบเพอรเทคตก (Peritectic)

L + eCOOLING

HEATING

ระบบยเทคตอย (Eutectoid)

1. A magnesium-lead alloy of mass 7.5 kg consists of a solid phase thathas a composition just slightly below the solubility limit at 300oC(a) What mass of lead is in the alloy?(b) If the alloy is heated to 400oC, how much more lead may bedissolved in the phase without exceeding the solubility limit of thisphase?

2. พจารณาโลหะผสมหนงในระบบ Cu-Ag ทอณหภม 777oC ประกอบดวย primary และโครงสราง Eutectic พบวามปรมาณเทากบ 0.73 และ 0.27 ตามล าดบ จงหาสวนผสมทางเคมของโลหะผสม