7.1.1.3 สเปซแลตทิซแบบซีพีเฮช
แม้ว่าโครงสร้างหน่วยเซลล์ของโลหะทั่วไป จะเป็นแบบลูกบาศก์ก็ตาม แต่ยังมีโครงสร้างผลึกโลหะอีกรูปแบบหนึ่งที่มีรูปแบบ ลูกบาศก์หกเหลี่ยม (Hexagonal) หน่วยเซลล์แบบซีพีเฮช หรืออะตอมวางอยู่ในลูกบาศก์หกเหลี่ยมชิดกันหนาแน่น โครงสร้างของอะตอม ค่อนข้างจะแตกต่างจากบีซีซี และเอฟซีซี ที่มีโครงสร้างเป็นสี่เหลี่ยมลูกบาศก์ เป็นรูปแบบที่มีความเปราะบางมาก มักพบในโลหะที่มีความยืดตัวได้น้อย
หน่วยเซลล์ของซีพีเฮช ประกอบไปด้วยอะตอม 17 อะตอม โดย อะตอม 7 ตัวอยู่ด้านที่เป็นหกเหลี่ยมทั้งด้านบน และด้านล่าง และอีก 3 ตัวอยู่ที่กึ่งกลางของโครงสร้าง ดังรูปด้านล่าง
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
แต่เมื่อหน่วยเซลล์ของซีพีเฮช หลายหลายหน่วยเซลล์มารวมกันเป็นสเปซแลตทิซแล้ว อะตอมจะแชร์กันไม่ใช่ 17 ตัวเหมือนแบบหน่วยเซลล์เหมือนเดิมแล้ว เมื่ออยู่ในรูปของสเปซแลตทิซ จะเป็นดังรูป
รูปหน่วยเซลล์ภาคตัดหน่วยเซลล์ และสเปซแลตทิซของซีพีเฮช
อะตอม 1 ตัวมีหน่วยเซลล์ซีพีเฮชใช้ร่วมกัน= 6 หน่วยเซลล์
ดังนั้น 1 มุมของหน่วยเซลล์จะมีอะตอมอยู่ = 1/6
หน่วยเซลล์ของซีพีเฮชมีมุมอยู่ทั้งหมด 12 มุม
จำนวนอะตอมที่มุม = (1/6) ´ 12 = 2 อะตอม
อะตอมที่อยู่ตรงกลางมีจำนวนอะตอมอยู่ = 3 อะตอม
แล้วยังมีอะตอมที่อยู่ตรงกลางที่ด้านของหกเหลี่ยมอีกด้านละ 1 ตัว เมื่อใช้ร่วมกับหน่วยเซลล์ข้างเคียง
ดังนั้น แต่ละหน่วยเซลล์จะมีอะตอมที่กึ่งกลางด้าน 1 ด้าน = 1/2
รวมอะตอมที่อยู่ด้านบน และด้านล่าง = (1/2) ´ 2 = 1 อะตอม
รวมอะตอมซีพีเฮซทั้งหมดที่อยู่ภายในสเปซแลตทิซ = 2 + 3 + 1 = 6 อะตอม
รูปความหนาแน่นต่อหน่วยเซล์ของซีพีเฮช
ส่วนค่าความหนาแน่นของอะตอมในหน่วยเซลล์ มีค่าเท่ากับ 0.74 = 74% มีพื้นที่ว่างเท่ากับ 0.26 = 26% จะเห็นได้ว่าจะมีค่าเท่ากับหน่วยเซลล์แบบเอฟซีซี ซึ่งถือว่าเป็นค่าสูงที่สุดของหน่วยเซลล์ ความแตกต่างของโครงสร้างทั้งสองก็คือ อยู่ที่ลำดับการเรียงตัวของอะตอม
โลหะที่มีรูปแบบสเปซแลตทิซแบบนี้ได้แก่ แคดเมียม (Cadmium: Cd), โคบอลต์ (Cobalt: Co), แมกนีเซียม, เซอร์โคเนียม, เบรีลเรียม (Beryllium) และสังกะสี (Zinc)
รูปโลหะแคดเมียมที่มีโครงสร้างเป็นแบบซีพีเฮช
รูปโคบอลต์โครงสร้างเป็นแบบซีพีเฮช
7.1.1.4 สเปซแลตทิซแบบบีซีที
หน่วยเซลล์แบบบีซีที จะมีรูปร่างคล้ายกับหน่วยเซลล์แบบบีซีซี แตกต่างกันตรงที่ว่ามันเป็นรูปร่างปริมาตรสี่เหลี่ยมผืนผ้า ดูที่รูป
รูปหน่วยเซลล์บีซีทีโครงสร้างเป็นปริมาตรสี่เหลี่ยมผืนผ้า
จำนวนของอะตอมก็มีเท่ากับบีซีซี นั่นก็คือ 9 ตัว ส่วนสเปซแลตทิซดูที่รูป
รูปโครงสร้างบีซีทีในรูปแบบสเปซแลตทิซ
สเปซแลตทิซแบบบีซีที จะมีความแข็งที่สุด, แข็งแกร่งที่สุด และเปราะมากที่สุด ตัวอย่างโครงสร้างแบบนี้จะพบเห็นในโลหะเพียงรูปแบบเดียว นั่นก็คือ เหล็กที่เป็นรูปแบบมาเทนไซต์ (Martensitic iron) (เหล็กรูปแบบนี้จะได้กล่าวถึงในภายหลัง)
รูปท่อเหล็กไร้สนิมที่มีรูปแบบเป็นเหล็กมาเทนไซต์
ในโครงสร้างแบบบีซีซี เอฟซีซี และซีพีเฮช อาจมีการเปลี่ยนแปลงตัวเองได้ถ้าอุณหภูมิเกิดการเปลี่ยนแปลง การรวมตัวกันของโลหะชนิดหนึ่งกับโลหะอีกชนิดหนึ่งนั้นย่อมเป็นไปได้ ซึ่งทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ชนิดของโครงสร้างผลึก และอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ ถ้าอะตอมมีขนาดใกล้เคียงกัน และมีโครงสร้างผลึกแบบเดียวกันก็อาจรวมกันได้
โลหะผสมที่เกิดขึ้นมาใหม่นั้นอาจมีโครงสร้างผลึกเหมือนเดิม หรือผิดแผกไปจากเดิมก็ได้ แต่ถ้าอะตอมมีขนาดที่แตกต่างกันมาก และโครงสร้างผลึกเป็นคนละรูปแบบ ซึ่งเป็นการยากที่จะสามารถนำมารวมกันได้
โลหะที่มีโครงสร้างแบบบีซีซี เป็นโลหะที่ค่อนข้างแข็งแกร่ง มีความแข็งค่อนข้างสูง สามารถรับแรงทางดึงได้ดี แต่จะไม่สามารถตีให้เป็นแผ่น หรือดึงให้เป็นเส้นได้โดยง่าย
โลหะที่มีโครงสร้างเป็นแบบเอฟซีซี เป็นโลหะที่มีเนื้อค่อนข้างอ่อน และมีความเหนียวมากกว่าแบบบีซีซี ทำให้สามารถตีเป็นแผ่น หรือยืดเป็นเส้นได้ง่ายกว่า
โลหะที่มีโครงสร้างแบบซีพีเฮช เมื่อนำมาตีเป็นแผ่น หรือยืดเป็นเส้นจะได้ความแข็งแกร่งมากขึ้น
7.1.2 โครงสร้างสเปซแลตทิซใน เหล็ก และเหล็กกล้า
เมื่อได้ศึกษาถึงสเปซแลตทิซทั้ง 4 ชนิดมาแล้ว โครงสร้างเหล่านี้จะพบอยู่ในเหล็ก และเหล็กกล้า เมื่อโลหะเหล่านี้ถูกปรับปรุงโครงสร้างผ่านการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ อะตอมของมันสามารถจัดรูปแบบโครงสร้างขึ้นมาใหม่ ซึ่งจะมีผลต่อโลหะในด้านความแข็งแกร่ง, ความแข็ง และความยืดหยุ่นของเหล็ก
วิดีโอการปรับสภาพทางความร้อนของเหล็กกล้า
กระบวนการปรับสภาพทางความร้อน (Heat-treating processes) เป็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในเหล็ก จนทำให้เหล็กเกิดเป็นรูปแบบเฟอร์ไรต์, ออสเตนไนต์ และมาเทนไซต์ รายละเอียดรูปแบบของเหล็กจะมีดังนี้
v เหล็กเฟอร์ริติก (Ferritic iron: เฟอร์ไรต์) เป็นเหล็กโครงสร้างบีซีซี รูปแบบเหล็กเฟอร์ไรต์เป็นพื้นฐานของเหล็กทั่วไปที่อุณหภูมิของเหล็ก อยู่ในอุณหภูมิห้อง กล่าวให้ง่ายนั่นก็คือมันเป็นเหล็กที่ไม่ได้ผ่านการปรับสภาพทางความร้อนใด ๆ
v เหล็กออสเตนนิติก (Austenite: ออสเตนไนต์) มีโครงสร้างเป็นเอฟซีซี ออสเตนไนต์จะเกิดขึ้นกับเหล็กเมื่อเหล็กมีอุณหภูมิสูงขึ้น หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า เฟอร์ไรต์ได้กลายเป็นออสเตนไนต์เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระหว่างที่เกิดการเปลี่ยนรูปไปเป็นออสเตนไนต์ อะตอมจะเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นภายในผลึก
ในทางตรงกันข้าม เมื่อรูปแบบเหล็กออสเตนไนต์ถูกทำให้เกิดความเย็นลงอย่างช้า ๆ มันก็จะย้อนกลับไปเป็นรูปแบบเหล็กเฟอร์ไรต์
v เหล็กมาเทนซิติก (Martensite: มาเทนไซต์) มีโครงสร้างแบบบีซีที โดยเหล็กจะเป็นรูปแบบเหล็กมาเทนไซต์ได้ก็ต่อเมื่อเหล็กถูกทำให้ร้อน และนำไป ชุบแข็ง (Quenching) อย่างรวดเร็ว ผลของการให้ความร้อน และผ่านการชุบแข็งอย่างทันที มีผลทำให้โลหะแข็งขึ้น ฉะนั้น จะพบว่าเหล็กมาเทนไซต์เป็นรูปแบบเหล็กที่มีความแกร่งที่สุด, แข็งที่สุด และเปราะง่ายที่สุด
วิดีโอพฤติกรรมการเปลี่ยนแปลงทางจุลภาคของมาเทนไซต์
วิดีโอเหล็กกล้าถูกชุบแข็งจากเหล็กออสเตนไนต์กลายเป็นเหล็กมาเทนไซต์
ดูข้อสรุป
o เหล็กทั่วไป (เหล็กเฟอร์ไรต์) (บีซีซี) ให้ความร้อน-> เหล็กออสเตนไนต์ (เอฟซีซี)
o เหล็กออสเตนไนต์ ให้ความเย็นอย่างช้า ๆ-> เหล็กเฟอร์ไรต์
o เหล็กออสเตนไนต์ ผ่านการชุบแข็ง -> เหล็กมาเทนไซต์ (บีซีที)
|
เฟอร์ไรต์ |
ออสเตนไนต์ |
มาเทนไซต์ |
|
สเปซแลตทิซแบบบีซีซี |
สเปซแลตทิซแบบเอฟซีซี |
สเปซแลตทิซแบบบีซีที |
|
อยู่ที่อุณหภูมิต่ำ (อุณหภูมิห้อง) |
อยู่ที่อุณหภูมิสูง |
อยู่ที่อุณหภูมิต่ำ (อย่างรวดเร็ว) |
|
เป็นแม่เหล็ก |
ไม่เป็นแม่เหล็ก |
เป็นแม่เหล็ก |
|
ความแข็งน้อยกว่าเหล็กส่วนใหญ่ |
ไม่มีความแข็งแกร่ง |
ความแข็งมากกว่ากว่าเหล็กส่วนใหญ่ |
|
อ่อน |
(ไม่สามารถใช้ได้) |
เปราะ |
|
ความเค้นภายในเกิดขึ้นน้อยกว่าเหล็กส่วนใหญ่ |
(ไม่สามารถใช้ได้) |
ความเค้นภายในเกิดขึ้นมากกว่าเหล็กส่วนใหญ่ |
ตารางที่ 7.1 เปรียบเทียบคุณลักษณะของเหล็ก เฟอร์ไรต์, ออสเตนไนต์ และมาเทนไซต์
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“เชื่อว่าทุกคนเคยแพ้ เชื่อว่าทุกคนเคยล้มเหลว
แต่คนที่แพ้ไม่ใช่คนที่ล้มเหลว
คนล้มเหลวคือ คนที่ล้มเลิกต่างหาก”
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
