คุณสมบัติของโลหะ ตอนที่ 1

เผยแพร่ มิถุนายน 16, 2011 แล้ว | โดย ietutoe

โลหะ คือ วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุโลหะที่มีอิเล็กตรอนอิสระอยู่มากมาย นั่นคืออิเล็กตรอนเหล่านี้ไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ ทำให้มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ เช่น

เป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีมาก

ไม่ยอมให้แสงผ่าน

ผิวของโลหะที่ขัดเรียบจะเป็นมันวาว

โลหะมีความแข็งแรงพอสมควรและสามารถแปรรูปได้จึงถูกใช้งานในด้านโครงสร้างอย่างกว้างขวาง

ตัวอย่างโลหะ

เหล็ก ทอง เงิน ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี ปรอท – โลหะชนิดเดียวที่เป็นของเหลวในอุณหภูมิห้อง อะลูมิเนียม แมกนีเซียม

nโลหะบางชนิดสามารถหลอมรวมกับโลหะชนิดอื่นหรืออโลหะได้เช่น เหล็กกล้า มีส่วนผสมของเหล็กกับคาร์บอน

ทองเหลือง มีส่วนผสมของสังกะสีกับทองแดง

คุณสมบัติเชิงกลของโลหะ

(MECHANICAL PRHPERTIES OF METALS)

ในบทนี้จะกล่าวถึงเรื่อง คุณสมบัติของวัสดุต่าง ๆ ในแง่วิศวกรรมศาสตร์อาจแยกกลุ่ม

ไปได้หลายอย่าง เช่น คุณสมบัติทางเคมี คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น สำหรับ

คุณสมบัติเชิงกลนั้น หมายถึง คุณสมบัติที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนรูปของวัสดุ เมื่อถูกแรงภายนอก

กระทำในลักษณะต่าง ๆ กัน เช่น ถูกแรงดึง แรงกด แรงเฉือน หรือถูกแรงกระทำเป็นจังหวะ

เป็นต้น

1 คุณสมบัติการเปลี่ยนรูป (Deformation Property)

nลักษณะการเปลี่ยนรูปที่เป็นพื้นฐานอาจจำแนกได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ ด้วยกันคือ

1.1 คุณสมบัติการเปลี่ยนรูปอีลาสติก (Elastic deformation property) หมายถึง

การเปลี่ยนรูปที่สามารถคืนตัวได้อย่างสมบูรณ์

1.2 คุณสมบัติการเปลี่ยนแบบพลาสติก (Plastic deformation property)

หมายถึงการเปลี่ยนรูปของวัสดุในลักษณะที่คืนกลับที่เดิมไม่ได้ (Irreversible)

2 ความเค้นและความเครียดทางวิศวกรรม (Engineering Stress and Enginering Strain in Metals)

2.1 ความเค้น (Engineering Stress,σ)หมายถึง อัตราส่วนระหว่างแรงที่มากระทำ(F) ต่อพื้นที่ตัดของชิ้นงานก่อนดึง(A0)

หน่วยของความเค้น US มีหน่วยเป็น lb /in2 หรือ psi

SI มีหน่วยเป็น N/m2 หรือ Pa

ซึ่ง 1 psi = 6.89 ×103 Pa 106 Pa = 1 Mpa

2.2 ความเครียด (Engineering Strain, ε) หมายถึงอัตราส่วนระหว่างความยาวที่เปลี่ยนแปลง (Δl) ต่อความ

ยาวเดิม (l0) แสดงดังภาพ ดังนั้นสูตรของความเครียดจึงเป็น

หน่วยของความเครียด US มีหน่วยเป็น นิ้ว ต่อ นิ้ว (in / in)

SI มีหน่วยเป็น เมตร ต่อ เมตร (m / m)

แต่โดยทั่วไปแล้วในการบอกค่าของความเครียดนั้นจะนิยมบอกเป็นเปอร์เซ็นต์ของความเครียด (percent strain หรือ percent elongation)

ซึ่งหาได้จาก
% engineering strain = engineering strain ×100%

= elongation

2.3 ความเค้นเฉือน (Shear Stress, τ) เกิดจากการที่วัสดุถูกแรงกระทำลักษณะที่เป็นแรงเฉือน (Shear force)

ค่าความเค้นเฉือน τ

หน่วยของความเค้นเฉือน US มีหน่วยเป็น Ibf /in2 หรือ psi

SI มีหน่วยเป็น N/m หรือ Pa

2.4 ความเครียดเฉือน (Shear Strain, γ) แรงเฉือนจะทำให้เกิดการเสียรูปในแนวเฉือนได้เหมือนกับแรงดึงในแนวแกน

เช่นกัน แต่รายละเอียดในการเกิดการเสียรูปจะแตกต่างกันมาก ชิ้นวัสดุที่โดนกระทำโดยแรงดึงจะมีความยาวเปลี่ยนแปลงไป

nแต่เมื่อโดนแรงเฉือนความยาวจะไม่เปลี่ยนแปลงแต่จะทำให้รูปร่างบิดเบี้ยวไป เช่น ถ้าแต่เดิมมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ก็กลายเป็นสี่เหลี่ยมขนมเปียก

ปูน ดังแสดงในภาพอาการบิดเบี้ยวที่เกิดขึ้นอาจ จะมองในลักษณะที่ว่าเมื่อโดนแรงเฉือน ผิวบนเคลื่อนตัวออกไปเป็นระยะ a ในแนวของแรงเฉือน โดยกำหนดว่าหน้าตัดนี้อยู่สูงขึ้นมา

เท่ากับระยะ h ดังนั้นความเครียดเฉือนเฉลี่ยได้จาการเอาค่า a หารด้วยค่า h ซึ่งจะได้ว่า

สำหรับวัสดุในช่วงอีลาสติกความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือน τ กับความเครียด

เฉือน γ เรียกว่า modulus of elasticity in shear หรือ modulus of rigidity ซึ่งเป็นดัง

ความสัมพันธ์

τ = Gγ

ซึ่งค่า G เป็นค่า Modulus of elasticity in shear

โพสท์ใน ไม่มีหมวดหมู่