รายละเอียด

อลูมิเนียมผสมเหล็ก (Al-Fe alloys) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การศึกษาผลกระทบของอัตราการเย็นตัวต่ออลูมิเนียมผสมเหล็กไฮโปยูเทคติก ยูเทคทิค และไฮเปอร์ยูเทคติก ด้วยการเติมธาตุเซอร์โคเนียม (Zr) ในปริมาณต่างกัน (0.05 และ 0.15 %wt Zr) ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อเพิ่มอัตราการเย็นตัวส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเฟสยูเทคติกเกิดขึ้น นอกจากนี้ พบว่าในเฟสเมทริกซ์ α-Al มีการก่อตัวของ Al เดนไดรต์ที่หยาบขึ้น ซึ่งผลของการเพิ่ม Zr แสดงให้เห็นเพื่อส่งเสริมการปรับแต่งเฟสยูเทคติกให้ละเอียดขึ้น และลดขนาดของรูปร่างของ Al เดนไดรต์ โดยอัตราการเย็นตัวที่แตกต่างกันยังส่งผลให้มีความสามารถในการละลายของของแข็ง (Solid solution) ที่แตกต่างกันซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อค่าความแข็ง (Hardness) ของชิ้นงาน บ่งชี้ว่าอัตราการทำความเย็นที่รวดเร็วจะให้ค่าความแข็งที่สูงกว่าเนื่องจากการกระจายตัวสารละลายของแข็งที่ดีกว่า นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลของการบ่มแข็ง (Aging) ของชิ้นงานทดสอบที่ดำเนินการโดยการบ่มที่อุณหภูมิ 350°C ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลของอัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็วและการเติม 0.15%Zr ส่งผลต่อค่าความแข็งของวัสดุที่ดี

วัตถุประสงค์

โลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก (Al-Fe alloys) เป็นโลหะที่มีน้ำหนักเบา ได้รับความนิยมสูงและมีการใช้งานที่แพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และอุตสาหกรรมไฟฟ้า เป็นต้น  เนื่องจากความแข็งและเสถียรภาพทางความร้อนของสารประกอบเชิงโลหะ (Intermetallic) ที่อุดมไปด้วยเหล็กในเมทริกซ์อะลูมิเนียมนี้ นำไปสู่คุณสมบัติที่ทนความร้อนและต้านทานการสึกกร่อนของผิววัสดุได้ดี นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติในการต้านทานการเสียรูปของวัสดุได้ จึงเป็นเหตุผลที่ทำให้โลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็กมีการนำไปใช้งานมากขึ้น อย่างไรก็ตาม โลหะผสมอะลูมิเนียม-เหล็ก ถูกสังเกตได้ว่ามีการก่อตัวรูปร่างคล้ายเข็มที่อุดมไปด้วยเหล็ก (Fe-rich)  พฤติกรรมนี้อาจนำไปสู่การแตกร้าวในเมทริกซ์ได้ จึงทำให้เกิดความเครียดและทำให้คุณสมบัติบางประการของโลหะผสมลดลง นอกจากนี้การก่อตัวของเฟสที่อุดมไปด้วยเหล็กนั้นยังส่งผลต่ออัตราการไหลของโลหะเหลวที่แย่ลง ซึ่งอาจส่งผลให้โลหะหล่อเกิดรอยร้าวจากการแข็งตัวได้ แม้ว่าการเพิ่มขึ้นของปริมาณเหล็กโดยน้ำหนัก จะส่งผลให้ค่าความต้านทานแรงดึงเพิ่มสูงขึ้น แต่เมื่อพิจารณาโครงสร้างจุลภาคพบว่า การเพิ่มขึ้นของปริมาณเหล็กในโลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก มีผลต่อการก่อตัวของอนุภาคคล้ายเข็มที่ใหญ่ขึ้นในอลูมิเนียมเมทริกซ์และส่งผลเสียต่อวัสดุได้ จึงมีการศึกษาเพื่อปรับปรุงไม่ให้เกิดพฤติกรรมดังกล่าว และทำให้เพิ่มคุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้น 
การเติมธาตุผสมเซอร์โคเนียมในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก ที่ดีขึ้นผ่านการปรับปรุงให้อนุภาคสารประกอบเชิงโลหะ Al3Fe เปลี่ยนอนุภาคที่ละเอียดขึ้น รวมทั้งการส่งเสริมการตกตะกอนของแข็ง Al3Zr ซึ่งการทบทวนวรรณกรรม Dai และคณะ ทำการศึกษาผลของการเติมสแกนเดียมและเซอร์โคเนียมที่ปริมาณ 0 ถึง 0.35 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และ 0 ถึง 0.14 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักตามลำดับ ต่ออัตราการแข็งตัวและคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก แสดงให้เห็นว่าอนุภาคของสแกนเดียมและเซอร์โคเนียมช่วยทำให้เฟส Al3Fe เปลี่ยนเป็นเฟสที่ละเอียดขึ้น รวมทั้งป้องการการเติบโตของเฟส Al3Fe ด้วยการดูดซับรอบๆส่วนที่อุดมไปด้วยเหล็ก (Fe-rich) ส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของค่าความทนต่อแรงดึง (Tensile strength) ของชิ้นงานหลังจากการบ่มแข็ง (As-aged) จาก 160.8 MPa เป็น 233 MPa เมื่อมีการเพิ่มขึ้นของสแกนเดียมและเซอร์โคเนียม
ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของอัตราการเย็นตัวและการเติมเซอร์โคเนียมที่แตกต่างกัน ต่อพฤติกรรมการบ่มแข็งของโลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก ผลลัพธ์และการวิเคราะห์ที่ได้รับจากการศึกษานี้จะนำไปสู่การทำความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกการชุบแข็งในโลหะผสมอลูมิเนียม-เหล็ก ที่มีการเติมธาตุเซอร์โคเนียม  และเป็นประโยชน์สำหรับการปรับแต่งคุณสมบัติที่เหมาะสมในการศึกษาเพื่อพัฒนางานวิจัยในอนาคตต่อไป

ผู้จัดทำ

อนุชิต มาสทอง

ANUCHIT MASTHONG

#นักศึกษา

สมาชิก

อริสา มะสุวรรณ

ARISA MASUWAN

#นักศึกษา

สมาชิก

อรณิชา พื้นผา

ONNICHA PHUANPHA

#นักศึกษา

สมาชิก

สุวารี ชาญกิจมั่นคง

Suwaree Chankitmunkong

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษา

โหวตนวัตกรรมนี้