436304 Automotive Production Engineering : ความรู้พื้นฐานทางวัสดุวิศวกรรม

436304 Automotive Production Engineering:ความรู้พื้นฐานทางวัสดุวิศวกรรม อ.ดร. ปภากร พิทยชวาล สาขาวิชาวิศวกรรมอุตสาหการ paphakorn@g.sut.ac.th

How many material inside?

ประเภทของวัสดุ • โลหะ • เซรามิก • พอลิเมอร์ • วัสดุผสม • วัสดุกึ่งตัวนำ

โลหะ (Metal) • เหล็กกล้า อะลูมิเนียม สังกะสี เหล็กหล่อ ไทเทเนียม ทองแดง นิกเกิล • นำไฟฟ้าและความร้อนค่อนข้างดี • มีความแข็งแรงสูง • แข็งแกร่ง เหนียว และขึ้นรูปได้ดี • ใช้กับงานโครงสร้าง/งานที่ต้องรับแรงต่างๆ

เซรามิก (Ceramic) • แข็งและเปราะ • เป็นฉนวนไฟฟ้าและความร้อน • วัสดุทนไฟ • เครื่องยนต์แก๊สเทอร์ไบน์ที่ใช้เซรามิกเป็นส่วนประกอบ

โพลิเมอร์ (Polymer) • ยาง พลาสติก กาว ฉนวนหุ้มสายไฟฟ้า ท่อน้ำ และชิ้นส่วนยานยนต์ • โพลิเมอร์แบบเทอร์โมพสาติก มีโมเลกุลเป็นสายโซ่ยาว มีการเชื่อมต่อโมเลกุลไม่แข็งแรง มีคุณสมบัติอ่อนและขึ้นรูปได้ง่าย • โพลิเมอร์แบบเทอร์โมเซตติ้ง มีการเชื่อมต่อของสายโซ่โมเลกุลเป็นลักษณะตาข่าย มีความแข็งแรงและเปราะกว่ากลุ่มเทอร์โมพสาติก

วัสดุกึ่งตัวนำ (Semiconductor) • ซิลิคอน ใช้กับงานอิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ และการสื่อสาร • สามารถนำไฟฟ้าได้ • ทรานซิเตอร์ • ไดโอด • แผงวงจรรวม

วัสดุผสม (Composite Material) • วัสดุผสมได้จากกานำวัสดุมากกว่า 2 ชนิดมาขึ้นรูปร่วมกัน โดยสมบัติของวัสดุที่ได้ใหม่จะแตกต่างจากสมบัติเดิม • คอนกรีต + ไม้อัด + ใยแก้วเสริมแรง -> วัสดุผสม • น้ำหนักเบา แข็งแรง เหนียว ทนอุณหภูมิสูง

คุณสมบัติทางกลและการทดสอบคุณสมบัติทางกลและการทดสอบ • การเปลี่ยนรูปของวัสดุ • การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น - การยืดหนังยาง • การเปลี่ยนรูปแบบถาวร – การงอ/ ดัดลวดโลหะ • ความเค้น (Stress) • แรงต้านภายในเนื้อวัสดุ เพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนรูป • Tensile Stress ความเค้นดึง  • Shear Stress ความเค้นเฉือน • ความเครียด (Strain, ) • การเปลี่ยนรูปร่างของวัสดุเมื่อมีแรงมากระทำ • Elastic strain ความเครียดยืดหยุ่น • Plastic strain ความเครียดถาวร

การทดสอบแรงดึง (Tensile Test) ขีดกำจัดความยืดหยุ่น ขีดจำกัดแปรผันตรง

การทดสอบความแข็งแรง (Hardness Test) • แบบชอร์สเกลโรสโคป – Shore Scaleroscope Hardness Test • แบบสเกลของโมส์ (Moh’s Scal) • แบบบริเนลล์ (Brinell Hardness Test, BHN) • แบบร็อคเวลล์ (Rockwell Hardness, HR) • แบบวิกเกอร์ (Vicker Hardness Test, HV) • แบบไมโครวิกเกอร์ (Micor Vicker Hardness Test, HMV) • แบบนูพ (Knoop Hardness Test, HK)

การทดสอบวัสดุ • การทดสอบแรงกระแทก (Impact Test) • การทดสอบความล้า (Fatigue test) • การทดสอบความคืบ (Creep Test)

โลหะ • โลหะกลุ่มเหล็ก • เหล็กกล้า • โลหะผสมต่ำ • โลหะผสมสูง • เหล็กหล่อ • โลหะนอกกลุ่มเหล็ก แตกต่างตรงปริมาณของคาร์บอนในเนื้อเหล็ก

การจำแนกเหล็กกล้าคาร์บอนจากปริมาณคาร์บอนการจำแนกเหล็กกล้าคาร์บอนจากปริมาณคาร์บอน • เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ – มีคาร์บอนต่ำกว่า .20% ใช้งานอย่างกว้างขวาง ในอุตสาหกรรมผลิตรถยนต์ ชิ้นส่วนเป็นเหล็กแผ่นบาง แข็งแรงน้อย เหนียว แปรรูปง่าย • เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง – มีคาร์บอน 0.20-0.50% มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ใช้ในส่วนประกอบเครื่องจักร • เหล็กกล้าคาร์บอนสูง – มีคาร์บอนมากกว่า 0.50% มีความแข็งแรงสูง ใช้ทำสปริงและเครื่องมือคมตัด

เหล็กหล่อ (Cast iron) • เหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนผสม 2.5-4% ปริมาณมากกว่าเหล็กกล้า • มักแปรรูปด้วยกระบวนการหล่อ • ผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อนได้ดี • จำแนกได้ • เหล็กหล่อขาว • เหล็กหล่อเท่า • เหล็กหล่อเหนียว • เหล็กหล่อคอมแพ็กต์แกรไฟต์ • เหล็กหล่ออบเหนียว • เหล็กหล่อผสม

โลหะนอกกลุ่มเหล็ก • อะลูมิเนียม และอะลูมิเนียมผสม • มีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็ก 3 เท่า • ขึ้นรูปได้ง่าย เหนียว • มีความนำไฟฟ้า และความนำความร้อนที่สูงมาก • มีสภาพที่แม่เหล็กดูดไม่ติด และต้านทานการกัดกร่อน • อะลูมิเนียม + ทองแดง -> ผลิตเครื่องยนต์

โลหะนอกกลุ่มเหล็ก • ทองแดง และทองแดงผสม • มีความหนาแน่นมากกว่าเหล็กกล้า • ค่าความแข็งแรง ณ จุดครากของทองแดงบางชนิดสูง • เหนียว ทนทานต่อการกัดกร่อน • นำไฟฟ้า/ ความร้อนได้ดี • ขึ้นรูปง่าย

โลหะนอกกลุ่มเหล็ก • ไทเทเนียมและไทเทเนียมผสม • ทนทานต่อการกัดกร่อน • ผลิตอวัยวะ อุปกรณ์การแพทย์ • เครื่องยนต์ไอพ่น • แมกนีเชียม • ต้านทานการกัดกร่อนใกล้เคียงอะลูมิเนียม แต่ไม่ทนความเค็ม • ใช้งานด้านยานอวกาศ เครื่องยนต์รอบสูง อุปกรณ์การขนส่ง

โลหะนอกกลุ่มเหล็ก • นิกเกิล และโคบอลต์ผสม • ทนทานต่อการกัดกร่อน ทนความร้อนสูง • แข็งแรง

โพลิเมอร์ (Polymer) • มาจากการสังเคราะห์โดยกระบวนที่ทำให้โมเลกุลขนาดเล็กเชื่อมต่อกันเป็นสายโซ่ตัวพันธะโคเวเลนต์ จนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ • โครงสร้างของโมเลกุล • โพลิเมอร์แบบเส้น Linear Polymer • โพลิเมอร์แบบกิ่งก้าน Branched Polymer • โพลิเมอร์แบบเชื่อมขวาง Closslink Polymer • โพลิเมอร์แบบตาข่าย Network Polymer

ประเภทของโพลิเมอร์ • Thermoplastic • เหนียว • ขึ้นรูปด้วยความร้อนสูง • Thermosetting Plastic • แข็งและเปราะกว่าThermoplastic • ไม่สามารถหลอมใหม่อีกครั้งได้ (No recycle) • Elastomer • สามารถยืดหยุ่นได้ และยืดตัวออกได้เมื่อมีแรงกระทำ • Thermoplastic Elastomer • กลุ่มพิเศษ มีกระบวนการเหมือน Thermoplastic แต่มีพฤติกรรมเหมือน Elastomer

เซรามิก และแก้ว • แข็ง เปราะ • จุดหลอมตัวสูงมาก • นำไฟฟ้าความร้อนต่ำ • ทนทานการกัดกร่อนของสารเคมี • มีความต้านทานแรงอัดสูงมาก • ใช้ในอุตสาหกรรมหลอมโลหะและอบชุบ เคลือบผิวแข็งและความร้อนของยานอวกาศ และเครื่องบิน เครื่องยนต์เทอร์ไบน์ ใช้เป็นวัสดุขัดถุ

เซรามิก และแก้ว • เซรามิกดังเดิม • ดิน Clay, ซิลิกา Silica, เฟสด์สปาร์ Feldspar • ทำวัสดุทนไฟ ซีเมนต์ เครื่องสุขภัณฑ์ กระเบื้อง อิฐ ถ้วยชาม • เซรามิกในงานวิศวกรรม • คารไบด์, ไนไตรด์, อะลูมินา • ใช้ทำเครื่องยนต์เทอร์ไบน์, วัสดุฉนวนหัวเทียน

วัสดุผสม Composite Materials • วัสดุที่มีรูปร่างเป็นอนุภาค หรือเป็นเม็ดผง • คอนกรีต = หิน+ทราย + ซีเมนต์ • วัสดุที่เป็นเส้นใย • ไฟเบอร์กลาส = เส้นใยแก้ว+ โพลิเมอร์ • วัสดุที่เป็นชั้นบางๆ • ไม้อัด

436304 Automotive Production Engineering : ความรู้พื้นฐานทางวัสดุวิศวกรรม