เนื้อหาวิชา : 5 : Phase equilibrium diagrams and their interpretation (แผนภาพสมดุลเฟสและการตีความ)
101. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิกเกิล (Ni) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 47% โดยน้ำหนักและนิกเกิล 53% โดยน้ำหนัก ที่ 1300 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไร
1 : เฟสของเหลว
2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง α
3 : เฟสของแข็ง α
4 : ข้อ 1 2 และ 3 ผิด
เฉลย: 2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง α
อธิบาย: Liquid + α (ของเหลว + เฟสของแข็งแอลฟา) = อยู่ระหว่างเส้น Liquidus และ Solidus
102. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิกเกิล (Ni) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 70% โดยน้ำหนักและนิกเกิล 30% โดยน้ำหนัก ถูกให้ความร้อนจากอุณหภูมิห้อง อยากทราบว่าเฟสของเหลวเริ่มเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใด
1 : ประมาณ 1200 องศาเซลเซียส
2 : ประมาณ 1300 องศาเซลเซียส
3 : ประมาณ 1350 องศาเซลเซียส
4 : ประมาณ 1380 องศาเซลเซียส
เฉลย: 3 : ประมาณ 1350 องศาเซลเซียส
อธิบาย: เมื่อให้ความร้อนจากของแข็ง เฟสของเหลวจะเริ่มเกิดเมื่อถึงเส้น Solidus ของโลหะผสมนั้น
103. ข้อใดไม่เกี่ยวข้องกับการเกิดโครงสร้างแกน (Cored structure)
1 : เกิดในสภาวะที่ไม่สมดุล
2 : เกิดจากความเข้มข้นของส่วนประกอบทางเคมี (Chemical composition) ในแต่ละส่วนต่างกัน
3 : สามารถแก้ไขได้โดยการทำกรรมวิธีทางความร้อน (Heat treatment)
4 : การเย็นตัวลงอย่างช้าๆ
เฉลย: 4 : การเย็นตัวลงอย่างช้าๆ
อธิบาย: Cored structure มักเกิดจากการเย็นตัวไม่สมดุล หรือเย็นเร็ว ทำให้องค์ประกอบเคมีในแต่ละบริเวณไม่สม่ำเสมอ
ต้องแก้ไขด้วย การอบคืนตัว (homogenization annealing) เพื่อให้ธาตุผสมกระจายตัวสม่ำเสมอ
104. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิเกิล (Ni) โลหะผสมประกอบด้วย
ทองแดง 47% โดยน้ำหนักและนิเกิล 53% โดยน้ำหนัก
ที่ 1300 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสสองเฟส คือ
เฟสของแข็ง α ซึ่งมีส่วนประกอบโดยน้ำหนักของทองแดง 42% และนิเกิล 58%
และเฟสของเหลวซึ่งมีส่วนประกอบโดยน้ำหนักของทองแดง 55% และนิเกิล 45%
อยากทราบเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของเฟสทั้งสองของโลหะผสมนี้
1 : เปอร์เซ็นต์ของเฟสของเหลว คือ 61.5% และ เปอร์เซ็นต์ของเฟสของแข็ง α คือ 38.5%
2 : เปอร์เซ็นต์ของเฟสของเหลว คือ 38.5% และ เปอร์เซ็นต์ของเฟสของแข็ง α คือ 61.5%
3 : เปอร์เซ็นต์ของเฟสของเหลว คือ 44.5% และ เปอร์เซ็นต์ของเฟสของแข็ง α คือ 55.5%
4 : เปอร์เซ็นต์ของเฟสของเหลว คือ 55.5% และ เปอร์เซ็นต์ของเฟสของแข็ง α คือ 44.5%
เฉลย: 2 : เปอร์เซ็นต์ของเฟสของเหลว คือ 38.5% และ เปอร์เซ็นต์ของเฟสของแข็ง α คือ 61.5%
อธิบาย:
โจทย์นี้ถามว่า ที่อุณหภูมิ 1300 °C โลหะผสม Cu–Ni ที่มี Cu 47% และ Ni 53%
จะมีสัดส่วนของเฟสของแข็ง (α) และเฟสของเหลว (L) เท่าไร
สิ่งที่ต้องทำคือใช้ Lever Rule (กฎคาน) เพื่อหาสัดส่วนของแต่ละเฟส โดยอาศัยองค์ประกอบของโลหะผสมและองค์ประกอบของเฟสที่ tie line ตัดได้
A ———- C ———- B
↓ ↓ ↓
42% Cu 47% Cu 55% Cu
สูตรที่ใช้
เฟสของแข็ง
= CB/AB x100% (ความยาวแขนขวา หารด้วย ความยาวแขนทั้งหมด)
= 55-47 / 55-42 = 8/13 = 61.5%
เฟสของเหลว
= AC/AB x100% (ความยาวแขนซ้าย หารด้วย ความยาวแขนทั้งหมด)
= 47-42 / 55-42 = 5/13 = 38.5%
โลหะวิทยา ง่าย การคำนวณเฟส The Lever Rule – YouTube
105. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิกเกิล (Ni) ค่า Degree of freedom บนเส้น Liquidus มีค่าเท่าใด
1 : Degree of freedom = 0
2 : Degree of freedom = 1
3 : Degree of freedom = 2
4 : Degree of freedom = 3
เฉลย: 2 : Degree of freedom = 1
Note: Degree of freedom (องศาอิสระ) บนเส้นสองเฟส = 1
บนเส้น Liquidus ของระบบ Cu–Ni จะมี degree of freedom = 1 หมายความว่าเราสามารถเลือกได้ว่า จะเปลี่ยนองค์ประกอบหรืออุณหภูมิ แต่เมื่อกำหนดค่าใดค่าหนึ่ง อีกค่าหนึ่งจะถูกกำหนดตามไปทันที
106. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – สังกะสี (Zn) ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 500 องศาเซลเซียส ถึง 750 องศาเซลเซียส ของโลหะผสมที่มีเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของสังกะสีตั้งแต่ 60% ถึง 100% มีปฏิกิริยา Invariant ใดเกิดขึ้นบ้าง
1 : Eutectic reaction และ Eutectoid reaction
2 : Peritectic reaction และ Eutectoid reaction
3 : Eutectic reaction และ Peritectoid reaction
4 : Monotectic reaction และ Eutectoid reaction
เฉลย: 2 : Peritectic reaction และ Eutectoid reaction
อธิบาย:
ปฏิกิริยา Invariant reaction คือปฏิกิริยาเฟสที่เกิดขึ้นในแผนภาพสมดุลเฟส ณ จุดหรืออุณหภูมิหนึ่ง ๆ ที่ จำนวนตัวแปรอิสระ (degree of freedom) = 0 คืออุณหภูมิและองค์ประกอบถูกกำหนดตายตัว
Peritectic Reaction (ปฏิกิริยาเพอริเทคติก) 
ลักษณะการเกิด: ของเหลว (Liquid) ทำปฏิกิริยากับของแข็งเดิม (Solid 1) แล้วกลายเป็นของแข็งชนิดใหม่ (Solid 2)
Peritectoid Reaction (ปฏิกิริยาเพอริเทคทอยด์)
ลักษณะการเกิด: ของแข็ง 2 เฟสทำปฏิกิริยากัน แล้วรวมตัวกลายเป็นของแข็งเฟสใหม่ 1 เฟส
Eutectic Reaction (ปฏิกิริยายูเทกติก)
ลักษณะการเกิด: ของเหลว 1 เฟส เปลี่ยนสภาพกลายเป็นของแข็งพร้อมกัน 2 เฟส เมื่ออุณหภูมิลดลง
Eutectoid Reaction (ปฏิกิริยายูเทคตอยด์)
ลักษณะการเกิด: ของแข็งชนิดหนึ่ง สลายตัวหรือเปลี่ยนรูปไปเป็นของแข็งผสมกันสองชนิดใหม่เมื่ออุณหภูมิลดลง
107. จากแผนภาพเฟสของ นิกเกิล (Ni)- ไททาเนียม (Ti) มีปฏิกิริยา Invariant ใดเกิดขึ้นบ้าง
1 : Monotectic reaction, Peritectic reaction และ Eutectoid reaction
2 : Monotectic reaction, Peritectic reaction และ Peritectoid reaction
3 : Peritectic reaction, Eutectic reaction และ Eutectoid reaction
4 : Eutectoid reaction, Peritectoid reaction และ Peritectic reaction
เฉลย: 3 : Peritectic reaction, Eutectic reaction และ Eutectoid reaction
อธิบาย: แผนภาพเฟส Ni-Ti มีปฏิกิริยา invariant หลายแบบ
โดยชุดคำถามนี้ให้จำ peritectic, eutectic และ eutectoid
108. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – เงิน (Ag) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 10% โดยน้ำหนักและเงิน 90% โดยน้ำหนัก ถูกให้ความร้อนจนเกิดเฟสของแข็ง และเฟสของเหลว ถ้าส่วนประกอบของเฟสของเหลวประกอบด้วยเงิน (Ag) 85% โดยน้ำหนัก อยากทราบว่าโลหะผสมนี้ถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมิเท่าใด
1 : ประมาณ 750 องศาเซลเซียส
2 : ประมาณ 800 องศาเซลเซียส
3 : ประมาณ 850 องศาเซลเซียส
4 : ประมาณ 950 องศาเซลเซียส
เฉลย: 3 : ประมาณ 850 องศาเซลเซียส
อธิบาย: อ่านจากแผนภาพเฟส Cu-Ag โดยดูตำแหน่งที่เฟสของเหลวมี Ag 85% แล้วลากไปหาอุณหภูมิ
109. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – สังกะสี (Zn) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 20% โดยน้ำหนักและสังกะสี 80% โดยน้ำหนัก ที่ 598 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไร
1 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง δ
2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง ε
3 : เฟสของแข็ง ε
4 : เฟสของเหลว เฟสของแข็ง δ และเฟสของแข็ง ε
เฉลย: 4 : เฟสของเหลว เฟสของแข็ง δ และเฟสของแข็ง ε
อธิบาย: ที่อุณหภูมิและองค์ประกอบนี้อยู่บริเวณปฏิกิริยา invariant จึงมีสามเฟสอยู่ร่วมกัน
Note: Three phases (สามเฟส) = มักเจอที่ invariant point (จุดปฏิกิริยาคงที่)
110. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – เงิน (Ag) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 10% โดยน้ำหนัก และเงิน 90% โดยน้ำหนัก ถูกให้ความร้อนจนเกิดเฟสของแข็ง β และเฟสของเหลว ถ้าส่วนประกอบของเฟสของเหลวประกอบด้วยเงิน (Ag) 85% โดยน้ำหนัก อยากทราบว่าเฟสของแข็ง β ประกอบด้วยเงินกี่เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก
1 : ประมาณ 90% โดยน้ำหนัก
2 : ประมาณ 95% โดยน้ำหนัก
3 : ประมาณ 5% โดยน้ำหนัก
4 : ประมาณ 10% โดยน้ำหนัก
เฉลย: 2 : ประมาณ 95% โดยน้ำหนัก
อธิบาย: อ่านองค์ประกอบของเฟส β จากปลายอีกด้านของ tie line ในบริเวณของแข็ง β + ของเหลว
Note: Tie line (เส้นผูกเฟส) = ปลายเส้นบอก composition (องค์ประกอบ) ของแต่ละเฟส
111. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิกเกิล (Ni) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 30% โดยน้ำหนักและนิเกิล 70% โดยน้ำหนัก ที่ 1350 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไร
1 : เฟสของเหลว
2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง α
3 : เฟสของแข็ง α
4 : เฟสของสารประกอบระหว่างทองแดงและนิเกิล
เฉลย: 2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง α
อธิบาย: ระบบ Cu-Ni เป็น isomorphous system และที่ตำแหน่งนี้อยู่ในบริเวณสองเฟส L + α
Note: Cu-Ni (ทองแดง-นิกเกิล) = Isomorphous system (ละลายกันได้สมบูรณ์)
112. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – สังกะสี (Zn) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 20% โดยน้ำหนักและสังกะสี 80% โดยน้ำหนัก ที่ 800 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไร
1 : เฟสของเหลว
2 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง δ
3 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง ε
4 : เฟสของแข็ง γ
เฉลย: 1 : เฟสของเหลว
อธิบาย: ที่อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียสและสังกะสีสูง โลหะผสมอยู่เหนือขอบเขตการแข็งตัว จึงเป็นของเหลว
Note: Above liquidus (เหนือเส้นลิควิดัส) = Liquid only (ของเหลวทั้งหมด)
113. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – สังกะสี (Zn) โลหะผสมประกอบด้วยทองแดง 20% โดยน้ำหนักและสังกะสี 80% โดยน้ำหนัก ที่ 500 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไร
1 : เฟสของเหลว
2 : เฟสของแข็ง ε
3 : เฟสของแข็ง δ
4 : เฟสของเหลว และเฟสของแข็ง ε
เฉลย: 2 : เฟสของแข็ง ε
อธิบาย: เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 500 องศาเซลเซียส องค์ประกอบนี้อยู่ในเขตเฟสของแข็ง ε
Note: ε phase (เฟสเอปไซลอน) = เฟสของแข็งในระบบ Cu-Zn ช่วง Zn สูง
114. จากแผนภาพเฟสของตะกั่ว (Pb) – ดีบุก (Sn) โลหะผสมประกอบด้วยดีบุก 40% โดยน้ำหนักและตะกั่ว 60% โดยน้ำหนัก ที่ 150 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไรบ้าง
1 : เฟสของแข็งสองชนิดคือ (α Pb) และ (βSn)
2 : เฟสของแข็ง (α Pb) และเฟสของเหลว
3 : เฟสของแข็ง (βSn) และเฟสของเหลว
4 : เฟสของเหลว
เฉลย: 1 : เฟสของแข็งสองชนิดคือ (α Pb) และ (βSn)
อธิบาย: ที่ 150 องศาเซลเซียส ต่ำกว่าจุด eutectic ของระบบ Pb-Sn จึงอยู่ในบริเวณของแข็งสองเฟส α + β
Note: Pb-Sn below eutectic (ต่ำกว่ายูเทกติก) = α + β solid (ของแข็งสองเฟส)
115. จากแผนภาพเฟสของตะกั่ว (Pb) – ดีบุก (Sn) โลหะผสมประกอบด้วยดีบุก 61.9% โดยน้ำหนักและตะกั่ว 38.1% โดยน้ำหนัก ที่ 183 องศาเซลเซียส ประกอบด้วยเฟสอะไรบ้าง
1 : เฟสของแข็งสองชนิดคือ (α Pb) และ (βSn) และเฟสของเหลว
2 : เฟสของแข็ง (α Pb) และเฟสของเหลว
3 : เฟสของแข็ง (βSn) และเฟสของเหลว
4 : เฟสของแข็งสองชนิดคือ (α Pb) และ (βSn)
เฉลย: 1 : เฟสของแข็งสองชนิดคือ (α Pb) และ (βSn) และเฟสของเหลว
อธิบาย: ที่องค์ประกอบ eutectic และอุณหภูมิ eutectic จะมีสามเฟสสมดุลกัน คือ L, α และ β
Note: Eutectic point (จุดยูเทกติก) = L + α + β (สามเฟสร่วมกัน)
116. จากแผนภาพเฟสของตะกั่ว (Pb) – ดีบุก (Sn) บริเวณที่เป็น α มีความหมายว่าอย่างไร
1 : เฟสสารละลายของแข็ง (α Pb) ที่มีโครงสร้างผลึกของดีบุกและตะกั่วอยู่ร่วมกัน
2 : เฟสสารละลายของแข็ง (α Pb) ที่มีโครงสร้างผลึกของตะกั่ว และมีอะตอมของดีบุกแทรกอยู่ในโครงสร้าง
3 : เฟสสารละลายของแข็ง (α Pb) ที่มีโครงสร้างผลึกแตกต่างจากโครงสร้างของดีบุกและตะกั่ว
4 : เฟสสารละลายของแข็ง (α Pb) ที่มีโครงสร้างผลึกของดีบุก และมีอะตอมของตะกั่วแทรกอยู่ในโครงสร้าง
เฉลย: 2 : เฟสสารละลายของแข็ง (α Pb) ที่มีโครงสร้างผลึกของตะกั่ว และมีอะตอมของดีบุกแทรกอยู่ในโครงสร้าง
อธิบาย: เฟส α ในระบบ Pb-Sn คือสารละลายของแข็งที่มี Pb เป็นตัวทำละลายหลัก และมี Sn ละลายอยู่ในโครงสร้าง
Note: α Pb (แอลฟาตะกั่ว) = Pb-rich solid solution (สารละลายของแข็งที่มีตะกั่วเป็นหลัก)
117. ข้อใดไม่ใช่ลักษณะของโครงสร้างจุลภาคของส่วนประกอบ Eutectic
1 : Lamellar
2 : Rodlike
3 : Globular
4 : Homogeneous
เฉลย: 4 : Homogeneous
อธิบาย: โครงสร้าง eutectic มักมีลักษณะเป็น lamellar, rodlike หรือ globular แต่ไม่ใช่เนื้อเดียวแบบ homogeneous ทั้งหมด
Note: Eutectic microstructure (โครงสร้างจุลภาคยูเทกติก) = Lamellar/Rod/Globular (แผ่น/แท่ง/ก้อน)
118. ปฏิกิริยาต่อไปนี้ ข้อใดไม่ใช่ปฏิกิริยา Invariant
1 : Eutectic reaction
2 : Monotectic reaction
3 : Peritectoid reaction
4 : Oxidation reaction
เฉลย: 4 : Oxidation reaction
อธิบาย: Eutectic, monotectic และ peritectoid เป็นปฏิกิริยา invariant ในแผนภาพเฟส ส่วน oxidation เป็นปฏิกิริยาเคมีออกซิเดชัน
Note: Oxidation (ออกซิเดชัน) = Chemical reaction (ปฏิกิริยาเคมี), ไม่ใช่ invariant phase reaction
119. จากแผนภาพเฟสของทองแดง (Cu) – นิกเกิล (Ni) ค่า Degree of freedom ระหว่างเส้น Solidus และ Liquidus มีค่าเท่าใด
1 : Degree of freedom = 0
2 : Degree of freedom = 1
3 : Degree of freedom = 2
4 : Degree of freedom = 3
เฉลย: 2 : Degree of freedom = 1
อธิบาย: ระหว่างเส้น Solidus และ Liquidus มีสองเฟสคือของเหลวและของแข็ง α เมื่อความดันคงที่ ระบบสององค์ประกอบจึงมี degree of freedom เท่ากับ 1
Note: L + α region (บริเวณของเหลว + แอลฟา) = Degree of freedom 1 (องศาอิสระเท่ากับ 1)
120. ข้อใดต่อไปนี้เป็นปฏิกิริยา Monotectic
1 : [ตัวเลือกเป็นรูปสมการในไฟล์]
2 : [ตัวเลือกเป็นรูปสมการในไฟล์]
3 : [ตัวเลือกเป็นรูปสมการในไฟล์]
4 : [ตัวเลือกเป็นรูปสมการในไฟล์]
เฉลย: 3 : L₁ → α + L₂
อธิบาย: Monotectic reaction คือของเหลวหนึ่งเฟสเปลี่ยนเป็นของแข็งหนึ่งเฟสและของเหลวอีกหนึ่งเฟส
Note: Monotectic (โมโนเทกติก) = Liquid → Solid + Liquid (ของเหลว → ของแข็ง + ของเหลว)