อุตสาหกรรม ม 140.- หนังสอเล่มนี้เรียบเรียงตามจุดประสงค์รายวิชา สมรรถนะรายวิชา ื และคําอธิบายรายวิชา หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชพ (ปวช.) พุทธศ ี ั กราช 2562 ของสํ านักงานคณะกรรมการการ อาชวศีกษา กระทรวงศึ กษาธิการ ึ 20100-1002 เสกสรร ศรียศ วัสดุงานชาง ่ (หมวดวิชาสมรรถนะวิชาชพ) ี ได ้ผ่านการตรวจประเมินคุณภาพจากสํ านักงานคณะกรรมการการอาชวศี กษา ประจําปีงบประมาณ พ.ศ. ึ 2562 ครั้ง หมวด วิชาสมรรถนะวิชาชพ กลุ่มสมรรถนะวิชาช ี พพื้นฐาน ประกาศลําดับที่ ี 6
คำนำ หนังสือเรียนวิชา วัสดุงานชางอุตสาหกรรม รหัสวิชา 20100-1002 เลมนี้ เรียบเรียงขึ้นเพื่อใช ประกอบการเรียนการสอนที่เนนผูเรียนเปนสำคัญตามหลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพ.(ปวช.) พุทธศักราช 2562 ของสำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ เนื้อหาของหนังสือมีดวยกันทั้งหมด 13 หนวยการเรียน ประกอบดวย วัสดุในงานชาง อุตสาหกรรม กรรมวิธีการผลิตเหล็ก โลหะ โลหะไมใชเหล็ก โลหะผสม อโลหะ มาตรฐานเหล็กในงาน อุตสาหกรรม วัสดุ เชื้อเพลิง วัสดุหลอลื่นและวัสดุหลอเย็น วัสดุกอสราง วัสดุไฟฟาและอิเล็กทรอนิกส การกัดกรอนและการ ปองกัน และการตรวจสอบวัสดุ พรอมทั้งแบบฝกหัดประจำหนวยและ แบบทดสอบ หลังเรียน เพื่อใหผูเรียน ไดฝกทักษะในสถานการณตาง มีทักษะการคิดและแกปญหา และบูรณาการกับการทำงานตามสาขา อาชีพตาง ๆ ตอไป ผูเรียบเรียงและฝายวิชาการ ศูนยหนังสือ เมืองไทย หวังเปนอยางย ิ่ งวาหนังสือเรียนวิชา วัสดุ งานชาง อุตสาหกรรม เลมนี้ จะสามารถใหความรูและเกิดประโยชนแกผูสอน ผูเรียน ตลอดจนผูสนใจ ศึกษาท ั่ วไป เปนอยางดีหากมีขอผิดพลาดประการใดผูเรียบเรียงและฝายวิชาการ ศูนยหนังสือ เมืองไทย ขอ นอมรับคำติชมเพื่อเปนประโยชนในการปรับปรุงแกไขในโอกาสตอไป
สารบัญ หนา หนวยที่1 วัสดุในงานชางอุตสาหกรรม ............................................................. 1 1.1 ความหมายของวัสดุในงานชาง......................................................... 1 1.2 ประเภทของวัสดุในงานชางอุตสาหกรรม ............................................... 1 1.3 หลักการเลือกใชวัสดุในงานอุสาหกรรม................................................. 1 1.4 คุณสมบัติของวัสดุในงานชางอุตสากรรม ............................................... 1 หนวยที่2 กรรมวิธีการผลิตเหล็ก................................................................... 2 2.1 ความหมายของสินแรเหล็ก ............................................................ 2 2.2 ชนิดของสินแรเหล็ก ................................................................... 2 2.3 ขั้นตอนการผลิตเหล็ฏกลาจากสินเร.................................................... 2 หนวยที่3 โลหะที่เปนเหล็ก........................................................................ 3 3.1 ประเภทของโลหะ ..................................................................... 3 3.2 ความหมายของโลหะที่เปนเหล็ก....................................................... 3 3.3 เหล็กกลา.............................................................................. 3 3.4 เหล็กหลอ ............................................................................. 3 หนวยที่4 โลหะไมใชเหล็ก......................................................................... 4 4.1ความหมายของโลหะที่ไมใชเหล็ก....................................................... 4 4.2 โลหะหนัก ............................................................................. 4 4.3 โลหะเบา .............................................................................. 4 หนวยที่5 โลหะผสม ............................................................................... 5 5.1 ความหมายของโลหะผสม.............................................................. 5 5.2 โลหะหนักผสม......................................................................... 5 5.3 โลหะเบาผสม.......................................................................... 5 5.4 ความหมายของโลหะซินเตอร.......................................................... 5 หนวยที่6 อโลหะ.................................................................................. 6 6.1 ความหมายของอโลหะ................................................................. 6 6.2 ประเภทของอโลหะ.................................................................... 6 6.3 วัสดุธรรมชาติ.......................................................................... 6
หนวยที่ 1 วัสดุในงานชางอุตสาหกรรม 1.1 ความหมายของวัสดุในงานชางอุตสาหหกรรม วัสดุในงานชางอุตสาหกรรม หมายถึง วัสดุหรือวัตถุดิบ เปนเครื่องมือและเปนวัสดุชวยในกระบวนการ ผลิตชิ้นงาน สำเร็จหรือผลิตภัณฑ 1.2 ประเภทของวัสดุในงานชางอุตสาหกรรม วัสดุที่นำมาใชในงานอุตสาหกรรม ผูผลิตจะตองมีความเขาใจเกี่ยวกับชนิดคุณสมบัติของวัสดุ เพ ื่ อท ี่ จะไดเลือก วัสดุมาใชงานใหถูกตองและเหมาะสมกับการผลิต ซึ่งแบงออกเปน2 ประเภทใหญคือ 1.2.1 โลหะ 1.2.2 อโลหะ 1.3 หลักการเลือกใชวัสดุในงานชางอุตสาหกรรม การเลือกใชวัสดุในงานชางอุตสาหกรรมใหเหมาะสมกับงาน จะทำใหงานท ี่ไดออกมามีประสิทธิภาพสูง ใชไดนาน และเกิดความคุมคา ในการเลือกใชควรคำนึงถึง 3 องคประกอบหลัก คือ 1. ลักษณะงานหรือผลิตภัณฑ 2.คุณสมบัติของวัสดุ 3. สภาวะสิ่งแวดลอม ลักษณะงาน คุณสมบัติของวัสดุและปจจัยสิ่งแวดลอมในสภาวะตาง ๆดังนี้ 1. งานที่ตองรับแรงดึง จะใชทองแดง ทองเหลือง สเตนเลส อะลูมิเนียม กาว ยาง 2. งานที่ตองรับแรงอัด จะใชเหล็กหลอ เหล็กผสม คอนกรีต 1.4 คุณสมบัติของวัสดุในงานชางอุตสาหกรรม แบงออกเปน 3 ดาน คือ คุณสมบัติของวัสดุในงานชางอุตสาหกรรม แบงออกเปน 3 ดาน คือ 1.4.1 คุณสมบัติทางดานเคมีมีดังนี้ 1. ความคงทนตอการกัดกรอน 2ความคงทนตอความรอน 3. สามารถผสมรวมกันได 4. มีความเปนพิษนอย 1.4.2 คุณสมบัติทางดานฟสิกสมีดังนี้ 1. คุณสมบัติในการเปนตัวนำไฟฟา (Electrical Conductivity) 2. คุณสมบัติในการนำความรอน (Heat Conductivity) 1.4.3 คุณสมบัติทางดานเชิงกล มีดังนี้ 1. ความแข็งแรง (Strength) หมายถึง ความสามารถในการรับแรงโดยไมแตกหักเสียหาย 2. ความสามารถในการรับแรงอัด (Compressive Strength) การทดสอบในการดกอัดชิ้นงาน 1
1.เตรียมสินแร 2.ลางหิน ดิน ทราย 3.บดทําใหเปนผงละเอียด 4.ใชแมเหล็กดูดเพ ื่ อแยกเอาเฉพราะผงเหล็ก 5.อบไลความชื้น 6.ผสมผงถาน หินปูน 7.อัดเปนกอนกลมขนาดเสนผานศูนยกลาง 10-15 มิลลิเมตร 2.1 ความหมายของสินแรเหล็ก หนวยที่2 กรรมวิธีการผลิตเหล็ก สินแรเหล็ก ( One) หมายถึง วัตถุดิบหลักท ี่ใชในการผลิตเหล็กโดยขุดพบจากเหมืองแรเหล็กตาง ๆ มาก จะผสมรวมอยูกับหิน ดิน ทราย กำมะถัน ฟอสฟอรัส คารบอน และแรอื่น ๆ แรเหล็กทีพบ โดยท ั่ วไป รูปของ ออกไซด(Oxide) 2.2 กองสินแรเหล็ก สินแรเหล็กที่คนพบ แบงออกเปน 5 ชนิด ดังนี้ 1.สินแรเหล็กแมกนีไทต 2. สินแรเหล็กเฮมาไทตหริอเรดเฮมาไทต 3. สินแรเหล็กบราวนเฮมาไทตหือแรเหล็กไลมอไนต 4.สินแรเหล็กชิเดอไรต 5.สินแรเหล็กไพไรต 2.3 ขั้นตอนการผลิตเหล็กกลาจากสินแร 2
3.1 ประเภทของโลหะ หนวยที่ 3 โลหะที่เปนเหล็ก โลหะแบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1.โลหะที่เปนเหล็ก 2. โลหะที่ไมใชเหล็ก 3.2 ความหมายของโลหะที่เปนเหล็ก โลหะที่เปนเหล็ก (Ferrous Metals) หมายถึง โลหะท ี่ มีธาตุเหล็กผสมอยูเปนธาตุหลัก ไดแก เหล็ก เหนียว เหล็กหลอ เหล็กกลา ฯลฯ เปนวัสดุโลหะที่ใชกันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เนื่องจากเปนวัสดุที่ มีความ แข็งแรงสูง สามารถปรับปรุงคุณภาพและเปลี่ยนแปลงรูปทรงไดหลายวิธีเชน การหลอ การกลึง การอัดรีดขึ้นรูป แบงเปน 2 ชนิด คือ เหล็กกลาและเหล็กหลอ 3.3 เหล็กกลา 3.3.1ความหมายของเหล็กกลา เห ล็ ก ก ลา (Steel) เป น เห ล็ ก ที่ มี ธ าตุ ค ารบ อ น ผ ส ม อ ยูประมาณ 0.1-1 .5 % โด ย น้ ำห นั ก ซึ่งปริมาณธาตุคารบอนที่ ผสมอยูทำใหเหล็กกลามีคุณสมบัติที่แตกตางกัน นอกจากปริมาณของธาตุ คารบอนแลว ยังมีการผสมธาตุตาง ๆ ในเนื้อเหล็กกลาอีกดวยอีก เชน โครเมียม นิกเกิล ทังสเตน วาเนเดียม โมลิบดีนัม เปนตน เพื่อเปนการปรับปรุง คุณสมบัติของเหล็กกลาใหดีขึ้น เหมาะสมกับการนำไปใชใน อุตสาหกรรมเฉพาะอยาง เชน ทนตออุณหภูมิไดสูง ทนตอการเสียดสีทนตอการกัดกรอน มีความแข็งแกรง สูงขึ้น เหล็กกลาแบงออกได2 ชนิด คือ เหล็กกลาคารบอน และเหล็กกลาผสม 3.4 เหล็กหลอ 3.4.1ความหมายของเหล็กหลอ เหล็กหลอ (Cast Iron) เปนวัสดุชางที่จัดอยูในพวกโลหะ มีเปอรเซ็นตของคารบอนผสมอยู ตั้งแต 2-6% จึงทำใหเหล็กหลอมีความแข็ง มีคุณสมบัติการไหลตัวสูงขณะหลอมเหลว มีการหดตัวต่ำเมื่อ เย็นตัวลง การขึ้นรูปตองนำไป หลอมแลวเทลงแบบ ผลิตภัณฑท ี่ ทำจากเหล็กหลอมีอยูมากมาย เชน ทำฐาน เครื่องจักร ตัวเครื่องจักร ราง เครื่องกลึง เสื้อสูบเครื่องยนตพูลเลยสายพาน ชิ้นสวนเครื่องจักรกล เปนตน 3.4.2คุณสมบัติของเหล็กหลอ มีผลิตจากเหล็กดิบสีเทา (มี ซิลิคอน (Si) สูง) มีสารมลทินปนอยู มาก รับแรงดึง (Tensile) ไมดี รับแรงอัด (Compressive) ไดดี จุดหลอมเหลวต่ำ แมเหล็กจะดูดผงเศษเหล็ก ไดนอย ไมเปนสปริงจะหักเปราะไดงาย การ รวมตัวของคารบอนอยูในรูปของแกรไฟตผิวหยาบ เม็ดเกรนโต มองเห็นไดชัดเจน และเมื่อเผาใหรอนจะเสีย รูปทรงและจะยุบตัว ชนิดของเหล็กหลอ เหล็กหลอที่ใชในปจจุบันไดมีการผลิตใหมีคุณสมบัติดีขึ้น และเหมาะสม ที่ จะนำมาใชงาน ผูที่จะนำเหล็กหลอไปใชงานตองศึกษาคุณสมบัติของเหล็กหลอแตละชนิดใหเหมาะสมกับ ลักษณะ ของงานที่นำมาใช 3
4.1 ความหมายของโลหะที่ไมใชเหล็ก หนวยที่4โลหะที่ไมใชเหล็ก โลหะท ี่ไมใชเหล็ก (Non Ferrous Metal) หมายถึง โลหะท ี่ไมมีสวนผสมของเหล็กผสมอยู ปจจุบันนับ ได วามีความสำคัญมากตอระบบการผลิตมากข ึ้ นตามลำดับ เพราะวัสดุเหลานี้จะมีคุณสมบัติทนตอการกัด กรอน ทน ความรอน เปนตัวนำไฟฟาที่ดี น้ำหนักเบา ขึ้นรูปไดงาย แบงออกเปน 3 ประเภทใหญๆ คือ โลหะ หนัก โลหะเบา และโลหะผสม 4.2. โลหะหนัก 4.2.1 ความหมายของโลหะหนัก โลหะหนัก (Heavy Metal) คือ โลหะท ี่ มีความหนาแนนมากกวา 4 กิโลกรัมตอตารางเดซิเมตร (กก.ดม.) 4.2.2 โลหะหนักมีความสำคัญในระบบอุตสาหกรรม 1. ทองแดง (Copper) สัญลักษณทางเคมี : Cu ลักษณะทั่วไป : เปนโลหะสีแดงบรอนซออน เหนียว ผิว เปนมัน มีความลื่น สนิมมีลักษณะ สีเขียว 4.3 โลหะเบา 4.3.1 ความหมายของโลหะเบา โลหะเบา (Light Metals) หมายถึง โลหะที่มีความหนาแนนนอยกวา 4 กิโลกรัมตอตาราง เดซิเมตร (กก.ตม. ) ที่นิยมใชในงานอุตสาหกรรม มีดังตอไปนี้ 4.3.2 โลหะเบาที่นิยมใชในงานอุตสาหกรรม 1. อะลูมิเนียม (Aluminium) สัญลักษณทางเคมี: AI ลักษณะท ั่ วไป : เปนโลหะสีเงิน ผิวละเอียด สวยงาม กรรมวิธีผลิต : นำสินแรออกไซดมาสกัด และนำไปอบไลในเตาหมุนที่อุณหภูมิ1,300 องศาเซลเซียส จะได อะลูมิเนียมออกไซดนำไปแยกดวยเตาไฟฟาที่อุณหภูมิ900-950 องศาเซลเซียส จะไดอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ 2. แมกนีเซียม (Magnesium) สัญลักษณทางเคมี: Mg ลักษณะท ั่ วไป : เปนโลหะสีขาว ผิวละเอียด สวยงามเปนโลหะเบามาก เบากวาอะลูมิเนียม 23 เทา มีความแข็งแรงนอยมาก ใชเปนโลหะหลักไมได แตเมื่อผสม กับโลหะอื่นจะเพิ่มคุณสมบัติใหโลหะ ยืนลุกเปนไฟไดเองในอากาศ กรรมวิธีผลิต : นำาสินแรแมกนีไซตและโดโล ไมต มาหลอมและแยกดวยไฟฟา ใหสารประกอบ แมกนีเซียมทีมีน้ำหนักเบาลอยตัวขึนและดักออกมาหลอมกับ เกลือเพ ื่ อทำการแยกสารเจือปนจะทำใหไดแมกนีเซียมบริสุทธ ิ์ ขณะทำการหลอมจะตองไมใหออกซิเจนในอากาศ เขาไปผสมเพราะจะทำใหเกิดการลุก เปนไฟ คุณสมบัติ น้ำหนักเบา ใชผสมกับโลหะอื่น เชน อะลูมิเนียม เหล็ก แมงกานีส ซิลิคอน ทองแดง เพื่อลดน้ำหนัก เพิ่มความแข็งแรง และความสวยงาม ทนการเสียดสี ทนการกัดกรอน ของอากาศ ทนการสึกหรอที่อุณหภูมิสูง และกลึงขึ้นรูปไดงาย ประโยชนใชงาน ใชผสมกับโลหะสําหรับทาลอ รถยนตหรือเรียกวา “กระทะลอแม็ก” ทา ชินสวนเครื่องบิน ยานอวกาศ ชิ้นสวนเครื่องจักร เครื่องยนตเครื่อง เทอรไบนเครื่องพิมพและงานที่ตองการ ลดน้ำหนักแตคงไวซึ่งความแข็งแรง ถาเปนแมกนีเซียมบริสุทธิ์จะใชทำ แฟลช เปนตน รูปที่1 ลักษณะกระทะลอแม็กที่ผลิตดวยแมกนีเซียม 4
5.1 ความหมายของโลหะผสม หนวยที่5 โลหะผสม โลหะผสม (Alloy) หมายถึง การนำโลหะตังแต 2 ชนิดขึ้นไป มาผสมและหลอมละลายรวมเปนเนือ เดียวกันในอัตราสวนทีกำหนดโดยมาตรฐาน โลหะท ี่ มีสวนผสมมากกวาเรียกวา โลหะหลักในการผสม เพ ื่ อใหได โลหะใหมซึ่งมีคุณสมบัติทางกล ทางไฟฟา และทางเคมีตามความตองการ เปนตน ปจจุบันโลหะผสมมีความสำคัญ ในชีวิตประจำวันและในงานอุตสาหกรรมตาง ๆ เชนอุปกรณเคร ื่ องใชภายในบาน ชิ้นสวนของเคร ื่ องยนต เครื่องบิน ยานอวกาศ งานดานไฟฟาและ อิเล็กทรอนิกสเปนตน 5.1.1โลหะผสม แบงออกเปน 2 ประเภท คือ 1. โลหะหนักผสม 2. โลหะเบาผสม 5.2 โลหะหนักผสม โลหะหนักผสมที่นิยมนำมาใชในงานอุตสาหกรรมในปจจุบัน มีดังนี้ 5.2.1 สังกะสีผสม (Zn + Al + Mn + Cu) แบงออกไดเปน 2 ชนิด คือ 1. สังกะสีชนิดรีด เปนสังกะสีทีมีสวนผสมของอะลูมิเนียม 4-12% ทองแดงและแมงกานีส ผส ม อยู เล็กนอย ใชงานลักษณะเดียวกับทองเหลือง คุณสมบัติ เหมาะแกงานรีด มีความแข็งแรงนอย และมีความเที่ยงตรง นอย ประโยชนใชงาน ใชแทนทองเหลืองได 2. สังกะสีชนิดหลออัด มีความแข็งแรงมากกวาและยังมีความเที่ยงมากกวาใหผิวงานที่ เรียบรอยดีกวา ชนิดรีด ประกอบดวย (1) สังกะสีหลออัดผสมดีบุก มีความแข็งแรงนอยกวาแตมีความเที่ยงตรงสูง (2) สังกะสีหลอ อัดผสมอะลูมิเนียม ใหความแข็งแรงสูง แตมีความเที่ยงตรงนอยกวา คุณสมบัติมีความแข็งแรงมากกวาชนิดรีด มี ความเที่ยงตรงมากกวาชนิดรีด และมีผิวงาน ประโยชนใชงาน ใชหลอชิ้นงานที่ยาก ๆ 5.3 โลหะเบาผสม โลหะเบาผสม หมายถึง โลหะที่มีสวนผสมของโลหะเบาผสมเปนสวนผสมหลัก ไดแกอะลูมิเนียม ผสม แมกนีเซียมผสม 5.3.1 อะลูมิเนียมผสม 5.4 ความหมายของโลหะซินเตอร โลหะซินเตอรหมายถึง โลหะแข็งท ี่ ผานกระบวนการผลิตชิ้นงานจากโลหะผง ซึ่งทำใหไดโลหะท ี่ ม ความ แข็งมาก ใชสำหรับเปนคนตัดชนิดตาง ๆ 5
วัสดุ ธรรมชาติ ไม ยาง หนัง สี่งทอ กาว ธรรมชาติ วัสดุ สังเคราะห พลาสติก แกว ปูนซีเมนต ยางเทียม หนัง สี 6.1 ความหมายของอโลหะ หนวยที่6 อโลหะ อโลหะ หมายถึง วัสดุทีไดจากธรรมชาติหรือไดจากการสังเคราะหขึ้นมา เชน พลาสติก ปูนซีเมนตแกว ไม ยาง น้ำมันเปนตน มีคุณสมบัติแตกตางจากโลหะ การเรียงตัวของอะตอมไมเปนระเบียบ 6.2 ประเภทของอโลหะ อโลหะแบงออกไดเปน 2 ประเภท คือ 1. วัสดุธรรมชาติหมาย ถึงวัสดุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและนำมาทำปนผลิตภัณฑตางๆ ท ี่ใชประโยชน ท ั่ วไป เชน ไมยางธรรมชาติหนัง สิ่งทอ และกาวธรรมชาติเปนตน 2. วัสดุสังเคราะหหมายถึง วัสดุที่ผลิตขึ้นดวยกรรมวิธีทางเคมีเพ ื่ อใหเปนสารชนิดใหม หรือผลิตขึ้นเพื่อ ทดแทนวัสดุท ี่ มีอยูตามธรรมชาติโดยมีคุณสมบัติที่ดีกวาหรือใกลเคียงในการนำมาใชประโยชนเชน พลาสติก แกว ปูนซีเมนตยางเทียม หนังเทียม และสี เปนตน 6.3 วัสดุธรรมชาติ วัสดุธรรมชาติที่นำมาปนผลิตภัณฑตางๆ ทีใชประโยชนโดยท ั่ วไป แบงออกไดดังนี้ 1. ไม(Wood) ไดจากการนำตนไมที่มีอายุมาก ขนาดใหญมาแปรรูป เพื่อนำไปใชงานตามความเหมาะสม ในดานความสวยงามและความแข็งแรงทนทาน สีของไมโดยทั่วไปจะเปนสีน้ำตาลดำ น้ำตาลเหลืองและน้ำตาลแดง 2. ยางธรรมชาติ(Rubber) ยางธรรมชาติไดจากการนำน้ำยางจากตนยางพารา มาแยกน้ำออกจากเนื้อยา โดยการเติม กรดน้ำสม (อะซิติก) ลงในน้ำยาง เนื้อยางจะตกตะกอน จับกันเปนกอน นำกอนยางไปรีดเปนแผนบางๆ แลวนำมาทำการรมควันทีอุณหภูมิ 40-50 องศาเซลเซียส จะไดยางแผนรมควันสีน้ำตาล ยางดิบที่นำไปทำ ผลิตภัณฑยาง จะตองมีกรรมวิธีทางเคมีปรุงแตงเนื้อยาง 6
หนังสอแนะนํา ื หนังสือ พิมพ 4 สี ทั้งเลม จำนวน 325 หนา กระดาษ ปอนด ความหนา กระดาษปก 230 แกรม กระดาษเนื้อใน 70 แกรม บริษัทศูนยหนังสือ เมืองไทย จำกัด 101/14 หมูบานมณียา 3 ซอย 10 ถ.รัตนาธิเบศร ต.ไทรมา อ.เมือง จ.นนทบุรี 11000 โns. 0-2924-6316, 08-1445-9968, 08-6300-4113 โทรสาร 0-2594-3923 www.muangthaibook.com อีเมล : [email protected] ISBN 978-616-281-548-3 ราคา 140 บาท