คุณลักษณะด้านสมบัติเชิงกลและคุณภาพน้ำโลหะของโลหะผสมทองแดงไร้ตะกั่ว

Abstract

โลหะผสม CAC406 (Cu-5wt%Sn-5wt%Zn-5wt%Pb) เป็นโลหะผสมที่นิยมนำมาผลิตเป็นอุปกรณ์ในระบบส่งจ่ายน้ำอย่างแพร่หลาย แต่ในปัจจุบัน เนื่องจากองค์การอนามัยโลกได้กำหนดปริมาณธาตุตะกั่วที่ละลายอยู่ในน้ำดื่มให้มีปริมาณไม่เกิน 0.01 mg/l จึงจำเป็นต้องพัฒนาโลหะทองแดงผสมไร้ตะกั่วขึ้นเพื่อใช้ทดแทน CAC406 เดิม ได้แก่ โลหะผสมทองแดงไร้ตะกั่วชนิดเจือบิสมัท หรือ บิสมัท-ซีลีเนียมทดแทนการเจือตะกั่ว และโลหะผสมทองแดงชนิดทองเหลืองซิลิคอน งานวิจัยนี้ได้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะผสมทองแดงไร้ตะกั่ว, สมบัติด้านการกลึงไส และคุณภาพน้ำโลหะ เพื่อเปรียบเทียบกับ CAC406 ที่ใช้อยู่เดิม การทดสอบสมบัติเชิงกลด้านความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิสูงและภายใต้สภาวะอัตราความเครียดสูง (High Strain Rate, 1/s) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับสมบัติด้านการกลึงไส พบว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ๐C ความต้านทานแรงดึงและความยืดของโลหะผสมทองแดงไร้ตะกั่วชนิดใช้บิสมัทและบิสมัท-ซีลีเนียม ลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสมบัติด้านการกลึงไสต่ำเมื่อมีแรงไปกระทำบริเวณผิวชิ้น สำหรับทองเหลืองซิลิคอนยังคงมีค่าความต้านทานแรงดึงสูงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แต่สมบัติด้านการกลึงไสยังคงด้อยกว่า CAC406 กระบวนการกำจัดออกซิเจนโดยใช้ฟอสฟอรัสในการประเมินคุณภาพน้ำโลหะเป็นขั้นตอนสำคัญในการหล่องานโลหะผสมทองแดง การประเมินปริมาณฟอสฟอรัสจากเส้นโค้งการเย็นตัวได้ถูกนำมาใช้ในกระบวนการกำจัดออกซิเจนสำหรับการทดสอบหน้างาน พบว่าเมื่อปริมาณฟอสฟอรัสที่เหลือในน้ำโลหะเพิ่มขึ้นจะส่งผลให้อุณหภูมิเริ่มแข็งตัวลดต่ำลง