คุณสมบัติของโลหะมีดังนี้

- เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดีเพราะมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปได้ง่ายทั่วทั้งก้อนของโลหะ แต่โลหะนำไฟฟ้าได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากไอออนบวกมีการสั่นสะเทือนด้วยความถี่และช่วงกว้างที่สูงขึ้นทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไม่สะดวก

- โลหะนำความร้อนได้ดีเพราะมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้โดยอิเล็กตรอนซึ่งอยู่ตรงตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูง จะมีพลังงานจลน์สูง และอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูงจะเคลื่อนที่ไปยังส่วนอื่นของโลหะจึงสามารถถ่ายเทความร้อนให้แก่ส่วนอื่น ๆ ของแท่งโลหะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าได้

- โลหะตีแผ่เป็นแผ่นหรือดึงออกเป็นเส้นได้เพราะไอออนบวกแต่ละไอออนอยู่ในสภาพเหมือนกันๆ กัน และได้รับแรงดึงดูดจากประจุลบเท่ากันทั้งแท่งโลหะ ไอออนบวกจึงเลื่อนไถลผ่านกันได้โดยไม่หลุดจากกัน เพราะมีกลุ่มขอองอิเล็กตรอนทำหน้าที่คอยยึดไอออนบวกเหล่านี้ไว้

- โลหะมีผิวเป็นมันวาวเพราะกลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้โดยอิสระจะรับและกระจายแสงออกมา จึงทำให้ โลหะสามารถสะท้อนแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้

- โลหะมีจุดหลอมเหลวสูงเพราะพันธะในโลหะเป็นพันธะที่เกิดจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างวาเลนซ์อิเล็กตรอนอิสระทั้งหมดในด้อนโลหะกับไอออนจึงเป็นพันธะที่แข็งแรงมาก

คุณสมบัติของโลหะ คือ ลักษณะเด่น, ความสามารถ, ลักษณะเฉพาะ, ความแข็งแกร่ง, ข้อดี, ข้อเสีย และลักษณะผิดปกติของวัสดุ สิ่งที่กล่าวมาเหล่านี้มีไว้เพื่อเปรียบเทียบถึงความแตกต่างของวัสดุในทางทางวิศวกรรม จำเป็นต้องทราบถึงคุณสมบัติของวัสดุ ก็เพื่อดูว่าวัสดุนั้น สามารถทนทานต่อแรงที่กระทำ, ทนทานต่อการพังทลาย, ทนทานต่อการเสียรูป, ทนทานต่อการกัดกร่อน หรืออื่น ๆ ได้หรือไม่

คุณสมบัติของโลหะ สามารถแบ่งออกได้ดังตารางที่ 4.1 ดังนี้

ตารางที่ 4.1 กลุ่มประเภทคุณสมบัติวัสดุทั่วไป

1. คุณสมบัติทางกล (Mechanical properties) เช่น ความแข็งแกร่ง (Strength), ความแข็ง (Hardness)

2. คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น/ความเครียด เช่น โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)

3. คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) เช่น ความทนทานต่อการกัดกร่อน

4. คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า

5. คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) เช่น อุณหภูมิจุดหลอมเหลว

6. คุณสมบัติด้านอื่น ๆ เช่น ความหนาแน่น และความสึกหรอ (Wear)

4.1 คุณสมบัติทางกลความแข็ง, ความเหนียว (Ductility) และความแข็งแกร่ง เป็นคุณสมบัติขั้นพื้นฐานในทางกลของวิชาโลหะวิทยา

คุณสมบัติทั้งสามเหล่านี้จะมีความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงกันด้วย กล่าวคือ เมื่อความแข็ง และความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น ความเหนียวจะลดลง ทำให้วัสดุนั้นมีแนวโน้มเป็น วัสดุเปราะ (Brittle) ในทางกลับกันวัสดุที่มีความเหนียวมาก จะทำให้ความแข็ง และความแข็งแกร่งลดลง

ความแข็งแกร่ง, ความแข็ง และความเหนียว ปกติแล้วเป็นสิ่งที่มีความต้องการที่จะให้เกิดขึ้นในโลหะ ส่วนความเปราะ (ตรงกันข้ามกับความเหนียว) เป็นสิ่งที่ไม่ต้องการให้เกิดในโลหะ ดังนั้น ในทางโลหะวิทยา ต้องทำการศึกษา ทดลอง เพื่อให้วัสดุมีความสามารถในด้านความแข็งแกร่ง ความแข็ง ที่เพิ่มขึ้น โดยไม่ทำให้ความเหนียวลดลง

4.1.2 ความแข็ง

ความแข็ง คือความต้านทานต่อการเสียรูปวัสดุอย่างถาวร วัสดุที่มีความแข็งสูง ค่าความแข็งแกร่งก็จะสูงตามไปด้วย ในการหลอมโลหะเมื่อเพิ่มส่วนผสมของธาตุลงไปในโลหะหลอมทำให้ความสามารถด้านความแข็ง และความแข็งแกร่งมีคุณภาพดีขึ้น และไม่ทำให้ความเหนียวลดลง

ความแข็ง (Hardness) เป็นคุณสมบัติที่มีสำคัญของโลหะ เป็นการยากที่จะให้คำอธิบายได้อย่างชัดเจน แต่ความหมายที่สามารถบอกได้ดีที่สุดก็คือ ความแข็ง คือ การต้านทานต่อการเสียรูปของวัสดุ หรือ ความต้านทานต่อการกระทำต่อวัสดุ เมื่อวัสดุสูญเสียความต้านทาน ก็จะก่อให้เกิด ความเสียหาย (Damaged), รอยบุ๋ม (Dent), ความเสื่อม หรือความทรุดโทรมอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลที่ได้จากแรง หรือความกดดันที่กระทำต่อวัสดุนั้น ในความต้องการที่จะรู้ค่าความแข็งของวัสดุ จำเป็นต้องหาเครื่องมือมาวัด เครื่องมือนี้จะสร้างรอยกดบุ๋มเป็นจุด บนพื้นผิว ด้วยแรงกดที่กระทำบนพื้นผิววัสดุที่ต้องการทราบความแข็ง ดูที่รูป แสดงตัวอย่างรอยบุ๋มบนวัสดุ

ความแข็ง คือคุณสมบัติของโลหะ ที่มีความสำคัญต่อวัสดุ ซึ่งมีการเกี่ยวพันกับคุณสมบัติอื่น ๆ ของโลหะด้วย เช่นความแข็งแกร่ง (Strength),ความเปราะ (Brittleness)และความสามารถในการยืดตัว (Ductility)ในการวัดความแข็งของโลหะนั้น จะเป็นการวัดความแข็งแกร่ง, ความเปราะ และยืดเป็นแผ่นของโลหะ โดยทางอ้อมโดยทราบจากการทดลอง แล้วนำมาคำนวณหาคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกันได้

ประโยชน์ที่ได้จากการทราบค่าความแข็งของโลหะมีมากมาย อาทิเช่น

• เลือกวัสดุให้เหมาะสมกับงานที่ทำ ดูว่าวัสดุนั้นมีความแข็งพอที่จะนำมาสร้างได้หรือไม่
• รู้ค่าความแข็งเพื่อสร้างชิ้นงานที่ต้องการออกแบบให้พังก่อน อีกชิ้นหนึ่ง (ไม่ได้กล่าวรายละเอียดในที่นี้ จะพบในเรื่องของการออกแบบสร้างเครื่องกล)
• รู้ถึงความทนทานของวัสดุที่นำมาทำ ซึ่งสามารถคำนวณอายุการใช้งานได้
• ฯลฯ

การวัดความแข็ง

มีวิธีการมากมายที่นำมาใช้วัดความแข็งของโลหะ แต่ในหนังสือเล่มนี้จะกล่าวถึงวิธีการวัดความแข็งสองวิธีที่ได้รับความนิยม ได้แก่วัดความแข็งโดยการกดเป็นรอย (Penetration hardness)และวัดความแข็งโดยการสร้างรอยขีดข่วน (Scratch hardness)

วัดความแข็งโดยการกดเป็นรอยเป็นเทคนิคการวัดที่มีความแม่นยำมากที่สุด ในการใช้เครื่องทดสอบเป็นตัววัด ตัวเครื่องกดนี้ใช้แรงในการกดชิ้นโลหะให้เกิดรอยบุ๋มลงไปในเนื้อโลหะ และทำการวัดขนาดรอยกด และแรงที่ใช้กด แล้วนำมาคำนวณเพื่อหาค่าความความแข็งของโลหะ

วัดความแข็งโดยการสร้างรอยขีดข่วน เป็นการวัดแบบรวดเร็ว และหยาบ ชิ้นงานโลหะที่ใช้วิธีนี้หาค่าความแข็ง โดยใช้ของมีคมที่มีความแข็งกว่าชิ้นงานตัวอย่าง มาขีดบนชิ้นงานให้เกิดรอยขีดข่วน การวัดแบบนี้จะไม่มีค่าออกมาเป็นตัวเลข แต่จะใช้ความรู้ และประสบการณ์ เพื่อตัดสินว่าชิ้นงานนั้นเป็นชิ้นงานที่ “แข็ง” หรือ “อ่อน” ซึ่งขึ้นอยู่กับผลของรอยขีดข่วน

การทดสอบวัดความแข็งโดยการกดเป็นรอย เมื่อเปรียบเทียบกับ การวัดความแข็งโดยการสร้างรอยขีดข่วน วิธีการแรกให้ความแม่นยำได้สูงกว่า แต่ก็มีราคาแพงกว่า ในอุตสาหกรรมส่วนมากจะใช้วิธีการแรกโดยการกดลงบนชิ้นงานมากกว่า

4.1.3 ความเหนียว และความเปราะ

ความเหนียว และความเปราะจะเป็นปฏิปักษ์ต่อกัน ตรงกันข้ามกันเสมอ คุณสมบัติของทั้งคู่จะถูกนำมาศึกษาในการเรียนรู้เกี่ยวกับความเหนียวของวัสดุถ้าวัสดุทดสอบสามารถยืดได้ค่อนข้างมากก่อนที่มันจะขาดออกจากกัน เราเรียกว่าวัสดุนั้นมีความเหนียวในทางกลับกันถ้าวัสดุมีการยืดตัวได้น้อย และขาดออกจากกัน แสดงถึงวัสดุนั้นมีความเปราะหรือมีความเหนียวน้อย

ในการผลิตโลหะออกมาใช้งานเกือบทั้งหมด เราต้องการคุณสมบัติความเหนียวของโลหะมากกว่าความเปราะ วัสดุที่เหนียวสามารถทนทานต่อการกระแทกที่หนักได้ดีกว่า และสามารถซึมซับพลังงานก่อนที่จะเกิดความเสียหายได้มากกว่าวัสดุที่มีความเปราะ วัสดุที่มีความเปราะปกติแล้วจะมีความแข็งแกร่งกว่าวัสดุเหนียว แต่ในปัจจุบันก็ไม่เสมอไป เมื่อเทคโนโลยีทางด้านโลหะวิทยามีมากขึ้น วัสดุเหนียวก็ถูกผลิตมาให้มีความทนทานต่อการยืดตัว (แข็งแกร่ง) ที่สูงกว่า

ตัวอย่างของวัสดุเหนียว เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ, อลูมิเนียม, ยาง ส่วนตัวอย่างของวัสดุเปราะเช่น เหล็กหล่อ, แก้ว

ขอบคุณแหล่งที่มา : https://www.scimath.org/