โลหะวิทยาเบื้องต้นสำหรับช่างมีด

[shqxk]

เหล็กกล้า (STEEL)

เหล็กที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้จริงๆแล้วถ้าจะเรียกให้ถูกเราต้องเรียกว่าเหล็กกล้า เพราะว่าเหล็กเฉยๆนั้นหมายถึง iron

iron โดยธรรมชาติเป็นธาตุโลหะที่เหนียวแต่ไม่แข็ง มนุษย์เรียนรู้ใช้เหล็กทำเป็นเครื่องมือต่างๆมาตั้งแต่โบราณกาล ตั้งแต่ยุคที่บรรพบุรุษของเรายังใช้หอกล่าสัตว์ มาถึงยุคที่มนุษย์ประหัตรประหารกันด้วยคมดาบ

จนมาถึงวันนี้ความสำคัญของเหล็กก็ยังไม่เปลี่ยนแปลง แถมยังมีมากขึ้นเรื่อยๆตามความเจริญของเทคโนโลยี

ความมหัศจรรย์ของเหล็กเริ่มต้นขึ้นเมื่อเราใส่คารบอนลงไป จากเหล็กธรรมดาก็จะกลายเป็นเหล็กกล้า (steel)

กล่าวได้เลยว่าเหล็กกล้านี่แหละคือวัสดุที่แข็งแกร่งทนทานที่สุดที่มนุษย์จะสามารถใช้ได้ในดาวที่ชื่อว่าโลก

เพชรอาจะแข็งกว่าเหล็กกล้า ไทเทเนียมอัลลอยด์อาจจะเหนียวกว่า แต่อย่างไรก็ตามมนุษย์ยังไม่สามารถหาสสารชนิดใดที่มีสมดุลระหว่างความแข็ง, ความเหนียว และความให้ตัวเป็นสปริงได้เหมือนเหล็กกล้า

ต่อไปผมจะกล่าวถึงโลหะวิทยาเบื้องต้นเกี่ยวกับสภาวะต่างของเหล็กกล้า credit Kevin R Cashen ABS MS.


อธิบายศัพท์เคมีก่อนนิดนึงครับ

element = ธาตุ เช่นธาตุเหล็ก(Fe), ไฮโดรเจน(H), แมงกานีส(Mn)

atom = หน่วยที่เล็กที่สุดของธาตุ จะใช้ตัวย่อของธาตุนั้นๆแทน 1 ห่วยอะตอมเช่น Fe = 1 อะตอมของเหล็ก

molecule = โมเลกุล, เมื่ออะตอมมากกว่าสองตัวขึ้นไปมาจับตัวกัน จะเรียกว่าโมเลกุล เช่น O3 = ออกซิเจนสามอะตอมจับตัวกันหรือเรียกว่าโอโซนนั่นเอง

compound = โมเลกุลที่มีธาตุมากกว่า 1 ชนิด เช่น Fe3C หรือ Cementite = อะตอมของเหล็ก 3 หน่วยรวมกับอะตอมของคารบอน์ 1 หน่วย

__________________________________________________________________________________________________

เหล็กเป็นโลหะที่เปลี่ยนแปลงสภาวะโครงสร้างตามอุณหภูมิ

ที่อุณหภูมิห้อง(จนถึง 723c) โมเลกุลของเหล็กจะมีลักษณะโครงสร้างเป็นผลึกสี่เหลี่ยม มีอะตอมเรียงกันแบบลูกเต๋าโดยจะมีอะตอมหนึ่งหน่วยอยู่ตรงกลาง ( body centered) โครงสร้างนี้เรียกว่า alpha iron
http://www.cashenblades.com/images/info/bcc.jpg

ที่อุณหภูมิมากกว่า 723 องศา C โมเลกุลของเหล็กจะเกิดการเปลี่ยนโครงสร้าง โดยอะตอมตรงกลางจะหายไปและจะมีอะตอมเพิ่มขึ้นมาระหว่างมุมของแต่ละอะตอม (face centered) ทำให้เกิดพื้นที่สมารถให้คารบอนเข้าไปแทรกที่ตรงกลางโมเลกุล โครงสร้างแบบนี้ของเหล็กเรียกว่า gamma iron
http://www.cashenblades.com/images/info/fcc.jpg

รูปแบบโครงสร้างและองค์ประกอบของเหล็กกล้า

Ferrite,
คือลักษณะโครงสร้างของเนื้อเหล็ก ซึ่งจริงๆก็คือเหล็ก (iron) 100% นั่นเอง โครงสร้างลักษณะนี้จะปรากฏมากในเหล็กที่มีคารบอนต่ำกว่า 0.8%


Cementite
คารบอนที่อาศัยอยู่ในเนื้อเหล็กในสภาวะที่ไม่ได้อบชุบจะอยู่ในรูปคารไบด์ของเหล็ก(iron carbide) โมเลกุล Fe3C โครงสร้าง cementite จะปรากฏชัดเจน (จากการส่องกล้อง) ในเหล็กที่มีคารบอนมากกว่า 0.8%

Pearlite
โครงสร้างลักษณะเป็นชั้นๆสลับไปมาระหว่าง Ferrite และ Cementite ปรากฏชัดในเหล็กที่มี carbon 0.8% ขึ้นไป

Austenite
ตรงนี้เป็นส่วนสำคัญ, austenite เป็นสถานะพื้นฐานของทุกสถานะในเหล็กไม่ว่าจะเป็น pearlite, ferrite, bainite และ martensite จะเริ่มต้นจาก austenite ก่อนทั้งสิ้น

Austenitizing หรือการทำให้เป็น Austenite คือสภาวะที่จะเกิดขึ้นเมื่อเผาเหล็กจนอุณหภูมิสูงถึงจุดหนึ่ง(มากกว่า 723c) ที่โมเลกุลขอเหล็กกลายสภาพจาก alpha ironเป็น gamma iron และ cementite ในเหล็กเกิดการละลาย Fe3C ละลายและคารบอนแยกตัวออกมาในเนื้อเหล็กโดยมีสถานะเป็นของเหลว

ที่จุดนี้อะตอมของคารบอนจะเข้าไปแทรกในที่ว่างระหว่างอะตอมของเหล็ก ถ้าเราค่อยๆทำให้สถานะนี้เย็นตัวลงช้าๆ อะตอมของคารบอนจะแพร่ออกจากอะตอมเหล็กและฟอร์มตัวคืนเป็นโครงสร้าง cementite ทำให้โครงสร้างเหล็กกลับสู่ Pearlite หรือ Ferrite ตามแต่ปริมาณคารบอน

การทำให้โครงสร้าง austenite เย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจะทำให้อะตอมของคารบอนจะไม่สามารถกระจายตัวออกจากโมเลกุลของเหล็กได้ทัน โมเลกุลของเหล็กจะกักอะตอมคารบอนไว้ในที่ว่างตรงกลาง และจะฟอร์มตัวเป็นโครงสร้าง Martensite หรือ Bainite ขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นตัว ในบางครั้งหากอัตราการเย็นตัวเร็วมากเกินไปหรือถ้าหากเหล็กมีอัลลอยด์ผสมอยู่มากซึ่งจะส่งให้อุณหภูมิ Austenititzing สูงขึ้น. เมื่อเราทำการ quench, austenite บางส่วนอาจจะฟอร์มสภาพเป็น martensite ไม่ทัน กลายเป็น austenite ตกค้างเรียกว่า retained austenite ซึ่งจะทำให้เนื้อเหล็กแตกร้าว

การ Austenitizing เป็นกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิเฉพาะตัวในแต่ละชนิดของเหล็ก เหล็กที่มีคารบอน/อัลลอยด์มากก็จะใช้อุณหภูมิตรงนี้มากขึ้น การเผา austenitizing นานเกินไปจะทำให้เกรนของเหล็กขยายตัวและสูญเสียคารบอนซึ่งจะทำให้เหล็กเปราะ

Martensite
http://www.lassp.cornell.edu/sethna/Tweed/Ni2MnGa_Shield.gif
ในรูปนี้ภาพที่เรียบๆคือ austenite นะครับ เมื่อทำการ quench อย่างรวดเร็วจะกลายสภาพเป็น martensite ที่บิดๆเบี้ยวๆนั้นแหละ

ได้จากการ austenitizing แล้วทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (quench)

ในสภาวะที่โมเลกุลของเหล็กกลายสภาพจาก body centered เป็น faced centered และคารบอนในเหล็กมีสถานะเป็นของเหลว คารบอนในเหล็กจะเข้าไปแทรกในแกนของโมเลกุลเหล็ก เมื่อเรา quench อย่างรวดเร็ว อะตอมของคารบอนจะแยกตัวออกจากโมเลกุลของเหล็กไม่ทัน ทำให้โมเลกุลกลายสภาพเป็น body centered ที่มีอะตอมของคารบอนเป็นแกนกลาง โครงสร้างเช่นนี้คือ martensite ซึ่งเป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่งที่สุดของเหล็กกล้า หลังจาก temper จะกลายเป็นวัตถุที่มีทั้งความแข็ง ความเหนียว ความให้ตัว อย่างที่ไม่มีวัตถุอื่นใดในโลกเทียบได้ เป็นโครงสร้างในอุดมคติที่ใช้เป็นคมของมีด หรือเครื่องมือตัดเฉือนทุกชนิดบนโลก

หลังจาก austenite ==> martensite แล้ว ลักษณะของ martensite ที่ได้จะมีอยู่สองแบบ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ austenitizing

อุณหภูมิต่ำ เรามักจะได้ lath martensite ที่มีความเหนียวสูงแต่ไม่แข็งมาก

อุณหภูมิสูง เราจะได้ plate martensite ที่จะแข็งกว่าแต่ก็เปราะ

Bainite
โครงสร้างนี้เกิดขึ้นเมื่อเรา Austenitizing แล้ว quench ลงมาที่อุณหภูมิต่ำกว่า 550 c สูงกว่า 230 c (ขึ้นอยู่กับอัลลอยด์ในเหล็ก) อย่างรวดเร็ว แต่ที่อุณหภูมิในช่วงนี้โครงสร้างของเหล็กจะยังไม่ทันกลายเป็น martensite แต่จะมีสภาวะเป็น retained austenite ที่มีคารบอนผสมอยู่

แช่ (soaking) ค้างไว้ที่ช่วงอุณหภูมินั้นในช่วงระยะเวลาหนึ่ง(ขึ้นอยู่กับอัลลอยด์) retained austenite + คารบอน จะคล่อยๆกลายสภาพเป็น Bainite

โครงสร้าง Bainite จะมีความเหนียวอย่างมากแต่จะมีความแข็งไม่เท่า Martensite




เดี๋ยวมาต่อครับ บทความนี้จะเข้าใจยากนิดนึงนะครับเพราะมีศัพท์เทคนิกเยอะมาก ถ้าไม่เข้าใจตรงไหนเดี๋ยวผมมาตอบให้ครับ

หวังว่าบทความนี้อย่างน้อยจะช่วยให้อ่าน spec อบชุบเหล็กนอกได้เข้าใจมากขึ้น:D

[Pita]

มาให้กำลังใจ เขียนสาระดีๆให้ความรู้ครับ :)

[tumtump]

ปูเสื่อรอเลย:cool:

[shqxk]

ขอบคุณครับพี่ มาต่อครับ

ผมขออธิบายศัพท์ช่างมีด อังกฤษเป็นไทยให้เข้าใจคร่าวๆก่อนนะครับ

ขั้นตอนการอบชุบเหล็กโดยพื้นฐานเลยจะมีหลายขั้นตอน อาจจะจำเป็นหรือไม่จำเป็นต้องทำขั้นตอนทั้งหมดนี้ ขึ้นอยู่กับว่าช่างทำงานประเภทไหน งานร้อน/งานเย็น และต้องการคุณภาพมากขนาดไหน

Heat treatment


1. Nomalizing : การคืนสภาพปกติ

ในการตีมีดงานร้อนหรือ forging โครงสร้างเหล็กจะเสียหายบิดเบี้ยวอย่างมาก การ normalize จะช่วยให้โครงสร้างเหล็กกลับสู่สภาวะปกติไม่ว่าจะเป็น ขนาดของเกรน การกระจาย/การเรียงตัวเกรนรวมไปถึงคารไบด์ต่างๆทั้งหมด

การอบ normalizing จะทำที่อุณหภมิสูงกว่า austenitizing ประมาณ 40c ขึ้นไป ความคงที่ของอุณหภูมิ รวมไปถึงอัตราเย็นตัวเป็นสิ่งสำคัญมากในกระบวนการนี้ หากอัตราการเย็นตัวช้าเกินไปเกรนที่ได้จะหยาบ แทนที่จะเป็นการ normalize มันจะกลายเป็นการ anneal แทน ตรงกันข้ามหากอัตราการเย็นตัวเร็วเกินไปก็จะเหมือนเป็นการ hardening

การ normalizing ด้วยอุณหภูมที่แม่นยำ ในช่วงเวลาที่เหมาะสม และด้วยอัตราการเย็นตัวที่ถูกต้องจะทำให้เกรนของเหล็กละเอียดและมีคุณภาพ

การ normalizing สามารถทำได้หลายครั้งขึ้นอยู่กับเป้าหมายคุณภาพของช่าง


2. Annealing : การอบอ่อน

เป็นกระบวนการให้ความร้อนจนถึงจุด austenitic แล้วค่อยๆทำให้เย็นตัวลงอย่างช้าๆเพื่อให้อะตอมของคารบอนที่จับตัวกับโมเลกุลของเหล็กได้มีโอกาสแพร่ออกมาคืนรูปเป็น cementite ตามเดิม จุดประสงค์ของการอบอ่อนคือเพื่อให้ช่างทำการจัดการเจียร แต่งรูปได้ง่ายครับ



็
3. Hardening : การชุบแข็ง

การชุบแข็ง หรือที่ช่างมีดนิยมเรียกด้วยศัพท์ง่ายๆว่า quench (อ่านว่า เคว้นช์ แปลว่าการแช่)นั่นเอง

การชุบแข็งคือการ อบเหล็กให้ร้อนถึงจุด austenitizing และอัลลอยด์ต่างๆในเหล็กมีสภาพกึ่งของเหลว และอบค้างไว้(soaking) ตามแต่สเปคของเหล็ก อุณหภูมิตรงนี้ในแต่ละเหล็กจะต่างกันมากขึ้นอยู่กับส่วนผสม

เมื่อถึงจุดนี้และแช่ค้างไว้จนโมเลกุลในโครงสร้างเหล็กเปลี่ยนจาก alpha iron เป็น gamma iron โดยสมบรูณ์ ทำให้เกิดที่ว่างกลางโมเลกุล, อะตอมของคารบอนที่ละลายออกจาก cementite (Fe3C) จะแพร่เข้าไปในโมเลกุลของเหล็ก

การทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (quenching) จะทำให้โมเลกุลของเหล็กกักอะตอมคารบอน์ไว้ ในช่วง gamma iron ==> alpha iron ทำให้โครงสร้าง austenite เปลี่ยนสภาพเป็น martensite ที่อุณหภูมิห้องนั่นเอง

การ quench นี้แตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของเหล็ก บางเหล็กอาจต้องการการชุบที่เร็วมากในขณะที่บางเหล็กอาจต้องการอัตราการเย็นตัวที่ช้ากว่า

4. Tempering : การคืนไฟ

หรือการคืนไฟ กระบวนการนี้มีจุดหมายเพื่อปรับสภาพโครงสร้างเหล็กภายหลังจากการชุบแข็ง กระบวนการนี้จะลดความแข็งของเหล็กลงเล้กน้อยแต่จะเพิ่มความเหนียว ทำให้ทนทานขึ้นอย่างมากเหมาะแก่การเป็นมีดหรือส่วนคมของมีด

หลังจากที่เรา austenitizing และ quench เสร็จแล้ว โครงสร้างที่ได้จะมีลักษณะเรียกว่า alpha martensite ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีความแข็งสูงมาก แต่จะมีความเปราะและความเครียดมากเช่นเดียวกัน ในเหล็กบางชนิดหลังชุบแข็งอาจมีค่าความแข็งสูงถึง 70 Rockwell Hardness

การอบเหล็กในอุณหภูมิหนึ่งในช่วงเวลาที่เหมาะสมจะเปลี่ยนให้ alpha martensite กลายสภาพเป็น beta martensite ซึ่งจะเพิ่มความเหนียวและคลายความเครียดในโครงสร้าง

การ tempering จำเป็นต้องทำทันทีหลังการชุบแข็งเพื่อผลลัพท์ที่ดีที่สุด

_________________________________________________________________________


เพิ่มเติมครับ ศัพท์ที่ได้ยินกันบ่อยๆจากช่างมีดเกี่ยวกับกรรมวิธีชุบ ช่างฝรั่งเองยังใช้คำตรงนี้ถูกๆผิดๆกันหลายคน

selective heat treat หรือ selective hardening(quench) = ชุบแข็งหรือ quench แค่คม เป็นการเคว้นชเฉพาะคมในสารชุบ

differential heat treat = พอกโคลนชุบ การพอกโคลนส่วนหลังของคมจะทำให้ความร้อนเข้าช้ากว่าในจังหวะ soaking และทำให้อัตราการเย็นตัวของส่วนที่พอกโคลนช้าลงในจังหวะเคว้นช์

selective tempering = การ temper เฉพาะส่วน หรือการเป่าที่หลังของใบมีดในขณะที่ส่วนคมจุ่มน้ำ

[ดุ๊ยดุ่ย]

แยกธาตุในเหล็กให้ด้วยครับ..ว่าเติมตัวนั้นลงไป..ใส่ตัวนี้เพิ่ม แล้วได้อะไรขึ้นมา...น่ะๆๆๆๆ

[thanuthong]

น่าสนใจครับ ความรู้ทั้งนั้น ขอบคุณครับ:rolleyes:

[HI_FLY]

เยี่ยมๆ
มาต่อ เอาอีกๆ

[สุพัธ]

เดี๋ยวจะคอยรินเบียร์ให้นะ :)

[ยักษ์19]

....เด๋วไปซื้อเตี๋ยวเป็ดรอ

[shqxk]

ขอบคุณครับ:p

ต่อเรื่องอัลลอยด์(alloy)ในเหล็กครับ เนื้อหาส่วนนี้จะค่อนข้างซับซ้อนนะครับ แต่ผมคิดว่าเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดแล้ว ผมพิมพ์ไม่เข้าใจบอกได้นะครับ

Alloy คือโลหะหรืออโลหะที่ผสมลงไปในเหล็กจะในขั้นตอนหลอม (Cast) หรือเหล็กกล้าเทคโนโลยีผง (Powdered steel) ก็ตาม

อัลลอยด์ในเหล็กถูกใส่ลงไปเพื่อเพิ่มคุณสมบัติบางอย่างของเหล็กให้ดีขึ้น ตรงตามจุดประสงค์ของชิ้นงานนั้นๆ เช่นเราใส่ chromium ลงไปในเหล็กเพื่อให้มันเป็นสแตนเลส หรือใส่ cobalt เพื่อให้เหล็กสามารถคงความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง เป็นต้น

______________________________________________________________________________________

Carbon

ธาตุที่สำคัญที่สุดในการเป็นเหล็กกล้า เหล็กจะไม่ใช่เหล็กกล้าหากไม่มีคารบอน์ผสมอยู่

คารบอนเป็นธาตุที่ทำให้เหล็กสามารถชุบแข็งได้ เรานิยมเรียกเหล็กที่มีคารบอนมากกว่า 0.5% ว่า High carbon steel และเรียกเหล็กที่มี carbon น้อยกว่า 0.5% ว่า Low carbon

ยิ่งเหล็กมีคารบอนผสมอยู่มากเท่าไหร่การอบชุบก็จะยากและต้องใช้ความแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น

นักโลหะวิทยาใช้ปริมาณคารบอนจำแนกเหล็กออกเป็น 3 ชนิด

1. hypo eutectoid steel = เหล็กที่มีคารบอนต่ำกว่า 0.77%

2. eutectoid steel = เหล็กที่มีคารบอนประมาณ 0.8% ให้ชัดๆก็คือ 0.77-0.83%

3. hyper eutectoid steel = เหล็กที่มีคารบอนมากกว่า 0.83% ขึ้นไป


คำว่า eutectoid หมายถึงช่วงอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดที่จะละายคารบอนออกจาก cementite และแพร่เข้าสู่แกนของ gamma iron ได้ ซึ่งในที่นี้คือ 723c

เหล็กที่มีคารบอนประมาณ 0.77%-0.83% จะเรียกว่า eutectoid steel (อ่านว่ายูเทคทอยด์)

eutectoid steel จะมีโครงสร้าง pearlite โดยสมบรูณ์ 100% ไม่มี ferrite อิสระเจือปน (จริงๆแล้ว pearlite ก็คือชั้น ferrite สลับไปมากับ cementite เป็นเนื้อเดียวกัน จะต่างจาก ferrite อิสระ)

ที่อุณหภูมิเริ่มต้นที่ต่ำที่สุดในการ Austenitizing หรือ 723c, จะเป็นจุดที่เหล็ก eutectoid ที่มีคารบอน 0.83% เป๊ะๆไม่มีอัลลอยด์ตัวอื่นเจือปน จะสามารถละลายคารบอนทั้งหมดออกจาก cementite เข้าไปยัง gamma iron ได้โดยสมบรูณ์ 100%

เช่นเดียวกันเหล็กที่มีคารบอนต่ำกว่า 0.77% หรือ hypo eutectoid ก็สามารถละลายคารบอนได้ทั้งหมดที่ 723c


แต่สำหรับเหล็ก hyper-eutectoid ที่มีคารบอนมากกว่านั้นจะยังไม่สามารถละลายคารบอนออกมาได้ทั้งหมด จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่านั้นตามแต่ปริมาณคารบอน

การเผาที่อุหณภูมิสูงขึ้นนั้นหมายถึงความเสี่ยงต่อการเสียหายในชิ้นงานที่มากขึ้น ดังนั้นในการทำงานกับเหล็กชนิด hyper เราจำเป็นต้องมีเครื่องมือที่แม่นยำ รวมไปถึงความรู้ถึงระยะอุณหภูมิและเวลา มากกว่าเหล็กอีกสองชนิด

เหล็ก hyper-eutectoid ถึงแม้ว่าเราจะ austenitizing ที่อุณหภูมิซึ่งคารบอนละลายออกมาหมด หรือจากทำให้เหล็กเย็นตัวลงไม่ว่าจะด้วยการ quench หรือปล่อยช้าๆ คารบอนที่เกินมานี้จะไม่อยู่ในรูปของ pearlite หรือ martensite แต่จะอยู่ในรูปของ cementite ที่มีลักษณะเป็นโครงข่ายกระจายตัวทั่วเกรนเหล็ก

ตัวอย่างเหล็ก eutectoid หลังการ normalizing
http://personal.sut.ac.th/heattreatment/context/imagesContext/1_3.jpg

เหล็ก hyper eutectoid ที่มีคารบอน 1.3%
http://personal.sut.ac.th/heattreatment/context/imagesContext/1_4.jpg

จะเห็นว่าเหล็ก eutectoid ใช้ carbon ไปจนหมดไม่เหลือคารบอนที่คืนรูปเป็น cementite(iron carbide) อิสระ ในขณะที่ hyper-eutectoid เราสามารถเห็น carbide ชัดเจน

ยิ่งถ้าหากเหล็ก hyper-eutectoid ตัวนั้นมีอัลลอยด์ผสมอยู่ คารบอนที่เกินมานี้สามารถไปจับตัวกับอัลลอยด์ตัวอื่นฟอรม์ตัวเป็น carbide ของโลหะอื่นช่วยเพิ่มคุณสมบัติด้านบวกได้

[shqxk]

Manganese

เช่นเดียวกับคารบอน แมงกานีสเป็นธาตุอัลลอยด์สำคัญที่เหล็กทุกเบอร์จะต้องมี สาเหตุสำคัญที่ต้องใส่แมงกานีสลงไปในเหล็กกล้าเพราะ


1. แมงกานีสเป็นธาตที่มีผลมากที่สุดในการเพิ่ม hardenability

คำว่า hardenability หมายถึงความเอื้อต่อการชุบแข็งให้สมบรูณ์ทั้งชิ้นงาน

ยกตัวอย่าง ในเหล็กกล้าบางประเภทที่ hardenability ต่ำ (เรียกว่า shallow hardener ส่วนพวกที่ hardenability สูงๆเรียก deep hardener )

เวลาเรา austenitizing แล้ว quench พื้นผิวชิ้นงานจะมีอัตราการเย็นตัวสูงกว่าเนื้อด้านใน

ถ้าเหล็กเบอร์นั้นต้องการอัตราการเย็นตัวที่เร็วมาก เนื้อด้านในที่คายความร้อนช้ากว่าอาจไม่แข็ง(ไม่เกิด martensite เพราะคารบอนแยกตัวออกมาจากโมเลกุลของเหล็กเนื่องจากอัตราการเย็นตัวไม่เรวพอ กลับเป็น pearlite)

ทำให้งานชิ้นนั้นๆมีความแข็งที่ไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นเหล็กแผ่นหนา 1cm อาจจะแข็งลึกลงไปแค่ 0.25 cm เท่านั้น ส่วนแกนอีก 0.5cm ไม่แข็งสมบรูณ์ (ในงานบางชนิดอาจต้องการการชุบแข็งลักษณะนี้)

ยิ่งเหล็กเบอร์ไหนมี hardenability ต่ำเท่าไหร่ ก็ยิ่งต้องการสารชุบที่เร็วขึ้นเท่านั้น แถมความแข็งที่เกิดขึ้นก็จะไม่ลึก การใช้สารชุบที่เร็วเกินไปจะเพิ่มโอกาสเสี่ยงต่อการแตกบิดเบี้ยวของชิ้นงาน

ข้อดีของเหล็กที่ hardenability ต่ำก็คือจะจัดการในขั้นตอนตีขึ้นรูปได้ง่าย มีโอกาสน้อยกว่าที่เหล็กจะเสียโครงสร้างเพราะเหล็กกลุ่มนี้ต้องการการเย็นตัวอย่างรวดเร็วเพื่อแข็ง ทิ้งไว้ในอากาศก็ไม่แข็ง มีระยะ forging เยอะ ในขณะที่เหล็กที่มี hardenability สูง จะตียากและโอกาสเีสียหายสูงเพราะการปล่อยไว้ในอากาศจะทำให้มันแข็งตัวมาก ระยะ forging ก็จะน้อย ออกมาจากเตาก็ต้องรีบตี


การเรียงความเร็วของสารชุบจากเร็วไปช้าแบบคร่าวๆนะครับ (อาจมีปัจจัยซึ่งทำให้เปลี่ยนแปลงเช่นถ้า nitrogen gas ในเตา vacuum ใช้ความดันสูงมากๆก็สามารถให้อัตราการเย็นตัวเหนือกว่า plate quench)

น้ำเกลือ > น้ำ > น้ำมันเร็ว > น้ำมันช้า > plate quench > แก๊ส (ในเตา vacuum )> อากาศ


ในงานบางอย่างที่ต้องการความแข็งเท่ากัน ธาตุอัลลอยด์ที่ช่วยเรื่อง hardenability เป็นสิ่งจำเป็นมาก

ง่ายๆคือแมงกานีสทำให้เหล็กชุบแข็งได้ลึกมากขึ้น สมบรูณ์มากขึ้น ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแข็งแรง และความเหนียวทนทานของโครงสร้างเหล็ก

____________________________________________________________________________________________



2. แมงกานีสทำหน้าที่เป็น austenite stabilizer หรืออัลลอยด์ที่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของสถานะ austenite

ในทางทฤษฎีการ austenite เกิดขึ้นที่อุณหภมิเริ่มต้นที่ 723c ก็จริง (ในเหล็ก eutectoid )แต่ในความเป็นจริง มลทิน หรือธาตุอัลลอยด์บางอย่างอาจไปขัดขวางให้การ austenitizing ไม่สมบรูณ์

ในทางปฏิบัีติเราจึงต้อง austenitizing ที่อุณหภูมิมากกว่านั้นเสมอ

แมงกานีสทำหน้าที่เป็นตัวช่วยให้การ austenitizing มีความสมบรูณ์สม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อโครงสร้าง martensite หลังการชุบ

____________________________________________________________________________________________


3. แมงกานีสช่วยขจัดมลทินตกค้างบางตัวในเหล็กเช่น sulfur หรือ oxide บางอย่าง

ในอุตสาหกรรมผลิตเหล็ก ต้องมีการใส่สารบางตัวเพื่อให้เหล็กจัดการง่ายในขั้นตอนผลิตแต่ธาตุบางตัวจะกลายเป็นมลทินซึ่งจะลดคุณภาพของเหล็กลงอาจไม่มีการขจัดก่อนขึ้นรูป

____________________________________________________________________________________________

[shqxk]

ตัวอย่างนึงที่ชัดเจนมากในเรื่องอัลลอยด์ที่เพิ่ม hardenability ก็คือการทำ"ฮามอน" หรือ Japanese traditional differential hardening line ที่ต้องใช้คำยาวแบบนี้เพราะมันไม่เหมือนกับ hardening ไลน์ธรรมดา มันมีอะไรที่มากกว่า สวยงามซับซ้อน ที่สำคัญคือวิธีการให้ได้มาต้องมาจากการพอกโคลนชุบเท่าานั้นถึงจะนับว่าเป็นฮามอนแท้ hardening line ที่เกิดจากการ edge quench ไม่นับเป็นฮามอน


ช่างบางคนเรียกฮามอนเป็นภาษาอังกฤษว่า temper line ซึ่งเป็นการใช้คำที่ผิด เพราะไลน์ตรงนี้เกิดขึ้นที่ขั้นตอน hardening ไม่ใช่ tempering

การที่ช่างจะทำฮามอนได้สวยงามพิศดาร สิ่งที่จำเป็นนอกจากฝีมือช่า่งและอุปกรณ์ที่ครบถ้วนก็คือการเลือกเหล็กให้ถูกต้อง


ฮามอนนั้นเกิดจากการที่เรานำใบมีดไปพอกโคลนหรือสารบางอย่างซึ่งทำหน้าที่คล้ายฉนวนความร้อน (จำเป็นต้องเป็นเหล็ก high carbon ที่มีอัลลอยด์ต่ำมาก)

เมื่อเรานำมีดไปอบ austenitizing แล้วเคว้นช์ ส่วนที่ถูกพอกโคลนไว้จะมีการคลายความร้อนช้ากว่าส่วนที่ไม่ได้พอกโคลน

ส่วนที่พอกโคลนจะมีสภาพเป็น martensite ในขณะที่ส่วนที่โคลนพอก ความคลายความร้อนไม่เร็วพอที่ austenite จะฟอร์มเป็น martensite, carbon จะแพร่ออกเป็น cementite ทำให้เนื้อเหล็กกลับสู่ pearlite

เนื้อเหล็กบางส่วนที่เป็นแนวระหว่าง pearlite กับ martensite จะมีการดึง cementite แย่งกันระหว่างสองฝั่งทำให้พื้นที่ตรงนั้นมีสภาพส่วนใหญ่เป็น ferlite อิสระ

แนว ferlite ตรงนี้นั่นเองคือ hardening line


เหล็กที่จะทำฮามอนได้สวย จะต้องเป็นเหล็กที่มี hardenability ต่ำ ซึ่งหมายถึงแทบไม่มีอัลลอยด์ตัวอื่นอยู่เลยนอกจากคารบอน และที่สำคัญต้องมีแมงกานีสน้อย

เพราะแมงกานีสหรืออัลลอยด์หากมีจำนวนมากมันจะเพิ่ม hardenability ทำให้ใบมีดส่วนที่อยู่ใต้โคลนซึ่งแม้คลายความร้อนได้ช้า แต่ก็จะกลายสภาพเป็น martensite บางส่วนอยู่ดี

เหล็กอย่าง O1 หรือ 1084 ซึ่งมีแมงกานีสอยู่มากจึงทำฮามอนได้ไม่สวยเท่า 1095 หรือตระกูล SK

[shqxk]

ไหนๆก็พูดเรื่องชุบแล้วขอต่อเรื่องสารชุบยอดนิยมของช่างงานร้อนเมืองไทยนะครับ

ชุบด้วยน้ำ

อย่างที่กล่าวไป น้ำเป็นสารชุบที่ดึงความร้อนได้เร็วกว่าน้ำมันแต่ทำไมถึงไม่เป็นที่นิยมในหมู่ช่างระดับคุณภาพเพราะ

1. น้ำดึงความร้อนเร็วจัด ชิ้นงานที่บางอาจจะเกิดการ แตกร้าวหรือเบี้ยวเปลี่ยนรูปได้

2. เวลาที่เราจุ่มเหล็กร้อนจัดลงในน้ำ จะมีเหตุการณ์เกิดขึ้นอบบนี้

1. เกิดฟิล์มบางๆ ของก๊าซปกคลุมรอบผิวชิ้นเหล็ก เพราะความร้อนจากเหล็กทำให้ของเหลวบริเวณรอบๆ กลายเป็นไออย่างรวดเร็ว ขั้นตอนนี้จะขัดขวางการถ่ายเทความร้อนเพราะตัวฟิล์มก๊าซเอง มีสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่ต่ำแต่ฟิล์มนี้จะอยู่ไม่นานก็จะแตกออก แล้วเข้าสู่เหตุการณ์ในขั้นที่ 2

2. ขั้นการเป็นไอ เมื่อฟิล์มก๊าซในข้อ 1 แตกแล้วจะทำให้ของเหลวส่วนที่อยู่ถัดไปสัมผัสกับเหล็กร้อนได้โดยตรง และเดือดกลายเป็นไออยู่ตลอดเวลา ฟองของไอที่เกิดจะลอยขึ้นมาผิวบน

ทำให้ของเหลวส่วนใหม่เข้าไปสัมผัสกับเหล็กอีกอย่างต่อเนื่องและเกิดการเดือดไปเรื่อยๆ ของเหลวมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาคล้ายๆ กับถูกกวน ด้วยการเคลื่อนที่ของฟองก๊าซที่เกิดนั่นเอง

ขั้นตอนนี้ เป็นขั้นตอนที่การลดอุณหภูมิของเหล็กจะเกิดขึ้นเร็วที่สุด เพราะเป็นการดึงเอาความร้อนไปใช้ในการกลายเป็นไอ(ดังนั้นสมบัติสำคัญคือ ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลวที่ใช้)

3. เมื่ออุณหภูมิเหล็กลดต่ำลงมาระดับหนึ่ง ความร้อนจะไม่มากพอที่จะทำให้ของเหลวเดือดได้อีก ก็จะมาถึงขั้นนี้ซึ่งการลดอุณหภูมิเกิดจากการถ่ายเทความร้อนผ่านของเหลว

ด้วยปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การพาความร้อน(convection) อย่างเดียว ในขั้นนี้ตัวกำหนดว่าจะถ่ายเทความร้อนได้เร็วเท่าไร ก็อยู่ที่สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม(Total Heat Transfer Coefficient)

ของของเหลวนั้นแล้ว ค่าสปส.นี้เป็นผลรวมจากสมบัติต่างๆ ได้แก่ ความจุความร้อนจำเพาะ ความหนาแน่น สัมประสิทธิ์การนำความร้อน สัมประสิทธิ์ความหนืด

ถ้าเป็นน้ำ กับ น้ำเกลือ จะมีครบทั้งสามขั้นตอน น้ำเกลือจะให้อัตราการเย็นตัวที่สูงกว่าน้ำ เพราะว่าเกิดขั้นตอนแรกสั้นกว่ารวมทั้งการที่น้ำเกลือมีจุดเดือดที่สูงกว่าน้ำด้วย

3. น้ำมันไม่มีการเดือด ดังนั้นจึงอาศัยการพาความร้อนแต่อย่างเดียว จึงให้อัตราการเย็นตัวที่ต่ำ สมบัติสำคัญของน้ำมันที่จะใช้เป็นสารชุบคือ ความหนืดครับ ซึ่งก็เป็นธรรมดา ถ้าหนืดมาก

จะพาความร้อนได้ไม่ดี แต่ถ้าน้ำมันใส หนืดน้อย ก็พาความร้อนได้ดีขึ้น เช่น การอุ่นน้ำมัน จะทำให้เพิ่มอัตราการเย็นตัวของเหล็กที่ชุบได้


credit. Iron & Steel Heat-treatment Engineering ศาตราจารย์มนัส สถิรจินดา

[มารกิ]

:2TU: :2TU: เจ๋งๆๆ ผมยังต้องมานั่งอ่านใหม่อีกหลายรอบ :love:

[ช่างดาบ]

:2TU:

[กระทุ้งฟ้า]

มารอคุณไบรท์ต่อครับ :bullseye:

[shqxk]

อ่านๆดูที่ตัวองเขียนยังเข้าใจยากอยู่เหมือนกัน ขอสรุปสั้นๆเรื่องคารบอนและอัลลอยด์นิดนึงครับ


1. คาร์บอนธาตุที่สำคัญที่สุด มีอิทธิพลมากที่สุดในเหล็กกล้า

2. คาร์บอนยิ่งมากเท่าไหร่ก็ยิ่งชุบแข็งได้มากเท่านั้น

4. โครงสร้างเหล็กเปล่าๆเรียกว่า ferrite

5. คาร์บอนในเหล็กจะอยู่ในรูป cementite

6. ferrite กับ cementite หากอยู่กันหนาแน่นจะอัดกันเป็นชั้นๆละเอียดมากเรียกว่า pearlite

หน้าตาแบบนี้
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/77/Pearlite.jpg/220px-Pearlite.jpg


7. ส่วนไอ้พื้นที่สีเข้มๆคือ ferrite ซึ่งแสดงว่าเหล็กตัวนี้มีคาร์บอนไม่มากพอให้โครงสร้างเป็น pearlite 100%

8. เหล็ก eutectoid หมายถึงเหล็กที่มีโครงสร้างเป็น pearlite 100% ซึ่งในที่นี้คือเหล็กที่มีคาร์บอนประมาณ 0.8%

9. เหล็กที่อุณหภูมิต่ำกว่า 723c จะอยู่ในรูป beta iron

10. ที่อุณหภูมิมากกว่า 723c เหล็กจะเริ่มเปลี่ยนโครงสร้างจาก beta เป็น gamma ซึ่งจะมีที่ว่างให้คาร์บอนที่กำลังเดือดพล่านเข้าไปแทรกที่กลางโมเลกุล

11. การทำให้โมเลกุลเหล็กของชิ้นงานทั้งหมดกลายเป็น gamma iron เรียกว่า austenitizing

11(1). ในสภาวะนี้เหล็กจะมีโครงสร้างเป็น austenite แม่เหล็กจะดูดไม่ติด

11(2). สามารถเช็คแบบพื้นบ้านได้ว่าเหล็กตัวไหน austenitizing ที่อุณหภูมิเท่าไหร่ด้วยการเอาแม่เหล็กไปดูดดู

12. การ austenitizing ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 723c เสมอ สูงแค่ไหนขึ้นอยู่กับปริมาณคารบอนและอัลลอยด์

13. ยกตัวอย่างเหล็ก 1080 ซึ่งเป็น eutectoid steel (คารบอน 0.8% แมงกานีส 0.5%) ใช้อุณหภูมิ austenitizing เริ่มต้นที่ 775c

14. ภายหลังจาก austenitizing แล้ว ถ้าเราค่อยๆให้เหล็กเย็นลงช้าๆ คาร์บอนที่โดนกักในโมเลกุลเหล็กจะหนีออกมา

15. โครงสร้างเหล็กจากที่กำลังเป็น gamma ก็จะกลับสู่ beta กลายเป็น ferrite ตามเดิม

16. ส่วนคาร์บอนก็จะกลับคืนเป็น cementite กลับไปอัดกับ ferrite ใกล้ตัว กลายเป็นโครงสร้าง pearlite

17. แต่ถ้าเราทำให้เหล็กเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว คาร์บอนจะหนีออกไปไม่ทัน โดนกักไว้ที่กลางโมเลกุลของเหล็ก

18. เหล็กจะคืนเป็น beta iron ที่มีแกนเป็นคาร์บอน

19. โครงสร้างนี้แข็งแกร่งมากเรียกว่า martensite

________________________________________________



20. hardenability หรือความเอื้อต่อการชุบแข็งให้สมบรูณ์ มีความหมายว่าเหล็กชนิดนั้นๆชุบแข็งได้ลึกแค่ไหน

21. ส่วนชุบได้แข็งแค่ไหนจะเรียกว่า attainable hardness

22. hardenability แปรผันกับอัลลอยด์ ส่วน attainable hardness แปรผันกับปริมาณ carbon

23. hamon มีสภาพเหมือนขอบน้ำมันที่รอยอยู่ในน้ำ หรือขอบที่น้ำมันตัดกับน้ำเป็นริ้วๆ

24. ในช่วงวินาทีที่ส่วนใบมีดนอกโคลนกลายเป็น martensite ส่วนในโคลนจะค่อยๆคืนเป็น pearlite

25. ตรงที่เป็นจุดตัดระหว่างสองโครงสร้างจะมีการแย่ง cementite กัน ส่งผลให้ตรงนั้นจะมี ferrite อิสระเกิดขึ้นเต็มไปหมด

26.ในบริเวณเกิดการแย่งคาร์บอน จะมีทั้ง ferrite ทั้ง pearlite ทั้ง martensite มะรุมมะตุ้มมั่วกันอยู่ตรงนั้น นั่นแหละคือ hamon

26(1). จริงต้องเรียกว่า differential hardening line ขัดออกมาเมื่อไหร่ถึงจะเรียกว่า hamon

26(2). ฮาม่อนจะฮาไม่ฮาขึ้นอยู่กับเหล็ก+ฝีมือการพอกโคลน+การชุบ+การขัด ฝีมือกากเพื่อนก็ฮา แต่ลูกค้าอาจไม่ค่อยฮา ขำๆนะครับ อิอิ

27. เหล็กที่จะทำ hamon ได้สวยจะต้องเป็นเหล็กที่เมื่อพอกโคลนชุบแข็งแล้วมีความแตกต่างระหว่างส่วนในโคลนกับส่วนนอก ยิ่งต่างมากเท่าไหร่ก็ยิ่งชัด

28. ดังนั้นเหล็กชนิดนี้จำเป็นต้องมี hardenability ต่ำ

29. ธาตุที่เพิ่ม hardenability มีหลายตัว จะกล่าวถึงในตอนต่อไป

[มารกิ]

2. คาร์บอนยิ่งมากเท่าไหร่ก็ยิ่งชุบแข็งได้มากเท่านั้น

:D ฮ่าๆๆ เขียนแบบนี้เดี๋ยวก็เจอ "โอ๊ยย ผมใช้เหล็กมีคาร์บอนตั้ง 40%" :D

[สุพัธ]

กราบจานไบร์ทเลย เขียนได้เนียนมาก :2TU::2TU::2TU::2TU::2TU::2TU::2TU:

[ลุงเค]

:2TU:
ช่างเหล็กที่มีคาร์บอนผสมอยู่เยอะควรอ่าน
:2TU:

[Pita]

เครื่องกำลังร้อนเลย เรื่องวิชาการ ไม่เกิน ผมยกให้ :cool:

ผมขออ่านไปเรื่อยๆ ช้าๆ นะครับ พอดีเรียนสายสิญจน์ เอ้อ สายศิลป์มา

เคยเจอพ่อค้ามีดบอกว่า มีดเล่มนี้ดีมากเหล็ก 440A ดีกว่า 440C

อืม...

[มารกิ]

เคยเจอพ่อค้ามีดบอกว่า มีดเล่มนี้ดีมากเหล็ก 440A ดีกว่า 440C

อืม...

เชื่อเค้ามั้ยล่ะครับ :D ...

เคยรู้จักพ่อค้าขายเสื้อผ้าข้างถนน แบบเสื้อยืด เสื้ออะไรต่ออะไรทั่วๆไป นานมากแล้ววันนึงผมได้ยินเค้าคุยกับลูกค้าว่า

ลูกค้า... นี่ตัวเท่าไหร่ เฮีย
พ่อค้า ... 90
ลูกค้า ... แล้วนี่ล่ะ
พ่อค้า ... 40
ลูกค้า ... อ้าว..มันก็เหมือนๆกันนะผ้าน่ะ
พ่อค้า... "เอ๊ย ไม่รู้จักของอีก .. 90 เนี่ยมันค๊อตต้อน ไอ้ 40 เนี่ยมันผ้าฝ้ายธรรมดา"
:D:p:D

[นพ ด่าน]

เครื่องกำลังร้อนเลย เรื่องวิชาการ ไม่เกิน ผมยกให้ :cool:

ผมขออ่านไปเรื่อยๆ ช้าๆ นะครับ พอดีเรียนสายสิญจน์ เอ้อ สายศิลป์มา

เคยเจอพ่อค้ามีดบอกว่า มีดเล่มนี้ดีมากเหล็ก 440A ดีกว่า 440C

อืม...


ขายมีมานาน...เลยมีเกรดมา (ฮา):D
เหล็ก440เหมือนกัน
แต่ให้ดูที่เกรดต่อท้าย A B นี่เยี่ยม
C D E พอรับได้
F นี่ตกเกรด ต้องซ่อม

[Pita]

ขายมีมานาน...เลยมีเกรดมา (ฮา):D
เหล็ก440เหมือนกัน
แต่ให้ดูที่เกรดต่อท้าย A B นี่เยี่ยม
C D E พอรับได้
F นี่ตกเกรด ต้องซ่อม

440V นี่ต้องเลี่ยงเลย เกือบบ๊วยแล้ว :eek:

[นพ ด่าน]

440V นี่ต้องเลี่ยงเลย เกือบบ๊วยแล้ว :eek:

งั้น..หากมีมีดเหล็กเบอร์นี้ติดๆอยู่
ก่อนโยนๆออก บอกพิกัดหน่อยก็ดีครับ
จะเอาไว้เป็นแบบ:D

[podcharakrit]

:2TU: ขอบคุณครับ:)

[HI_FLY]

[B]

26(2). ฮาม่อนจะฮาไม่ฮาขึ้นอยู่กับเหล็ก+ฝีมือการพอกโคลน+การชุบ+การขัด ฝีมือกากเพื่อนก็ฮา แต่ลูกค้าอาจไม่ค่อยฮา ขำๆนะครับ อิอิ



ชอบๆๆๆๆ :D

[Pita]

ซุ้มป่าสัก นับเป็นสังคมนักวิจัย ค้นคว้า ทดลองเหล็กหลากหลายแบบเจ้าหนึ่ง

เลือกเหล็กได้เหมาะกับมีดแต่ละแบบ การใช้งานแต่ละอย่าง

แบบคนใช้มีดจริง

:cool:

[shqxk]

หายไปนานมาต่ออีกหน่อยครับ

Chromium


บทความหลังจากนี้ค่อนข้างละเอียด ผมจะพยายามพิมพ์ให้กระชับที่สุดเท่าที่จะทำได้นะฮะ

โครเมี่ยมเป็นอัลลอยด์เพิ่มความต้านทานต่อสนิมให้แก่เหล็ก เพราะว่าโครเมี่ยมเปล่าๆ(โครเมี่ยมคารไบด์ไม่นับนะครับ) ที่กระจายตัวในเนื้อเหล็ก ในส่วนพื้นผิวที่สัมผัสอากาส โครเมี่ยมเมื่อโดนออกซิเจนจะฟอร์มโครเมี่ยมออกไซด์ออกมาเคลือบผิวของเหล็กไว้ ซึ่งออกไซด์ตรงนนี้นี่เองที่ทำหน้าที่เสมือนฟิลม์บางๆเคลือบพื้นผิวไม่ให้ออกซิเจนมาทำปฎิกิริยากับเหล็กเกิดเป็นคราบสนิม

ตามหลักสากลจึงนับให้เหล็กที่มี free chromium สูงกว่า 10.5% เป็นสแตนเลส

อาจมีคำถามว่า แล้วทำไม D2 ไม่นับเป็นสแตนเลส?

คำตอบคือ chromium 10.5% ตรงนี้ต้องเป็นโครเมี่ยมเปล่าๆที่ยังไม่ถูกใช้เป็นคารไบด์ ซึ่งในกรณี D2 มีโครเมี่ยม 12% ก็จริง แต่ด้วยปริมาณคารบอนที่สูงมาก ในกระบวนการณ์อบชุบ คารบอนส่วนนี้จะไปจับกับโครเมี่ยม ฟอร์มเป็น chromium carbide ซึ่งคารไบด์นั้นไม่มีผลในเรื่องของการกันสนิมนั่นเอง

นอกจากเรื่องของการกันสนิม chromium ยังมีผลอย่างมากต่อ hardenability ของเหล็ก เช่นเดียวกับแมงกานีส

สาเหตุเพราะว่า chromium ไปชะลอการละลายของคารบอนจาก cementite, ชะลอการขยายตัวของขอบเกรน (grain boundary) และสุดท้ายคือชะลอการคายตัวของคารบอนออกจากแกนของ gamma iron

ด้วย effect 3 ข้อนี้ โครเมี่ยมในเหล็กจึงส่งผลโดยตรงให้

1. เหล็กสามารถชุบแข็งได้ลึกขึ้น

2. เหล็กต้องการ austenitizing temperature ที่สูงขึ้น

3. ต้องการ soak time ที่มากขึ้น

4. หาก chromium มากเกินจุดๆนึง อุณหภูมิ austenitizing อาจสูงจนจำเป็นต้องมีกระบวนการ preheat เข้ามาเพิ่มเติมในการชุบ

preheat คือการเผาเตรียมเหล็กจนถึงอุณหภูมินึงก่อนถึง austenitizing temp เพื่อเป็นการวอร์มอัพเหล็ก จัดระเบียบการเรียงตัวของเกรน แบะลดโอกาสของการบิดตัวของชิ้นงาน

5. ชุบด้วยอัตราการเย็นตัวที่ต่ำลง

ยกตัวอย่างอย่างเหล็ก 1095 ซึ่งเป็น shallow hardening carbon 0.95%, austenitizing ที่ 800c โช็คประมาณ 4-8 นาที ชุบด้วยน้ำหรือ fast oil เพื่อการชุบแข็งที่สมบรูณ์

พอมาเป็น 52100 ซึ่งมีคารบอน์ 1% ใกล้เคียง 1095 แต่มี chromium เข้ามา 1.3-1.5%, austenitizing ที่ 845c โช็คประมาณ 10-15 นาที โครเมี่ยมส่งผลให้ 52100 กลายเป็นเหล็กที่ต้องการการเย็นตัวน้อยกว่า แค่ชุบในน้ำมันพืชก็แข็งสมบรูณ์

ขยับขึ้นมาอีกหน่อยเป็น A2 ซึ่งมีปริมาณคารบอน์ 1% ใกล้เคียงกัน แต่มี chromium 5%

preheat ที่ 775c soak 10 นาที หลังจากนั้นเร่งอุณหภูมิอย่างรวดเร็วไปยัง 954c soak 30-45 นาทีตามความหนาของมีด quench ในอากาศ

______________________________________________________________________________________

เห็นได้ว่า chromium ที่เพิ่มมา 5% ระหว่าง 1095 กับ A2 เปลี่ยนจากเหล็กชุบน้ำเป็นชุบอากาศทีเดียว นี่เป็นอิทธิพลที่สำคัญของโครเมี่ยม

ด้วยเหตุผลนี้เหล็กที่มี chromium สูง เช่น tool steel บางตัวหรือสแตนเลสจึงไม่สมควรเอาไปตีด้วยประการทั้งมวล เพราะเพัยงเอาออกมาจากเตามันก็เสมือนเ็นการ quench แล้ว ตีๆไป โอกาสที่โครงสร้างจะเสียหายก็สูง แถมยังตียากอีกตะหาก

[มารกิ]

:D เผยอกะลากันอีกนิด จะได้หายใจโล่งๆ หายมึน หายบื้อ

[Pita]

:D เผยอกะลากันอีกนิด จะได้หายใจโล่งๆ หายมึน หายบื้อ


โผล่มาบอกว่า อ่านแล้วครับ เข้าใจมั่งไม่เข้าใจมั่ง

ยังได้ความรู้เรื่องเหล็กหลากหลายชนิดครับ :)

[ดุ๊ยดุ่ย]

ไปเจอมาครับจาก http://www.thaifurnaces.com

คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ เมื่อผสมลงไปในเหล็ก

คาร์บอน (Carbon) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ C

เป็นธาตุที่สำคัญที่สุด จะต้องมีผสมอยู่ในเนื้อเหล็ก มีคุณสมบัติทำให้เหล็กแข็งเพิ่มขึ้น หลังจากนำไปอบชุบ (Heat Treatment) โดยรวมตัวกับเนื้อเหล็ก เป็นสารที่เรียกว่า มาร์เทนไซต์ (Martensite) และซีเมนไตด์ (Cementite) นอกจากนั้น คาร์บอนยังสามารถรวมตัวกับเหล็ก และธาตุอื่น ๆ กลายเป็นคาร์ไบด์ (Carbide) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอของเหล็ก อย่างไรก็ตาม คาร์บอนจะลดความยืดหยุ่น (Elasticity) ความสามารถในการตีขึ้นรูป (Forging) และความสามารถในการเชื่อม (Welding) และไม่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน

อลูมิเนียม (Aluminium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Al

เป็นธาตุที่นิยมใช้เป็นตัวไล่แก็สออกซิเจน และไนโตรเจน (Deoxidizer และ Denitrizer) มาก ที่สุด ซึ่งผสมอยู่เล็กน้อยในเหล็ก จะมีผลทำให้เนื้อละเอียดขึ้น เมื่อใช้ผสมลงในเหล็กที่จะนำไปผ่านกระบวนการอบชุบแข็ง โดยวิธีไนไตรดิ้ง (Nitriding) ทั้ง นี้เนื่องจากอลูมิเนียมสามารถรวมตัวกับไนโตรเจน เป็นสารที่แข็งมาก ใช้ผสมลงในเหล็กทนความร้อนบางชนิด เพื่อให้ต้านทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ได้ดีขึ้น

โบรอน (Boron) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ B

ช่วย เพิ่มความสามารถชุบแข็งแก่เหล็ก ที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องจักรทั่วไป จึงทำให้ใจกลางของงานที่ทำด้วยเหล็กชุบผิวแข็ง มีความแข็งสูงขึ้น โบรอนสามารถดูดกลืนนิวตรอนได้สูง จึงนิยมเติมในเหล็กที่ใช้ทำฉากกั้นอุปกรณ์นิวเคลียร์

เบริลเลียม (Beryllium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Be

สปริงนาฬิกาซึ่งต้องต่อต้านอำนาจแม่เหล็ก และรับแรงแปรอยู่ตลอดเวลานั้น ทำจากทองแดงผสมเบริลเลียม (Beryllium-Coppers Alloys) โลหะผสมนิกเกิล-เบริลเลียม (Ni-Be Alloys) แข็งมาก ทนการกัดกร่อนได้ดี ใช้ทำเครื่องมือผ่าตัด

แคลเซียม (Calcium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ca

แคลเซียมจะใช้ในลักษณะแคลเซียมซิลิไซด์ (CaSi) เพื่อลดออกซิเดชั่น (Deoxidation) นอกจากนั้น แคลเซียม ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดสเกลของวัสดุที่ใช้เป็นตัวนำความร้อน

ซีเรียม (Cerium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ce

เป็นตัวลดออกซิเจนและกำมะถันได้ดี ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้าน Hot Working ของเหล็กกล้า และปรับปรุงความต้านทานการเกิดสเกลของเหล็กทนความร้อน

โคบอลต์ (Cobalt) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Co

ไม่ ทำให้เกิดคาร์ไบด์ แต่สามารถป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น จึงช่วยปรับปรุงให้เหล็กมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้ จึงใช้ผสมในเหล็กขึ้นรูปงานร้อน เหล็กทนความร้อน และเหล็กไฮสปีด ธาตุโคบอลต์เมื่อได้รับรังสีนิวตรอนจะเกิดเป็น โคบอลต์ 60 ซึ่งเป็นสารกัมมันตภาพรังสีอย่างรุนแรง ดังนั้น จึงไม่ควรเติมโคบอลต์ลงในเหล็กที่ใช้ทำเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

โครเมียม (Chromium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cr

ทำให้เหล็กอบชุบได้ง่ายขึ้น เพราะลดอัตราการเย็นตัววิกฤตลงอย่างมาก สามารถชุบในน้ำมันหรืออากาศได้ (Oil or Air Quenching) เพิ่มความแข็งให้เหล็ก แต่ลดความทนทานต่อแรงกระแทก (Impact) ลง โครเมียมที่ผสมในเหล็กจะรวมตัวกับคาร์บอน เป็นสารประกอบพวกคาร์ไบด์ ซึ่งแข็งมาก ดังนั้น จึงทำให้เหล็กทนทานต่อแรงเสียดสี และบริเวณที่เป็นรอยคมหรือความคมไม่ลบง่าย ทำให้เหล็กเป็นสนิมได้ยาก เพิ่มความแข็งแรงของเหล็กที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูง เพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารต่าง ๆ ได้ดีขึ้น

ทองแดง (Copper) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cu

เพิ่ม ความแข็งแรง ถ้ามีทองแดงผสมอยู่ในเหล็กแม้เพียงเล็กน้อย เหล็กจะไม่เกิดสนิมเมื่อใช้งานในบรรยากาศ ทองแดงจะไม่มีผลเสียต่อความสามารถในการเชื่อมของเหล็กแต่อย่างไร

แมงกานีส (Manganese) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mn

ใช้เป็นตัวไล่กำมะถัน (S) ซึ่งเป็นตัวที่ไม่ต้องการในเนื้อเหล็ก จะถูกกำจัดออกในขณะหลอม ทำให้เหล็กอบชุบแข็งง่ายขึ้น เนื่องจากเป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต (Critical Cooling Rate) ทำ ให้เหล็กทนทานต่อแรงดึงได้มากขึ้น เพิ่มสัมประสิทธิ์การขยายตัวของเหล็กเมื่อถูกความร้อน แต่จะลดคุณสมบัติในการเป็นตัวนำไฟฟ้า และความร้อน นอกจากนั้น แมงกานีสยังมีอิทธิพลต่อการขึ้นรูปหรือเชื่อม เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณแมงกานีสเพิ่มขึ้น จะทนต่อการเสียดสีได้ดีขึ้นมาก

โมลิบดีนัม (Molybdenum) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mo

ปกติจะใช้ผสมรวมกับธาตุอื่น ๆ เป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต ทำให้อบชุบง่ายขึ้น ป้องกันการเปราะขณะอบคืนตัว (Temper Brittleness) ทำ ให้เหล็กมีเนื้อละเอียด เพิ่มความทนทานต่อแรงดึงแก่เหล็กมากขึ้น สามารถรวมตัวกับคาร์บอนเป็นคาร์ไบด์ได้ง่ายมาก ดังนั้น จึงปรับปรุงคุณสมบัติในการตัดโลหะ (Cutting) ของเหล็กไฮสปีดได้ดีขึ้น เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) แก่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เหล็กที่มีโมลิบดินั่มสูงจะตีขึ้นรูปยาก

ไนโตรเจน (Nitrogen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ N

ขณะทำไนไตรดิ้ง (Nitriding) ไนโตรเจนจะรวมตัวกับธาตุบางชนิดในเหล็ก เกิดเป็นสารประกอบไนไตรด์ ซึ่งทำให้ผิวงานมีความแข็งสูงมาก ต้านทานการสึกหรอได้ดีเยี่ยม

นิกเกิล (Nickel) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ni

เป็น ตัวที่เพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกของเหล็ก ดังนั้น จึงใช้ผสมในเหล็กที่จะนำไปชุบแข็งที่ผิว ใช้ผสมกับโครเมียม ทำให้เหล็กทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เป็นสนิมง่าย ทนความร้อน

ออกซิเจน (Oxigen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ O

ออกซิเจน เป็นอันตรายต่อเหล็ก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ชนิด ส่วนผสม รูปร่าง และการกระจายตัวของสารประกอบที่เกิดจากออกซิเจนนั้น ออกซิเจนทำให้คุณสมบัติเชิงกล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความต้านทานแรงกระแทกลดลง (ตามแนวขวาง) และเปราะยิ่งขึ้น

ตะกั่ว (Lead) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Pb

เหล็กฟรีแมชชีนนิ่ง (Free-Machining Steel) มีตะกั่วผสมอยู่ประมาณ 0.20 - 0.50 % โดย ตะกั่วจะเป็นอนุภาคละเอียด กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในเนื้อเหล็ก เมื่อนำไปกลึง หรือตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงทำให้ตัดแต่งได้ง่าย ตะกั่วไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก

ฟอสฟอรัส (Phosphorus) และกำมะถัน (Sulphur) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ P และ S ตามลำดับ

เป็น ตัวทำลายคุณสมบัติของเหล็ก แต่มักผสมอยู่ในเนื้อเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ ต้องพยายามให้มีน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มักจะเรียกสารเหล่านี้ว่า สารมลทิน (Impurities) เหล็กเกรดสูงจะต้องมีฟอสฟอรัสไม่เกิน 0.03 - 0.05 % ส่วนกำมะถันจะทำให้เหล็กเกิด Red Shortness จึงแตกเปราะง่าย โดยทั่วไปจึงจำกัดปริมาณกำมะถันในเหล็กไม่เกิน 0.025 หรือ 0.03 % ยกเว้น เหล็กฟรีแมชชีนนิ่ง (Free Machining) ที่เติมกำมะถันถึง 0.30 % เพื่อให้เกิดซัลไฟด์ขนาดเล็กกระจายทั่วเนื้อเหล็ก ทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลได้ง่าย

ซิลิคอน (Silicon) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Si

ซิ ลคอนจะปรากฏในเหล็กทุกชนิด เนื่องจากสินแร่เหล็กมักมีซิลิคอนผสมอยู่ด้วยเสมอ ซิลิคอนไม่ใช่โลหะ แต่มีสภาพเหมือนโลหะ ใช้เป็นตัวทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิ่ง (Oxidizing) ทำให้เหล็กแข็งแรงและทนทานต่อการเสียดสีได้ดีขึ้น เพิ่มค่าแรงดึงที่จุดคราก (Yield Point) ของเหล็กให้สูงขึ้นมาก ดังนั้น จึงใช้ผสมในการทำเหล็กสปริง (Spring Steels) ช่วยทำให้เหล็กทนทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ที่อุณหภูมิสูงได้ดี จึงใช้ผสมในเหล็กทนความร้อน เหล็กกล้าที่มีซิลิคอนสูงจะมีเกรนหยาบ

ไทเทเนียม (Titanium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ti

ไทเทเนียม เป็นโลหะที่แข็งมาก ทำให้เกิดคาร์ไบด์ได้ดี เป็นธาตุผสมที่สำคัญในเหล็กสเตนเลส เพื่อป้องกันการผุกร่อนตามขอบเกรน นอกจากนั้น ไทเทเนียมยังช่วยทำให้เหล็กมีเกรนละเอียด

วาเนเดียม (Vanadium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ V

ทำ ให้เหล็กทนต่อความร้อนได้ดี เพิ่มความแข็งแรงให้กับเหล็ก โดยไม่ทำให้คุณสมบัติในการเชื่อม และการดึงเสียไป ทำให้เหล็กมีเนื้อละเอียด รวมตัวกับคาร์บอนที่เป็นคาร์ไบด์ได้ง่าย จึงทำให้ทนทานต่อการสึกกร่อน มักจะผสมในเหล็กขึ้นรูปร้อน (Hot Working Steels) และเหล็กไฮสปีด

ทังสเตน (Tungsten) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ W

สามารถรวมตัวกับคาร์บอน เป็น คาร์ไบด์ ที่แข็งมาก จึงทำให้เหล็กที่ผสมทังสเตนมีความแข็งมาก หลังจากผ่านการอบชุบ จึงใช้ทำพวกเครื่องมือคม (Cutting Tools) ต่าง ๆ ทำให้เหล็กเหนียวขึ้น และป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบ เนื่องจากการที่เกรนขยายตัว เพิ่มความทนทานต่อการเสียดสีของเหล็ก ดังนั้น จึงนิยมเติมทังสเตนในเหล็กไฮสปีด (Hi-Speed) และเหล็กที่ต้องอบชุบแข็งโดยทั่วไป

[chin_x]

:love:ขอบคุณล่วงหน้าสำหรับข้อมูล









รายงานผลบอลสด กระชับ ฉับไว ได้ที่นี่ ผลบอลเมื่อคืน (https://polball.buaksib.com)

[pasertkaeoub]

น่าสนมากๆเลย

รับโปรโมชั่นพิเศษมากมายทันที ได้ที่นี่ royal1688 casino (https://www.royal-1688.net/Royal1688-Casino.html)

[chin_x]

:love::love:







ไฮไลท์บอล คู่เด็ด ทุกคู่ ทุกแมต ไม่พลาด ได้ที่นี่ ไฮไลท์ฟุตบอล (https://cliphighlight.buaksib.com)

[seiha]

very good :2TU::2TU::2TU::2TU::2TU::2TU::2TU::D:D:D:D:D:D:D:D:D





คาสิโนออนไลน์ ในรูปแบบใหม่ล่าสุดจาก ปอยเปต คาสิโน รีสอร์ท ได้ที่นี่ https://www.royal-1688.net

[podcharakrit]

:2TU: