|
|
|
วัสดุเหล็กและการเลือกใช้งานเบื้องต้น
|
|
โดย ... ไพบูลย์ ชูพึ่งอาตม์
1. โครงสร้างของเหล็กกล้า และโลหะวิทยาเบื้องต้น
เหล็กกล้า คือ เหล็กที่สามารถทำให้แข็งและมีคุณสมบัติดีขึ้นภายหลังจากได้รับความร้อนอย่างถูกต้องตามวิธี โดยหากนำเอาเหล็กกล้ามาเจียระไนและขัดให้เรียบแล้วใช้น้ำกรดเจือจางทำความสะอาดที่ผิวหน้า แล้วใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูจะเห็นว่าพื้นที่นั้นมีเส้นและโครงสร้างต่างๆ ดังรูปที่ 1, 2 และ 3 รูปต่างๆ ที่เราเห็นเรียกว่า โครงสร้างทางโลหะ เหล็กแต่ละชนิดจะมีโครงสร้างแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับธาตุต่างๆ ที่ผสมอยู่ในโลหะนั้นๆ และลักษณะการกระจายตัวของธาตุภายในเนื้อเหล็กด้วย
เหล็กกล้าจะมีธาตุต่างๆ ผสมอยู่เนื้อเหล็กมีสูตรเป็น Fe3C ซึ่งนักโลหะวิทยาเรียกว่า CEMENTITE นักโลหะวิทยาได้เรียกชื่อเหล็กกล้าที่อยู่ในสภาพต่างๆ เช่น เหล็กกล้าที่มีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ 0.85% ว่า PEARLITE โดยสามารถแยกออกเป็น 3 ลักษณะได้คือ
1. ถ้าหากมีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ต่ำกว่า 0.85% เหล็กกล้านั้นจะมีโครงสร้างเป็นแบบ FERRITE (ดังรูปที่ 1)
2. ถ้าหากมีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ 0.85% เหล็กกล้านั้นจะมีโครงสร้างเป็นแบบ PEARLITE (ดังรูปที่ 2)
3. ถ้าหากมีธาตุคาร์บอนผสมอยู่มากกว่า 0.85% เหล็กกล้านั้นจะมีโครงสร้างเป็นแบบ PEARLITE + CEMENTITE (ดังรูปที่ 3)
โครงสร้างของเหล็กกล้าทั้ง 3 แบบนี้จะเห็นได้โดยการนำเอาเหล็กกล้าไปให้ความร้อน โดยให้มีอุณหภูมิต่ำกว่า 721 °C (หากให้ความร้อนเกินแล้วโครงสร้างของเหล็กก็จะเปลี่ยนไป) ถ้าหากเราให้ความร้อนแก่เหล็กขึ้นไปจนถึงจุดจุดหนึ่งแล้ว โครงสร้างก็จะเปลี่ยนไปเป็นแบบ AUSTENITE และเมื่อทำให้เหล็กนั้นเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว โครงสร้างแบบ AUSTENITE ก็จะแข็งตัวและเกิดเป็นโครงสร้างอีกแบบหนึ่ง ซึ่งมีชื่อว่า MARTENSITE เป็นโครงสร้างชนิดใหม่แตกต่างไปจาก FERRITE, PEARLITE และ CEMENTITE โครงสร้างแบบ MARTENSITE นี้มีความแข็งมาก โครงสร้างของเหล็กกล้าแบบต่างๆ มีความแข็งแตกต่างกันไปดังตัวอย่างดังนี้
| FERRITE |
มีความแข็งประมาณ |
80 |
BRINELL |
| PEARLITE |
มีความแข็งประมาณ |
200 – 300 |
BRINELL |
| CEMENTITE |
มีความแข็งประมาณ |
700 |
BRINELL |
| AUSTENITE |
มีความแข็งประมาณ |
180 – 250 |
BRINELL |
| MARTENSITE |
มีความแข็งประมาณ |
650 – 700 |
BRINELL |
** BRINELL เป็นหน่วยวัดความแข็งเหล็กชนิดหนึ่ง
2. การเลือกชนิดของเหล็ก
ความผิดพลาดของการทำงานหลายครั้งเกิดขึ้นจากการเลือกซื้อเหล็กโดยไม่ทราบชนิดและส่วนผสม จึงทำการอบชุบให้แข็งผิดพลาด โดยเหล็กที่มีขายในท้องตลาดมีชื่อและส่วนผสมแตกต่างกันไปมากมายหลายชนิด และมักทำให้สับสน เพราะประเทศผู้ผลิตเป็นผู้กำหนดมาตรฐานและชื่อเอง เหล็กที่ผลิตจากประเทศหนึ่งจึงมีชื่อแตกต่างไปจากเหล็กอีกประเทศหนึ่ง เช่นในสหรัฐอเมริกาจะมีมาตรฐานแบบ ASTM, AISI, SAE ญี่ปุ่นมีมาตรฐาน JIS เยอรมันมีมาตรฐาน DIN เป็นต้น ดังนั้นผู้ใช้งานควรจะศึกษาหาความรู้เกี่ยวกับชนิดและส่วนประกอบของเหล็ก เพื่อเลือกให้เหมาะสมกับชิ้นงาน เพราะเหล็กแต่ละชนิดมีคุณสมบัติแตกต่างกัน
ความรู้เบื้องต้นของเหล็กกล้า
เหล็กกล้า (STEEL) คือเหล็กที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบไม่เกิน 2% เหมาะสมสำหรับการอบชุบโลหะด้วยความร้อน (HEAT TREATMENT) ให้มีคุณสมบัติแข็งแกร่งเหมาะสมกับการใช้งานมากขึ้น เหล็กกล้ามีมากมายหลายชนิด แต่ละชนิดมีคุณสมบัติแตกต่างกันไปมากบ้างน้อยบ้าง ซึ่งยังไม่มีเหล็กกล้าใดที่มีคุณสมบัติครอบคลุมการใช้งานได้ทุกชนิด คือให้มีทั้งความแข็งและเหนียว อ่อนพอจะกลึงไสหรือแปรรูปได้ง่าย มีความต้านทานต่อการเสียดสีดี ไม่เป็นสนิม ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในเหล็กชนิดเดียวกัน ชิ้นเดียวกัน ถ้ามีความเหนียวก็จะไม่แข็ง ถ้าต้องการให้แข็งก็จะไม่เหนียว และความต้องการในการใช้งานก็แตกต่างกัน จึงเป็นสาเหตุให้มีเหล็กต่างชนิดกันมากมายจำหน่ายอยู่ตามท้องตลาด ในการเลือกใช้งานจึงต้องพิจารณาคุณสมบัติของเหล็กและส่วนผสม รวมทั้งกรรมวิธีการอบชุบเหล็กให้เหมาะสมด้วย
เหล็กกล้าแบ่งออกเป็น 2 ชนิดใหญ่ๆ คือ
- เหล็กกล้าคาร์บอน
- เหล็กกล้าผสม
เหล็กกล้าคาร์บอนแบ่งออกได้เป็น
1. RIMMED STEELเป็นเหล็กโครงสร้างที่มีคาร์บอนต่ำประมาณ 0.07 – 0.15% มักใช้ทำลวด ท่อต่างๆ
2. KILLED STEEL คือเหล็กที่ถลุงแล้วไล่ก๊าซต่างๆ ที่ไม่พึงประสงค์แล้วรีดออกมาแล้วนำไปอบคืนให้เหนียว มีเปอร์เซ็นต์คาร์บอนต่ำ แบ่งออกเป็น
2.1 DEAD MILD STEEL คาร์บอนประมาณ 0.07 – 0.15% ซิลิคอน 0.5% มักใช้กับงานที่ต้องรีดขึ้นรูปเย็น เช่น ท่อ เป็นต้น
2.2 MILD STEEL คาร์บอน 0.15 – 0.25% แมงกานีส 0.6% ซิลิคอน 0.25% ใช้ทำพวกเหล็กฉาก LIGHT GAGE ท่อ
2.3 เหล็กคาร์บอนปานกลาง (MEDIUM CARBON STEEL) จะมีคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.3 – 0.5%
2.4 เหล็กคาร์บอนสูง (HIGH CARBON STEEL) จะมีคาร์บอนอยู่ตั้งแต่ 0.5% ขึ้นไป
เหล็กกล้าผสม (ALLOY STEEL) จะมีคุณสมบัติพิเศษเพิ่มขึ้นไปจากเหล็กคาร์บอนธรรมดาตามคุณสมบัติของธาตุ และปริมาณ (เปอร์เซ็นต์) ที่ผสมรวมเข้าไปในเหล็กนอกเหนือไปจากคาร์บอน โดยสารซึ่งประกอบในเนื้อเหล็กปรกติ 5 ธาตุ เดิม คือ คาร์บอน ซิลิคอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ ธาตุที่ผสมเข้าไปเพิ่ม ได้แก่ โครเมียม นิกเกิล อลูมิเนียม ทังสะเตน วานาเดียม ไทเทเนียม โมลิบดินั่ม โคบอลท์ เป็นต้น โดยบริษัทผู้ผลิตเหล็กจะเป็นผู้กำหนดมาตรฐานและส่วนผสมต่างๆ ให้เหมาะสมกับการใช้งาน
หมายเหตุ :- เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เปอร์เซ็นต์คาร์บอนไม่เกิน 0.3 ไม่สามารถชุบแข็งโดยการชุบปกติได้ ต้องผ่านกรรมวิธี CARBURIZING (หรือการเติมคาร์บอน) ที่ผิวแล้วนำไปชุบแข็ง ซึ่งเรียกว่า CASE HARDENING หรือการชุบแข็งที่ผิว
- เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง 0.3 – 0.5 เปอร์เซ็นต์ สามารถชุบแข็งโดยวิธีปกติได้
- เหล็กกล้าที่มีส่วนผสมคาร์บอนเกิน 0.5 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป สามารถชุบแข็งได้ดี
กลับไปด้านบน
|
|
Copyright (c) 2011 Thongprapa Steel Co Ltd All rights reserved
12/4 หมู่ที่ 5 ถนน สุขสวัสดิ์ ซอย สุขสวัสดิ์43 ตำบล บางครุ อำเภอ พระประแดง จังหวัด สมุทราปราการ 10130
Tel. 02-4634490-3 , Fax. 02-4634494-5
Email : Tpp.steel@gmail.com
