บทที่ 8-2-1 (incomplete)

96
กกกกกกกกกกกกกกกก (Hardening) • กกกกกกกกกกกก/กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก • กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกก Martensite (กกกก Bainite กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกก) กกกกกกกกกกกกกกก, กกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก (กกกกกกกก) กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก Martensite กกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกก (กกกกกกก) กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกก Ferrite, Pearlite กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก • กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก Austenite กกกกกกก (Mechanism of Heat Removal during Quenching) กกกกกกกกกก กกกก 3 กกกกกกกกกกก 3 กกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกก 1 (Stage A): Vapor Blanket Cooling State กกกกกกก 2 (Stage B): Vapor Transport Cooling State กกกกกกก 3 (Stage C): Liquid Cooling State

Upload: grid-g

Post on 17-Nov-2014

141 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

กระบวนการชุบแข็�ง (Hardening)• คื�อกระบวนการ/กรรมว�ธี�ทางคืวามร�อนท��ท�าข็��นเพื่��อให้�เห้ล็�กภายห้ล็#งจากผ่&าน

กระบวนการชุบม�คืวามแข็�งเพื่��มข็��น สามารถทนต่&อการเส�ยดส�ในข็ณะใชุ�งาน • เป็-นกระบวนการท��ม�ว#ต่ถป็ระสงคื.เพื่��อให้�ได�โคืรงสร�างเห้ล็�กเป็-น

Martensite (ห้ร�อ Bainite ข็��นอย1&ก#บคืวามแข็�งสดท�ายท��ต่�องการ )• ล็#กษณะโคืรงสร�าง , คืวามแข็�ง แล็ะคืวามแข็�งแรงข็องว#สดท��ผ่&าน

กระบวนการชุบแข็�งจะข็��นอย1&ก#บอ#ต่ราการเย�นต่#วท��เก�ดข็��นจร�งในข็#�นต่อนข็องการชุบภายห้ล็#งจากการให้�คืวามร�อนถ�าอ#ต่ราการเย�นต่#วม�คื&ามากกว&า (เร�วกว&า ) อ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่� โคืรงสร�างท��เก�ดข็��นจะม�เพื่�ยง Martensite แต่&ถ�าอ#ต่ราการเย�นต่#วน�อยกว&า (ชุ�ากว&า ) อ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�โคืรงสร�างบางส&วนท��เก�ดข็��นจะเป็-นโคืรงสร�างท��อ&อน เชุ&น Ferrite, Pearlite ท�าให้�การชุบแข็�งเป็-นไป็อย&างไม&สมบ1รณ.

• ข็#�นต่อนห้ร�อกล็ไกในการด�งคืวามร�อนในข็#�นต่อนข็องการชุบว#สดห้ล็#งจากให้�คืวามร�อนจนกล็ายเป็-น Austenite ห้มดแล็�ว (Mechanism of Heat Removal during Quenching) จะป็ระกอบไป็ด�วย 3 ข็#�นต่อนห้ร�อ 3 ชุ&วงด�วยก#นได�แก& – ชุ&วงท�� 1 (Stage A): Vapor Blanket Cooling State– ชุ&วงท�� 2 (Stage B): Vapor Transport Cooling State– ชุ&วงท�� 3 (Stage C): Liquid Cooling State

Page 2: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 3: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ช่�วงที่�� 1 (Stage A): การเย�นต่#วผ่&านไอข็องสารต่#วกล็างท��ป็กคืล็มชุ��นงาน (Vapor Blanket Cooling State)ในชุ&วงน��ได�แก&ชุ&วงแรกท��น�าว#สดซึ่��งร�อนจ#ดชุบ/จ&ม/แชุ&ล็งไป็ในต่#วกล็างท��ใชุ�ในการชุบ (Quenching Medium) ท�าให้�ต่#วกล็างท��ส#มผ่#สก#บผ่�วข็องชุ��นงานเก�ดการระเห้ยอย&างรวดเร�วกล็ายเป็-นไอบาง ๆ ล็�อมรอบต่#วชุ��นงานในล็#กษณะคืล็�ายฟิ7ล็.มป็กคืล็มชุ��นงานในชุ&วงน��การถ&ายเทคืวามร�อนออกจากชุ��นงานจะเป็-นในล็#กษณะข็องการน�าคืวามร�อน (Conduction) แล็ะการแผ่&ร#งส� (Radiation) อย&างไรก�ต่ามเน��องจากไอข็องต่#วกล็างท��ล็�อมชุ��นงานอย1&จะม�คื&าการน�าคืวามร�อนคื&อนข็�างต่��าด#งน#�นจ�งท�าให้�ชุ&วงแรกน��อ#ต่ราการถ&ายเทคืวามร�อนออกจากชุ��นงานจ�งม�คื&าคื&อนข็�างต่��า (ถ&ายเทคืวามร�อนได�ชุ�า )

Page 4: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 5: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 6: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ป็8จจ#ยท��ม�ผ่ล็ต่&ออ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานในข็#�นต่อนการชุบ (Quenching)

• ม�ท#�งห้มด 4 ป็8จจ#ยด�วยก#นได�แก&– ชุน�ดข็องต่#วกล็างท��ใชุ�ชุบ– อณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็าง– คืวามสะอาดแล็ะล็#กษณะข็องผ่�วชุ��นงานบร�เวณท��ต่�องการชุบ– ข็นาดแล็ะมวล็ข็องชุ��นงาน

Page 7: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน1 .ช่น�ดของต่�วกลาง (Quenching Medium)

ต่#วกล็างท��ด�ท��สดคื�อต่#วกล็างท��สามารถล็ดอณห้ภ1ม�ข็องชุ��นงานได�อย&างรวดเร�ว (อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วส1ง ) ในต่อนเร��มต่�นเพื่��อห้ล็�กเล็��ยงบร�เวณจม1ก (nose) ข็อง I-T diagram (เพื่��อให้�โคืรงสร�างท��ได�เป็-น Martensite) จากน#�นเม��อพื่�นบร�เวณจม1กแล็�วอ#ต่ราการเย�นต่#วคืวรท��จะล็ดล็ง (เย�นต่#วชุ�าล็ง ) เพื่��อห้ล็�กเล็��ยงการเส�ยห้ายเน��องจากการเย�นต่#วเร�วเก�นไป็จนเก�ดการบ�ดเบ��ยวแต่กร�าว ซึ่��งโดยท#�วไป็แล็�วต่#วกล็างเพื่�ยงต่#วกล็างเด�ยวไม&สามารถท�าให้�ว#สดเย�นต่#วในล็#กษณะด#งกล็&าวได� ชุน�ดข็องสารต่#วกล็างท��ใชุ�โดยท#�วไป็ในอต่สาห้กรรมม�ด#งน�� (เร�ยงต่ามคืวามรวดเร�วข็องอ#ต่ราการเย�นต่#ว)1.1 สารล็ะล็ายโซึ่เด�ยมคืล็อไรด. (เกล็�อ)ในน��าท��คืวามเข็�มข็�น 10%: Water solution of 10% sodium chloride (brine) 1.2 น��าป็ระป็า: Tap water1.3 เกล็�อเห้ล็ว: Fuesed or liquid salts

1.4 สารล็ะล็ายน��าก#บน��าม#น: Soluble oil and water solution 1.5 น��าม#น: Oil 1.6 อากาศ: Air

Page 8: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

จากต่#วอย&างการน�าแท&งเห้ล็�กแสต่นเล็ส ข็นาดเส�นผ่&านศ1นย.กล็าง ½ น��วไป็ชุบแข็�งในต่#วกล็างชุน�ดต่&าง ๆ แสดงให้�เห้�นว&า น��าเกล็�อแล็ะน��าป็ระป็าเป็-นต่#วกล็างในการชุบท��ม�ชุ&วงข็อง Vapor Blanket (ชุ&วง A) คื&อนข็�างส#�นเชุ&นในกรณ�ข็องน��าเกล็�อชุ&วงด#งกล็&าวม�ระยะเวล็าเพื่�ยง 1 ว�นาท�จากน#�นก�เข็�าส1&ชุ&วงข็องการเด�อด (Vapor Transport: ชุ&วง B) ซึ่��งอณห้ภ1ม�ล็ดล็งอย&างรวดเร�วแล็ะอ#ต่ราการเย�นต่#วส1ง ซึ่��งใชุ�

Page 9: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 10: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

• ในกรณ�ข็องน��าม#นพื่บว&าจะม�ชุ&วงข็อง Vapor Blanket เป็-นเวล็าคื&อนข็�างนานแล็ะม�ชุ&วงอณห้ภ1ม�ข็อง Vapor Transport คื&อนข็�างแคืบท�าให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วโดยรวมคื&อนข็�างต่��า (เย�นต่#วชุ�า)

• ในกรณ�ข็องอากาศพื่บว&า Cooling Curve จะม�แคื&ชุ&วงเด�ยวคื�อ Vapor Blanket ซึ่��งท�าให้�อ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานในสารต่#วกล็างท��เป็-นอากาศเป็-นไป็อย&างชุ�า ๆ ต่ล็อดกระบวนการ

Page 11: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ) 2. อ�ณหภู!มี�ของสารต่�วกลาง (Temperature of

Quenching Medium) ย��งอณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างเพื่��มข็��นเท&าไห้ร& อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วข็องว#สดชุ��นงานจะย��งล็ดต่��าล็งเท&าน#�น (เย�นต่#วชุ�าล็ง ) ท#�งน��เน��องจากโดยท#�วไป็เม��ออณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างเพื่��มข็��นก�จะท�าให้�เก�ด vapor blanket ได�ง&ายข็��นท�าให้�ม�ในระห้ว&างการชุบจะม�ชุ&วงข็อง vapor blanket ซึ่��งเป็-นชุ&วงท��อ#ต่ราในการเย�นต่#วคื&อนชุ�าเก�ดข็��นคื&อนข็�างนาน

Page 12: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

แต่&ม�ในบางกรณ�เห้ม�อนก#นท��เม��ออณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างเพื่��มข็��นแต่&อ#ต่ราในการเย�นต่#วข็องว#สดชุ��นงานเพื่��มข็��นต่าม เชุ&นในกรณ�ข็องน��าม#น (Oil) เน��องจากน��าม#นเป็-นสารต่#วกล็างท��ม�คืวามห้น�ด ซึ่��งเม��อสารต่#วกล็างได�ร#บคืวามร�อนจากว#สดชุ��นงานแล็�วพื่บว&าเก�ดกระบวนการ/ป็รากฏการณ. 2 อย&างข็��นพื่ร�อมก#นน#�นคื�อ

- เก�ด vapor blanket ข็��นแล็ะย��งอณห้ภ1ม�สารต่#วกล็างส1งเท&าไร& vapor blanket ก�ย��งเก�ดง&ายแล็ะนานเท&าน#�นท�าให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วโดยรวมล็ดล็ง (เย�นต่#วชุ�าล็ง)

- คืวามห้น�ดข็องน��าม#นล็ดล็ง แล็ะโดยท#�วไป็เม��อคืวามห้น�ดล็ดล็งคืวามสามารถในการน�าคืวามร�อน (Heat Conductivity) จะเพื่��มข็��นท�าให้�สามารถน�าคืวามร�อนออกจากชุ��นงานได�เร�วย��งข็��นอ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วโดยรวมเพื่��มข็��น (เย�นต่#วเร�วข็��น)ซึ่��งอ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วข็องชุ��นงานจะเพื่��มข็��นห้ร�อล็ดล็งก�ข็��นอย1&ก#บว&ากระบวนการ/ป็รากฏการณ.ใดเก�ดข็��นมากกว&าก#นห้ร�อม�ผ่ล็มากกว&าก#น

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

Page 13: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ชุน�ดข็องสารต่#วกล็างอ&างท��ใชุ�ชุบ (Bath)

อ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงาน

ท��อณห้ภ1ม� 1300F (F /s)

อ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงาน

ท��อณห้ภ1ม� 1200F (F /s)

อ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานเฉล็��ย 1250 - 900F (F /s)

75F 125

F75F

125F

75F 125

F

น��าเกล็�อ (10%) 382 296 382 325 383 287

น��าป็ระป็า 211 46 223 117 220 176

น��าม#นพื่�เศษ 80 85 170 180 135 137

น��าม#นธีรรมดา 36 32 30 26 39 44

น��าผ่สมน��าม#น (10:90) 36 30 36 30 34 28

อากาศน��ง 5 - 4 - 3 -

เกล็�อเห้ล็ว 162 130 66

อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วท��ศ1นย.กล็างข็องแท&งเห้ล็�กกล็�าแสต่นเล็สข็นาดเส�นผ่&านศ1นยกล็าง ½ น��วยาว 2 ½ น��วท��ม�อณห้ภ1ม� 1500F แล็ะถ1กน�ามาชุบในสารต่#วกล็างชุน�ดต่&าง ๆ

อ�ณหภู!มี�สารต่�วกลาง

Page 14: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ในทางป็ฏ�บ#ต่�จะท�าการคืมอณห้ภ1ม�สารต่#วกล็างในอ&างชุบให้�คืงท��เพื่��อป็=องก#นการเพื่��มข็��นข็องอณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างอ�กท#�งต่#วกล็างชุน�ดห้น��งจะม�อณห้ภ1ม�ใชุ�งานท��เห้มาะสมชุ&วงห้น��งแล็ะจะแต่กต่&างก#นไป็แล็�วแต่&ชุน�ดข็องสารต่#วกล็าง อาท�เชุ&น ถ�าเป็-นน��าม#นธีรรมดาอณห้ภ1ม�ใชุ�งานท��เห้มาะสมจะอย1&ในชุ&วง 120 - 150F โดยท#�วไป็การคืมอณห้ภ1ม�สารต่#วกล็างม#กท�าโดย

(1) ใชุ�สารต่#วกล็างในป็ร�มาณมาก โดยต่�องมากพื่อท��เม��อร#บคืวามร�อนแล็�วอณห้ภ1ม�จะไม&เพื่��มข็��นเม��อได�ร#บคืวามร�อนจากชุ��นงาน

(2) ท�าการคืวบคืมอณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างในอ&างชุบโดยอาศ#ยอป็กรณ.แล็กเป็ล็��ยนคืวามร�อน/คือยล็.เย�น (Cooling Coil)

นอกจากน#�นห้ากต่�องการเพื่��มคืวามสามารถในการล็ดอณห้ภ1ม�ชุ��นงานให้�ก#บสารต่#วกล็างก�สามารถท�าได�โดยการกวนสารต่#วกล็างห้ร�อเข็ย&าชุ��นงานท��น�ามาชุบ โดยการกวนสารต่#วกล็างห้ร�อเข็ย&าชุ��นงานจะท�าให้� vapor blanket ท��คืล็มชุ��นงานอย1&ห้ล็ดออกไป็ชุ&วงข็อง vapor blanket ส#�นล็งแล็ะเข็�าส1&ชุ&วงข็อง vapor transport เร�วข็��นอ#ต่ราการเย�นต่#วโดยรวมก�เร�วข็��น ซึ่��งว�ธี�การน��นอกจากจะชุ&วยท�าให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วเพื่��มข็��นแล็�วย#งชุ&วยร#กษาอณห้ภ1ม�ข็องสารต่#วกล็างได�ในระด#บห้น��ง

Page 15: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 16: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ว�ธี�การ น��าม#น น��าเป็ล็&า น��าเกล็�อไม&ม�การกวนสารต่#วกล็างห้ร�อเข็ย&าชุ��นงาน(No circulation of liquid or agitation of piece

0.25 – 0.30

0.9 – 1.0

2

สารต่#วกล็างถ1กกวนอย&างเบามาก ๆห้ร�อถ1กเข็ย&าเล็�กน�อย(Mild circulation or agitation)

0.30 – 0.35

1.0 – 1.1

2 – 2.2

สารต่#วกล็างถ1กกวนอย&างเบา ๆ (Moderate circulation)

0.35 – 0.40

1.2 – 1.3

สารต่#วกล็างถ1กกวนอย&างพื่อด� (Good circulation)

0.40 – 0.50

1.4 – 1.5

สารต่#วกล็างถ1กกวนอย&างแรง (Strong circulation)

0.50 – 0.80

1.6 – 2.0

สารต่#วกล็างถ1กกวนอย&างรนแรง (Violent circulation)

0.80 – 1.10

4 5

ต่ารางแสดงคืวามสามารถ/คืวามเร�ว/คืวามรนแรงในการเย�นต่#วข็องว#สดในการชุบ (Quenching Severity) ส#มพื่#ทธี.เม�อเท�ยบก#บสารต่#วกล็างท��เป็-นน��าแล็ะไม&ม�การกวนห้ร�อการเข็ย&าใด ๆ (เท�ยบให้�น��าม�คืวามเร�วในการเย�นต่#วเท&าก#บ 1)

Page 17: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ) 3. ล�กษณะของผ�วหน%าช่��นงาน (Surface Condition)

ในกรณ�ท��ผ่�วห้น�าข็องชุ��นงานม�การส#มผ่#สก#บอากาศห้ร�อน��า ณ ท��อณห้ภ1ม�ส1ง เชุ&นภายในเต่าอบออกซึ่�เจนห้ร�อน��าจะท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บเห้ล็�กกล็ายเป็-นเห้ล็�กออกไซึ่ด. (Iron oxide) ซึ่��งเราเร�ยกว&า Scale โดยจากการศ�กษาพื่บว&าถ�า Scale ท��เก�ดข็��นม�ล็#กษณะบางจะไม&ส&งผ่ล็กระทบต่&ออ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานมากน#ก แต่&ห้าก Scale ท��เก�ดข็��นม�ล็#กษณะห้นาแล็ะก�นล็�กไป็ในเน��อเห้ล็�ก (ในท��น��ป็ระมาณ 0.005 น��วเป็-นต่�นไป็ ) จะท�าให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วข็องชุ��นงานล็ดล็งไป็ อ�กท#�ง Scale ท��เก�ดข็��นก�ม�แนวโน�มท��จะห้ล็ดล็อกออกไป็เม��อน�าชุ��นงานไป็ชุบในอ&างต่#วกล็างท�าให้�พื่��นผ่�วชุ��นงานไม&เร�ยบ ไม&สม��าเสมอ อ#ต่ราการเย�นต่#วในแต่&ล็ะต่�าแห้น&งก�จะไม&เท&าก#น ซึ่��งป็8ญห้าในส&วนน��ต่�องพื่�งระว#งโดยเฉพื่าะอย&างย��งถ�าอ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานม�คื&าใกล็�เคื�ยงก#บอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่� เพื่ราะการเป็ล็��ยนแป็ล็งห้ร�อคืวามไม&สม��าเสมอด#งกล็&าวอาจท�าให้�บางบร�เวณม�อ#ต่ราการเย�นต่#วท��ชุ�ากว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�แล็ะเม��อชุบเสร�จเร�ยบร�อยแล็�วม�โคืรงสร�างท��อ&อนเก�ดข็��นในบางจด แล็ะถ�าน�าชุ��นงานท��ม�เน��อโคืรงสร�างไม&สม��าเสมอน��ไป็ต่กแต่&งโดยการกล็�งห้ร�อไสส&วนท��อ&อนจะท�าให้�การกล็�งห้ร�อไสสะดดห้ร�อต่�ดข็#ดได�

Page 18: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

• ในทางอต่สาห้กรรมจะม�กรรมว�ธี�ป็=องก#นการเก�ด Scale ห้ร�อออกไซึ่ด.ข็องเห้ล็�กท��เก�ดท��อณห้ภ1ม�ส1งน�� โดยกรรมว�ธี�ต่&าง ๆ เห้ล็&าน��จะข็��นก#บ(1) ส&วนข็องชุ��นงานท��น�ามาผ่&านกระบวนการทางคืวามร�อน(2) ชุน�ดข็องเต่าอบ/เผ่าท��ใชุ�

(3) อป็กรณ.ท��ม�(4) ราคืา

Page 19: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

• กรรมว�ธี�ป็=องก#นการเก�ด Scale (1) การชุบชุ��นงานด�วยทองแดง (Copper Plating) ท�าโดยการชุบทองแดงห้นาเพื่�ยงเศษ 10 ส&วน 1000 น��วล็งบนผ่�วข็องชุ��นงาน โดยว�ธี�การน��จะเห้มาะสมเม��อในโรงงานม�อป็กรณ.ชุบแล็ะม�งานชุบทองแดงเป็-นห้ล็#กอย1&แล็�วม�ฉะน#�นว�ธี�การน��จะม�ราคืาท��คื&อนข็�างส1งอาจจะไม&คื�มคื&าทางเศรษฐศาสต่ร. (2) การคืวบคืมบรรยากาศ (Protective Atmosphere) ท�าโดยการเอาก@าซึ่ท��เฉ��อยต่&อการท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บเห้ล็�กเชุ&น ก@าซึ่ไฮโดรเจน แอมโมเน�ย ม�เทน โพื่รเพื่น แล็ะก@าซึ่ท��ได�จากการเผ่าไห้ม�สารไฮโดรคืาร.บอน เป็-นต่�น ป็=อนเข็�าไป็ในเต่า (3) การแชุ&ล็งในเกล็�อเห้ล็ว (Liquid-salt Pots) ท�าโดยการน�าชุ��นงานจ&มห้ร�อแชุ&ในเกล็�อเห้ล็วให้�ม�ดแล็�วจ�งน�าไป็ให้�คืวามร�อน(4) การแชุ&ห้ร�อฝั8งล็งในเห้ล็�กห้ล็&อ (Cast-iron Chips) เอาชุ��นงานบรรจในห้�บ/กล็&อง/ภาชุนะท��ภายในบรรจเห้ล็�กห้ล็&อก&อนน�าไป็ให้�คืวามร�อน เห้ล็�กห้ล็&อจะท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บออกซึ่�เจนแทนเห้ล็�กกล็�า

Page 20: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ปัจจ�ยที่��มี�ผลต่�ออ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน (ต่�อ)

4. ขนาดและมีวลของช่��นงาน (Size and Mass) • อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วข็องชุ��นงานจะข็��นก#บอ#ต่ราส&วนพื่��นท��ผ่�วส#มผ่#สต่&อมวล็ (surface area to mass ratio) โดยอ#ต่ราการเย�นต่#วจะม�คื&าเพื่��มข็��น (เย�นเร�วข็��น ) เม��ออ#ต่ราส&วนพื่��นท��ผ่�วส#มผ่#สต่&อมวล็เพื่��มมากข็��น โดยอ#ต่ราส&วนน��จะม�คื&ามากท��สดในกรณ�ท��ชุ��นงานม�ร1ป็ร&างเป็-นทรงกล็ม • พื่�จารณาทรงกระบอกยาวท��ไม&คื�ดพื่��นท��ผ่�วข็องห้#วแล็ะท�าย พื่��นท��ผ่�วม�คื&าเส�นรอบวงคื1ณด�วยคืวามยาว แล็ะมวล็ม�คื&าเท&าก#บป็ร�มาต่รคื1ณด�วยคืวามห้นาแน&น ด#งน#�นอ#ต่ราส&วนม�คื&าด#งน��

DLD

DL 4

)4/( 2Surface area/Mass

อ#ต่ราส&วนน��แสดงให้�เห้�นว&าห้ากต่�องการเพื่��มอ#ต่ราส&วนพื่��นท��ผ่�วส#มผ่#สต่&อมวล็ให้�เพื่��มมากข็��น (ท�าให้�อ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานเพื่��มข็��น ) ต่�องล็ดข็นาดเส�นผ่&านศ1นย.กล็างข็องชุ��นงานล็ง น#�นคื�อย��งชุ��นงานม�ข็นาดเล็�กเท&าไห้ร&ก�จะสามารถเย�นต่#วได�เร�วเพื่��มข็��นเท&าน#�น ท#�งน��เน��องจากย��งชุ��นงานม�ข็นาดเล็�กเท&าไห้ร&ชุ&วงข็อง vapor blanket ก�จะย��งล็ดล็งเท&าน#�นแล็ะในข็ณะเด�ยวชุ&วงข็อง vapor transport นอกจากจะเก�ดเร�วข็��นอ#ต่ราเร�วในการล็ดอณห้ภ1ม�ก�เร�วข็��นด�วย

Page 21: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 22: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ข็นาดข็องชุ��น งาน (น��ว)

คื&าคืวามแข็�งท��ผ่�วข็องชุ��นงาน (Rockwell C)

0.5 59

1 58

2 41

3 35

4 30

5 24

ต่ารางแสดงคื&าความีแข�งที่��ผ�วของช่��นงานเห้ล็�กกล็�าท��ม�คืาร.บอนผ่สมในส#ดส&วนป็ระมาณ 45% แล็ะถ1กน�าไป็ชุบในต่#วกล็างท��เป็-นน��า

Page 23: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ข็นาดข็องชุ��น งาน (น��ว)

คื&าคืวามแข็�งท��ผ่�วข็องชุ��นงาน (Rockwell C)

0.5 59

1 58

2 41

3 35

4 30

5 24

ต่ารางแสดงคื&าความีแข�งที่��ผ�วของช่��นงานเห้ล็�กกล็�าท��ม�คืาร.บอนผ่สมในส#ดส&วนป็ระมาณ 45% แล็ะถ1กน�าไป็ชุบในต่#วกล็างท��เป็-นน��า

Page 24: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• เม��อพื่�จารณาอ#ต่ราการเย�นต่#วข็องชุ��นงานท��ระด#บคืวามล็�ก

จากผ่�วในระด#บต่&าง ๆ พื่บว&าในกรณ�ข็องชุ��นงานท��ม�ข็นาดเล็�ก

มาก ๆ อ#ต่ราการเย�นต่#วท��ผ่�วก#บท��ศ1นย.กล็างข็องชุ��นงานจะ

ไม&แต่กต่&างก#น คืวามแข็�งท��ผ่�วข็องชุ��นงานแล็ะท��เน��อข็องชุ��นงานทกส&วนม�คืวามแข็�งใกล็�เคื�ยงห้ร�อเท&าก#น

• แต่&ในกรณ�ข็องชุ��นงานท��ม�ข็นาดให้ญ&ข็��นพื่บว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วท��ผ่�วข็องชุ��นงานซึ่��งเป็-นบร�เวณท��ส#มผ่#สก#บต่#วกล็างโดยต่รงม�อ#ต่ราการเย�นต่#วส1ง

ท��สด (เย�นต่#วเร�วท��สด) แล็ะ อ#ต่ราการเย�นต่#วจะล็ดล็งเร��อย

ๆ ท��ระด#บคืวามล็�กเพื่��มมากข็��น

Page 25: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ท#�งน��เน��องจากในส&วนข็องชุ��นงานท��ม�ข็นาดให้ญ&ต่รงบร�เวณผ่�วท��ส#มผ่#สก#บข็องเห้ล็วโดยต่รงจะม�การระบายคืวามร�อนท#�งกระบวนการน�าคืวามร�อน การพื่าคืวามร�อน แล็ะการแผ่&ร#งส�คืวามร�อน ในข็ณะท��บร�เวณเน��อข็องว#สดท��อย1&ภายในการระบายคืวามร�อนจะอาศ#ยการน�าคืวามร�อนเพื่�ยงอย&างเด�ยวจ�งท�าให้�อ#ต่ราการเย�นต่#วท��ผ่�วข็องชุ��นงานม�คื&าส1งท��สด (เย�นต่#วเร�วสด ) ซึ่��งเม��ออ#ต่ราการเย�นต่#วแต่กต่&างก#น ณ เวล็าใด ๆ อณห้ภ1ม�ท��ต่�าแห้น&งต่&าง ๆ (ต่ามคืวามล็�กห้ร�อต่ามร#ศม�ข็องชุ��นงาน )ข็องชุ��นงานก�จะแต่กต่&างก#นไป็ด�วย เชุ&นในกรณ�ข็องชุ��นงานข็นาดเส�นผ่&านศ1นย.กล็าง 1 น��ว แล็ะถ1กน�าไป็ให้�คืวามร�อนจนกระท#�งม�อณห้ภ1ม�เท&าก#บ 1470F จากน#�นก�น�าไป็ชุบด�วยน��า เม��อเวล็าผ่&านไป็ 2 ว�นาท�– อณห้ภ1ม�ท��ผ่�วข็องชุ��นงานม�คื&าป็ระมาณ 600F – อณห้ภ1ม�ท��ศ1นย.กล็างข็องชุ��นงานม�คื&าป็ระมาณ 1470F เท&าเด�ม

• คืวามแต่กต่&างข็องอณห้ภ1ม�ท��เก�ดข็��นจะท�าให้�เก�ดคื&าคืวามเคื�นเน��องจากกระบวนการทางคืวามร�อนภายในชุ��นงานเพื่��มมากข็��นซึ่��งจะส&งผ่ล็ท�าให้�ชุ��นงานเก�ดการบ�ดเบ��ยวแล็ะแต่กร�าวได�

Page 26: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 27: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• แผนภูาพการซึ*มีล*กของความีแข�ง (Hardness Penetration Diagram/ Hardness-Traverse Diagram) ห้ร�อ U-Curve ได�แก&แผ่นภาพื่แสดงคื&าคืวามแข็�ง ณ ต่�าแห้น&งคืวามล็�กห้ร�อร#ศม�ชุ��นงานต่&าง ๆ ท��เวล็าใด ๆ

• ค�าความีสามีารถในการช่�บแข�งได%ล*ก (Hardenability) คื�อคืณสมบ#ต่�ข็องชุ��นงานท��แสดงให้�เห้�นว&าชุ��นงานน#�นจะสามารถถ1กท�าให้�แข็�งข็��น (Hardening) ล็�กล็งไป็ในเน��อข็องชุ��นงานมากห้ร�อน�อยเพื่�ยงใด ภายห้ล็#งผ่&านกระบวนการชุบ (Quenching)

Page 28: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• จากแผ่นภาพื่การซึ่�มล็�กข็องคื&าคืวามแข็�ง (Hardness Penetration Diagram) เห้ล็�กกล็�า 1045 ท��ท�าการชุบโดยน��าพื่บว&า(1 )บร�เวณผ่�วข็องชุ��นงานท��ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วเร�วกว&าบร�เวณอ��นจะม�คื&าคืวามแข็�งส1ง

กว&าบร�เวณอ��น (2)ชุ��นงานท��ม�ข็นาดให้ญ&จะม�คื&าคืวามแข็�งท��ต่��ากว&าชุ��นงานข็นาดเล็�ก(3)เน��องจากในภาพื่ไม&ม�เห้ล็�กกล็�า 1045 ข็นาดใดท��ม�คื&าคืวามแข็�งซึ่�มล็งไป็ในชุ#�นผ่�วได�

ล็�ก ด#งน#�นเห้ล็�ก 1045 จ�งจ#ดเป็-นเห้ล็�กท��ม�คื&าคืวามสามารถในการชุบแข็�งได�ล็�กต่��า (Low Hardenability)

(4)ในบางกรณ�เชุ&น ท��บร�เวณผ่�วข็องชุ��นงานข็นาด 4 น��ว , ท��บร�เวณระด#บคืวามล็�กจากผ่�วล็งไป็ป็ระมาณ ½ น��วข็องชุ��นงานข็นาด 3 น��ว แล็ะ ท��บร�เวณศ1นย.กล็างข็องชุ��นงานข็นาด 2 น��ว พื่บว&าท��บร�เวณเห้ล็&าน��ม�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วท��เท&าก#น ซึ่��งล็#กษณะโคืรงสร�างสดท�ายท��ได�จะม�ล็#กษณะคืล็�าย/เห้ม�อนก#น ด#งน#�นคื&าคืวามแข็�งข็องท#�ง 3 กรณ�จะม�คื&าเท&าก#นซึ่��งม�คื&าป็ระมาณ 30 ต่าม Rockwell C Scale น#�นห้มายคืวามว&า “ ช่��นงานใดหร/อบร�เวณใดที่��มี�ค�าอ�ต่ราเร�วในการเย�นต่�ว (Cooling Rate) เที่�าก�น ค�าความีแข�งของช่��นงานจะมี�ค�าเที่�าก�นด%วย เมี/�อช่��นงานหร/อบร�เวณน��นมี�องค0ปัระกอบที่างเคมี�และขนาดของโครงสร%าง Austenite ก�อนการช่�บเที่�าก�น”

*แต่�ไมี�ได%หมีายความีว�าที่��บร�เวณที่��มี�ค�าความีแข�งเที่�าก�นจะมี�อ�ต่ราการเย�นต่�วเที่�าก�น ท#�งน��ในบางกรณ�ถ�าเย�นต่#วด�วยอ#ต่ราการเย�นต่#วเร�วกว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�แล็�วถ�งแม�จะม�คื&าไม&เท&าก#นแต่&จะได�โคืรงสร�างเป็-น Martensite ท#�งห้มดเห้ม�อนก#นคื&าคืวามแข็�งก�จะเท&าก#น

Page 29: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• คืวามสามารถในการชุบแข็�งได�ล็�กสามารถเพื่��มโดย 2 ว�ธี�การด#งน��ว�ธี�ที่�� 1 ก�าห้นดให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วท��เก�ดข็��นจร�งข็องชุ��นงานม�คื&าเท&าเด�ม แต่&ป็ร#บให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วว�กฤต่�ม�คื&าล็ดล็ง (ให้�แผ่นภาพื่ I-T Diagram เล็��อนไป็ทางข็วา ) โดย(1) เต่�มีโลหะผสมี (Alloy) (2) ท�าให้�เกรนข็อง Austenite ก&อนการชุบม�ข็นาดให้ญ&ข็��นว�ธี�ที่�� 2 ก�าห้นดให้�อ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�เท&าเด�ม (ต่�าแห้น&งข็องแผ่นภาพื่ I-T Diagram อย1&ท��เด�ม ) แต่&ป็ร#บอ#ต่ราการเย�นต่#วท��เก�ดข็��นจร�งให้�เร�วข็��น โดย(1) ใชุ�ต่#วกล็างท��ท�าให้�เก�ดการเย�นต่#วเร�วข็��น(2) เพื่��มการกวนสารต่#วกล็างห้ร�อเข็ย&าชุ��นงานให้�เร�วข็��น

น�ยมีที่��ส�ด

* ว�ธี�ท�� 2 จะท�าให้�ชุ��นงานเส��ยงต่&อการบ�ดเบ��ยวแล็ะแต่กร�าว

Page 30: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

* เห้ล็�กท��ถ1กชุบด�วยน��าจะม�คื&าคืวามแข็�งมากกว&าท��ชุบด�วยน��าม#น แต่&ท#�งน��ในกรณ�ข็องเห้ล็�ก 6140 ข็นาด ½ น��วคืวามแข็�งคื&อนข็�างใกล็�เคื�ยงก#นท#�งน��เน��องจากไม&ว&าจะใชุ�ต่#วกล็างใดเห้ล็�กข็นาดด#งกล็&าวก�เป็-น Martensite ท#�งห้มด

ชุบแข็�งเห้ล็�กกล็�า 1045 แล็ะเห้ล็�กกล็�า 6140 (Chromium-Vanadium Steel) โดยใชุ�น��าเป็-นต่#วกล็าง

ชุบแข็�งเห้ล็�กกล็�า 1045 แล็ะเห้ล็�กกล็�า 6140 โดยใชุ�น��าม#นเป็-นต่#วกล็าง

Page 31: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

คืวามสามารถข็องการม�คื&าคืวามแข็�ง (Hardenability)

• ว�ธี�ท��ใชุ�ก#นส�าห้ร#บเล็�อกซึ่��อเห้ล็�กกล็�าจะอย1&บนพื่��นฐานข็องส&วนป็ระกอบทางเคืม� ซึ่��งม�คืวามห้ล็ากห้ล็ายท#�ง ป็ร�มาณคืาร.บ&อนแล็ะธีาต่โล็ห้ะผ่สมในเห้ล็�กกล็�า ต่#วอย&างเชุ&น เห้ล็�กกล็�า AISI 4340 จะม�ส&วนป็ระกอบต่&าง ๆ

เป็-นชุ&วงด#งน�� %C 0.38-0.43, %Mn 0.60-0.80, %Si 0.20-0.35, %Ni 1.65-2.00, %Cr 0.70-0.90 แล็ะ %Mo0.20-0.30 ในกรณ�ข็องคืาร.บ&อนคืวามแต่กต่&างข็องคืาร.บ&อนในชุ&วงคื�อ 0.05% แล็ะถ�าน�าคื&าน��ห้ารด�วยคื&าเฉล็��ย

ข็องชุ&วงคื�อ 0.40% แล็�วท�าเป็-นเป็อร.เซึ่�นต่.คืวามแต่กต่&างจะได� 12.5% ส�าห้ร#บธีาต่อ��นก�ท�าเชุ&นเด�ยวก#น ซึ่��งจะ เห้�นได�ว&าคืวามแต่กต่&างข็องป็ร�มาณข็องธีาต่ผ่สมจะแป็รเป็ล็��ยนอย&างมากในส&วนป็ระกอบทางเคืม� ซึ่��งการแป็ร

เป็ล็��ยนท��กว�างมากน��จะเป็-นสาเห้ต่ต่&ออ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่ซึ่��งน�าไป็ส1&การแป็รผ่#นต่&อการต่อบสนองต่&อกระบวนการทางคืวามร�อน

• สมมต่�ให้�กราฟิเส�นซึ่�ายม�อบนแผ่นผ่#ง I-T แสดงถ�งการเร��มต่�นข็องการเป็ล็��ยน แป็ล็งข็องเห้ล็�กกล็�าข็องธีาต่ผ่สมทกชุน�ดท��ม�ป็ร�มาณในชุ&วงคื&าต่��า แล็ะกราฟิ

ด�านข็วาแสดงถ�งการเร��มต่�นข็องการเป็ล็��ยนแป็ล็งข็องธีาต่ผ่สมท��อย1&ในชุ&วง คื&าส1ง ซึ่��งอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่ส�าห้ร#บคื&าส1งน��จะล็ดล็ง

• การซึ่��อเห้ล็�กกล็�าจากคื&าส&วนป็ระกอบทางเคืม�เป็-นส��งท��ไม&แน&นอนว&าจะได�คืวามแข็�งเต่�มท��ซึ่��งข็��นอย1&ก#บเง��อนไข็ข็องการล็ดอณห้ภ1ม�

Page 32: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

End Quench Hardenability Test (Jominy Test) Jominy test เป็-นการทดสอบห้าคื&าคืวามสามารถ

ในการซึ่�มล็�ก (Hardenability) ต่ามมาต่รฐานข็อง ASTM, SAE แล็ะ AISI โดยม�ว�ธี�การด#งน��1. น�าชุ��นงานท��ม�ข็นาดเส�นผ่&านศ1นย.กล็าง 1 น��ว ยาว 4 น��วมาอบห้ร�อให้�คืวามร�อนในเต่าจนกระท#�งโคืรงสร�างกล็ายเป็-น Austenite (อณห้ภ1ม�อย1&ในชุ&วงป็ระมาณ 1700F แล็�วท��งไว�ป็ระมาณ 1 ชุ#�วโมง)2. น�าชุ��นงานออกจากเต่าแล็�วจ�ามาต่�ดต่#�งไว�บนชุดทดสอบจากน#�นฉ�ดน��าเข็�าไป็ท��ป็ล็ายด�านล็&างป็ระมาณ 10 นาท� (ข็นาดร1ห้#วฉ�ด , ระยะห้&างจากชุ��นงาน ,อณห้ภ1ม�น��า แล็ะการห้มนวนห้ร�อคืวามแรงข็องน��าต่�องเป็-นไป็ต่ามมาต่รฐานเพื่��อให้�อ#ต่ราเร�วในการเย�นต่#วข็องว#สดชุ��นใด ๆ ก�ต่ามท��ทดสอบด�วยว�ธี�น��ม�คื&าคืงท�� )3. จากน#�นน�าชุ��นงานออกมาจากชุดทดสอบแล็�วป็าดผ่�ว(ต่ามยาว ) ล็�กป็ระมาณ 0.015 น��ว4. ทดสอบห้าคื&าคืวามแข็�งต่าม Rockwell Scale ทกระยะ 1/16 น��วน#บจากป็ล็ายด�านล็&างข็องชุ��นงาน

Page 33: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

1. ณ ต่�าแห้น&ง A ท��ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วใกล็�เคื�ยงก#บต่�าแห้น&งป็ล็ายสดข็องชุ��นงานแล็ะม�อ#ต่ราการเย�นต่#วเร�วกว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่� (CCR) โคืรงสร�างท��เก�ดข็��นเป็-น Martensite ท#�งห้มด 2. ต่�าแห้น&ง B ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วท��ชุ�าล็งกว&าจด A แล็ะม�อ#ต่ราการเย�นต่#วชุ�ากว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�ท�าให้�ถ�งแม�จะม�โคืรงสร�างบางส&วนกล็ายเป็-น Martensite ได�แต่&บางส&วนก�กล็ายเป็-น Ferrite แล็ะ Bainite ไป็ก&อนแล็�ว3. ต่�าแห้น&ง C ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วชุ�าล็งกว&าเด�ม ซึ่��งท�าให้�ป็ร�มาณโคืรงสร�างท��เป็ล็��ยนไป็เป็-นโคืรงสร�างท��อ&อนเชุ&น Ferrite แล็ะ Bainite เพื่��มมากข็��น ป็ร�มาณโคืรงสร�างท��เป็-น Martensite ม�เพื่�ยงเล็�กน�อย4. ต่�าแห้น&ง D โคืรงสร�างสดท�ายท��ได�ส&วนให้ญ&เป็-น Ferrite แล็ะ Bainite ม� Martensite เพื่�ยงเล็�กน�อย

Page 34: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Hardenability Curve ที่��ได%จาก End Quench Hardenability Test (Jominy Test)

บร�เวณป็ล็ายด�านล็&างข็องชุ��นงานท��ส#มผ่#สก#บน��าจะม�อ#ต่ราการเย�นต่#วส1งสดแล็ะล็ดล็งเม��อระยะเพื่��มมากข็��นเน��องจากอ�ทธี�พื่ล็ข็องการเย�นต่#วด�วยน��าล็ดล็งแล็ะเป็ล็��ยนเป็-นการเย�นต่#วในต่#วกล็างท��เป็-นอากาศเพื่��มมากข็��น

Page 35: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

อ�ต่ราเร�วในการเย�นต่�วที่��ระยะต่�าง ๆ ของช่��นงานที่ดสอบต่ามีมีาต่รฐานของ Jominy Testระยะจากป็ล็ายท��

ชุบด�วยน��า (น��ว) อ#ต่ราการเย�นต่#ว (F/s) ท��อณห้ภ1ม� 1300F

ระยะจากป็ล็ายท�� ชุบด�วยน��า (น��ว)

อ#ต่ราการเย�นต่#ว (F/s) ท��อณห้ภ1ม� 1300F

1/16 490 11/16 19.5

1/8 305 ¾ 16.3

3/16 195 13/16 14.0

1/4 125 7/8 12.4

5/16 77.0 15/16 11.0

3/8 56.0 1 10

7/16 42 1 ¼ 7.0

1/2 33 1 ½ 5.1

9/16 26 1 ¾ 4.0

5/8 21.4 2 3.5

Page 36: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Hardenability Curve ที่��ได%จาก End Quench Hardenability Test (Jominy Test)

อ�ต่ราการเย�นต่�วของช่��นงาน

Page 37: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

โล็ห้ะผ่สม (Alloy) ต่&างชุน�ดก#นก�จะม�คื&า Hardenability ท��แต่กต่&างก#นถ�งแม�จะม�ป็ร�มาณส#ดส&วนข็องคืาร.บอนเท&าก#นก�ต่ามด#งแสดงในร1ป็โล็ห้ะผ่สมท#�ง 3 ชุน�ดม�ป็ร�มาณส#ดส&วนคืาร.บอนท�� 0.4% เท&าก#นแต่&โล็ห้ะอ��นท��มาผ่สมแต่กต่&างก#นคื&า Hardenability ข็องเห้ล็�กกล็�า 4340 ด�กว&าเห้ล็�กกล็�า 2 ชุน�ดท��เห้ล็�อด#งจะเห้�นจากคื&าคืวามแข็�ง (Hardness) ท��คื&อนข็�างคืงท��ในข็ณะท��คื&าคืวามแข็�งข็องเห้ล็�กกล็�าอ�ก 2 ชุน�ดล็ดล็งอย&างเห้�นได�ชุ#ดเม��อระยะเพื่��มข็��น แต่&อย&างไรก�ต่ามจะเห้�นได�ว&าท��บร�เวณป็ล็ายด�านล็&างข็องชุ��นงานท#�ง 3 ชุ��นจะม�คื&าเร��มต่�นคืวามแข็�งเท&าก#นท#�งน��เน��องจากโคืรงสร�างข็องเห้ล็�กต่รงบร�เวณน#�นกล็ายเป็-น Martensite ท#�งห้มดแล็ะคื&าคืวามแข็�งข็อง Martensite จะข็��นก#บป็ร�มาณข็องคืาร.บอนเท&าน#�น

Page 38: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Hardenability Band

Page 39: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Hardenability Band

บอกคื&าคืวามแข็�งต่ามระยะก�าห้นด เชุ&น J50/58 = 6/16 น��ว

Page 40: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Hardenability Band

บอกคื&าระยะต่ามคืวามแข็�งท��ก�าห้นด เชุ&น J50 = 6/16 น��ว ถ�ง 2116 น��ว

Page 41: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การน�าข็�อม1ล็ Hardenability มาใชุ�ป็ระโยชุน. • การน�าข็�อม1ล็ Hardenability ข็องเห้ล็�กกล็�าแต่&ล็ะชุน�ดมาใชุ�

ป็ระโยชุน.ไม&ว&าจะเป็-น– การเล็�อกต่#วกล็างท��เห้มาะสมเพื่��อให้�เห้ล็�กท��ได�ม�คืวามแข็�งต่ามท��

ต่�องการ– การเล็�อกชุน�ดข็องเห้ล็�กท��น�ามาใชุ�งานให้�เห้มาะสม

• สามารถท�าได�โดยการอาศ#ยข็�อม1ล็– กราฟิแสดงคื&า Hardenability ข็องเห้ล็�กกล็�าร1ป็ร&างแล็ะ

ข็นาดท��ก�าห้นดในกรณ�ท��ใชุ�ต่#วกล็างในการชุบท��ม�เง��อนไข็แต่กต่&างก#นเท�ยบเท&าก#บชุ��นงานท��ทดสอบด�วย Jominy Test ด#งเชุ&น ร1ป็ท�� 852 853. , . แล็ะต่ารางท�� 85.

– กราฟิคื&า Hardenability ข็องเห้ล็�กชุน�ดต่&างๆ ด#งเชุ&นร1ป็ท�& 850

Page 42: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ต่#วอย&าง• ห้ากต่�องการทราบว&าจะสามารถชุบแข็�งเพื่ล็าเห้ล็�กกล็�า 4140 ข็นาด

เส�นผ่&านศ1นย.กล็าง 2 น��วให้�ม�คื&าคืวามแข็�ง ณ จดศ1นย.กล็างเพื่ล็าไม&น�อยกว&า 42 Rockwell Scale โดยใชุ�ต่#วกล็างในการชุบเป็-นน��าท��สามารถชุบโล็ห้ะได�อย&างด�แล็ะระห้ว&างการชุบม�การกวนด�วยคืวามเร�วป็านกล็างได�ห้ร�อไม& แล็ะห้ากไม&ได�คืวรท�าอย&างไรเพื่��อให้�เพื่ล็าม�คื&าคืวามแข็�งต่ามท��ต่�องการ

ว�ธี�การ1 . เชุ�คืข็นาดห้ร�อคืวามล็�กเท�ยบเท&าก#บมาต่รฐาน Jominy Test

- เน��องจากชุ��นงานม�ร1ป็ร&างเป็-นเพื่ล็า (เป็-นท&อต่#น ) เพื่ราะฉะน#�นใชุ�ร1ป็ท�� 852.

- ต่#วกล็างได�แก&น��าม#นอย&างด�แล็ะม�การกวนด�วยคืวามเร�วป็านกล็าง ด#งน#�นคื&า Severity of quench (H) ม�คื&าเท&าก#บ 035

- เส�นผ่&านศ1นย.กล็างข็องชุ��นงาน (D) = 2 น��ว - ห้าจดต่#ดระห้ว&าง H = 0.35 แล็ะ D = 2 น��ว- ล็ากล็งมาต่#ดแกน x ได�ข็นาดห้ร�อระยะเท�ยบเท&า = 3/4 น��ว

Page 43: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 44: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ว�ธี�การ (ต่&อ ) 2. ใชุ�ข็นาดห้ร�อระยะเท�ยบเท&าท��ได�ไป็ห้าคื&าคืวามแข็�งข็องชุ��นงานจากร1ป็ 850 34. ( / น��ว = 1216/ น��ว )- จากโจทย.เป็-นเห้ล็�ก 4140 ได�คื&าคืวามแข็�งเท&าก#บ 37

ต่าม Rockwell Scale ด�งน��น ค5าต่อบ: เปั6นไปัไมี�ได%

Page 45: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบคื�นต่#ว/การอบเพื่��อให้�อ&อนน��ม (Tempering)

• การชุบเห้ล็�ก (Quenching) ภายใต่�เง��อนไข็ท��ต่�องการให้�โคืรงสร�างกล็ายเป็-น Martensite นอกจากจะท�าให้�เห้ล็�กม�คื&าคืวามแข็�งส1งแล็�วจะท�าให้�เห้ล็�กม�คืวามเป็ราะต่ามมาด�วยซึ่��งไม&เห้มาะสมก#บการใชุ�งานบางชุน�ดในข็ณะเด�ยวก#นคืวามเคื�นต่กคื�างก�จะม�คื&าคื&อนข็�างส1ง ด#งน#�นภายห้ล็#งจากกระบวนการชุบแข็�ง (Hardening) ต่�องม�การน�าเห้ล็�กไป็อบคื�นต่#ว (tempering) ห้ร�อ ด�ง (drawing) เส�ยก&อนโดยการน�าเห้ล็�กไป็ให้�คืวามร�อนจนกระท#�งม�อณห้ภ1ม�ระด#บห้น��ง (ต่��ากว&าอณห้ภ1ม�ว�กฤต่�ล็&าง: Lower Critical Temperature)

• ว#ต่ถป็ระสงคื.ในการอบคื�นต่#ว– เพื่��อคืล็ายคืวามเคื�นต่กคื�างภายในโคืรงสร�างว#สด– เพื่��อป็ร#บป็รงคื&าคืวามเห้น�ยว (Ductility)แล็ะ คื&าคืวามสามารถในการ

ต่�านทานการแต่กห้#กเม��อร#บแรงกระแทก(Toughness) ข็องว#สด (ท#�งน��ต่�องระว#งเพื่ราะเม��อคื&าคืวามเห้น�ยวเพื่��มข็��นคื&าคืวามแข็�งแล็ะคืวาม

แข็�งแรงข็องว#สดจะล็ดล็ง)• คื&าคืวามเคื�นต่กคื�างจะล็ดล็งอย&างชุ#ดเจนเม��ออณห้ภ1ม�ข็องว#สดม�คื&าเท&าก#บ

400F แล็ะจะเห้ล็�อน�อยมากเม��ออณห้ภ1ม�ม�คื&าเท&าก#บ 900F

Page 46: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ส�าห้ร#บเห้ล็�กโดยท#�วไป็เม��ออณห้ภ1ม�เพื่��มข็��นคื&า Hardness จะล็ดล็งแต่&

คื&า Toughness จะเพื่��มข็��น แต่&ม�บางกรณ�เชุ&น กรณ�ข็องชุ��นงานท��ม�รอยบากห้ร�อม�ร&อง (Notched Bar, Izod, Charpy) เน��องจากชุ��นงานในกล็&มด#งกล็&าวจะม�คื&า Toughness ล็ดล็งในชุ&วงอณห้ภ1ม�ป็ระมาณ 400F - 800F ถ�งแม�คื&าคืวามแข็�งแล็ะคืวามแข็�งแรงจะล็ดล็ง

• อณห้ภ1ม�ชุ&วงด#งกล็&าวจะเป็-นชุ&วงท��ใชุ�แบ&งอณห้ภ1ม�ส�าห้ร#บการอบคื�นต่#วข็องว#สดท��ต่�องการคืวามแข็�งส1ง (High hardness) ก#บว#สดท��ต่�องการคืวามทนทานส1ง (High toughness)– ถ�าต่�องการคื&าคืวามแข็�งเป็-นห้ล็#ก

ห้ร�อต่�องการให้�ว#สดม�คืวามต่�านทานการส�กกร&อนจะอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ต่��ากว&า 400F

– ถ�าต่�องการคื&าคืวามทนทานเป็-นห้ล็#กจะท�าการอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ส1งกว&า 800F

Page 47: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ในบางกรณ�เม��ออบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ส1งข็��นไป็ถ�ง 1000F - 1250F

แล็ะต่ามด�วยการเย�นต่#วข็องโล็ห้ะอย&างชุ�า ๆ (Slow Cooling) บางคืร#�งว#สดจะเก�ดการเป็ราะข็��น ซึ่��งเร�ยกการท��ว#สดเป็ราะเน��องจากจากกระบวนการอบคื�นต่#วว&า “Tempered Brittleness” ท#�งน��เน��องจากในบางคืร#�งโล็ห้ะผ่สมท��เต่�มล็งไป็ม�การต่กต่ะกอนออกต่รงบร�เวณข็อบเกรนแล็ะท�าให้�บร�เวณข็อบเกรนไม&แข็�งแรงง&ายต่&อการแต่กห้#กเส�ยห้าย – กล็&มโล็ห้ะผ่สมท��ม�แนวโน�มก&อ

ให้�เก�ด Tempered Brittleness ได�แก& แมงกาน�ส (Manganese), ฟิอสฟิอร#ส (Phosphorus) แล็ะโคืรเม�ยม (Chromium)

– กล็&มโล็ห้ะผ่สมท��ม�แนวโน�มจะชุะล็อห้ร�อต่�านการเก�ด Tempered Brittleness ได�แก& โมล็�บด�น#ม (Molybdenum)

Page 48: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• นอกจากน#�นเม��อม�การน�าเห้ล็�กท��ผ่&านกระบวนการชุบแข็�งไป็ผ่&านกระบวนการอบ

คื�นต่#วโคืรงสร�างข็องเห้ล็�กส&วนท��เป็-น Martensite ซึ่��งเก�ดจากท��ม�คืาร.บอนแทรกในโคืรงสร�าง BCC ข็องเห้ล็�กในสภาวะยวดย��ง (Supersaturated) แล็�วท�าให้�โคืรงสร�างข็องเห้ล็�กบ�ดเบ��ยวเป็-น BCT จะสามารถข็#บเอาคืาร.บอนส&วนเก�นออกมาในร1ป็ข็องเห้ล็�กคืาร.ไบด. แล็ะจะข็#บออกมามากข็��นเม��ออณห้ภ1ม�ส1งข็��น

• ถ�าอบคื�นต่#วว#สดไป็ท��อณห้ภ1ม�ในชุ&วงระห้ว&าง 100F - 400F แล็�วป็ล็&อยให้�เย�นต่#วอ�กคืร#�งโคืรงสร�างท��เก�ดข็��นจะอย1&ในล็#กษณะท��เร�ยกว&า “Black Martensite” – Black Martensite จะเป็-นโคืรงสร�างท��ผ่สมระห้ว&างโคืรงสร�าง Closed

Packed Hexagonal (CPH) ข็องคืาร.ไบด.ท��ถ1กข็#บออกมา (Epsilon Carbide) รวมก#บโคืรงสร�าง Martensite ท��ม�ป็ร�มาณคืาร.บอนต่��า

– คืาร.ไบด.ท��ถ1กข็#บออกมาจะท�าให้�ว#สดม�คื&าคืวามแข็�งเพื่��มข็��นเล็�กน�อย– เห้ล็�กท��อบคื�นต่#วในชุ&วงอณห้ภ1ม�น��จะม�คื&าคืวามแข็�งแล็ะคื&าคืวามแข็�งแรงส1ง

คืวามเห้น�ยวแล็ะคืวามทนทานต่��า โดยท��คืวามเคื�นต่กคื�างจะเห้ล็�อไม&มากน#ก (ส&วนให้ญ&สล็ายต่#วไป็แล็�ว)

Page 49: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ถ�าอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ในชุ&วง 450F - 750F คืาร.ไบด.ท��ม�โคืรงสร�าง CPH (Epsilon

Carbide) จะเป็ล็��ยนไป็เป็-น Cementite ท��ม�โคืรงสร�างแบบ Orthorhombic แล็ะ Martensite ซึ่��งม�ป็ร�มาณคืาร.บอนน�อยก�จะเป็ล็��ยนไป็เป็-น Ferrite แล็ะถ�าห้ากม�โคืรงสร�างส&วนใดเป็-น Austenite ส&วนท��เป็-น Austenite น#�นก�จะกล็ายเป็-น Lower Bainite ซึ่��งห้ากน�าชุ��นงานท��ได�จากการอบท��ชุ&วงอณห้ภ1ม�น��ไป็ส&องกล็�องส&วนท��เป็-น Cemenite จะม�ข็นาดเล็�กไม&สามารถมองแยกออกจากโคืรงสร�างโดยรวมได�ด#งน#�นจะเห้�นโคืรงสร�างเป็-นก�อนส�ด�าเร�ยกว&า “Troostite”– เห้ล็�กท��ผ่&านการอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�น��จะม�คื&าคืวามแข็�งแรงล็ดล็ง (แต่&ย#งม�คื&าส1งมากกว&า

200,000 psi) คื&าคืวามแข็�งล็ดล็ง (ม�อย1&ระห้ว&าง Rockwell C40 – 60 ข็��นอย1&ก#บอณห้ภ1ม�ท��ใชุ�ในการอบ) คื&าคืวามเห้น�ยวเพื่��มข็��นเล็�กน�อย ในข็ณะท��คื&าคืวามทนทานย#งม�คื&าต่��า

• ถ�าอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ในชุ&วง 750F - 1200F ป็ร�มาณซึ่�เมนไทต่. (Cementite) จะม�เพื่��มมากข็��นม�การรวมต่#วก#นซึ่��งจะท�าให้�มองเห้�นโคืรงสร�างซึ่�เมนไทต่. (ซึ่��งจะม�ส�จางเม��ออณห้ภ1ม�ส1ง ) แยกออกมาจากส&วนท��เป็-น Ferrite โดยโคืรงสร�างท��มองเห้�นโคืรงข็&ายข็อง Cementite ก#บ Ferrite แยกจากก#นน��เร�ยกว&า “Sorbite” – เห้ล็�กท��ผ่&านการอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�น��จะม�คื&าคืวามแข็�งแรง (Tensile Strength) อย1&

ในชุ&วง 125,000 – 200,000 psi แล็ะคื&าคืวามสามารถในการย�ดต่#วอย1&ในชุ&วง 10 – 20% ในระยะ 2 น��ว แล็ะคื&าคืวามแข็�งอย1&ในชุ&วง Rockwell C 20 – 40 รวมถ�งจะม�คื&าคืวามทนทาน (Toughness) เพื่��มข็��นอย&างเห้�นได�ชุ#ด

Page 50: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ถ�าอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ในชุ&วง 1200F - 1333F โคืรงสร�าง

Cementite จะม�ข็นาดให้ญ&ข็��นแล็ะม�ร1ป็ร&างล็#กษณะเป็-นทรงกล็ม ซึ่��งโคืรงสร�าง Cementite ในล็#กษณะน��จะม�คืณสมบ#ต่�ท��อ&อนมากแล็ะม�คื&าคืวามทนทานส1งเห้ม�อนก#บ Cementite ท��ได�จากการน�าเห้ล็�ก Austenite ไป็ผ่&านกระบวนการ Spheroidized Annealing

Page 51: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ณ ท��ชุ&วงอณห้ภ1ม�การอบคื�นต่#วต่&าง ๆ โคืรงสร�างท��ได�จะม�ชุ��อเร�ยกแต่ก

ต่&างก#นเชุ&น Troostite แล็ะ Sorbite อย&างไรก�ต่ามสามารถเร�ยกโคืรงสร�างต่&าง ๆ เห้ล็&าน��โดยรวมได�ว&า “Tempered Martensite”

• จะเห้�นได�ว&าป็8จจ#ยท��ส�าคื#ญท��จะท�าให้�เห้ล็�กม�คืณสมบ#ต่�ต่ามท��ต่�องการข็��นอย1&ก#บอณห้ภ1ม�ในการอบคื�นต่#วซึ่��งในคืวามจร�งเวล็าห้ร�อชุ&วงระยะเวล็าในการอบก�ม�ผ่ล็เชุ&นก#น โดยห้ากอบในชุ&วงอณห้ภ1ม�แต่&อบเป็-นระยะเวล็านาน ผ่ล็ท��ได�จะเห้ม�อนก#บการอบคื�นต่#วท��อณห้ภ1ม�ส1งในระยะเวล็าส#�น ด#งแสดงในร1ป็ว#สดจะอ&อนต่#วอย&างรวดเร�วในชุ&วงแรกห้ากต่�องการว#สดท��ม�คื&าคืวามแข็�งเท&าก#บ Rockwell C60 สามารถท�าได�โดยการอบท��อณห้ภ1ม� 400F เป็-นเวล็า 25 ชุ#�วโมง ห้ร�ออบท��อณห้ภ1ม� 600F เป็-นเวล็า 1 นาท�ก�ได�

Page 52: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การอบค/นต่�ว/การอบเพ/�อให%อ�อนน��มี (Tempering) (ต่�อ)• ในกรณ�ท��ต่�องการเท�ยบคื&าคืวามสามารถในการต่�านทานการกระแทก

(Toughness) ห้ร�อคื&าคืวามทนทานข็องเห้ล็�กแต่&ล็ะชุน�ดโดยท#�วไป็จะเป็ร�ยบเท�ยบภายใต่�เง��อนไข็ท��เห้ล็�กเห้ล็&าน��ม�คื&าคืวามแข็�งแล็ะคืวามแข็�งแรงท��ทดสอบ ณ อณห้ภ1ม�ต่ามท��ก�าห้นดเท&าก#น

Page 53: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ในกรณ�ท��ต่�องการใชุ�ว#สดท��ม�คื&าคืวามแข็�งแรงป็านกล็าง (Medium Tensile Strength) สามารถท�าได�ห้ล็ายว�ธี�ด�วยก#นเชุ&น– ท�าให้�ว#สดเย�นต่#วอย&างรวดเร�วกล็ายเป็-น Martensite ท#�งห้มดเพื่��อให้�ม�คื&าคืวาม

แข็�งแรงส1งเก�นกว&าท��ก�าห้นดจากน#�นท�าการล็ดคื&าคืวามแข็�งแรงให้�ได�คื&าต่ามท��ต่�องการโดยการอบคื�นต่#ว

– ท�าให้�ว#สดป็ระกอบไป็ด�วย Martensite แล็ะ Bainite (เย�นต่#วอย&างเร�วแต่&ไม&มากน#กให้� Austenite บางส&วนเป็ล็��ยนไป็เป็-น Bainite ก&อนแล็�วคื&อนให้�เย�นต่#วอย&างรวดเร�วเพื่��อให้� Austenite ท��เห้ล็�อกล็ายเป็-น Martensite ) จากน#�นท�าการล็ดคื&าคืวามแข็�งแรงให้�ได�คื&าต่ามท��ต่�องการโดยการอบคื�นต่#ว

– ท�าให้�ว#สดป็ระกอบไป็ด�วย Martensite, Ferrite แล็ะ Pearlite (เย�นต่#วด�วยอ#ต่ราเร�วป็านกล็างถ�งชุ�าเพื่��อให้� Austenite บางส&วนเป็ล็��ยนไป็เป็-น Ferrite แล็ะ Pearlite ก&อนแล็�วคื&อยให้�เย�นต่#วอย&างรวดเร�วเพื่��อให้� Austenite ท��เห้ล็�อกล็ายเป็-น Martensite ) จากน#�นท�าการล็ดคื&าคืวามแข็�งแรงให้�ได�คื&าต่ามท��ต่�องการโดยการอบคื�นต่#ว

• แต่&ส��งท��เก�ดข็��นคื�อเม��อน�าว#สดท��ผ่&านกรรมว�ธี�ท��แต่กต่&างก#นด#งเชุ&น 3 ว�ธี�ข็�างต่�นมาท�าการอบคื�นต่#วเพื่��อให้�ได�คื&าคืวามแข็�งแรงต่ามท��ต่�องการ เชุ&น 125,000 psi ว#สดท��ท�าให้�เป็-น Martensite ท#�งห้มดก&อน (ว�ธี�ท�� 1) จะม�คื&าคืวามแข็�งแรงนะจดคืราก (Yield Strength), คื&าคืวามเห้น�ยว (Ductility) , คื&าคืวามแข็�งแรงทนทานต่&อการล็�า (Fatigue Strength) แล็ะคื&าคืวามทนทาน (Toughness) ส1งท��สดเม��อเท�ยบก#บว#สดท��ผ่&านกรรมว�ธี�อ��น ๆ

• แล็ะเม��อเท�ยบแล็�วจากร1ป็ท�� 8.63 จะเห้�นได�ว&าโคืรงสร�าง Bainite ก�จะสามารถร#บแรงได�มากกว&าโคืรงสร�าง Pearlite

Page 54: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 55: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Austempering• เป็-นกระบวนการทางคืวามร�อนท��พื่#ฒนาจากแผ่นผ่#ง I-T เพื่��อให้�ได�โคืรงสร�างท��เป็-น Bainite 100% เร��มต่�นโดย

ให้�คืวามร�อนก#บชุ��นงานจนถ�งอณห้ภ1ม�ข็องการเก�ด Austenite แล็�วต่ามด�วยการล็ดอณห้ภ1ม�ล็งอย&างรวดเร�วในอ&าง น��าเกล็�อแล็ะร#กษาอณห้ภ1ม�ให้�อย1&ในชุ&วงข็องการเก�ด Bainite ( ระห้ว&าง 400-800๐F) ชุ��นงานถ1กน�าออกห้ล็#งจาก

การเป็ล็��ยนแป็ล็งโคืรงสร�างเป็-น Bainite ในคืวามเป็-นจร�งแล็�วการท�า Austempering จะเสร�จส��นล็งในต่#วเล็ย โดย ไม&ต่�องให้�คืวามร�อนอ�กคืร#�งเพื่��อท�าให้�เก�ดการอ&อนน��มเห้ม�อนอย&างโคืรงสร�าง Martensite

Austempering Quenching and Tempering

Page 56: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Austempering (ต่&อ)

• คื&าคืวามแข็�งแรงห้ร�อคื&าคืวามแข็�งท��ได�จากการท�า Austempering จะเท&าก#บท��ได�ร#บจากการล็ดอณห้ภ1ม�อย&าง

รวดเร�วแล็�วคื&อยท�า Tempering• ข็�อด�ข็อง Austempering

(1) คื&าคืวามเห้น�ยวเพื่��มข็��น (2) คื&าคืวามทนทานเพื่��มข็��น (3) คื&าคืวามแข็�งส1ง (4) โคืรงสร�างบ�ดเบ��ยวน�อย(5) ล็ดคืวามเส�ยงในการแต่กห้#กเส�ยห้ายเน��องจากการเย�นต่#วอย&างรวดเร�วในข็#�นต่อนข็องการชุบ

•ข็�อจ�าก#ดข็อง Austempering ก� คื�อ ถ�ามวล็ข็องชุ��นงานม�คื&ามากต่รง

บร�เวณภายในชุ��นงานจะเย�นต่#วชุ�าท�าให้�เก�ด Pearlite ข็��นก&อน (Pearlite เก�ดข็��นท��อณห้ภ1ม�ระห้ว&าง 900-1200F) แทนท��จะเป็-น Bainite ด#งน#�นโดยท#�วไป็ Austempering จะใชุ�ก#บชุ��นงานท��ม� ข็นาดเล็�กกว&า ห้ร�อห้นาน�อยกว&า ½ น��ว ซึ่��งคืวามห้นาน��จะเพื่��มข็��นในกรณ�ข็อง เห้ล็�กกล็�าผ่สม แต่&เวล็าในการท�าให้�เก�ด เป็-น Bainaite โดยสมบ1รณ.ก�จะเพื่��มมากข็��นต่ามไป็ด�วย

Page 57: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Surface Hardening / Case Hardening • ชุ��นส&วนเชุ&น ชุดเก�ยร. , ชุ��นส&วนข็องคืาน (Cantilever beam) จะท�า

Surface Hardening เพื่��อเพื่��มคืวามแข็�งท��ผ่�วเพื่��อทนทานต่&อการข็#ดส� (โคืรงสร�าง Martensite ท��ผ่�วจะชุ&วยต่�านข็#ดส� , wearing ) ในข็ณะเด�ยวก#นก�สามารถร#บแรงท��ม�การเป็ล็��ยนแป็ล็งแบบกะท#นห้#น (โคืรงสร�าง Pearlite ภายในเน��อว#สดจะม�คืณสมบ#ต่�คืวามทนทาน (Toughness) ท��ด�ทนต่&อแรง Shock loads)

• การเพื่��มคืณสมบ#ต่�ท# �งในด�านการต่�านการส�กห้รอแล็ะคืวามทนต่&อแรง Shock loads สามารถท�าได� 2 ว�ธี�ด�วยก#น- ส�าห้ร#บเห้ล็�กกล็�าคืาร.บอนส1ง (0.4% carbon) (ย��งป็ร�มาณคืาร.บอนส1งย��งแข็�ง)

ท�า Heat treatment จนกระท#�งโคืรงสร�างกล็ายเป็-น Pearlite ท#�งห้มดแล็�วจ�งท�าการ Austenitize แล็ะท�าการล็ดอณห้ภ1ม�อย&างรวดเร�ว (Quenching) เฉพื่าะบร�เวณผ่�วให้�กล็ายเป็-น Martensite

ได�แก&ว�ธี� Flame Hardening แล็ะ Induction Hardening- ส�าห้ร#บเห้ล็�กกล็�าคืาร.บอนต่��า (ท��โคืรงสร�างม�คืณสมบ#ต่� Toughness อย1&แล็�ว , แต่&ม�คืาร.บอนน�อยคืวามแข็�งต่��า)

ท�าการเป็ล็��ยนส#ดส&วนห้ร�อองคื.ป็ระกอบทางเคืม�ท��บร�เวณผ่�วเพื่��อให้�ม�คื&าคืวามแข็�ง (Hardness) เพื่��มข็��น ภายห้ล็#งจากการท�า Heat treatment

ได�แก&ว�ธี� Carburizing, Cyaniding, Carbonitriding แล็ะ Nitriding

Page 58: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Surface Hardening / Case Hardening (ต่&อ)

• ว�ธี�การท�� 1: Flame Hardening แล็ะ Induction Hardeningเร��มต่�นชุ��นงานจะถ1กท�าให้�ม�โคืรงสร�างเป็-น Pearlite ท#�งห้มดก&อนอาจท�าโดยการน�าชุ��นงานผ่&านกระบวนการ Normalizing แล็�วให้�คืวามร�อนแก&ผ่�วอ�กคืร#�งก&อนท�าการล็ดอณห้ภ1ม�อย&างรวดเร�ว Frame Hardening ให้�คืวามร�อนโดยอาศ#ยเป็ล็วไฟิข็องห้#วเผ่าแล็�วจากน#�นจ�งน�าชุ��นงานไป็จ&มล็งในน��าห้ร�อต่#วกล็างท��ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วส1งInduction Hardening ว�ธี�การน��จะอาศ#ยการสร�างสนามแม&เห้ล็�กไฟิฟิ=าคืวามถ��ส1งซึ่��งจะเห้น��ยวน�าให้�เก�ดกระแสไฟิฟิ=าบนผ่�วข็องชุ��นงาน

• ว�ธี�การท�� 2: Carburizing, Cyaniding, Carbonitriding แล็ะ Nitridingว�ธี�น��อาศ#ยโคืรงสร�างท��ม�ข็นาดเล็�กข็องอะต่อมข็องพื่วกคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนเพื่��อสร�างโคืรงสร�างสารล็ะล็ายข็องแข็�งใน -austenite แบบแทรกร&อง (Interstitial) - Carburizing: เห้ล็�กจะถ1กท�าให้�ร�อนข็��น (ป็ระมาณ 1700F) ในสภาพื่ท��ล็�อมด�วยก@าซึ่ CO ซึ่��งท��อณห้ภ1ม�ด#งกล็&าวคืาร.บอนจะล็ะล็ายเข็�าไป็ในเน��อเห้ล็�กต่รงบร�เวณผ่�ว ท�าให้�ม�เป็อร.เซึ่�นต่.ข็องคืาร.บอนเพื่��มข็��น (Decarburizing เป็-นกระบวนการด�งเอาคืาร.บอนออกโดยการ Heat ชุ��นงานในสภาพื่ท��ล็�อมไป็ด�วย O2, ไอน��า (H2O) ชุ��นงานท��ผ่&านกระบวนการน��จะไม&สามารถท�าให้�ม�คืวามแข็�งเพื่��มข็��นได� ส&วนให้ญ&ป็=องก#นโดยการใชุ�ก@าซึ่ endothermic: อากาศ + ก@าซึ่ไฮโดรคืาร.บอน)

Page 59: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Surface Hardening / Case Hardening (ต่&อ)

• ว�ธี�การท�� 2: Carburizing, Cyaniding, Carbonitriding แล็ะ Nitriding- Cyaniding แล็ะ Carbonitriding เป็-นการเพื่��มป็ร�มาณคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนท��ผ่�วข็องชุ��นงาน โดยคืาร.บอนจะชุ&วยเพื่��มคืวามแข็�ง (Hardness) ให้�ก#บผ่�วข็องชุ��นงาน ในข็ณะท��ไนโต่รเจนจะเพื่��มคืวามสามารถในการเพื่��มคืวามแข็�ง (Hardenability) โดยการถ&วงเวล็าให้�การเป็ล็��ยนอ#นยร1ป็ข็อง Austenite เก�ดชุ�าล็ง โดยการเพื่��มคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนน��สามารถท�าโดยการ Heat ชุ��นงานให้�กล็ายเป็-น Austenite Cyaniding: เป็-นการให้�คืวามร�อนในอ&างเกล็�อ CyanideCarbonitriding: เป็-นการให้�คืวามร�อนในสภาพื่ท��ม�ก@าซึ่ไฮโคืรคืาร.บอนแล็ะโนโต่รเจน- Nitriding เป็-นว�ธี�การท��ท�าข็��นเพื่��อสร�าง Nitride (เป็-นโคืรงสร�างท��ม�คืวามแข็�ง ) ข็��นท��ผ่�วข็องชุ��นงาน โดยการให้�คืวามร�อนก#บชุ��นงาน (ป็ระมาณ 1000F) ในสภาพื่ท��ล็�อมไป็ด�วยก@าซึ่แอมโมเน�ย ว�ธี�การน��ไม&จ�าเป็-นต่�อง Heat ชุ��นงานให้�กล็ายเป็-น Austenite ก&อน ท�าให้�ว�ธี�น��สามารถใชุ�ก#บชุ��นงานท��ผ่&านการข็��นร1ป็แล็ะต่กแต่&งมาเร�ยบร�อยแล็�ว

Page 60: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มคืาร.บอน (Carburizing)• เป็-นว�ธี�การท��เก&าแก&ท��สดแล็ะเป็-นว�ธี�ห้น��งท��ม�ราคืาถ1กมาก ๆ ในการชุบ

แข็�งท��ผ่�วโดยจะใชุ�ก#บเห้ล็�กกล็�าท��ม�เป็อร.เซึ่�นต่.คืาร.บอนต่��า (ไม&เก�น 0.2% คืาร.บอน )

• ว�ธี�การคื�อน�าเห้ล็�กกล็�าท��ม�เป็อร.เซึ่�นต่.คืาร.บอนต่��าไป็อบท��อณห้ภ1ม�ป็ระมาณ 1700F ภายใต่�สภาวะท��ม�ก@าซึ่คืาร.บอนมอนอกไซึ่ด. ซึ่��งท��อณห้ภ1ม�ด#งกล็&าวก@าซึ่คืาร.บอนมอนอกไซึ่ด.จะท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บเห้ล็�กท��อย1&ในสภาวะ Austenite ท�าให้�จากเด�มท��ม�ป็ร�มาณคืาร.บอนต่��าจะม�ป็ร�มาณคืาร.บอนเพื่��มข็��น ณ ท��อณห้ภ1ม�เห้ล็�กจะสามารถล็ะล็ายคืาร.บอนได�ส1งสด 1.2%

• โดยท��ป็ฏ�ก�ร�ยาด#งกล็&าวจะเก�ดข็��นท��ผ่�ว (case) ข็องชุ��นงานก&อนแล็ะเม��อท��งไว�คืาร.บอนจะแพื่ร&เข็�าไป็ย#งบร�เวณแกนกล็าง (core) เพื่��อให้�เก�ดสมดล็ ซึ่��งอ#ต่ราการแพื่ร&ข็องคืาร.บอนท��อณห้ภ1ม�ต่&าง ๆ จะข็��นก#บคื&าส#มป็ระส�ทธี�Eการแพื่ร& (Diffusion Coefficient) แล็ะคืวามห้นาแน&นข็องป็ร�มาณคืาร.บอนในแต่&ล็ะชุ#�น (Carbon-concentration gradient)

2C COFeCO2Fe

Page 61: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• เม��อผ่&านกระบวนการ Carburizing แล็�วชุ��นงานจะแบ&งออกเป็-น 3 โซึ่นด�วยก#นคื�อ– บร�เวณผ่�ว (case) โคืรงสร�างจะอย1&ในกล็&มข็อง

Hypereutectoid ซึ่��งป็ระกอบไป็ด�วย Pearlite แล็ะ โคืรงข็&ายCementite (ม�ส�ข็าว)

– บร�เวณล็�กล็งไป็ในเน��อข็องชุ��นงานจะม�โคืรงสร�างเป็-น Eutectoid น#�นคื�อม�แต่& Pearlite เพื่�ยงอย&างเด�ยว

– บร�เวณล็�กล็งไป็จนถ�งแกนกล็าง (core) จะม�โคืรงสร�างเป็-น Hypoeutectoid น#�นคื�อป็ระกอบไป็ด�วย Pearlite แล็ะ Ferrite (ย��งล็�กล็งไป็เท&าไห้ร&ป็ร�มาณ Ferrite ก�จะย��งมากข็��นเท&าน#�น)

Page 62: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 63: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ในกระบวนการ Carburizing ย��งท��อณห้ภ1ม�ส1งเท&าไห้ร&ห้ร�อท��งไว�นานเท&าไห้ร&บร�เวณท��น#บให้�เป็-นผ่�วแข็�งก�จะย��งล็�กล็งไป็ในเน��อเท&าน#�น เชุ&น – ถ�าอบท��งไว�ท��อณห้ภ1ม� 1750F เป็-นเวล็า 1 ชุ#�วโมงจะสามารถ

ท�าให้�ผ่�วท��แข็�งข็��นล็�กล็งไป็ป็ระมาณ 0.029 น��ว ในข็ณะท��ถ�าอบไว�ท��อณห้ภ1ม� 1500F จะท�าให้�ผ่�วแข็�งล็�กล็งไป็เพื่�ยง 0.012 น��วในเวล็าท��เท&าก#น

– ถ�าอบท��งไว�ท��อณห้ภ1ม� 1750F เป็-นเวล็า 1 ชุ#�วโมงจะสามารถท�าให้�ผ่�วท��แข็�งข็��นล็�กล็งไป็ป็ระมาณ 0.029 น��ว แต่&ถ�าท��งไว�นานเพื่��มข็��นเป็-นเวล็า 24 ชุ#�วโมง (1ว#น ) จะท�าให้�ผ่�วแข็�งล็�กล็งไป็ได�ถ�ง 0.144 น��ว

Page 64: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 65: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 66: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ข็�อคืวรระว#งคื�อห้�ามให้�อากาศห้ร�อคืวามชุ��นส#มผ่#สก#บผ่�วข็องชุ��นงานในระห้ว&างการท�า Carburizing ท#�งน��เน��องจากห้ากม�คืาร.บอนไดออกไซึ่ด. (CO2), น��า(H2O) ห้ร�อ ออกซึ่�เจน (O2) สารเห้ล็&าน��จะท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บคืาร.บอนภายในเน��อเห้ล็�กท�าให้�เห้ล็�กส1ญเส�ยคืาร.บอน ซึ่��งเร�ยกการท��เห้ล็�กส1ญเส�ยคืาร.บอนต่ามป็ฏ�ก�ร�ยาเห้ล็&าน��ว&า Decarburization

• Decarburization ย#งเป็-นป็8ญห้าส�าคื#ญในการน�าเอาเห้ล็�กกล็�าคืาร.บอนส1งมาอบท��อณห้ภ1ม�ส1งเพื่ราะถ�าเห้ล็�กส1ญเส�ยคืาร.บอนออกไป็โอกาสท��เห้ล็�กจะเก�ด Martensite ข็��นท��ผ่�วก�จะเป็-นไป็ได�ยากแล็ะจะท�าให้�ผ่�วข็องชุ��นงานอ&อน เม��อน�าไป็ใชุ�งานก�จะท�าให้�ชุ��นงานเก�ดคืวามเส�ยห้ายแล็ะผ่กร&อนได�ง&าย ด#งน#�นโดยท#�วไป็แล็�วเห้ล็�กกล็�าคืาร.บอนส1งจะไม&น�ามาท�า Carburizing

• ว�ธี�การป็=องก#น Decarburizing สามารถท�าได�โดยให้�ท�า Carburizing ภายใต่�สภาวะป็7ดท��ม�แต่&ก@าซึ่เฉ��อยท��ไม&ท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บเห้ล็�ก (Endothermic Gas) ซึ่��งโดยส&วนให้ญ&จะม�ส&วนป็ระกอบข็อง ไนโต่รเจน 40% ไฮโดรเจน 40% แล็ะ คืาร.บอนมอนอกไซึ่ด. 20%

CO2FeCOFe 2C )(

22C HCOFeOHFe )(

22C COFeOFe )(

Page 67: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• Carburizing สามารถแบ&งย&อยออกเป็-น 3 ว�ธี�ด�วยก#นได�แก&(1) Pack Carburizing (ท�างานเป็-น Batch)

เป็-นกระบวนการ Carburizing ท��ชุ��นงานจะถ1กน�าไป็บรรจพื่ร�อมต่#วเต่�มคืาร.บอน (Carburizing Compound) ท�าในภาชุนะป็7ด โดยต่#วเต่�มคืาร.บอนท��น�ยมใชุ�ได�แก& ถ&านไม� แล็ะ ถ&านห้�น แล็ะม#กจะม�ต่#วเร&ง (energizer) อาท�เชุ&น แบเร�ยมคืาร.บอเนต่ (Barium Carbonate) เต่�มล็งไป็ด�วย จากน#�นท#�งภาชุนะถ1กป็7ดอย&างด�แล็ะน�าไป็อบให้�ม�อณห้ภ1ม�ต่ามท��ต่�องการแล็ะท��งไว�เป็-นระยะเวล็าต่ามท��ก�าห้นดจากน#�นจ�งป็ล็&อยให้�เย�นต่#ว ซึ่��งอากาศท��ม�อย1&จะท�าป็ฏ�ก�ร�ยาก#บคืาร.บอนเก�ดคืาร.บอนมอนอกไซึ่ด.ข็��น (อากาศม�น�อยเก�นไป็จ�งไม&เก�ดเป็-นคืาร.บอนไดออกไซึ่ด. )ข็�อด�: ราคืาถ1ก , เต่ร�ยมการง&าย แล็ะม�ป็ระส�ทธี�ภาพื่ส�าห้ร#บงานท��ม�จ�านวนชุ��นงานน�อย ข็�อเส�ย: ห้ากเป็-นงานท��ม�จ�านวนชุ��นงานคื&อนข็�างมากม�จ�านวนคืร#�งในการท�า Carburizing ห้ล็ายคืร#�งจะท�าได�ชุ�าเพื่ราะใชุ�เวล็าในการให้�คืวามร�อนแล็ะในการเย�นต่#วนาน รวมถ�งไม&เห้มาะก#บชุ��นงานท��ต่�องการคืวามแข็�งข็องผ่�วต่��นแล็ะ/ห้ร�อต่�องการคืวามแข็�งข็องผ่�วในระด#บคืวามล็�กท��แม&นย�า โดยท#�วไป็ Pack Carburizing จะน�าก#บชุ��นงานท��ต่�องการคืวามแข็�งข็องผ่�วล็�กล็งน�อยกว&า 0.030 น��ว แล็ะคืล็าดเคืล็��อนได�อย&างน�อย 0.010 น��ว

Page 68: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

(2) Gas Carburizing (ท�างานเป็-น Batch ห้ร�อ Continuous ก�ได�) เป็-นกระบวนการ Carburizing ท��ชุ��นงานจะถ1กน�าไป็ให้�คืวามร�อนภายในสภาวะท��ม�คืาร.บอนมอนอกไซึ่ด. (CO) โดยต่รง (ไม&ม�การผ่ล็�ต่ CO ในกระบวนการ ) ห้ร�อม�สารพื่วกไฮโดรคืาร.บอนซึ่��งจะแต่กต่#ว ณ อณห้ภ1ม� Carburizing เชุ&น ม�เทน (Methane), โพื่รเพื่น (Propane) ห้ร�อ ก@าซึ่ธีรรมชุาต่� (Natural Gas) ว�ธี�การน��สามารถคืมป็ร�มาณคืาร.บอนท��ผ่�วได�ด�กว&า Pack Carburizing เน��องจากเม��อได�ป็ร�มาณคืาร.บอนต่ามท��ต่�องการแล็�ว (ซึ่��งต่�องมากกว&าคื&าป็ร�มาณคืาร.บอนท��ต่�องการ ณ สภาวะสดท�ายเห้ล็�กน�อย ) สามารถห้ยดป็=อนก@าซึ่คืาร.บอนมอนอกไซึ่ด.แล็�วป็ล็&อยให้�คืาร.บอนแพื่ร&เข็�าไป็ย#งแกนกล็างข็องชุ��นงานได� ท��ต่�องม�การคืวบคืมป็ร�มาณคืาร.บอนเน��องจากในการท�า Carburizing คืวรจะห้ล็�กเล็��ยงไม&ให้�บร�เวณผ่�วข็องชุ��นงานเป็-น Hypereutectoid มากเก�นไป็ (ม�คืาร.บอนมากเก�นไป็ ) เพื่ราะจะท�าให้�เก�ดโคืรงข็&ายข็อง Cementite เป็-นจ�านวนมากโดยเฉพื่าะบร�เวณข็อบเกรน ซึ่��งจะท�าให้�บร�เวณด#งกล็&าวเป็ราะแล็ะเส�ยห้ายง&าย อ�กท#�งถ�าม�ป็ร�มาณคืาร.บอนมากอณห้ภ1ม�ในการเป็ล็��ยนจาก Austenite ไป็เป็-นเฟิสท��เสถ�ยรกว&าจะล็ดล็ง ย��งถ�าเป็-นพื่วกเห้ล็�กกล็�าท��ม�โล็ห้ะผ่สม (Alloy) ในป็ร�มาณมากอณห้ภ1ม�ด#งกล็&าวก�จะย��งล็ดล็งท�าให้�การโคืรงสร�างท��ได�แข็�งแรงน�อยกว&าท��คืวรจะเป็-นด#งน#�นส�าห้ร#บเห้ล็�กกล็�าท��ม�โล็ห้ะผ่สมในป็ร�มาณส1ง (High Alloyed Steel) คืาร.บอนบร�เวณผ่�วห้ล็#งจากการเต่�มแล็�วไม&คืวรเก�น 0.80% คืาร.บอน

Page 69: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ข็�อด�: เร�วกว&า ถ1กกว&า แล็ะเป็-นกรรมว�ธี�ท��สะอาดกว&า Pack Carburizing รวมถ�งสามารถคืวบคืมได�แม&นย�ากว&า

(3) Liquid Carburizing ท�าโดยการน�าชุ��นงานไป็จ&มล็งในอ&างท��บรรจส&วนป็ระกอบ

ไซึ่ยาไนด.เห้ล็วซึ่��งคืาร.บอนจากไซึ่ยาไนด.จะแพื่ร&เข็�าไป็ในเห้ล็�กแล็ะท�าให้�บร�เวณผ่�วม�ป็ร�มาณคืาร.บอนเพื่��มข็��นแล็ะม�คื&าคืวามแข็�งเพื่��มข็��นซึ่��งกระบวนการคืล็�ายก#บ Pack Carburizing- ถ�าสารท��อย1&ในอ&างม�ไซึ่ยาไนด.ป็ระกอบอย1& 20% แล็ะม�อณห้ภ1ม�อย1&ในชุ&วง 1550 - 1650F จะสามารถท�าให้�ผ่�วแข็�งได�ล็�ก ห้ร�อม� Case Depth ไม&เก�น 0.030 น��ว- ถ�าสารท��อย1&ในอ&างม�ไซึ่ยาไนด.ป็ระกอบอย1& 20% แล็ะม�อณห้ภ1ม�อย1&ในชุ&วง 1650 - 1750F จะสามารถท�าให้�ผ่�วแข็�งได�ล็�ก ห้ร�อม� Case Depth เท&าก#บ 0.030 – 0.120น��ว ในบางกรณ�อาจล็�กได�ถ�ง 0.25 น��วโดยท#�วไป็ว�ธี�น��จะเห้มาะส�าห้ร#บชุ��นงานท��ม�ข็นาดเล็�กถ�งป็านกล็างเพื่ราะถ�าให้ญ&เก�นไป็การคืวบคืมสภาวะห้ร�อป็ร�มาณสารในอ&างคื&อนข็�างย&งยาก

Page 70: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ข็�อด�: ไม&เก�ดป็8ญห้า oxidation ห้ร�อ sooting (เก�ดออกไซึ่ด.ข็องเห้ล็�กท��ผ่�ว)คืวามล็�กข็องชุ#�นผ่�วท��แข็�งแล็ะป็ร�มาณคืาร.บอนคื&อนข็�างคืงท��คืวามแข็�งสามารถซึ่�มล็�กล็งไป็ในชุ��นงานได�อย&างรวดเร�ว (Rapid rate of

penetration)ใชุ�ระยะเวล็าในการให้�คืวามร�อนน�อย เพื่ราะม� High Conductivity

ข็�อเส�ย: ต่�องล็�างท�าคืวามสะอาดอย&างด�ภายห้ล็#งจากเสร�จส��นกระบวนการไม&เชุ&นน#�นจะเก�ดสน�ม

ต่�องม�การคืวบคืมสภาวะแล็ะป็ร�มาณสารในอ&างอย&างด�ชุ��นงานบางชุ��นท��เป็-นว#สดท��ม�คืวามห้นาแน&นน�อยอาจจะล็อยไม&จมล็งในสารท��บรรจ

อย1&ในอ&างไซึ่ยาไนด.เป็-นสารม�พื่�ษเจ�าห้น�าท��ต่�องได�ร#บการฝัFกอบรมแล็ะด1แล็เป็-นพื่�เศษเพื่��อ

คืวามป็ล็อดภ#ย

ภายห้ล็#งจากการท�า Carburizing ท��สภาวะ Austenite แล็�วเห้ล็�กต่�องผ่&านกระบวนการด#งต่&อไป็น��

- กรณ�ข็องเห้ล็�กท��ม�เกรนล็ะเอ�ยดสามารถล็ดอณห้ภ1ม�อย&างรวดเร�วให้�เก�ด Martensite ได�เล็ย

(แต่&ถ�าเป็-นเห้ล็�กท��ม�เกรนห้ยาบจะท�าให้�โคืรงสร�างม�การบ�ดเบ��ยวแล็ะเก�ดการเป็ราะได� จ�งไม&น�ยมท�า Carburizing ก#บเห้ล็�กท��ม�เกรนล็ะเอ�ยด )

- กรณ�ข็องโล็ห้ะผ่สม

Page 71: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจน (Cyaniding & Carbonitriding)

• เป็-นการชุบแข็�งผ่�วโดยการเต่�มท#�งคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจน– ถ�าเป็-นการเต่�มโดยใชุ�อ&างเกล็�อท��ม�ส&วนผ่สมข็องไซึ่ยาไนด.เร�ยกว&า

Cyaniding– ถ�าเป็-นการเต่�มโดยใชุ�ก@าซึ่เร�ยกว&า Carbonitriding

• อณห้ภ1ม�ท��ใชุ�ในกระบวนการท#�งสองจะอย1&ในชุ&วง 1400 - 1600F ซึ่��งจะต่��ากว&า Carburizing

• ระยะเวล็าข็องกระบวนการส#�นกว&าแล็ะคืวามล็�กข็องชุ#�นผ่�วท��ม�คืวามแข็�งเพื่��มข็��นน�อยกว&า Carburizing– Cyaniding จะล็�กได�ไม&เก�น 0.010 น��ว– Carbonitriding จะล็�กได�ไม&เก�น 0.030 น��ว

• ป็ร�มาณคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนท��เต่�มล็งไป็ท��ผ่�วข็องชุ��นงานด�วยกระบวนการ Cyaniding จะข็��นอย1&ก#บอณห้ภ1ม�ข็องอ&างเกล็�อเป็-นห้ล็#ก รองล็งมาคื�อส&วนผ่สมข็องไซึ่ยาไนด.ท��บรรจอย1&ในอ&าง โดยถ�าต่�องการอ&างท��ม�อณห้ภ1ม�ต่��าป็ร�มาณไนโต่รเจนภายในอ&างจะม�ป็ร�มาณมาก

Page 72: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนแบบ Cyaniding• ป็ร�มาณคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนท��เต่�มล็งไป็ท��ผ่�วข็องชุ��นงานด�วยกระบวนการ

Cyaniding จะข็��นอย1&ก#บอณห้ภ1ม�ข็องอ&างเกล็�อเป็-นห้ล็#ก รองล็งมาคื�อส&วนผ่สมข็องไซึ่ยาไนด.ท��บรรจอย1&ในอ&าง โดยถ�าต่�องการอ&างท��ม�อณห้ภ1ม�ต่��าป็ร�มาณไนโต่รเจนภายในอ&างจะม�ป็ร�มาณมาก

• เม��อเป็ร�ยบเท�ยบก#บกระบวนการ Carburizing แล็�วป็ร�มาณคืาร.บอนท��ผ่�วข็องชุ��นงานท��ผ่&านกระบวนการ Cyaniding จะต่��ากว&าโดยม�อย1&ในชุ&วงป็ระมาณ 0.5 – 0.8% แล็ะจะม�ไนโต่รเจนป็ระกอบอย1&ป็ระมาณ 0.5% ซึ่��งการท��ม�ไนโต่รเจนอย1&จะท�าให้�ผ่�วข็องชุ��นงานกล็ายเป็-น Martensite ได�ง&ายกว&าเม��อเป็ร�ยบเท�ยบก#บชุ��นงานท��ม�ป็ร�มาณคืาร.บอนเท&าก#นแต่&ไม&ม�ไนโต่รเจน

• สารท��บรรจอย1&ในอ&างโดยท#�วไป็จะใชุ�สารท��ส&วนผ่สมข็องโซึ่เด�ยมไซึ่ยาไนด. (Sodium cyanide) 30%, โซึ่เด�ยมคืาร.บอเนต่ (Sodium carbonate) 40% แล็ะ โซึ่เด�ยมคืล็อไรด. (Sodium Chloride) 30% (สารผ่สมน��ม�อณห้ภ1ม�ห้ล็อมเห้ล็วท�� 1140F)

• ว�ธี�การน��เห้มาะก#บชุ��นงานท��ต่�องการชุบแข็�งท��ผ่�วเพื่�ยงบาง ๆ เชุ&นพื่วกสกร1 เฟิGองข็นาดเล็�ก น�อต่

• ข็�อด�แล็ะข็�อเส�ยเห้ม�อนก#บ Liquid Carburizing

Page 73: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนแบบ Carbonitriding

• ม�ชุ��อเร�ยกอย&างอ��นว&า Dry cyaniding, Gas cyaniding ห้ร�อ Nicarbing• เป็-นการชุบแข็�งผ่�วโดยการท�าให้�ชุ��นงานม�อณห้ภ1ม�ส1งข็��นภายใต่�สภาวะท��เต่�มไป็ด�วย

ก@าซึ่ท��ม�ส&วนป็ระกอบข็องคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจน ซึ่��งม#กจะเป็-นก@าซึ่ท��ผ่สมระห้ว&าง Carrier gas (ไนโต่รเจน ไฮโดรเจน แล็ะคืาร.บอนมอนอกไซึ่ด.), Enriching gas (โพื่รเพื่นแล็ะก@าซึ่ธีรรมชุาต่� ) แล็ะ Ammonia

• ข็�อด�: - เป็-นกระบวนการท��สามารถท�าได�ท��อณห้ภ1ม�ต่��ากว&ากระบวนการ carburizing เน��องจาก Austenite ท��ม�ส&วนผ่สมข็องท#�งไนโต่รเจนแล็ะคืาร.บอนจะเสถ�ยรท��อณห้ภ1ม�ต่��า

- ม�อ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�ชุ�ากว&าเห้ล็�กท��ม�คืาร.บอนเพื่�ยงอย&างเด�ยวท�าให้�สามารถใชุ�น��าม#น เป็-นต่#วชุบล็ดอณห้ภ1ม�ภายห้ล็#งการเต่�มคืาร.บอนแล็ะไนโต่รเจนได� ซึ่��งน��าม#นเป็-นต่#วกล็างท�� ท�าให้�ชุ��นงานเย�นต่#วคื&อนข็�างชุ�าด#งน#�นชุ��นงานจะไม&คื&อยบ�ดเบ��ยวห้ร�อแต่กร�าว

- ไนโต่รเจนชุ&วยให้� Hardenability ข็องเห้ล็�กเพื่��มข็��นท�าให้�ได�เห้ล็�กท��ถ1กกว&าเม��อเท�ยบก#บ เห้ล็�กท��ม� Hardenability เท&าก#นท��ผ่&านกระบวนการ gas carburizing

- สามารถต่�านการอ&อนต่#วท��เก�ดจากการ Tempering ได�ด�กว&าเห้ล็�กท��ผ่&าน Carburizing

Page 74: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มไนโต่รเจน (Nitriding) • เป็-นการชุบแข็�งผ่�วโดยการท�าให้�ชุ��นงานม�อณห้ภ1ม�ส1งข็��นภายใต่�สภาวะท��เต่�มไป็

ด�วยก@าซึ่แอมโมเน�ยแล็ะ Dissociated ammonia (ไม&ใชุ� ก@าซึ่ไนโต่รเจน , N2

เพื่ราะ N2 ถ�อเป็-นก@าซึ่เฉ��อยในกรณ�น�� )• ป็ระส�ทธี�ผ่ล็ข็องกระบวนการน��จะข็��นอย1&ก#บคืวามสามารถในการเก�ดป็ฏ�ก�ร�ยา

ระห้ว&างไนโต่รเจนก#บอ#ล็ล็อยด.ท��ผ่สมอย1&ในเห้ล็�กแล็�วเก�ดเป็-นไนไต่ร (nitride) ข็��น

• อ#ล็ล็อยด.ท��จะให้�ป็ระส�ทธี�ผ่ล็ด�ได�แก& อล็1ม�เน�ยม (Aluminum), โคืรเม�ยม (Chromium) แล็ะโมล็�บด�น#ม (Molybdenum)

• อณห้ภ1ม�ท�างานอย1&ในชุ&วง 925 - 1050F โดยคืวามล็�กข็องผ่�วท��แข็�งข็��น (Case Depth) จะข็��นก#บอณห้ภ1ม�แล็ะระยะเวล็าในการเต่�ม

• ภายห้ล็#งจากการชุบแข็�งผ่�วด�วยว�ธี�น��แล็�วผ่�วท��แข็�งข็��นจะแบ&งออกเป็-น 2 ชุ#�น– White Layer คื�อชุ#�นท�� ไนไต่ร (Nitride) ข็องโล็ห้ะผ่สม (Alloy) แล็ะ

ข็องเห้ล็�ก (Iron) ก&อต่#วข็��นคืวามห้นาข็องชุ#�นน��จะม�คื&าไม&เก�น 0.002 น��ว ท��เร�ยกเชุ&นน��เพื่ราะภายห้ล็#งจากน��าไป็ก#ดกรดแล็�วจะมองเห้�นเป็-นส�ข็าว

– ชุ#�นท��อย1&ใต่� white layer จะม�เฉพื่าะ ไนไต่รข็องโล็ห้ะผ่สมเท&าน#�น เร�ยกว&า Underlying nitride case คืวามล็�กข็องผ่�วชุ#�นล็&างน��จะข็��นก#บอ#ต่ราการแพื่ร&ข็องไนโต่รเจนจาก White layer ล็งมา

Page 75: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การเต่�มไนโต่รเจน (Nitriding) • ข็�อด�: สามารถป็ระมาณข็นาดข็องชุ��นงานได�

ผ่�วชุ��นงานท��ผ่&านกระบวนการ Nitriding จะม�คืวามต่�านทางการส�กห้รอ (Wear Resistance) คืวามต่�านทานทนต่&อการล็�า (Fatigue) ส1ง แล็ะถ�าบร�เวณท��เป็-นแถบส�ข็าวไม&ห้ล็ดออกไป็ผ่�ว ข็องชุ��นงานจะม�คืวามต่�านการต่&อการผ่กร&อนส1งไป็ด�วย

• ข็�อเส�ย: ต่�องใชุ�ระยะเวล็านานแล็ะส��นเป็ล็�องเชุ��อเพื่ล็�งผ่�วท��ได�ม�คืวามเป็ราะส1งถ�าต่�องการให้�ได�คื&าคืวามแข็�งส1งต่�องใชุ�เห้ล็�กท��ม�โล็ห้ะผ่สมราคืาแอมโมเน�ยคื&อนข็�างแพื่งแล็ะต่�องใชุ�คืวามชุ�านาญในการ

คืวบคืมป็ร�มาณการไห้ล็ข็องก@าซึ่แอมโมเน�ย

Page 76: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การชุบแข็�งผ่�วด�วยเป็ล็วไฟิ (Flame Hardening) • เป็-นการชุบแข็�งผ่�วท��ให้�ผ่�วแข็�งในระด#บต่��นเท&าน#�น ท�าโดยการน�าชุ��นงานไป็เผ่าให้�

ม�อณห้ภ1ม�ส1งจนกระท#�งโคืรงสร�างท��ผ่�วกล็ายเป็-น Austenite จากน#�นน�าไป็ชุบในต่#วกล็าง (Quenching)ท��ท�าให้�เห้ล็�กม�อ#ต่ราการเย�นต่#วอย&างรวดเร�ว เพื่��อให้�เก�ดโคืรงสร�าง Martensite

• เห้ล็�กกล็�าท��น�ามาชุบแข็�งด�วยว�ธี�น��ต่�องม�ป็ร�มาณคืาร.บอนอย1&ในชุ&วง 0.3 – 0.6%

• คืวามล็�กข็องผ่�วท��แข็�งข็��นสามารถคืวบคืมได�โดยการคืวบคืม– คืวามเข็�มข็องเป็ล็วไฟิ– เวล็าในการให้�คืวามร�อน– อ#ต่ราเร�วข็องการเด�นเป็ล็วไฟิบนผ่�วห้น�าข็องชุ��นงาน

• ข็�อคืวรระว#ง– ต่�องป็=องก#นม�ให้�ชุ��นงานส&วนอ��น ๆ ท��ไม&ต่�องการท�าให้�คืวามแข็�งเพื่��มข็��นโดน

เป็ล็วไฟิ– ต่�องป็=องก#นไม&ให้�ชุ��นงานเก�ดการบ�ดเบ��ยวห้ร�อแต่กร�าว– ต่�องคือยระว#งไม&ให้�ข็นาดข็องเกรนให้ญ&เก�นไป็เพื่ราะจะท�าให้�คืณภาพื่ข็อง

เห้ล็�กล็ดล็ง

Page 77: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• เป็-นการชุบแข็�งผ่�วโดยกระบวนการ Flame Hardening แบ&งออกเป็-น 4 ว�ธี�ได�แก&(1 )แบบชุ��นงานอย1&ก#บท�� (Stationary): ท#�งชุ��นงานแล็ะห้#วพื่&นเป็ล็ว

ไฟิอย1&ก#บท��(2) แบบชุ��นงานเคืล็��อนท�� (Progressive): ห้#วพื่&นเป็ล็วไฟิจะ

เคืล็��อนท��ไป็บนชุ��นงานท��อย1&ก#บท��(3) แบบห้มน (Spinning): ห้#วพื่&นเป็ล็วไฟิจะวางอย1&ก#บท��แต่&ชุ��นงาน

จะห้มนจนได�ร#บคืวามร�อนรอบชุ��นห้ร�อท#�วบร�เวณท��ต่�องการ(4) แบบห้มนแล็ะเคืล็��อนท��พื่ร�อมก#น (Progressive-spinning):

ห้#วพื่&นเป็ล็วไฟิจะเคืล็��อนท��ผ่&านชุ��นงานท��ห้มน (เห้มาะก#บการชุบแข็�งชุ��นงานท��ม�ล็#กษณะกล็มแล็ะเป็-นแท&งยาว เชุ&น เพื่ล็าแล็ะล็1กกล็��ง)

Page 78: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ผ่�วท��แข็�งข็��นจากกระบวนการน��จะล็�กล็งไป็ป็ระมาณ 1/8 – 1/4น��ว แต่&ห้ากต่�องการคืวามล็�กน�อยกว&าน��เชุ&น 1/16 น��วให้�เพื่��มคืวามเร�วในการเคืล็��อนท��ข็องเป็ล็วไฟิแล็ะคืวามเร�วในการชุบ

• ข็�อด�: สามารถใชุ�ก#บชุ��นงานได�ห้ล็ายแบบข็นย�ายเคืร��องม�อง&ายสามารถเล็�อกต่�าแห้น&งท��จะเพื่��มคืวามแข็�งได�สามารถใชุ�ก#บชุ��นงานท��ม�ข็นาดให้ญ&ไม&สามารถน�าเข็�าเต่าได�สามารถใชุ�ก#บชุ��นงานท��ผ่&านการต่กแต่&งมากแล็�ว

• ข็�อเส�ย: ถ�าคืวามร�อนส1งเก�นไป็ชุ��นส&วนท��บอบบางจะเส�ยห้ายยากต่&อการท�าให้�ชุ#�นคืวามแข็�งบางกว&า 1/10 น��ว

Page 79: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

การชุบแข็�งผ่�วด�วยการเห้น��ยวน�า (Induction Hardening)

• เป็-นการชุบแข็�งผ่�วโดยการน�าข็ดล็วดไฟิฟิ=าไป็พื่#นรอบห้ร�อวางบนชุ��นงานบร�เวณท��ต่�องการชุบแข็�งจากน#�นป็ล็&อยให้�ข็ดล็วดสร�างสนามแม&เห้ล็�กซึ่��งสนามแม&เห้ล็�กด#งกล็&าวจะเห้น��ยวน�าให้�เก�ดกระแสไฟิฟิ=าบนผ่�วข็องชุ��นงานท�าให้�เก�ดคืวามร�อนข็��น

• คืวามร�อนท��เก�ดข็��นจะเก�ดเพื่�ยงบนผ่�วข็องชุ��นงานเท&าน#�น (แต่&ห้ากท��งไว�นานคืวามร�อนจะถ&ายเทเข็�าส1&แกนกล็างข็องชุ��นงานโดยอาศ#ยการน�าคืวามร�อน ) ซึ่��งการท��ม�คืวามร�อนกระจายเฉพื่าะบนพื่��นผ่�วข็องชุ��นงานจะเร�ยกว&า “Skin Effect”

• อณห้ภ1ม�ข็องชุ��นงานจะม�อณห้ภ1ม�ต่��าเม��อเท�ยบก#บการชุบแข็�งผ่�วด�วย Flame Hardening

• คืวามล็�กข็องผ่�วท��ท�าให้�แข็�งจะสามารถคืวบคืมได�โดยการคืวบคืม– ระยะเวล็าในการให้�คืวามร�อน ย��งใชุ�เวล็านานคืวามร�อนถ&ายเทล็งไป็ในเน��อชุ��น

งานได�ล็�กก�จะท�าให้�คืวามห้นาข็องชุ#�นผ่�วแข็�ง (Case depth) เพื่��มข็��น– คืวามถ��ข็องกระแสไฟิท��ป็=อนให้�ก#บข็ดล็วด โดยคืวามล็�กจะเป็-นส#ดส&วนกล็#บ

โดยต่รงก#บ square root ข็องคืวามถ�� น#�นคื�อย��งคืวามถ��เพื่��มข็��น คืวามห้นาข็องชุ#�นผ่�วแข็�ง (Case depth) จะล็ดล็ง

Page 80: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 81: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ล็#กษณะข็องการวางข็ดล็วดท��น�ยมใชุ�ท#�วไป็ม�อย1& 5 ล็#กษณะด�วยก#นข็��นอย1&ก#บล็#กษณะข็องบร�เวณท��ต่�องการให้�คืวามร�อน

Page 82: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• โล็ห้ะท��เห้มาะส�าห้ร#บการชุบแข็�งผ่�วด�วยการเห้น��ยวน�า– เห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนท��ม�คืาร.บอนในป็ร�มาณป็านกล็าง (Plain-

Carbon Steel: medium carbon content) – โล็ห้ะผ่สม (Alloy Steels)

โล็ห้ะผ่สมท��ม�ธีาต่ผ่สมในป็ร�มาณต่��า (Low Alloyed Steels) โล็ห้ะผ่สมท��ม�ธีาต่ผ่สมในป็ร�มาณส1ง (High Alloyed Steels) สามารถท�าให้�อณห้ภ1ม�ส1งกว&าท#�วไป็ป็ระมาณ 100 - 200F

• ข็�อด�: (1) ล็#กษณะชุ#�นผ่�วท��แข็�งข็��นข็องชุ��นงานท��ผ่&านการชุบแข็�งผ่�วด�วยการเห้น��ยวน�าจะเห้ม�อนก#บชุ#�นผ่�วแข็�งท��ได�จากว�ธี�ชุบแข็�งผ่�วด�วยเป็ล็วไฟิ โดยท��สามารถคืวบคืมให้�ม�คืวามห้นาข็องผ่�วแข็�งบางกว&าได� (2) เน��องจากผ่�วข็องชุ��นงานระห้ว&างกระบวนการจะม�อณห้ภ1ม�ไม&ส1งมากน#กด#งน#�นชุ��นงานท��ได�จะม�แนวโน�มเก�ดการบ�ดเบ��ยวน�อยกว&าว�ธี�อ��น ๆ (3) ว�ธี�น��ส&วนให้ญ&แล็�วการคืวบคืมอณห้ภ1ม�จะท�าด�วยระบบอ#ต่โนม#ต่�ด#งน#�นจ�งไม&จ�าเป็-นท��ต่�องใชุ�คืนท��ม�ป็ระสบการณ.แล็ะคืวามชุ�านาญส1ง

• ข็�อเส�ย: (1) เคืร��องม�อแล็ะอป็กรณ.คืวบคืมม�ราคืาแพื่งถ�าใชุ�ก#บงานท��ม�จ�านวนชุ��นงานน�อยห้ร�อม�ร1ป็ร&างพื่�เศษท��ต่�องม�การออกแบบเคืร��องม�อโดยเฉพื่าะอาจจะไม&คื�มทน (2) คื&าบ�ารงร#กษาอป็กรณ.แล็ะเคืร��องม�อส1ง

• ชุ��นงานท��ม#กจะน�ามาชุบแข็�งผ่�วด�วยว�ธี�การน�� เชุ&น ก�านส1บ , เพื่ล็าข็องเคืร��องส1บ , เฟิGอง แล็ะล็1กเบ��ยว

Page 83: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

คืวามเคื�นต่กคื�าง (Residual Stresses )• ภายห้ล็#งจากการชุบแข็�งท#�งกรณ�ชุบท#�งชุ��นงานห้ร�อกรณ�ชุบแข็�งผ่�วไม&

ว&าจะด�วยว�ธี�ใดก�ต่ามม#กจะเก�ดคืวามเคื�นต่กคื�างเก�ดข็��นเสมอซึ่��งเม��อเก�ดข็��นแล็�วม#กจะน�าไป็ส1&การบ�ดเบ��ยว ร�าว แต่กห้#กเส�ยห้ายข็องชุ��นงาน

• คืวามเคื�นท��ต่กคื�างม#กจะเก�ดข็��นจากสาเห้ต่ห้ล็#ก 2 ป็ระการด�วยก#นได�แก& – คืวามแต่กต่&างข็องอณห้ภ1ม�ภายในชุ��นงาน (Temperature

Gradient) – การเป็ล็��ยนเฟิสห้ร�อโคืรงสร�างข็องชุ��นงาน (Phase Change)

• กรณ�ท�� 1 คืวามเคื�นต่กคื�างท��เก�ดข็��นจากคืวามแต่กต่&างข็องอณห้ภ1ม�ภายในชุ��นงาน ยกต่#วอย&างเชุ&นในการชุบแข็�งแท&งเห้ล็�กข็นาดเส�นผ่&านศ1นย.กล็าง 2 น��วโดยอาศ#ยน��าเป็-นต่#วกล็างเม��อเวล็าผ่&านไป็ 10 ว�นาท�บร�เวณผ่�วจะม�อณห้ภ1ม�ล็ดล็งเห้ล็�อเพื่�ยง 700F แต่&ท��แกนกล็างข็องเห้ล็�กย#งม�อณห้ภ1ม�ส1งถ�ง 1500F ซึ่��งบร�เวณผ่�วท��อณห้ภ1ม�ต่��ากว&าจะม�ข็นาดล็ดล็งมากกว&าบร�เวณแกนกล็างท��ม�อณห้ภ1ม�ส1งด#งน#�น

Page 84: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

ผ่�วด�านนอกร#บคืวามเคื�นด�งแกนกล็างร#บคืวามเคื�นกด

1600F

700F

1500F

700F

Page 85: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• กรณ�ท�� 2 คืวามเคื�นต่กคื�างท��เก�ดข็��นจากการเป็ล็��ยนเฟิส โคืรงสร�าง Austenite ซึ่��งม�ล็#กษณะโคืรงสร�างแบบ FCC จะม�การอ#ดต่#วแน&นท�าให้�ม�ข็นาดเล็�กเม��อม�การเป็ล็��ยนโคืรงสร�างไป็เป็-น Ferrite, Pearlite, Bainite ห้ร�อ Martensite จะม�ข็นาดเพื่��มข็��นโดยโคืรงสร�าง Martensite ม�ข็นาดให้ญ&ท��สด ด#งน#�นห้ากบร�เวณผ่�วซึ่�งม�การเย�นต่#วเร�วท��สดกล็ายเป็-น Martensite แต่&บร�เวณแกนกล็างซึ่��งเย�นต่#วชุ�ากล็ายเป็-น Ferrite ห้ร�อ Pearlite ก�จะเก�ดคืวามเคื�นต่กคื�างข็��น

ผ่�วด�านนอกร#บคืวามเคื�นกดแกนกล็างร#บคืวามเคื�นด�ง

Austenite

Pearlite F

Martensite Martensite

Page 86: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• ถ�าพื่�จารณาบร�เวณใดบร�เวณห้น��งข็องชุ��นงานท��ท�าการให้�คืวามร�อนจนกระท#�งม�โคืรงสร�างเป็-น Austenite ท#�งห้มดแล็�วมาชุบแข็�งให้�กล็ายเป็-น Martensite ล็#กษณะการข็ยายต่#วห้ร�อห้ดต่#วข็องชุ��นงานจะเป็-นด#งภาพื่–ชุ&วงแรกท��โคืรงสร�างย#งเป็-น Austenite ท#�งห้มดแต่&อณห้ภ1ม�ล็ดล็ง

ชุ��นงานจะม�ข็นาดเล็�กล็ง–ชุ&วงท�� 2 ชุ&วงท��เก�ด Martensite ชุ��นงานจะข็ยายต่#วข็��นเน��องจาก

การเป็ล็��ยนเฟิส (ผ่ล็ข็องอณห้ภ1ม�ท��ล็ดล็งม�น�อยกว&า )–ชุ&วงท�� 3 เม��อเป็ล็��ยนเฟิสห้ร�อโคืรงสร�างเป็-น Martensite ห้มดแล็�ว

ชุ��นงานจะล็ดข็นาดล็งอ�กคืร#�งเน��องจากอณห้ภ1ม�ท��ล็ดล็ง

Page 87: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• แล็ะห้ากพื่�จารณาการชุบแข็�งโดยให้�ท# �งชุ��นกล็ายเป็-น Martensiteชุ��นงานได�ร#บคืวามร�อนจนกระท#�งกล็ายเป็-น Austenite แล็ะม�อณห้ภ1ม�เท&าก#นท#�งชุ��นเม��อม�ป็ล็&อยให้�เย�นต่#วล็ง–ชุ&วงแรกผ่�วด�านนอกจะเย�นต่#วเร�วกว&าด�านในห้#วต่#วมากกว&าด#งน#�นผ่�วด�าน

นอกจะได�ร#บคืวามเคื�นด�งจากแกนกล็างข็องชุ��นงานในข็ณะท��แกนกล็างร#บคืวามเคื�นกด ในชุ&วงน��แม�ผ่�วด�านนอกจะได�ร#บคืวามเคื�นด�งแต่&ก�จะแต่กร�าวเน��องจาก Austenite เป็-นโคืรงสร�างท��ย�ดห้ย&นสามารถร#บแรงด#งกล็&าวได�โดยไม&เส�ยห้าย

–ชุ&วงท�� 2 ผ่�วข็องชุ��นงานเร��มเป็ล็��ยนโคืรงสร�างเป็-น Martensite ก&อนต่รงแกนกล็าง ซึ่��ง Martensite เป็-นโคืรงสร�างท��ข็ยายต่#วข็��น ด#งน#�นแกนกล็างซึ่��งย#งไม&ท#นจะเป็ล็��ยนเป็-น Martensite ห้ร�อเป็ล็��ยนเป็-น Martensite ชุ�ากว&าจะออกแรงกดให้�ผ่�วด�านนอกห้ดต่#วล็งมาท�าให้�ผ่�วชุ��นงานร#บคืวามเคื�นกดในข็ณะท��แกนกล็างร#บคืวามเคื�นด�ง ซึ่��งในชุ&วงน��แกนกล็างก�จะย#งไม&แต่กเน��องจากย#งม�บางส&วนอย1&ในสภาพื่ข็อง Austenite อย1&

–ชุ&วงท�� 3 ท#�งบร�เวณผ่�วแล็ะบร�เวณแกนกล็างข็องชุ��นงานเป็-น Martensite ห้มดแล็�วแต่&อณห้ภ1ม�ไม&เท&าก#นโดยผ่�วจะม�อณห้ภ1ม�ต่��ากว&าแล็ะเม��อป็ล็&อยให้�เย�นต่#วต่&อไป็ผ่�วก�จะเย�นต่#วเร�วกว&าห้ดต่#วมากกว&าท�าให้�บร�เวณผ่�วร#บคืวามเคื�นด�ง ซึ่��งคืวามเคื�นด�งท��ได�ร#บต่อนน��จะท�าให้�ผ่�วเก�ดการแต่กร�าว

Page 88: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• การชุบแข็�งโดยให้�ท#�งชุ��นกล็ายเป็-น Martensite ชุ��นงานจะแต่กร�าวบร�เวณผ่�วด�านนอก

คืวามเคื�นด�ง (Tension) ต่อนท��ว#สดเป็-น Austenite จะท�าให้�เก�ดการเส�ยร1ป็ (Plastic Deformation)คืวามเคื�นด�ง (Tension) ต่อนท��ว#สดเป็-น Martensite จะท�าให้�เก�ดการแต่กร�าว (Cracking)

Page 89: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• การป็=องก#นการแต่กร�าว (Cracking) ท��เก�ดจากคืวามเคื�นด�งสามารถท�าได�โดย(1) ภายห้ล็#งจากการท�าชุบแข็�ง (Hardening) ต่�องท�า Tempering โดยท#นท�เพื่��อให้�โคืรงสร�าง Martensite ท��ผ่�วม�คืวามเห้น�ยวเพื่��มข็��นสามารถร#บคืวามเคื�นด�งได�มากข็��น(2) ชุบแข็�งด�วยกระบวนการ Martempering ห้ร�อ Marquenching

• กระบวนการชุบแข็�งแบบมาร.เทมเป็อร.ร��ง (Martempering)ได�แก&กระบวนการชุบแข็�งท��ให้�ชุ��นงานท#�งชุ��นล็ดอณห้ภ1ม�อย&างรวดเร�วในอ#ต่ราการเย�นต่#วท��เร�วกว&าอ#ต่ราการเย�นต่#วว�กฤต่�จากน#�นเม��ออณห้ภ1ม�ล็ดล็งมาเห้น�ออณห้ภ1ม� Ms (อณห้ภ1ม�ท��ท�าให้�เก�ด Martensite) ให้�ร#กษาอณห้ภ1ม�ข็องชุ��นงานไว�จนกระท#�งอณห้ภ1ม�ข็องชุ��นงานม�คื&าเท&าก#นท#�งชุ��นแล็�วจ�งน�าไป็ล็ดอณห้ภ1ม�อ�กคืร#�งเพื่��อให้�เก�ดโคืรงสร�าง Martensite ต่ามท��ต่�องการ

Page 90: บทที่ 8-2-1 (incomplete)
Page 91: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• แล็ะห้ากพื่�จารณาการชุบแข็�งโดยให้�เฉพื่าะท��ผ่�วกล็ายเป็-น Martensite ส&วนแกนกล็างเป็-น Pearlite ชุ��นงานได�ร#บคืวามร�อนจนกระท#�งกล็ายเป็-น Austenite แล็ะม�อณห้ภ1ม�เท&าก#นท#�งชุ��นเม��อม�ป็ล็&อยให้�เย�นต่#วล็ง–ชุ&วงแรกผ่�วด�านนอกจะเย�นต่#วเร�วกว&าด�านในห้#วต่#วมากกว&าด#งน#�นผ่�วด�านนอกจะ

ได�ร#บคืวามเคื�นด�งจากแกนกล็างข็องชุ��นงานในข็ณะท��แกนกล็างร#บคืวามเคื�นกด ในชุ&วงน��แม�ผ่�วด�านนอกจะได�ร#บคืวามเคื�นด�งแต่&ก�จะแต่กร�าวเน��องจาก Austenite เป็-นโคืรงสร�างท��ย�ดห้ย&นสามารถร#บแรงด#งกล็&าวได�โดยไม&เส�ยห้าย

–ชุ&วงท�� 2 ผ่�วข็องชุ��นงานเร��มเป็ล็��ยนโคืรงสร�างเป็-น Martensite ในข็ณะท��แกนกล็างกล็ายเป็-น Pearlite เน��องจาก Martensite ม�โคืรงสร�างท��ข็ยายต่#วมากกว&า Pearlite ท�าให้�บร�เวณผ่�วถ1กต่รงส&วนแกนกล็างพื่ยายามด�งให้�ม�ข็นาดล็ดล็งด#งน#�นท��ผ่�วจะร#บคืวามเคื�นกดในข็ณะท��บร�เวณแกนกล็างร#บคืวามเคื�นด�ง

–ชุ&วงท�� 3 บร�เวณผ่�วกล็ายเป็-น Martensite ห้มดแล็�วแล็ะม�อณห้ภ1ม�ใกล็�เคื�ยงก#บอณห้ภ1ม�ห้�องในข็ณะท��บร�เวณแกนกล็างกล็ายเป็-น Pearlite แต่&อณห้ภ1ม�ย#งส1งอย1&ท��บร�เวณจ�งม�ข็นาดล็ดล็งเล็�กน�อยเม��อเป็ร�ยบเท�ยบก#บชุ&วงท�� 2 ในข็ณะท��บร�เวณแกนกล็างถ�าท��งไว�จนถ�งอณห้ภ1ม�ห้�องจะม�ข็นาดล็ดล็งอ�กมากท�าให้�ต่รงบร�เวณแกนกล็างพื่ยายามท��จะกดให้�ส&วนผ่�วม�ข็นาดเล็�กล็งต่ามบร�เวณผ่�วชุ��นงานจ�งร#บกดในข็ณะท��แกนกล็างร#บแรงด�ง ซึ่��งแรงด�งท��ได�ร#บน��จะท�าให้�ว#สดเก�ดการแต่กร�าว

Page 92: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

• การชุบแข็�งโดยให้�เฉพื่าะผ่�วกล็ายเป็-น Martensite จะท�าให้�ว#สดเก�ดการแต่กร�าวบร�เวณภายในเน��อข็องชุ��นงานซึ่��งมองไม&เห้�นด�วยต่าเป็ล็&า ด#งน#�นภายห้ล็#งจากการชุบแข็�งแล็�วคืวรม�การต่รวจสอบรอยร�าวก&อนน�าไป็ใชุ�งาน

Page 93: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Heat Treatment for Carbon Steel• เห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอน (Carbon Steel) เป็-นเห้ล็�กท��ม�การน�ามาใชุ�มากท��สด

เน��องจากม�ราคืาถ1กแล็ะสามารถใชุ�งานได�ห้ล็ากห้ล็าย • เห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนต่��า (Low-Carbon Steel: 0.1 – 0.25% carbon)

เป็-นเห้ล็�กท��ม�คื&าคืวามสามารถในการซึ่�มล็�กข็องคืวามแข็�ง (Hardenability) ต่��า แล็ะสามารถเป็ล็��ยนโคืรงสร�างเป็-น Martensite โดยการชุบแข็�งได�ยาก - Process Annealing

ใชุ�ส�าห้ร#บเต่ร�ยมเห้ล็�กแผ่&นห้ร�อเห้ล็�กท&อนส�าห้ร#บการน�าไป็ข็��นร1ป็ต่&อไป็ รวมถ�งเพื่��อล็ดคืวามเคื�นแล็ะคืวามเคืร�ยดต่กคื�าง

จะท�าในชุ&วงอณห้ภ1ม�ระห้ว&างอณห้ภ1ม�การเก�ดผ่ล็�กให้ม& (Recrystallization temperature) แล็ะอณห้ภ1ม�ว�กฤต่�ล็&าง (Lower Transformation temperature/ Lower critical temperature/ A1-line) ซึ่��งถ�าอบท��อณห้ภ1ม�ใกล็� Recrystallization temperature จะสามารถล็ดคืวามเคื�นต่กคื�างแล็ะเพื่��มคืวามย�ดห้ย&น ห้ร�อ toughness ได�โดยท��ไม&ส1ญเส�ยคืวามแข็�งแรงห้ร�อ Strength มากน#ก แล็ะเม��อผ่&านกระบวนการ Process Annealing แล็�วชุ��นงานจะอ&อนต่#วล็งจากกระบวนการ Recrystallization คืวบคื1&ไป็ก#บการเพื่��มข็นาดเกรนข็องส&วนท��เป็-น Ferrite- Case Hardening (Carburizing, Conbonitriding, Cyaniding, Nitriding)

Page 94: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Heat Treatment for Carbon Steel• เห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนป็านกล็าง (Medium-Carbon Steel: 0.25 –

0.55% carbon) เป็-นเห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนท��สามารถใชุ�งานได�ห้ล็ากห้ล็ายท��สดแล็ะน�ยมใชุ�ส�าห้ร#บการผ่ล็�ต่เพื่ล็าข็�อเห้ว��ยง (Crankshaft), ป็ล็อกเพื่ล็า (coupling),ข็�อต่&อ (tie rod), เคืร��องม�อ เชุ&น ป็ระแจป็ากต่าย (open-end wrench) ไข็คืวง (screwdriver) รวมถ�งชุ��นส&วนต่&าง ๆ ข็องเคืร��องจ#กรท��ต่�องการคื&าคืวามแข็�งอย1&ในชุ&วง R/C 20 – R/C 48- Normalizing and Annealing

เพื่��อป็ร#บคืณสมบ#ต่�ทางกล็ก&อนน�าไป็ Hardening and Tempering- Hardening and Tempering

โดยส&วนให้ญ&แล็�วจะใชุ�น��าเป็-นต่#วกล็างในการชุบเน��องจากง&ายแล็ะม�ราคืาถ1กท��สด แต่&ท#�งน��สามารถป็ร#บเป็ล็��ยนสมบ#ต่�ทางกล็ข็องเห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนป็านกล็างได� (ม�ชุ&วงกว�าง ) โดยอาศ#ยการเป็ล็��ยนต่#วกล็างท��ใชุ�ชุบแข็�ง - Spheroidizing

ส�าห้ร#บงานบางป็ระเภท

Page 95: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Heat Treatment for Carbon Steel• เห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนส1ง (High-Carbon Steel: 0.55% carbon เป็-นต่�น

ไป็) เป็-นกล็&มเห้ล็�กกล็�าคืาร.บอนท��ไม&คื&อยม�การน�ามาใชุ�มากน#กเน��องจากม�ราคืาแพื่งแล็ะน�ามาต่กแต่&งกล็�งไส ข็��นร1ป็ แล็ะเชุ��อมได�ยาก (Low machinability, low formability, low weldability) เม��อเท�ยบก#บเห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนป็านกล็าง นอกจากน#�นส&วนให้ญ&แล็�วเห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนกล็&มน��ย#งคื&อนข็�างเป็ราะเม��อน�ามาผ่&านกระบวนการทางคืวามร�อน โดยท#�วไป็น�ยมน�าไป็ใชุ�ผ่ล็�ต่ชุ��นงานท��ต่�องการคืวามต่�านทานการล็�า (Resistance to Fatigue) เชุ&น สป็ร�ง รวมถ�งพื่วกเคืร��องม�อต่&าง ๆ เชุ&น ไข็คืวง ป็ระแจ คื�ม (pliers) – Hardening and Tempering

การผ่ล็�ต่ ไข็คืวง ป็ระแจ (ยกเว�นป็ระแจคือม�า: Pipe wrench sห้ร�อ Stillson Wrench) คื�ม ท#�วไป็ใชุ�น��าม#นเป็-นต่#วกล็างในการชุบแต่&ถ�าคืาร.บอนไม&ส1งมากน#กห้ร�ออป็กรณ./บร�เวณท��ใชุ�เป็-นเคืร��องม�อต่#ด (Cutting Edge) ห้ร�อจะใชุ�น��าเป็-นต่#วกล็างในการชุบ ป็ระแจคือม�า จะใชุ�น��าห้ร�อน��าเกล็�อในการชุบ เพื่ราะต่�องการคื&าคืวามแข็�งส1งถ�ง R/C 50 – R/C 60

(จะใชุ�น��าห้ร�อน��าเกล็�อก#บท#�งป็ระแจห้ร�อเฉพื่าะส&วนท��ป็ากป็ระแจก�ได� )

Page 96: บทที่ 8-2-1 (incomplete)

Heat Treatment for Carbon Steel– Hardening and Tempering (cont.)

คื�อน เป็-นอป็กรณ.ท��ต่�องการคื&าคืวามแข็�งส1งเฉพื่าะบร�เวณห้น�าห้#วคื�อนเท&าน#�น (R/C 50 – R/C 58) ในข็ณะท��บร�เวณอ��นไม&จ�าเป็-นต่�องส1งมากน#ก (R/C 40 – R/C 47)เคืร��องม�อต่#ด เชุ&น ข็วาน ห้ร�อใบม�ดเคืร��องต่#ด เป็-นชุ��นงานท��ต่�องการคื&าคืวามแข็�งส1ง (R/C 55 – R/C 60) คืวบคื1&ไป็ก#บต่�องการคืวามย�ดห้ย&นส1ง (high toughness) จะถ1กน�าไป็ชุบแข็�งโดยการน�าชุ��นงานไป็แชุ&ล็งในอ&างท��ม�ข็องเห้ล็วชุน�ดใดชุน�ดห้น��งบรรจอย1& (liquid bath) ห้ล็#งจากน#�นให้�คืวามร�อนก#บอ&างข็องเห้ล็ว จนกระท#�งชุ��นงานม�อณห้ภ1ม�ส1งพื่อท��จะน�าไป็ quenching โดยจะใชุ�เกล็�อเป็-นต่#วกล็างในการ quench

– Austempering and Martempering เพื่��อล็ดการบ�ดเบ��ยวแต่กร�าวข็องชุ��นงาน รวมถ�งในกรณ�ท��ต่�องการท#�งคืวามย�ดห้ย&น (Toughness) แล็ะคืวามแข็�ง (Hardness) ส1ง

* คื&า Hardenabiltiy ข็องเห้ล็�กกล็�าผ่สมคืาร.บอนกล็&มน��จะม�คื&าน�อยกว&าเห้ล็�กกล็�าโล็ห้ะผ่สม (Alloy Steel) เสมอไม&ว&าจะชุบด�วยอ#ต่ราการเย�นต่#วอย&างรวดเร�วข็นาดใดก�ต่าม