รายงานฉบับสมบูรณ -...

รายงานฉบบสมบรณ การปรบเปลยนพารามเตอรการผลตเพอพฒนาคณภาพของเหลก

รปพรรณรดรอนความแขงแรงสง

สถาบนเหลกและเหลกกลาแหงประเทศไทย

ณฐพล รตนมาล

สารบญ

เนอหา หนา

บทท 1 บทนา ..................................................................................................................................................3

1.1. หลกการและเหตผล .............................................................................................................................3

1.2. วตถประสงค ........................................................................................................................................4

1.3. ผลลพธทคาดวาจะไดรบ ......................................................................................................................4

1.4. ขอบเขตการดาเนนงาน ........................................................................................................................4

บทท 2 การศกษาขอมลเบองตน ......................................................................................................................5

2.1. กระบวนการตขนรปรอน .....................................................................................................................5

2.2. ขนตอนกระบวนการผลต .....................................................................................................................9

2.3. กระบวนการผลต ...............................................................................................................................10

2.4. เครองทดสอบการหาการขยายตวเนองจากความรอน (Deformation Dilatometer) ............................15

บทท 3 ขนตอนการดาเนนงาน ......................................................................................................................20

3.1. ขนตอนการดาเนนงาน .......................................................................................................................20

3.2. ขนตอนการทดสอบหาขอมลวสด ......................................................................................................20

บทท 4 ผลการดาเนนงาน ..............................................................................................................................22

4.1. ผลการทดสอบวสดทอณหภมสง .......................................................................................................22

4.2. ผลการจาลองกระบวนขนรปรอนดวยโปรแกรม Finite Element.......................................................25

4.3. การวเคราะหลกษณะการเยนตวและความแขงของชนงาน ................................................................28

บทท 5 สรปผลการดาเนนงาน.......................................................................................................................33

บทท 6 วจารณผลการดาเนนงาน ...................................................................................................................34

ภาคผนวก ก ผลการวเคราะหโครงสรางของชนงานททดสอบดวย Dilatometer ...........................................35

บทท 1 บทนา

1.1. หลกการและเหตผล

สงสาคญทจาเปนจะตองคานงถงสาหรบการออกแบบ ขนตอนการแปรรป และขนรปผลตภณฑ

เหลก คอการกาหนดอณหภม และปรมาณการแปรรป (% Deformation) ใหเหมาะสม เพอใหไดควบคม

ขนาดเกรน และโครงสรางจลภาคใหสมาเสมอ ดงนนคณะผวจยจงจะไดทาการศกษาพฤตกรรมของวสดท

อณหภมแปรรป ตลอดจนพฤตกรรมการเปลยนเฟสของวสดระหวางกระบวนการขนรปควบคไปกบการ

จาลองทางคอมพวเตอร เพอคานวณปรมาณความเครยด และอณหภมของเหลกระหวางการแปรรป ศกษา

ความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงโครงสรางในระหวางกระบวนการผลตกบตวแปรการผลต เพอ

ประยกตใชในการออกแบบตวแปรการผลต และกาหนดพารามเตอรสาหรบการแปรรป/ขนรปทถกตอง

เหมาะสมสาหรบผลตภณฑทตองการจะทาการพฒนาขน (กาหนดกระบวนการผลต ใหเหมาะสมสอดคลอง

กบสวนผสมทางเคม ทาใหไดผลตภณฑทมคณภาพตามตองการ)

โครงสรางจลภาคจะเปนตวกาหนดสมบตของวสด ดงนนการควบคมสวนผสมทางเคม และการ

ควบคมพารามเตอรในระหวางกระบวนการผลต เพอใหไดโครงสรางจลภาคในแตละขนตอนระหวาง

กระบวนการผลต ไปจนถงโครงสรางสดทาย (Final Structure) ตามทกาหนดไวกจะสงผลใหสามารถทาการ

ผลตภณฑเหลกทมความแขงแรงสง มสมบตสมาเสมอ ตลอดจนมสมบตตางๆตามตองการได

โครงการนจงมวตถประสงคทจะทาการศกษาอทธพลของพารามเตอรตางๆของการขนรป

(ปรมาณการแปรรป อณหภม และอตราการเยนตวในแตละบรเวณ เชน บรเวณผว และบรเวณใจกลาง) ท

มผลตอโครงสรางสดทาย (Final Structure) เพอใหสามารถทจะควบคมคณภาพและโครงสรางจลภาค

ของผลตภณฑใหไดผลตภณฑเหลกทมคณสมบตสมาเสมอ โดยจะเปนจดเรมตนในการพฒนาผลตภณฑ

คณภาพสงอนๆ ทมมลคา

สรปสาระสาคญของโครงการ

การควบคมโครงสรางสดทาย (Final Structure) ตลอดจนควบคมขนาดเกรน และโครงสรางจลภาค

ใหสมาเสมอ (ทงบรเวณผว และบรเวณใจกลาง) จาเปนจะตองศกษาความสมพนธระหวางการเปลยนแปลง

โครงสรางในระหวางกระบวนการผลตกบตวแปรการผลต เพอประยกตใชในการออกแบบตวแปรการผลต

และกระบวนการขนรป ใหเหมาะสมกบผลตภณฑทตองการจะทาการผลต (ศกษาแนวทางการควบคม

ปรมาณการแปรรป (% Deformation) ปรมาณความเครยด และอณหภมของเหลกระหวางการแปรรป)

1.2. วตถประสงค

ศกษาพฤตกรรมการเปลยนเฟส และการเปลยนแปลงโครงสรางจลภาคของเหลกกลาเกรดทสนใจ

จะทาการศกษาในระหวางกระบวนการผลต

เขาใจถงอทธพลของพารามเตอรตางๆของการแปรรป (ปรมาณการแปรรป อณหภม และอตราการ

เยนตวในแตละบรเวณ เชน บรเวณผว และบรเวณใจกลาง) ทมผลตอโครงสรางสดทาย (Final

Structure)

นาขอมลผลการศกษามาประยกตใชในการกาหนดกระบวนการขนรป/แปรรป ใหเหมาะสม

สอดคลองกบสวนผสมทางเคม ทาใหไดผลตภณฑเหลกเกรดทตองการไดตอไป

สามารถทจะควบคมโครงสรางสดทาย (Final Structure)ของผลตภณฑเหลกรปพรรณใหม

คณสมบตสมาเสมอ (Uniform Microstructure) และมโครงสรางจลภาคตามทตองการ

1.3. ผลลพธทคาดวาจะไดรบ

เขาใจความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงโครงสรางในระหวางกระบวนการผลตกบตวแปรใน

กระบวนการผลต (ปรมาณการแปรรป) และสามารถผลตผลตภณฑเหลกทมโครงสรางจลภาค และ

สมบตทางกลสมาเสมอได

สามารถนาขอมลพฤตกรรมของวสด และการจาลองทางคอมพวเตอรไปประยกตใชในการ

ออกแบบกระบวนการขนรป/แปรรปเหลกกลาเกรดทตองการจะทาการผลตได

1.4. ขอบเขตการดาเนนงาน

วเคราะหสมบตของวสดทอณหภมสงศกษาความสมพนธระหวางการเปลยนแปลงโครงสรางใน

ระหวางกระบวนการผลตกบตวแปรในกระบวนการผลตในกระบวนการตขนรปรอน โดยพจารณา

ชนสวนทใชเหลกกลาคารบอนทใชกนโดยทวไป

บทท 2 การศกษาขอมลเบองตน

2.1. กระบวนการตขนรปรอน

กระบวนการตขนรป (forging) ไมวาจะเปนการใชฆอน (hammer) และการกดอด (pressing)

นบเปนกระบวนการทใชในการแปรรปชนงานเพอใหเกดรปรางและสามารถนาไปใชประโยชนตามตองการ

วธการขนรปชนดนถอไดวาเปนวธการทเกาแกทสดสาหรบชางทาโลหะ แตหลงจากทมววฒนาการของ

เครองจกรกล (machinery) ทาใหเกดเครองจกรทสามารถนามาทางานแทนชางทาโลหะได และในปจจบนน

เครองจกรดงกลาวยงสามารถนาไปใชในการผลตชนงานทมขนาดเลกตงแตสกรยดชนงานจนถง ปกของ

เครองบน

ในการตขนรปโลหะนน กระบวนการโดยมากจะเปนการตขนรปรอน (hot forging) และเครองมอ

หลกทสาคญในการตขนรปนนแบงออกได 2 อยางคอ

1. forging hammer หรอ drop hammer เปนการเคลอนทดวยความเรวเขากระแทกชนงาน

2. forging press เปนการกดอดชนงานอยางชาๆ ดวยระบบไฮโดรลค

ลกษณะการขนรปชนงานดวยแมพมพมอย 2 ลกษณะคอ

1. การขนรปดวยแมพมพแบบเปด (open-die forging)

2. การขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging)

รปท 2.1 แสดงการขนรปดวยแมพมพแบบเปด (open-die forging) และปด (closed-die forging)

การขนรปดวยแมพมพแบบเปด (open-die forging) ประกอบดวยชนแมพมพแผนเรยบหรอแมพมพ

ทไมมความซบซอนมาก กระบวนการนเหมาะในการใชงานกบชนงานทมขนาดใหญ หรอจานวนชนงานไม

มากนก โดยทวไปแลวกระบวนการนจะเปนการขนรปขนตน (preform) กอนทจะนาไปผานแมพมพสาหรบ

การขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging)

การขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging) ชนงานจะถกทาใหเสยรป (deformed) ระหวาง

แมพมพทมลายพมพเหมอนกบชนงานทเสรจสมบรณแลว การเสยรปของชนงานนนเกดจากการถกอดอยใน

โพรงปดของแมพมพทประกบกนอย สาหรบชนงานทไดจะมขนาดใกลเคยงกบชนงานทตองการ

สาหรบกระบวนการตขนรปชนสวนในแบบการขนรปดวยแมพมพแบบเปด (open-die forging) นน

แบบทสามารถเขาใจไดงายทสดคอ upsetting ซงเปนการตขนรปของบลเลตทรงกระบอกระหวางแมพมพ

หนาเรยบทงสองดาน การทดสอบแบบกด (compression test) (ตามรป 2.2) เปนการยอกระบวนการทม

ลกษณะเหมอนกบกระบวนการ upsetting โดยลกษณะการไหลของเนอโลหะทออกไปทางดานขางระหวาง

ผวของแมพมพ จะมการเสยรปไมมากนกทบรเวณผวสมผสระหวางชนงานกบแมพมพ เพราะวามแรงเสยด

ทานเกดขนระหวางวสดทงสองมากกวาระนาบทอยกลางชนงาน ดงนนดานขางของทรงกระบอกจะปอง

ออก เนองจากแรงเสยดทานทบรเวณหนาสมผสนนทาใหเกดการหนวงการเคลอนทของการไหลของเนอ

วสด

รปท 2.2 แสดงการทดสอบแบบกด (compression test)

รปท 2.3 แสดงลกษณะการตขนรปแบบตาง ๆ

ลกษณะตางๆ ของการตขนรปรอนมดงตอไปน (ตามรป 2.3)

Edging die ใชในการขนรปทบรเวณปลายของแทงชนงานใหเปนรปรางตางๆ ดงตวอยาง ซงเนอ

โลหะจะถกแมพมพบบอดเพอขนรปโดยทเนอโลหะจะไหลในแนวนอนและเคลอนทเปนอสระในแนวขวาง

ดวย

Fullering ใชในการลดขนาดของหนาตดในบางสวนของอปกรณ การไหลของเนอโลหะจะมทศทาง

ออกไปจากกงกลางของแมพมพ fullering ตวอยางของการขนรปงานแบบนคอ การขนรปกานสบ

(connecting rod) ในเครองยนต

Drawing down หรอ drawing out คอการลดขนาดหนาตดของชนงานลงและในขณะเดยวกนนนก

จะไดความยาวทเพมขนมาดวย

Swaging คอ การทา drawing down ในแมพมพทมโพรง (cavity) อยภายใน และยงมลกษณะการขน

รปอนๆ อกเชน bending, twisting, extrusion, piercing, punching และ indenting

การขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging) เปนกระบวนการทตองมความระมดระวงใน

การขนรปชนแมพมพโดยการใชเครองจกร (machine) เพอใหไดขนาดของแมพมพทใกลเคยงกบขนาด

ผลตภณฑ การผลตชนงานทมจานวนมากนนจาเปนทจะตองใชแมพมพทมราคาแพง ปกตแลวการทาการขน

รปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging) จะเปนตองมการทา fullered และ edged เพอทจะทาใหสามารถ

นาชนงานไปวางลงในแมพมพในขนตอนตอไปโดยตรงตามตาแหนงทตองการ

ในการขนรปขนตน (preshaped) ของแทงบลเลตนนจะทาการขนรปทแมพมพขนตนกอน

(blocking cavity) ซงหลงจากทขนรปแลวจะมขนาดทคอนขางใกลเคยงกบชนงานทตองการ โดยทวไปแลว

การขนรปในขนตอนนจะเกดการเสยรปมากทสดและจะไดขนาดชนงานทใกลเคยงมาก หลงจากนนจะ

นาไปขนรปทแมพมพ finishing die เพอขนรปใหไดขนาดชนงานตามทตองการ สาหรบชนงานทมรปรางท

ซบซอนมากจะตองมกระบวนการในการขนรปหลายครงเพอทจะคอยๆ ไลใหเนอโลหะไปในทศทางท

ตองการเพอใหไดขนาดและรปรางทตองการดวย

ในการขนรปรอนนสงทสาคญคอเนอโลหะทจะนาไปขนรปจะตองมปรมาณเพยงพอทจะเตมเขาไป

เตมแมพมพได โดยทวไปแลวจะสามารถคาดเดาการเคลอนทของเนอโลหะทถกทาใหเสยรปภายในแมพมพ

ไดยาก ดงนนจงตองมการเผอเนอวสดใหเกนกวาทตองการ เมอแมพมพประกบกนในขนตอนขนรปครง

สดทาย (finishing) วสดสวนเกนจะลนออกมานอกแมพมพ เหมอนเปนแผนรบบนบางๆทเรยกวา flash และ

เพอปองกนไมใหเกดแผน flash ดงกลาวทมขนาดกวางเกนไป จงมการออกแบบรองทเรยกวา flash gutter

(ตามรป 2.4) และในขนตอนสดทายสาหรบการขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die forging) คอการตด

ขอบชนงานออกหรอการ trimming ดวย trimming die

รปท 2.4 แสดงลกษณะของ flash gutter

แตเนองจากการเกด flash นเองททาใหการเรยกชอของการขนรปดวยแมพมพแบบปด (closed-die

forging) นนผดความหมายไปบาง หากจะเรยกกระบวนการนใหถกตอง ควรเรยกวา impression-die forging

เนองจาก flash ทเกดขนนนทาหนาทเสมอน safety valve ซงสามารถชวยในการปองกนเนอโลหะไมใหไหล

ออกจากแมพมพ ซงเปนสงทสาคญมาก และ flash บางๆ ยงสามารถเพมความตานทานการไหลของเนอ

โลหะไดอกดวย และการเกดของ flash ยงเปนการเพมความดนภายในแมพมพเพอดนใหเนอโลหะภายใน

ไหลจนเตมแมพมพดวย รปท 2.5 แสดงเสนความสมพนธระหวางแรงทใชในการตขนรป (forging load) กบ

การเคลอนทเพอกดอดของแมพมพ (die advance) สาหรบกระบวนการของการขนรปดวยแมพมพแบบปด

(closed-die forging) เทคนคในการออกแบบแมพมพคอตองการใหเกด flash ทบางทสดเพอลดปญหาท

อาจจะเกดเชน การสกหรอและการแตกราวของแมพมพ รวมถงการลดแรงกดทตองใชในกระบวนการได

ดวย

รปท 2.5 แสดงเสนความสมพนธระหวางแรงทใชในการตขนรป (forging load) กบการเคลอนทเพอกดอด

ของแมพมพ (die advance)

สงทสงผลกบการไหลของวสดเปนอยางมากคอรปรางทางกายภาพ (geometry) ของชนสวนท

ตองการผลต รปรางทเปนทรงกลมหรอเปนกลองจะเปนรปรางทสามารถทาการขนรปไดงาย สาหรบรปราง

ทมรปทรงบางหรอยาว จะยากในการขนรปมากกวารปรางขางตน เนองจากรปรางนมพนทผวสมผสตอ

หนวยปรมาตรทมากกวาดวย และยงมผลกระทบจากแรงเสยดทานและอณหภมดวย

ความเคนตกคางทเกดขนในกระบวนการตขนรปนนเสมอนกบเปนความไมสมาเสมอของการเสย

รป (inhomogeneous deformation) ซงเกดขนนอยมากในกระบวนการตขนรปรอนน แตอยางไรกตามการ

เกดความเคนตกคางและการบดงอของวสดกยงอาจเกดขนไดจากกระบวนอบชบ (quenching) ทางความ

รอน (heat treatment)

ดงนนจงตองมการสงเกตและระมดระวงอยางมากในระหวางกระบวนการคายความรอนของ

ชนงานขนาดใหญ โดยปกตชนงานทมขนาดใหญและผานการขนรปนนจะมการเรมเกดรอยแตกราวเลกๆ

หรอ flake ซงมกจะเกดขนทกงกลางของหนาตดชนงาน การเกด flake นมความสมพนธกบปรมาณของ

ไฮโดรเจนทมอยในเนอของ ingot ขนาดใหญเปนปกตอยแลว ดงนนเพอเปนการปองกนไมใหเกดการเพม

ของอณหภมหรอความเคนตกคาง การขนรปสาหรบชนงานทมขนาดใหญจงจาเปนจะตองมการควบคมการ

เยนตวของชนงานใหเกดการเยนตวอยางชาๆ เพอลดความเสยหายทอาจจะเกดขนกบชนงาน

2.2. ขนตอนกระบวนการผลต

กระบวนการตขนรปชนงานรอน (hot forging) เปนหนงในกระบวนการทใชในการผลตชนสวน

ยานยนตและผลตภณฑอนๆ ในอตสาหกรรมหลายประเภท ซงสงขายทงในและนอกประเทศ กระบวนการต

ขนรปรอนน ถอเปนกระบวนการแปรรปผลตภณฑโดยการขนรป (forming) ซงเมอเปรยบเทยบกบกรรมวธ

ในการผลตชนงานแบบอนๆ เพอใหไดผลตภณฑทมขนาดและรปทรงเดยวกนซบซอนเหมอนกน จะพบวาม

ขอไดเปรยบเปนอยางมาก หากเปรยบเทยบกบชนงานทไดจากการผานกระบวนการแปรรปทางกล

(machining) จะเหนวาทงเวลาและตนทนในการผลตชนงานใหลกษณะเดยวกน ในปรมาณทตลาดตองการ

นน การผลตดวยกระบวนการแปรรปทางกลจะใชเวลาและตนทนในการผลตทสง หากเทยบกบ

กระบวนการผลตทใชการหลอ ซงจะมตนทนทตากวา และใชเวลาไมตางกนมาก แตหากพจารณาถงสมบต

ทางกลของวสด (mechanical properties) จะพบวาสมบตทางกลของชนงานทผลตจากการตขนรปจะมความ

แขงแรงสงกวาชนงานหลอ ซงเหมาะในการใชในงานทตองรบภาระทางกล (mechanical load) สง

โดยในทวไปแลวในกระบวนการตขนรปรอนนนตองมการเพมอณหภมของชนงานใหสงขนดวย

การเผาชนงาน เมออณหภมทวทงชนมอณหภมสงมากกวาอณหภมทจะทาใหโครงสรางทางจลภาค

เปลยนเปนออสเตนไนต (austenite phase) ทงหมด ซงในเฟสทเกดนจะมสมบตทางกลทลดลง เชน ความ

แขงแรง (strength of material) จดคราก (yield strength) ทตาลง ทาใหสามารถทาการขนรปไดงายและใช

แรงในการขนรปตากวาการขนรปชนงานทอณหภมหอง โดยทวไปแลวอณหภมของชนงานจะอยประมาณ

1100 – 1200°C ในสวนของระยะเวลาในการใหความรอนนน จะขนอยกบขนาดของวสดมตองการเผาเพอ

นาไปใชในการผลต และหลงจากทไดผานการขนรปแลวยงมการนาไปผานการอบชบความรอน (heat

treatment) เพอใหชนงานทผานการอบชบ มความแขงแรง และมโครงสรางจลภาคตามทตองการ

หากพจารณาถงแมพมพทใชในการขนรปเองกจะไดรบผลกระทบจากการใชงาน โดยสงเกตจากจด

ทไดรบความเคนสง (hot spot) และเมอวสดมอณหภมทสงขนจะปฏบตตวคลายกบของไหลทมความหนด

สงดงนนความเรวสมพทธ (relative velocity) ของเนอวสดทวงผานผวของแมพมพ กจะมผลทาใหเกดการ

สกหรอของผวทไมเทากนเกดขนดวย และอณหภมทเปลยนแปลงไปอยางมากของแมพมพเองกมผลทาให

อายการใชงานของแมพมพลดลง

ดงนนในการควบคมคณภาพของงานตขนรปรอน (hot forging) จงตองมการทาความเขาใจกบ

สมบตของวสดทนามาทาการขนรป ลกษณะการถายเทความรอนของชนงาน การควบคมการเยนตวของ

ชนงานเพอใหไดโครงสรางและความแขงแรงตามทตองการ

2.3. กระบวนการผลต

กระบวนการผลตชนสวนยานยนตดวยกระบวนการตขนรปรอน (hot forging) นน สามารถแบงแยก

ขนตอนการผลต ดงน

1. การตดชนงาน (shearing process)

2. การเตรยมแมพมพ (die pre heating)

3. การอนชนงาน (pre heating by induction furnace)

4. การตขนรปรอน (hot forging process)

5. การตดขอบชนงาน (trimming process)

6. การขดผวโดยการใชเครองยงทราย (shot blast)

7. การอบชบความรอน (heat treatment)

8. การตรวจสอบชนงาน (inspection)

รายละเอยดการผลตชนงาน

การตดเตรยมชนงาน (shearing process)

เรมจากการนาแทงบลเลตมาตดดวยเครองเฉอน (shear) หรอ เลอย (band saw) เพอใหไดขนาด

ตามทสวนงานออกแบบไดออกแบบไว ในการตดชนงานนมผลโดยตรงกบการตชนงานวาสามารถตไดเตม

แมพมพหรอไม เนองจากหากตดสนเกนไป กจะไมสามารถตชนงานใหเตมแบบได แตหากตดยาวเกนไปก

จะทาใหสญเสยวตถดบมากเกนไป

รปท 2.6 แสดงเครองจกรทใชในการตดวตถดบ ทางดานซายเปนเครองเลอย (band saw) และทางดาน

ขวามอเปนเครองเฉอน (shear)

การอนชนงาน (pre heating furnace)

การอนชนงานใหรอนจนถงอณหภมทตองการ โดยนาชนงานทผานการตดจากเครองเฉอนหรอ

เลอย ผานเขาไปในเตา เพอเผาใหอณหภมชนงานอยทประมาณ 1200-1250°C และใหชนงานทงชนม

อณหภมเทากนทงหมด เนองจากหากอณหภมของชนงานไมเทากน จะทาใหการตชนงาน (forging) ไมได

รปรางอยางทตองการหรออาจจะทาใหตองใชแรงตมากกวาทไดออกแบบไว

การเตรยมแมพมพ (die pre heating)

แมพมพทใชในงานตขนรปรอนนกอนการใชงานตขนรปรอน จะตองทาการอนแมพมพเพอให

อณหภมสงประมาณ 200-250°C เพอเปนการลดความแตกตางของอณหภมระหวางชนงานทนามาตขนรป

รอนและแมพมพ เนองจากหากอณหภมตางกนสงมากอาจจะทาใหชนงานถายเทความรอนใหกบแมพมพจน

อณหภมในการตชนงานตาลงมาก ซงจะทาใหเครองจกรตองทางานหนกมาก และยงลดความแตกตางของ

อณหภมแมพมพในระหวางรอบการทางาน ซงหากแมพมพมอณหภมสงจะทาใหขนาด (dimension) ของ

แมพมพเปลยนแปลง ซงกมผลกบรปรางของชนงานดวย

การตขนรป (hot forging process)

การตขนรปชนงานรอนน โดยทวไปมขนตอนการตขนรปดงน

1. การตยน (upsetting) หรอการดดชนงาน (bending) เพอ

2. การตขนรปขนตน (block process) เปนการตขนรปชนงานเพอใหไดรปรางและขนาด

คราวๆ และเปนขนตอนทตองการการใชแรงในการตสงทสด

3. การตขนรปชนงานสาเรจ (finish process) เปนการตขนรปชนงานเพอใหไดขนาดใกลเคยง

กบแบบตามทไดกาหนดไว

หลงจากทชนงานไดผานการตขนรปแลว พนกงานจะทาการฉดพนนาแกรไฟตเพอเปนการลดอณหภมของ

แมพมพ และยงทาหนาทเสมอนสารหลอลน (lubricant) เพอเปนการลดความเสยดทานในการทตขนรป

ชนงานครงตอไป

การตดขอบชนงาน (trimming process)

ชนงานทไดผานการตขนรปชนงานมาแลวจะมขอบของชนงาน (flash) ทเกดจากการไหลของวสด

ขณะตขนรปลนออกมาจากแมพมพ และจะตองทาการตดออก (trimming) กอนทจะนาไปผานกระบวนการ

ตอไป

การขดผวโดยการใชเครองยงทราย (shot blast)

เนองจากในขณะทาการตขนรปรอน ชนงานจะเกดการทาปฏกรยากบอากาศ (oxidation) จนทาให

เกดสเกล (scale) ทผวของชนงาน ทาใหไมสามารถทาการตรวจสอบรอยตาหน (defects) ทอยบนชนงาน

โดยงาย จงตองทาการขดผวกอน

การอบชบความรอน (heat treatment)

ชนงานทผานการตขนรปรอน (hot forging) จะตองทาการเผาชนงานตงตน โดยใหเหลกทถกเผาท

อณหภมคอนขางสงซงจะทาใหชนงานมขนาดเกรนทโต และคณสมบตเชงกลทดจะเสยไป (ทนแรงดงแรง

กระแทกไดนอยลง) จงจะตองนาไปปรบปรงกอนการใชงาน โดยการนาไปผานการอบชบความรอน และ

หลงจากการอบชบความรอนแลว หากผวของชนงานเกดสเกล กจะตองนาชนงานนมาผาน ขดผวอกครง

หนง

การตรวจสอบชนงาน (inspection)

การตรวจสอบชนงานโดยมากเปนการตรวจดขนาด (size & shape) และรอยตาหน (defects) บน

ชนงาน ซงมอยดวยกน 2 ประเภท คอ

1. การตรวจสอบชนงานเบองตน

2. การตรวจสอบหารอยแตกราว (cracking)

การตรวจสอบชนงานเบองตน จะปฏบตงานทหนาเครองจกรเปนสวนใหญ โดยในการตรวจสอบ

จะใชการสงเกตและประสบการณของผปฏบตหนาเครอง หวขอการตรวจสอบจะเกยวกบขนาดคราวๆ ของ

ชนงานทผานการตขนรปมาแลว ซงขนาดบางอยางสามารถสงเกตไดทนท เชน การตงฉากเมอเทยบสวน

ของ rod กบ flange ของชนงาน crank shaft ซงหากตรวจพบ กสามารถทาการแกไขการปฏบตงานไดทนท

หรอ การไหลของเนอวสดทเตมหรอไมเตมแบบแมพมพเองกสามารถสงเกตเหนได แตในบางครงเนองจาก

ในขณะทาการตขนรปรอน ชนงานจะเกดการทาปฏกรยากบอากาศ (oxidation) ทาใหเกดสเกล (scale) ทผว

ของชนงาน ซงจะทาใหการตรวจสอบดวยสายตา ไมสามารถทาไดสะดวก จงอาจตองนาชนงานทผานการต

ขนรปแลวไปผานเครองยงทราย (shot blast) ซงจะกาจดผวสเกลออกจากผวชนงาน ทาใหการตรวจสอบ

สามารถทาไดอยางมประสทธภาพ เนองจากการตรวจสอบเบองตนเปนการใชสายตา ดงนนหากเกดการ

แตกราว กไมสามารถตรวจพบได ดงนนจงมการตรวจสอบหารอยแตกราวเพมขนดวย

รปท 2.7 แสดงการเกดสเกลบนชนงานทผานการตขนรปรอน

การตรวจสอบหารอยแตกราว (cracking) เนองจากชนงานทผานการทบขนรปรอน จะเกดการเสย

รปจากการขนรปอยางมาก ซงในขณะทปลอยใหชนงานเยนตว กสามารถทาใหชนงานเกดความเครยด

ตกคางภายใน หรอการไหลของเนอวสดทเกดจากการออกแบบทไมเหมาะสมจนทาใหผวของวสดจากตาง

บรเวณกน พยายามไหลเขามารวมกนแตไมอาจรวมเปนเนอเดยวกนได และเกดเปนรอยแตกราวภายใน

(internal crack) จากสาเหตดงทกลาวมาแลวนน จะเหนไดวาเปนการยากทจะตรวจสอบดวยสายตา จงไดนา

การตรวจสอบโดยใช magnaflux ทสามารถตรวจสอบหารอยแตกราวทผวชนงานหรอหารองรอยความไม

ตอเนองภายใหผวของชนงาน

สเกลบนชนงาน

รปท 2.8 แสดงเครองมอตรวจสอบหารอยแตกบนผวและใตผวชนงาน

รปท 2.9 แสดงรอยแตกทเจอจากการตรวจสอบ

รปท 2.10 แสดงรอยแตกทเจอจากการตรวจสอบ

การตรวจสอบทงสองจะดาเนนการควบคกนไป และในการตรวจสอบรอยแตกราวนนจะทาการ

ตรวจสอบโดยอาจจะดดวยตาคราวๆ หรออาจจะตองทาการตรวจสอบทกชน หากวาชนงานนนมโอกาสเกด

การแตกราวไดมาก

2.4. เครองทดสอบการหาการขยายตวเนองจากความรอน (Deformation Dilatometer)

Deformation dilatometer เปนเครองมอสาคญในการศกษากระบวนการแปรรปรอน โดยมฟงกชนท

สามารถอบใหความรอนแกชนตวอยางในสภาพบรรยากาศควบคมหรอสญญากาศ และสามารถทาการแปร

รปรอนชนตวอยาง ตลอดจนควบคมอตราการเยนตวเมอเสรจสนการแปรรป จงสะดวกในการจาลองสภาวะ

ทใกลเคยงกบกระบวนการผลตจรง โดยใชชนตวอยางในปรมาณนอย นอกจากน ยงสามารถนาชนตวอยาง

ทผานการทดลองไปศกษาคณสมบตตางๆ เชน ปรมาณเฟสตางๆ (Phase constituent) ลกษณะและขนาด

เกรน ตะกอนของธาตผสม (Precipitate) และความแขง (Hardness) ไดอกดวย

รปท แสดงลกษณะของเครอง Deformation Dilatometer

Deformation dilatometer สามารถใชศกษาพฤตกรรมตางๆ ของโลหะ เชน

1. ความตานทานการแปรรป (Deformation load) ทอณหภมและอตราการแปรรปตาง ๆ

2. การเกดผลกใหมของโลหะระหวางการแปรรป หรอหลงการแปรรป (Dynamic recrystallization or

static recrystallization)

3. เฟสตางๆ ของโลหะทผานการอบชบความรอนทอณหภม เวลาและอตราการเยนตวตางๆ

โดยแสดงผลเปนแผนผงทสะดวกตอการใชงาน เชน Time temperature transformation (TTT)

diagram และ Continuous cooling transformation (CCT) diagram นอกจากนยงสามารถจาลองลกษณะ

โครงสรางจลภาคของโลหะทศกษากอนทาการเยนตวไดดวย เชน ขนาดเกรนของออสเตนไนต ปรมาณ

ความเครยดทโลหะไดรบกอนการเยนตว

Dilatometer สามารถวดการเปลยนความยาวของวสดและคาความตานทานทางไฟฟาเมออณหภม

เปลยนไป จงสามารถใชหาคาสมประสทธการขยายตวทางความรอน และอณหภมการเปลยนเฟสทสาคญได

นอกจากน เมอประกอบกบการตรวจสอบโครงสรางจลภาคของชนตวอยางหลงการทดสอบ เชน โดย

Microscope กจะสามารถใหขอมลเกยวกบการตกตะกอน (Precipitation) ไดอกดวย

เครอง Deformation dilatometer รน 805A/D น สามารถใหความรอนแกชนตวอยางดวยอตราการ

สงถง 100 K/s โดยขดลวดเหนยวนา และอบไดทอณหภมสงถง 1500 °C ในบรรยากาศควบคมหรอ

สญญากาศ (ระดบ 10-6 Bar) สาหรบ Load การแปรรปสงสดคอ 20 kN โดยสามารถทาการกดแปรรปโดย

รองรบความเครยด (True strain) ไดสงสดถง 1.2 และสามารถทาการแปรรปไดหลายครง (Multi-steps) เมอ

เสรจสนการแปรรป สามารถทาใหชนตวอยางเยนตวลงโดยกาซอารกอนหรอฮเลยมดวยอตราสงสดถง 100

K/s สาหรบชนตวอยางสามารถใชได 2 แบบ คอ ชนตวอยางรปทรงกระบอกขนาด d0=5mm, l0=10 mm และ

ชนตวอยางโลหะแผนขนาด w0=4mm, l0=7mm, t0≥0.5mm

ลกษณะการใชงาน

เปนเครองมอสาหรบศกษาการเปลยนแปลงของวสดทอณหภมตางๆ (ทงการเปลยนแปลง

โครงสรางจลภาค การเปลยนเฟส การเกด Precipitation ฯลฯ) โดยอาศยหลกการของการตรวจวดอตราการ

เปลยนแปลงปรมาตร (หรอความยาว) ของวสด เมอมการเปลยนแปลงอณหภม

เมอมการเปลยนแปลงอณหภม วสดจะมการเปลยนแปลงปรมาตรอยางตอเนอง และเมอถงอณหภม

ทวสดจะเกดการเปลยนแปลงโครงสรางจลภาค กจะทาใหอตราการเปลยนแปลงปรมาตรเปลยนแปลงไป

(อตราการเปลยนแปลงปรมาตรจะเพมขน หรอลดลง) ดงแสดงในรปดานลาง

อตราการขยายตวของชนงานทดสอบ เมออณหภมทเปลยนแปลงไป

เครอง Deformation Dilatometer คออปกรณทใชในการตรวจวดหาอตราการขยายตวของวสดอน

เนองมาจากการเปลยนแปลงอณหภม โดยสามารถทาการตรวจวดปรมาตรทมการเปลยนแปลงไดอยาง

ละเอยดและแมนยา ภายใตสภาวะการเปลยนแปลงอณหภมเนองจากการใหความรอน (heating rate) หรอ

การทาใหชนงานเยนตว (cooling rate) ในบรรยากาศควบคมสามารถตรวจวดการขยายตวเนองจากอณหภม

ตงแต -100 องศาเซลเซยส จนถง 1250 องศาเซลเซยส ความสามารถในการตรวจวดความเปลยนแปลงของ

การขยายตว (resolution) ละเอยดถง 1 ไมครอนเมออณหภมเปลยนแปลงไป 1 องศาเซลเซยส และสามารถ

ทาการยนยนการเกดการเปลยนแปลงของวสดไดโดยนาชนงานทผานการทดสอบแลวมาทาการตรวจสอบ

โครงสรางจลภาค (Microstructure)

ขอมลอตราการเปลยนแปลงปรมาตรของวสดทไดจากการทดสอบดงกลาว สามารถระบอณหภมท

เกดการเปลยนแปลงของวสด และยงสามารถนาขอมลดงกลาวมาใชในการสรางแผนภาพการเยนตวอยาง

ตอเนองของชนงานได (CCT Diagram) ได ดงแสดงในรปดานลาง

แผนภาพการเยนตวอยางตอเนองของชนงาน

นอกจากนแลว เครอง Deformation Dilatometer ยงสามารถประยกตใชในการจาลองกระบวนการ

ขนรปตาม Rolling Schedule หรอ Forming Pattern ทกาหนดไวไดอกดวย [ทาการทดสอบแรงกด

(compression) หรอการทดสอบแรงดง (tension) ในระหวางการเปลยนแปลงอณหภมไดอกดวย [แรงสงสดทเครอง

สามารถทาได (20kN)] ผลทไดจากการทดสอบ คอ ขอมลการเปลยนแปลงของแรง (force) ทใชอดหรอดงชนงาน

และระยะการอดหรอกด (strain) ทอณหภม (temperature) และความเรวในการอดหรอดง (strain rate) ทกาหนด

(สามารถทาการกาหนดพารามเตอรททาการทดลองได)]

ลกษณะการใชงาน จงมกจะเปนการนาขอมลการเปลยนแปลงของวสดชนดตางๆ (แผนภาพการเยน

ตวอยางตอเนอง) และขอมลสมบตทางกลของวสดทอณหภมสง (กราฟความเคนและความเครยดทอณหภม

และอตราความเครยดตางๆ) มาใชในการออกแบบกระบวนการผลต การปรบปรงพฒนากระบวนการผลต

การกาหนดพารามเตอรทใชในกระบวนการผลตใหเหมาะสม (เชน การกาหนดอณหภมทใชในการแปรรป

อตราการแปรรป อณหภมมวนเกบ อตราการเยนตว ฯลฯ) ตลอดจนการศกษาความเปนไปไดในการพฒนา

ผลตภณฑชนดใหมๆ เชน การพฒนาเหลกกลาความแขงแรงสง

ตวอยางการนาไปประยกตใชงาน : การพฒนากระบวนการรดรอนแบบ Thermo-Mechanical

Rolling) การกาหนดพารามเตอรสาหรบกระบวนการทบขนรป (Hot Forging) โดยสามารถคานวณหาแรงท

จาเปนสาหรบการรด หรอทบขนรป ณ สภาวะการผลตทกาหนด หรอคานวณหาอตราการเยนตวทเหมาะสม

สาหรบการควบคมผลตภณฑใหไดโครงสรางตามตองการ และยงสามารถทาการทดลองเพอหาโครงสราง

จลภาคทจะเกดขนจากสภาวะ/เงอนไขการผลตทกาหนดไวไดอกดวย

อตสาหกรรมทสามารถใชประโยชนจากขอมลทไดจากการทดสอบ

1. อตสาหกรรมทเกยวของกบการกระบวนการอบชบทางความรอน (Heat Treatment)

2. อตสาหกรรมตขนรปรอน (Hot Forging)

3. อตสาหกรรมการรดเหลก (Rolling Mill) ทงเหลกเสนกลม เหลกรปพรรณ เหลกแผนรดรอน

มตของตวอยางชนทดสอบสาหรบการจาลองการผลต และศกษาพฤตกรรมของวสด ณ อณหภมสง โดย

เครองDeformation Dilatometer

บทท 3 ขนตอนการดาเนนงาน

3.1. ขนตอนการดาเนนงาน

3.1.1 คดเลอกชนงานและระบวสดทตองการใชทดสอบ

3.1.2 ทดสอบวสดททาการคดเลอก โดยไดทาการคดเลอกชนงานและวสดสองชนดคอ S45C และ

S55C ซงเปนวสดทใชกนอยางแพรหลายเพอนามาทาการจาลองกระบวนการขนรปแบบทบขน

รปรอน โดยใชฐานขอมลภายในโปรแกรมคานวณเพอดผลของตวแปรทใชในการผลต ตวแปรท

ไดรวบรวมเพอนามาศกษาคอ

3.1.2.1 ขนาดของเครองจกรทใชในการตขนรปชนงาน โดยเฉพาะแรงสงสดทเครองจกร

สามารถทาได

3.1.2.2 อณหภมของชนงานระหวางการทางาน

3.1.2.3 ขอมลคาความแขงของชนงาน (as-forged) หลงจากทผานการตขนรปรอน

3.1.2.4 ขอมลการเกดตาหนบนชนงาน เชนการตไมเตมแบบ หรอเนอวสดพบเกดเปน crack

ภายใน

3.1.3 หลงจากนนทาการทดสอบเพอหาขอมลความเคนและความเครยดของวสดทอณหภมสง และทา

การทดสอบหาแผนภาพการเยนตวอยางตอเนองของวสดทงสอง จากการทดสอบทงสองวธ ก

เพอใหการคานวณแมนยาขนสมบตจากวสดทใชในการผลตจรงและสามารถนาแผนภาพการเยน

ตวอยางตอเนองมาพยากรณความแขงทจะไดหลงจากการตขนรปแลว หรอหากตองการความแขง

ทสงขนนน จะตองควบคมอตราการเยนตวในรปแบบทเหมาะสม

3.1.4 แนะนากระบวนการผลตใหกบโรงงานทเขารวม

3.2. ขนตอนการทดสอบหาขอมลวสด

การทดสอบการกดอดทอณหภมสง (hot compression)

เพอใหไดขอมล flow curve ทอณหภมสง จงตองทาการทดสอบหาคาโดยใชวธการทดสอบแบบ

compression โดยเตรยมชนงานทดสอบดงรปท 4.1

รปท 4.1 ภาพรางมตของชนงานทดสอบ

ขนตอนในการทาการทดสอบคอเตรยมวสดการเมอทดสอบกดอดแลวจะมรปรางดงรป

รปท 4.2 สภาพชนงานหลงจากทไดผานการกดอด

บทท 4 ผลการดาเนนงาน

4.1. ผลการทดสอบวสดทอณหภมสง

การทดสอบนตองมการกาหนดตวแปรในการกดอด คอ strain rate, max. strain และอณหภมในการ

กดอด โดยไดกาหนดตวแปรดงกลาวดงตารางท 4.1

ตารางท 4.1 การกาหนดตวแปร ในการทดสอบ

No. อณหภม True strain Strain rate

1

1150 1

0.001

2 1

3 10

4

1200 1

0.001

5 1

6 10

7

1250 1

0.001

8 1

9 10

หลงจากทไดทาการทดสอบเพอหา flow curve ของวสดทตองการนามาทาการทบขนรปรอน

ลกษณะเสนโคงแสดงความสมพนธระหวางความเคน-ความเครยดของวสดทงสองชนด ดงแสดงในรป 4.1

Stress - Strain Curve

S45C

0

20

40

60

80

100

120

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

True Strain, [-]

Tru

e S

tre

ss,

[MP

a]

T = 1150°C strain rate = 0.001

T = 1150°C strain rate = 1








รปท 4.1 เสนโคงแสดงความสมพนธระหวางความเคน ความเครยด ณ ท อณหภม และ strain rate ตางๆ กน

ของ S45C

เมอนาขอมลความเคนและความเครยดของชนงานทดสอบมาสรางเปนสมการ (constitutive

equation) เพออธบายความสมพนธ โดยสมการเลอกนนสอดคลองกบสมการทใชในโปรแกรมไฟไนตเอล

เมนท คอ

mC

เมอ คอ คาความเคน (stress, [Mpa])

คอ อตราความเครยดทเกด (strain rate, [m/m.s])

C คอ คาคงท n คอ คา strain hardening และ m คอ คา strain rate sensitivity

เมอสรางสมการทเปนตวแทนขอมลทดทสด (best fit) โดย การถดถอยแบบนอยทสด (least squares

regression) จะไดตวแปรของสมการขางตน ณ ทอณหภม และ strain ตางๆ ดงตารางท 4.2 และสามารถนา

คาทไดจากการทดสอบมาแสดงเปนรป 3 มต ดงรปท 4.2

ตารางท 4.2 แสดงคาคงท m, C ของวสด S45C

Strain

Stress, MPa

อณหภม 1150°C อณหภม 1200°C อณหภม 1250°C

m C, MPa m C, MPa m C, MPa

0.00 0.273 34.058 0.275 30.938 0.246 25.382

0.05 0.173 50.520 0.183 43.986 0.180 36.775

0.10 0.162 55.676 0.189 47.119 0.188 40.060

0.15 0.185 57.466 0.208 48.796 0.193 42.436

0.20 0.185 60.602 0.227 50.337 0.204 44.278

0.25 0.196 62.133 0.244 50.988 0.209 45.614

0.30 0.198 63.355 0.258 50.889 0.215 46.068

0.35 0.202 63.845 0.264 50.778 0.217 46.172

0.40 0.202 64.075 0.269 50.395 0.219 45.826

0.45 0.204 63.797 0.272 49.801 0.220 45.317

0.50 0.204 63.391 0.272 49.338 0.221 44.741

0.60 0.203 62.511 0.269 48.595 0.220 43.976

0.70 0.200 61.785 0.266 48.132 0.220 43.320

0.80 0.199 61.224 0.260 48.017 0.219 42.705

0.90 0.195 60.874 0.251 48.129 0.215 42.331

1.00 0.193 60.668 0.245 48.280 0.213 41.934

เมอนาตวแปรในทางวสดทไดใสเขาไปในโปรแกรมวเคราะหไฟไนตเอลเมนท โปรแกรมจะ

สามารถประมาณคานอกชวง (extrapolate) เพอหาการตานทานการเสยรปของวสดเมอม strain rate มากกวา

ขอมลทไดทาการทดสอบไว

0

20

40

60

80

100

120

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

24

68

10

Tru

e S

tre

ss,

MP

a

True

Stra

in, -

Strain Rate, s -1

Stress - Strain Curve at elevated Temperature

รปท 4.2 รปภาพแสดงความสมพนธระหวางความเคน ความเครยด ณ ท อณหภม และ strain rate ตางๆ กน

ของ S45C ในรปแบบของพนผว 3 มต

4.2. ผลการจาลองกระบวนขนรปรอนดวยโปรแกรม Finite Element

สาหรบโปรแกรมไฟไนตเอลเมนททใชในการคานวณหาการเสยรปโดยการตขนรปรอน (hot

forging) ในโครงการนคอโปรแกรม SuperForge

รปท 4.3 แสดงหนาจอการทางานของโปรแกรม SuperForge 2005

เพอเปรยบเทยบผลการคานวณกบงานการผลตจรง จงไดนาเอาตวแปรการผลตททาใหชนงานเกด

ตาหนขนเนองจากการตไมเตมแบบของชนงาน มาทดลองคานวณ หลงจากการคานวณแลวพบวา ผลการ

คานวณแสดงใหเหนวาชนงานทไดจากการตขนรปรอนนนไมเตมแบบเหมอนกบทเจอในการผลตจรงดงรป

ท 4.4 และ ลกษณะชนงานทตดงรปท 4.5

รปท 4.4 แสดงผลการคานวณทชนงานไมเตมแบบเปรยบเทยบกบชนงานปกต

จากขอมลเครองจกรทใชในการตขนรปชนงาน จะใชเครองทมแรงสงสดในการตขนรปชนงาน

1600ตน ดงนนการออกแบบจะตองไมใหแรงทใชในการตขนรปไมเกน 1600ตน แตเนองจากวา ในการ

ทางานปจจบนมปญหาเนองจากชนงานของเครองจกรเกดความเสยหายอนนาจะเกดจากแรงทสงมากเกนไป

แตไมสามารถวดแรงทเกดขนจรงได ดงนนจงตองประมาณจากการคานวณดวยโปรแกรมไฟไนตเอลเมนท

และจากการคานวณเพอเปรยบเทยบแสดงใหเหนวา แรงทใชในการตขนรปยงไมสงไปกวาขดจากดสงสด

ของเครองต

รปท 4.5 แสดงรปรางชนงานทผานการตขนรป

เนองจากฐานขอมลวสดทมอยในโปรแกรมสาเรจรปเองกสามารถนามาใชในการคานวณหาแรง

และพจารณาการเสยรปไดเชนกน แตเนองจากวสดทใชอาจจะยงไมใชวสดทผผลตใชงานในการผลต ดงนน

การนาเอาสมบตของวสดเพอนามาใชในการคานวณกจะตองมความถกตอง เพอเพมความแมนยาในการ

คานวณใหสงขน

จากผลการเปรยบเทยบดงรปท 4.6 พบวา ขอมลวสดทใชในการคานวณทไดจากฐานขอมลวสดของ

โปรแกรมและทไดจากการทดสอบจรง ยงมความแตกตางกน และใหผลการคานวณในเรองของแรงทใชใน

การตขนรปทตางกนดวย ดงนน เพอความมนใจในเรองของฐานขอมลวสด จะตองทาการตรวจวดแรงทใช

ในการตขนรปชนงานจรงๆ

0

2 106

4 106

6 106

8 106

1 107

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07

Compare Forging LoadF

org

ing

Load,

N

Time, Sec

16%

Testing Database

Program Database

รปท 4.6 เปรยบเทยบผลการคานวณแรงทใชในการตขนรประหวางขอมลวสดทไดจากทดสอบจรงเทยบกบ

ขอมลในฐานขอมลของโปรแกรมสาเรจรป

4.3. การวเคราะหลกษณะการเยนตวและความแขงของชนงาน

การทดสอบเพอหาแผนภาพการเยนตวอยางตอเนองของชนงานทไมเสยรป (continuous cooling

temperature diagram - CCT diagram) และเสยรป (deformed – continuous cooling temperature diagram -

D-CCT diagram) การทดสอบนใชชนงานทดสอบจานวนประเภทละ 12 ชนงาน โดยชนงานแตละชนจะม

ขนาดเทากน คอ ชนงานทรงกระบอกทมเสนผานศนยกลาง 5 mm. และความสง10 mm. การทดสอบเพอหา

แผนภาพน จะมการทาใหชนงานเสยรปขณะทอยในสภาวะทถกใหความรอนจนถงอณหภมทกาหนด

(อณหภมทตองการศกษา) แลวจงอดชนงานดวย strain และ strain rate สงสดทเครองมอสามารถทาได

เนองจากในกระบวนการผลตจรงมการเสยรปทสงมาก และทาใหชนงานเยนลงมาทอณหภมหอง แลวนา

ชนงานมาตรวจสอบโครงสรางพรอมทงตรวจวดความแขงของชนงาน สาหรบตวแปรทกาหนดใหกบ

เครองมอ ดงแสดงในตาราง และผลการทดสอบจะไดแผนภาพการเยนตวอยางตอเนองของวสดทงสองดง

แสดงในรป

ตารางท 4.4 แสดงตวแปรและคาทกาหนดใหกบเครองมอ (dilatometer)

ตวแปรทกาหนด คาของตวแปร

Strain 1

Strain rate 1.5

อณหภมสงสด 1200°C

รปท 4.7 แผนภาพการเยนตวอยางตอเนอง ของวสด S45C แบบมการเสยรปกอนการเยนตว

รปท 4.8 แผนภาพการเยนตวอยางตอเนอง ของวสด S45C แบบไมมการเสยรปกอนการเยนตว

หลงจากทไดแผนภาพการเยนตวอยางตอเนอง กจะนาผลการคานวณหาอตราการเยนตวของชนงาน

ทเรมจากอณหภมตงตน ประมาณ 1200°C และปลอยใหเยนตวจนถงอณหภมหอง พรอมทงทาการตรวจวด

คาความแขงของชนงานจรงเพอการเปรยบเทยบ

การคานวณหาอตราการเยนตวของชนสวนทงสอง จะใชโปรแกรมไฟไนตเอลเมนตเพอทาการ

จาลองสภาวะการเยนตว และตรวจวดอตราการเยนตว ณ ตาแหนงตางๆ

รปท 4.9 ชนงาน crank shaft วสด S45C แสดงจดวดเพอหาอตราการเยนตว

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 10 100 1000 104

Temperature Profile

Point 1Point 2

Tem

pera

ture

, C

Time, sec รปท 4.10 แสดงอตราการเยนตว ณ ตาแหนงทกาหนดไวของ ชนงานวสด S45C

จะเหนวา ณ ตาแหนงทมความหนาทบางและหนาทสด อตราการเปลยนแปลงอณหภมในชวงการ

เยนตว 700-400°C ไมมความแตกตางกนมาก ดงนนการเปรยบเทยบอตราการเยนตว สามารถนาเอาขอมล

เพยงจดเดยวมาใชในการอางองเพอการหาคาความแขงจากแผนภาพการเยนตวอยางตอเนองได ดงแสดงใน

ตารางท 4.5

ตารางท 4.5

อตราการเยนตวในชวง

(700-400°C), °C /sec ประมาณคาความแขง, HV

0.638 250-255

ผลการทดสอบวดคาความแขงของชนงานในบรเวณเดยวกบทใชในการคานวณ โดยกดทดสอบดงทแสดง

ในรปท 4.11 และ 4.12

รปท 4.11 แสดงบรเวณทตดชนงานออกเพอทาการทดสอบกดความแขง

ชนงานทดสอบท 1

รปท 4.12 แสดงบรเวณทกดวดความแขงทงหมด 5 จด ของงาน

ผลการกดวดความแขงดงแสดงในตารางท 4.6

ตารางท 4.6 แสดงผลการทดสอบคาความแขงของชนงานท 1 – S45C

จดท คาความแขง, HV

1 226

2 226

3 227

4 226

5 228

เฉลย 226.6

เมอนาผลทงการคานวณและการทดสอบหาคาความแขงมาเปรยบเทยบกน จะเหนวามความแขง

ของชนงานแตกตางกน

ตารางท 4.7 แสดงการเปรยบเทยบผลของความแขง

ผลทดสอบความแขงเฉลย, HV ประมาณคาความแขงจาก

D-CCT diagram, HV

ประมาณคาความแขงจาก

CCT diagram, HV

226.6 250-255 190

บทท 5 สรปผลการดาเนนงาน

จากผลการทดสอบหาสมบตของวสดทอณหภมสง เพอจะนามาใชในการคานวณในโปรแกรมไฟ

ไนตเอลเมนท และการทดสอบหาแผนภาพการเยนตวอยางตอเนองเพอนามาใชในการหาวธการควบคมการ

เยนตวเพอใหไดความแขงตามทตองการ สามารถสรปผลไดดงน

การนาเอาโปรแกรมไฟไนตเอลเมนท มาใชในงานออกแบบแมพมพเพอใหไดชนงาน

ตามทตองการนน สามารถสรางความมนใจไดในระดบหนง แตหากมการตรวจวดแรงทใช

ในการทางานจรงๆ เขามาเพอเปรยบเทยบผลการคานวณกจะยงสรางความมนใจมากขน

ผลการทดสอบสมบตของวสดทอณหภมสงแสดงใหเหนวามความแตกตางของแผนภาพ

การเยนตวอยางตอเนองระหวางการเยนตวอยางตอเนองทไมมการเสยรปและแบบทมการ

เสยรปของชนงานกอนการเยนตว ซงแสดงใหเหนอยางชดเจนวา การเสยรปหรอการให

strain กบวสด จะเปนการเรงใหเฟสตางๆ ทเกดในระหวางการเยนตวเกดเรวมากขน ซง

เปนเหตการณหนงทควรนามาพจารณาในการนาขอมลไปประยกตใชในระหวางการผลต

ชนงานจรง

จากผลการทดสอบ รวมทงการคานวณทไดจากโปรแกรมไฟไนตเอลเมนทและแผนภาพ

การเยนตวอยางตอเนอง (D-CCT diagram) นน แสดงใหเหนวาวธการคานวณและ

เปรยบเทยบคาจากแผนภาพ จะใหคาความแขงทใกลเคยงกบงานทดสอบจรงซงแตกตาง

จากการทดสอบประมาณ 10% ดงนน ในสวนการออกแบบและการผลต หากสามารถ

ควบคมอตราการเยนตวเพอใหไดความแขงอยางทตองการแลว จะสามารถลดหรอตด

กระบวนการอบชบทางความรอน (heat treatment) จะทาใหเวลาในการผลตสนลง

เนองจากระยะเวลาตงแตเรมตดชนงาน ตขนรปชนงาน สงชนงานทไดไปผานการทา

normalizing และเตรยมสงลกคา จะใชเวลาประมาณ 1 อาทตย แตหากลดกระบวนการทา

normalizing ซงใชเวลาประมาณ 2-4 วนลงได จะลดระยะเวลาการทางานลงไดกวา 40%

บทท 6 วจารณผลการดาเนนงาน

เนองจากในการทดลองพบวา อตราการเสยรปของชนงานนนมอทธพลกบการเกดโครงสรางของ

วสดซงเปนสาเหตใหการควบคมโครงสรางของวสดเพอใหไดโครงสรางทสมาเสมอนนเปนไปไดยาก

เพราะการแปรรปรอนกบชนงานขนาดใหญซงในบรเวณตางๆ กจะมอตราการเสยรปทแตกตางกน อกทง

อตราการเยนตวกแตกตางกนดวยเพราะนอกเหนอจากการถายเทความรอนจากชนงานสอากาศแลว ระหวาง

ชนงานกบแมพมพหรอแมกระทงการหลอลนแมพมพ ตางกทาใหเกดการถายเทความรอน จงเปนการยากท

จะรวบรวมผลของการถายเทความรอนทงหมดออกมาได ดงนนในการผลตชนสวนทไดทาการทดสอบมา

ไดแสดงใหเหนวาโครงสรางสดทายในแตละบรเวณจะมความแตกตางกน โดยแสดงออกมาในรปของคาท

ไดจากการทดสอบความแขง

ภาคผนวก ก ผลการวเคราะหโครงสรางของชนงานททดสอบดวย Dilatometer

อตราการเยนตว 0.02°C/sec, (คาความแขง 216) 200x


อตราการเยนตว 0.05°C/sec, (คาความแขง 217) 200x อตราการเยนตว 0.05°C/sec, (คาความแขง 217) 500x






อตราการเยนตว 5.95°C/sec, (คาความแขง 305) 500x อตราการเยนตว 17.45°C/sec, (คาความแขง 618)

1000x


อตราการเยนตว 29.19°C/sec, (คาความแขง 649)

1000x


อตราการเยนตว 29.19°C/sec, (คาความแขง 649) 500x อตราการเยนตว 66.32°C/sec, (คาความแขง 675)

1000x

รายงานฉบับสมบูรณ -...

Documents