วทยานพนธนสาหรบการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

มหาวทยาลยสงขลานครนทร A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of

Master of Engineering in Materials Engineering Prince of Songkla University

2553 ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

การพฒนากระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง

Development of an Aluminum Semi-Solid Extrusion Process

ธเนศ รตโนชยกล

Tanate Rattanochaikul

(1)

วทยานพนธนสาหรบการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

มหาวทยาลยสงขลานครนทร A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of

Master of Engineering in Materials Engineering Prince of Songkla University

2553 ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

การพฒนากระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง

Development of an Aluminum Semi-Solid Extrusion Process

ธเนศ รตโนชยกล

Tanate Rattanochaikul

(2)

ชอวทยานพนธ การพฒนากระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง ผเขยน นายธเนศ รตโนชยกล สาขาวชา วศวกรรมวสด

อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก คณะกรรมการสอบ

…….…………………………………… ..…………………………ประธานกรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.เจษฎา วรรณสนธ) (ผชวยศาสตราจารย ดร.ธวชชย ปลกผล)

……………….……..…………….กรรมการ อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม (ผชวยศาสตราจารย ดร.นภสพร มมงคล) ……………….………………………… …….………………………………กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.นภสพร มมงคล) (ผชวยศาสตราจารย ดร.เจษฎา วรรณสนธ)

…….………………………………กรรมการ (ดร. เรองเดช ธงศร)

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบน สาหรบการศกษา ตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมวสด

…….…………………………….……. (รองศาสตราจารย ดร.เกรกชย ทองหน)

คณบดบณฑตวทยาลย

ชอวทยานพนธ การพฒนากระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง ผเขยน นายธเนศ รตโนชยกล สาขาวชา วศวกรรมวสด ปการศกษา 2552

บทคดยอ

กระบวนการอดรดขนรปอะลมเนยม (Aluminum extrusion process) ถกใชเพอผลตชนงานทมลกษณะยาวและหนาตดคงทเชน ทอตน ทอกลวง ราง และขอบประตหนาตางเปนตน แตอยางไรกตามขอเสยทเดนชดของกระบวนการอดรดขนรปคอการอดรดโลหะในสถานะของแขงสงผลใหตองใชแรงดนอดทสงมากดงนนเครองจกรขนาดใหญทใชสาหรบการอดรดขนรปมราคาสงเชนกนจงทาใหตนทนในการผลตเพมมากขนอกดวย ดงนนในงานวจยชนนจงมจดประสงคเพอศกษาและพฒนากระบวนการอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขงทสดสวนของแขงตา ๆ (นอยกวา 30%) เนองจากการอดรดโลหะในสถานะกงของแขงนนจะชวยลดการใชแรงดนอดทสงได โดยในการทดลองนจะทาการอดรดขนรปชนงานทมลกษณะเปนแทงกลมตนขนาดเสนผานศนยกลาง 12 mm และไดใชกรรมวธการเตรยมโลหะกงของแขงทเรยกวา Gas Induced Semi-Solid หรอ GISS โดยหลกการคอทาการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะขณะแขงตว และเพอศกษาความเปนไปไดในการประยกตใชกระบวนการอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขงจงจาเปนตองศกษาและออกแบบแมพมพเบองตนสาหรบใชในการอดรดขนรป และศกษาอทธพลของตวแปรตางๆ เชนความเรวในการอดรดขนรป สดสวนของแขงเรมตน ทสงผลตอความสมบรณของชนงานอนไดแก ความยาวของชนงาน ความสมาเสมอของโครงสรางจลภาค และสมบตเชงกล ซงผลจากการทดลองพบวาโครงสรางจลภาคของชนงานทอดรดไดมความสมาเสมอตลอดความยาวจงสงผลใหมสมบตเชงกลทคอนขางสงเชน ในกรณการอดรดขนรปทสดสวนของแขงเทากบ 10% และ ความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s พบวาสมบตความแขงแรงดงสงสดและเปอรเซนตการยดตวของชนงานหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน (T6) เทากบ 276.5 ± 11.3 MPa และ 12.4 ± 0.9% ตามลาดบ และสดทายสามารถสรปไดวา ตวแปรสาคญในการอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขงทสดสวนของแขงตา ๆ คอการควบคมสดสวนของแขงเรมตนใหเหมาะสมกบความเรวในการอดรดขนรป

(3)

(4)

Thesis Title Development of an Aluminum Semi-Solid Extrusion Process Author Mr.Tanate Rattanochaikul Major Program Materials Engineering Academic Year 2009

Abstract

An aluminum extrusion process is mainly used to fabricate long tubes, beams and rods for various applications. However, this process has a high production cost due to the high investment cost of high-pressure machinery. The objective of this work is to develop a new semi-solid extrusion process using semi-solid slurry at low solid fractions. In this work, a laboratory extrusion system was used to fabricate aluminum 356 alloys rods with the diameter of 12 mm. The semi-solid metal process used in this work is the Gas Induced Semi-Solid (GISS) technique. To study the feasibility of the GISS extrusion process, the important parameter that needs to study first is the designation of extrusion die for this GISS extrusion and then the effects of extrusion parameters such as plunger speed and solid fraction on the extrudability, microstructure, and mechanical properties of extruded samples were investigated. In the results, the microstructures of the samples are quite uniform all the length of the samples so it lead to show pretty high mechanical properties, for examples, in the case of higher solid fraction and higher plunger speed (10% solid fraction and 6 cm/s plunger speed) presents the Ultimate Tensile Strength (UTS) and percent of elongation (%El) after T6 heat treatment are 276.5 ± 11.3 MPa and 12.4 ± 0.9%, respectively. It can be concluded that the plunger speed and solid fraction of the semi-solid metal need to be carefully controlled to produce complete extruded parts.

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธเลมนสาเรจลลวงไปไดดวยด ขาพเจาตองขอขอบคณ ทนงบประมาณแผนดน (เลขทสญญา AGR530031M) ทนผวจยของคณะวศวกรรมศาสตร และบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทใหการสนบสนนคาใชจายตางๆ อนเกยวของกบการดาเนนงานวจยรวมถงการเผยแพรผลงานวจยในงานประชมวชาการตางๆ

ขอขอบพระคณ ผศ.ดร.เจษฎา วรรณสนธ อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ทไดใหโอกาสในการทาวจยและมอบความไววางใจใหขาพเจาเปนผชวยวจยในหลายๆ โครงการ ทาใหขาพเจาไดรบประสบการณและความรอนมประโยชนในการทาวจย ตลอดจนใหคาแนะนาและกาลงใจทดเสมอมา

ขอขอบพระคณ ผศ.ดร.นภสพร มมงคล ทใหคาแนะนาและกาลงใจตอขาพเจาในการทางานวจยอยางดเสมอมา

ขอขอบพระคณ ผศ.ดร.ธวชชย ปลกผล และ ดร.เรองเดช ธงศร ทไดสละเวลามาเปนคณะกรรมการสอบวทยานพนธและใหขอเสนอแนะทดในครงน ซงทาใหวทยานพนธนมความสมบรณมากยงขน

ขอขอบคณ ภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะวศวกรรมศาสตร และบคลากรทกทานทใหการสนบสนนดานสถานท งบประมาณ และคาแนะนาตางๆ ซงทาใหการดาเนนงานเปนไปไดอยางราบรน

นอกจากนวทยานพนธเลมนจะสาเรจไปไมไดเลย หากไมไดรบความชวยเหลอจากทมงาน Innovative Metal Technology (IMT) ทกคน รวมถงเพอนนกศกษาปรญญาโท-เอก ทกคนซงไดใหความชวยเหลออยางเตมทในการทดลองครงน

และสดทาย ขาพเจาขอขอบพระคณ คณพอและคณแมทคอยดแลเอาใจใสตงแตเลกจนโตและเปนกาลงใจใหตลอดมา

ธเนศ รตโนชยกล

(5)

(6)  

สารบญ

หนา บทคดยอ (3) กตตกรรมประกาศ (5) สารบญ (6) รายการตาราง (9) รายการภาพประกอบ (10) สญลกษณคายอและตวยอ (15) บทท 1. บทนา 1

1.1 ความสาคญและทมาของโครงการวจย 1 1.2 ทฤษฎ สมมตฐาน หรอกรอบแนวความคดของโครงการวจย 2

1.2.1 กระบวนการอดรดขนรป 2 1.2.2 ลกษณะการไหลในกระบวนการอดรดอะลมเนยม 3 1.2.3 ตวแปรทเกยวของในการอดรดอะลมเนยม 4 1.2.4 การหลอโลหะแบบกงของแขง 8 1.2.5 เทคโนโลยการผลตโลหะกงของแขง 10 1.2.6 กรรมวธการผลตโลหะกงของแขงโดยการพนฟองแกสขณะแขงตว 11

1.3 งานวจยทเกยวของ 13 1.4 วตถประสงคของโครงการวจย 20 1.5 ขอบเขตของโครงการวจย 20 1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 20 1.7 สถานททาวจย 21

2. วธการวจย 22 2.1 วสดทใชในงานวจย 22 2.2 เครองมอและอปกรณทใชในงานวจย 22

2.2.1 เตาหลอมไฟฟา 22

(7)  

สารบญ (ตอ)

หนา 2.2.2 เบากราไฟต 23 2.2.3 เครองผลตโลหะกงของแขงดวยฟองแกสของแขงตวเวอรชน 1 24 2.2.4 เครองอดไฮดรอลกแนวนอนขนาด 20 ตนระดบหองปฏบตการ 24 2.2.5 เครองหลอฉดโลหะ 25

2.3 ขนตอนการวจย 25 2.3.1 การวเคราะหทางความรอนของโลหะทใชในการทาวจย 25 2.3.2 การเตรยมโลหะกงของแขงดวยกระบวนการ GISS 26 2.3.3 การวเคราะหสดสวนของแขงของโลหะกงของแขงทเตรยมได จาก

กระบวนการ GISS 26

2.3.4 การออกแบบและสรางแมพมพทใชสาหรบการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง

27

2.3.5 การอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขง 28 2.3.6 ขนตอนการปรบปรงสมบตดวยกระบวนการทางความรอน 31 2.3.7 ขนตอนการตรวจสอบโครงสรางจลภาค 31 2.3.8 ขนตอนการทดสอบสมบตทางกลของโลหะอะลมเนยมผสมเกรด

356 33

3. ผลและการอภปรายผล 35 3.1 การวเคราะหทางความรอนของวสดทใชในงานวจย 35 3.2 การวเคราะหสดสวนของแขงทระยะเวลาในการปลอยฟองแกสตางกน 36 3.3 การศกษาความเปนไดของกระบวนการอดรดอะลมเนยมผสมเกรด 356 ดวย

เครองอดไฮดรอลกขนาด 20 ตนระดบหองปฏบตการ 38

3.3.1 การออกแบบแมพมพและชนดของรางรองรบชนงาน 38 3.3.2 การอดรดขนรป 39 3.3.3 การวเคราะหผลจากการอดรดเบองตน 41

3.4 การอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยประยกตใชเครองฉดโลหะ 45

สารบญ (ตอ)

หนา 3.4.1 การออกแบบแมพมพ 45 3.4.2 การอดรดขนรป 46 3.4.3 การวเคราะหผลจากการอดรดโดยประยกตใชเครองฉดโลหะ 47

3.5 การวเคราะหโครงสรางจลภาคของชนงานอดรด 52 3.5.1 ผลของการวเคราะหความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคทวไป

ของชนงานอดรด 52

3.5.2 อทธพลของความเรวในการอดรดตอความสมาเสมอของโครงสราง จลภาค

55

3.5.3 อทธพลของสดสวนของแขงเ รมตนตอความสม า เสมอของโครงสรางจลภาค

57

3.5.4 โครงสรางสรางจลภาคหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน 59 3.6 การวเคราะหสมบตเชงกลของชนงานอดรด 60

3.6.1 ความแขงแรงดงสงสด 60 3.6.2 เปอรเซนตการยดตวณ จดแตกหก 62

3.7 การเปรยบเทยบผลของสมบตเชงกลระหวางชนงานทอดรดขนรปไดและสมบตมาตรฐานของชนงานอดรดทวไป

64

4. บทสรปและขอเสนอแนะ 65 4.1 บทสรป 65

4.1.1 ผลของการออกแบบแมพมพอดรดเบองตน 65 4.1.2 ผลของสดสวนของแขงเรมตนตอความสมบรณของชนงานอดรด 66 4.1.3 ผลของความเรวในการอดรดตอความสมบรณของชนงานอดรด 66

4.2 ขอเสนอแนะ 67 บรรณานกรม 69

72 ภาคผนวก ประวตผวจย 83

(8)  

(9)  

รายการตาราง

ตารางท หนา 1.1 ตวแปรตางๆ ทใชในการทาการศกษาถงกระบวนการอดรดเหลกผสมแบบกง

ของแขงดวยกรรมวธ Thixoextrusion 15

2.1 สวนผสมทางเคมของอะลมเนยมผสมเกรด 356 ทใชในงานวจย 22

2.2 ตวแปรทใชในการเตรยมโลหะกงของแขง 26 2.3 ตวแปรทใชในการศกษาความเปนไปไดเบองตนของกระบวนการอดรด

อะลมเนยมแบบกงของแขง 29

2.4 ตวแปรทใชในการศกษาตวแปรในการอดรดขนรปดวยเครองฉดโลหะ 30 3.1 สรปตวแปรทใชในการทดลองอดรดเบองตน 39 3.2 ผลจากการทดสอบความแขงแรงดงและเปอรเซนตการยดตวของชนงาน 44 3.3 สรปตวแปรทใชในการอดรดรวมกบเครองฉดโลหะ 46 3.4 สรปผลจากการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง 52 3.5 สรประยะของเฟสของเหลวบรเวณขอบชนงาน 59 3.6 ผลการทดสอบความแขงแรงดงของชนงานอดรดทเงอนไขตางกนกอนและ

หลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน 61

3.7 ผลการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงานอดรดทเงอนไขตางกนกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

63

(10)  

รายการภาพประกอบ

รปท หนา 1.1 แสดง(ก) แนวโนมปรมาณการใชอะลมเนยมและ (ข) แนวโนมการขนรป

อะลมเนยมแบบอดและรดขนรป 1

1.2 ชนดของการอดรดขนรป (ก) Direct Extrusion (ข) Indirect Extrusion 3 1.3 ลกษณะการไหลในการอดรดขนรปอะลมเนยม 3 1.4 ความสมพนธระหวางแรงดนและระยะการเคลอนทของแรม 4 1.5 ลกษณะการไหลในชวงสดทายของการอดรดขนรป 5 1.6 ความสมพนธระหวางแรงในการรดกบระยะเคลอนทแรม 5 1.7 การเปลยนแปลงของความเรวในการอดรดตอความดนทใชในการอดรดขนรป 6 1.8 ความสมพนธระหวางความเรวในการอดรดและการเพมของอณหภม 7 1.9 ความสมพนธระหวางอตราสวนการอดรดและความดนทใชในการอดรด 8 1.10 แผนภาพสมดลภาคแสดงชวงอณหภมของโลหะทอยในสถานะกงแขงกงเหลว 9 1.11 เปรยบเทยบโครงสรางและการไหลระหวางการหลอดวยน าโลหะกบโลหะกง

ของแขง (Wannasin, 2006) 9

1.12 เปรยบเทยบกระบวนการ (ก) Rheocasting และ (ข) Thixocasting 11 1.13 กรรมวธผลตโลหะกงของแขงแบบใหมดวยกระบวนการ Gas Induced Semi-Solid

(GISS process) 12

1.14 โครงสรางเกรนแบบกอนกลมทผลตไดจากกระบวนการ GISS (Wannasin et al., 2006)

12

1.15 เครองมอทใชในการผลตหรออดรดขนรปอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) ในชวงกงของแขง (B.S. Lee et al., 2005)

13

1.16 รปชนงานอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) ในชวงกงของแขงทอดรดขนรปได (B.S. Lee et al., 2005)

14

1.17 สมบตของกลของชนงานอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) หลงการอดรดดวยเงอนไขตางๆ (B.S. Lee et al., 2005)

14

1.18 แสดงลกษณะของแมพมพอดรดเหลกผสมเกรด X210CrW12 ดวยกรรมวธ 15 Thixoextrusion (F. Knauf et al., 2008)

(11)  

รายการภาพประกอบ (ตอ) รปท หนา 1.19 แสดงชนงานเหลกผสมเกรด X210CrW12 ทผานกรรมวธ Thixoextrusion

(F. Knauf et al., 2008) 16

1.20 แสดงผลจากการใชโปรแกรมจาลองการไหลของเหลกผสมเกรด X210CrW12 (F.Knauf et al., 2008)

16

1.21 แสดงโครงสรางจลภาคของชนงานเหลกผสมเกรด X210CrW12 ทผานกรรมวธ Thixoextrusion ทเงอนไขตางๆ (F. Knauf et al., 2008)

17

1.22 แสดงลกษณะของเศษอะลมเนยมทผานการบดและอดแลว (Sumio Sugiyama et al., 2008)

17

1.23 ชนงานอะลมเนยมผสมเกรด A2011 จากการอดรดขนรป (Sumio Sugiyama et al., 2008)

18

1.24 แรงทใชในการอดรดขนรปอะลมเนยมผสมเกรด A2011 (ดดแปลงจาก Sumio Sugiyama et al., 2008)

18

1.25 สมบตเชงกลของชนงานอะลมเนยมผสมเกรด A2011 (ดดแปลงจาก Sumio Sugiyama et al., 2008)

19

2.1 อนกอทอะลมเนยมผสมเกรด 356 ทใชในงานวจย 22 2.2 เตาหลอมไฟฟาชนดลวดความตานทานทใชในการทดลอง 23 2.3 ตวอยางเบาหลอมกราไฟต ทใชในการทดลอง 23 2.4 เครองผลตโลหะกงของแขงดวยการพนฟองแกสขณะแขงตวเวอรชน 1 24 2.5 เครองอดไฮดรอลกแนวตงและแนวนอนทใชในการศกษาความเปนไปไดเบองตน 24 2.6 เครองหลอฉดโลหะทใชในงานวจย 25 2.7 อปกรณและขนตอนการวเคราะหสดสวนของแขง (ก) แมพมพทองแดงทใช (ข)

การสราง Threshold ดวยโปรแกรม Photoshop และ (ค) การวเคราะหโดยใชโปรแกรม Image Tools

27

2.8 ขนตอนการอดรดอะลมเนยมกงของแขงในงานวจยน 28 2.9 ตวอยางขนตอนในการอดรดอะลมเนยมกงของแขงเบองตน 30 2.10 ตวอยางขนตอนในการอดรดอะลมเนยมกงของแขงดวยเครองฉดโลหะ 31

(12)  

รายการภาพประกอบ (ตอ)

รปท หนา 2.11 บรเวณทตดชนงานเพอนามาตรวจสอบโครงสรางจลภาค 32 2.12 ชนงานทผานการขนรปแบบรอน 32 2.13 เครองขดชนงานแบบขดหยาบและขดละเอยด 33 2.14 กลองจลทรรศนแบบใชแสง 33 2.15 ภาพ Drawing ชนงานทดสอบตามมาตรฐาน ASTM B557M 34 3.1 แสดงเสนกราฟของการเยนตว (Cooling Curves) ของอะลมเนยมผสมเกรด A356

ทนามาใชในงานวจยน 36

3.2 ชนงานทไดจากการเกบตวอยางดวยแมพมพทองแดงและบรเวณตรงกลางจะถกนาไปวเคราะหโครงสรางจลภาค

36

3.3 โครงสรางจลภาคทไดจากการทา Threshold ดวยโปรแกรม Photoshop และใชใน การวเคราะหสดสวนของแขงดวยโปรแกรม Image tools

37

3.4 ความสมพนธระหวางระยะเวลาในการปลอยฟองแกสและปรมาณสดสวนของแขง ทเกดขน

37

3.5 ชดอปกรณสาหรบใชอดรดอะลมเนยมกงของแขงเบองตน 38 3.6 แมพมพทใชในการทดลองเบองตนโดย (ก) ใชรางเหลกสาหรบรองรบชนงาน

และ (ข) ใชรางกราไฟตสาหรบรองรบชนงาน 39

3.7 ลกษณะของชนงานทไดจากการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยใชรางรองรบชนงานททาจากเหลกท (ก) ความเรวประมาณ 4 cm/s และ (ข) ความเรวประมาณ 2 cm/s

40

3.8 ชนงานทไหลผานกราไฟตออกมาบนรางเลอน 41 3.9 ชนงานทไดจากการอดรดทความเรวแตกตางกนโดย (ก) 2 cm/s (ข) 4 cm/s (ค) 6

cm/s และ (ง) 8 cm/s 42

3.10 บรเวณทตดชนงานสาหรบนามาวเคราะหโครงสรางจลภาคเบองตนดวยกลองจลทรรศนแบบใชแสงโดย (ก) แทนสวนกลาง และ (ป) แทนสวนปลายของชนงาน

42

(13)  

รายการภาพประกอบ (ตอ)

รปท หนา 3.11 โครงสรางจลภาคของชนงานทอดรดโดยใชความเรวในการอดรดและสดสวน

ของแขงเทากบ (ก) 4 cm/s 10% (ข) 6 cm/s 10% และ (ค) 8 cm/s 10% 43

3.12 โพรงหดตวระดบมหภาคและรแกสทเกดขนภายในเนอของชนงานหลงจากทาการขดหยาบดวยกระดาษทรายนา

44

3.13 ผลจากการทดสอบสมบตเชงกลเบองตนของชนงานทอดรดได 45 3.14 แมพมพทออกแบบและสรางเพอใชรวมกบเครองฉดโลหะ 46 3.15 แมพมพทออกแบบและสรางเพอใชรวมกบเครองฉดโลหะ 47 3.16 สวนประกอบของชนงานทอดรดได 48 3.17 ผวของชนงานทไดทผานและไมผานการยอมรบ (ก) ลกษณะผวทเรยบ (ข)

ลกษณะผวทขรขระ 48

3.18 ชนงานทอดรดไดทความเรวในการอดรดและสดสวนของแขงเรมตนเทากบ (ก) 2 cm/s 5% (ข) 4 cm/s 5% (ค) 4 cm/s 10% (ง) 6 cm/s 5% (จ) 6 cm/s 10% และ (ฉ) 6 cm/s 15%

49

3.19 การเปรยบเทยบชนงานชนงานทไดจากการอดรดทเงอนไขการอดรดตาง ๆ โดย (ก) ความเรวในการอดรดเทากบ 2 สดสวนของแขงเทากบ 5% (ข) ความเรวในการอดรดเทากบ 4 สดสวนของแขงเทากบ 5% (ค) ความเรวในการอดรดเทากบ 4 สดสวนของแขงเทากบ 10% (ง) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 สดสวนของแขงเทากบ 5% (จ) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 สดสวนของแขงเทากบ 10% และ (ฉ) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 สดสวนของแขงเทากบ 15%

51

3.20 ลกษณะของเฟสแอลฟาอะลมเนยมและยเทคตก 52 3.21 โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดบรเวณโคน กลาง และปลายท (ก) ความเรวใน

การอดรดเทากบ 4 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 5% (ข) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 5%

53

3.22 โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดบรเวณกลางและปลายทกาลงขยาย 500X โดย ใชความเรวในการอดรดและสดสวนของแขงเรมตนเทากบ (ก) 4 cm/s 5% (ข) 6 cm/s 5% และ (ค) 6 cm/s 15%

55

รายการภาพประกอบ (ตอ)

รปท หนา ตาแหนงของชนงานทนามาวเคราะหความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคในแนวรศม

3.23 57

3.24 โครงสรางจลภาคเปรยบเทยบระหวางบรเวณ (ก) กลาง และ (ข) ขอบของชนงาน 57 3.25 โครงสรางจลภาคบรเวณขอบของชนงานทมสดสวนของแขงเรมตนแตกตางกน

โดย (ก) ใชสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 5% ทความเรว 6 cm/s และ (ข) ใชสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 10% ทความเรว 6 cm/s

58

3.26 ลกษณะของเฟสซลกอน (ก) กอน และ (ข) หลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

59

3.27 ชนงานทใชในการทดสอบความแขงแรงดงสงสด 60 3.28 ลกษณะของชนงานทถกดงโดยเครอง UTM 60 3.29 กราฟเปรยบเทยบผลจากการทดสอบความแขงแรงดงของชนงานจากการอดรดขน

รปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน 61

3.30 ออกไซดฟลมภายในเนอชนงาน 62 3.31 กราฟแสดงการเปรยบเทยบผลจากการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงาน

จากการอดรดขนรปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน 63

3.32 64 การเปรยบเทยบผลจากการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงานจากการอดรดขนรปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

(14)  

(15)  

สญลกษณคายอและตวยอ

A พนทของอนภาคกอนกลม (Area)

Al อะลมเนยม (Aluminium)

ASTM American Society for Testing and Materials

Cu ทองแดง (Copper)

d เสนผานศนยกลางเฉลยของอนภาคกอนกลม (Particle Equivalent

Diameter)

El Elongation

ER Extrusion Ratio

F คาความกลมของอนภาค (Shape Factor)

fs สดสวนของแขง (Solid Fraction)

GISS Gas Induced Semi-Solid

HE Hot Extrusion

LSPSE Low Superheat Pouring with Shearing Field

P เสนรอบวงของอนภาคกอนกลม (Perimeter)

OES Optical Emission Spectroscopy

RE Rheo-Extrusion

SSM Semi-Solid Metal

SSR Semi-Solid Rheocasting

TE อณหภมทจดยเทกตก (Eutectic Temperature)

TL อณหภมทเสนของเหลว (Liquidus Temperature)

UTM Universal Testing Machine

UTS Ultimate Tensile Strength

YS Yield Strength

1

บทท 1

บทนา

1.1 ความสาคญและทมาของปญหาททาการวจย ปจจบนปรมาณการใชอะลมเนยมทวโลกมมากขนแสดงดงรปท 1.1 (ก) เนองจาก

อะลมเนยมมสมบตเดนหลายอยางเชน นาหนกเบา (นอยกวาเหลกประมาณสามเทา) ทนตอการกดกรอน นาไฟฟาไดด และงายตอการขนรป จงสามารถนามาประยกตใชกบงานไดหลายประเภท เชนอตสาหกรรมยานยนต ชนสวนอเลกทรอนกส ขอบประต หนาตาง งานดานการตกแตงภายในเปนตน (Kaiser Aluminum, 1997)

(ก) (ข) รปท 1.1 แสดง (ก) แนวโนมปรมาณการใชอะลมเนยม (ทมา www.azom.com) และ (ข) แนวโนม

การขนรปอะลมเนยมแบบอดและรดขนรป (ทมา www.alunet.net)

การขนรปอะลมเนยมสามารถทาไดหลายวธ เชนการหลอขนรป (Casting) การอดรดขนรป(Extrusion) การรดขนรป (Rolling) และการทบขนรป (Forging) แตกตางกนทการนาไปใชงาน ปรมาณการนาอะลมเนยมมาทาการอดรดขนรปเพมมากขนดงแสดงในรปท 1.1 (ข) ซงขอดของการขนรปแบบนคอ ไดชนงานทมความยาวตอเนองและพนทหนาตดคงท อกทงชนงานทไดจากการขนรปแบบอดรดยงมลกษณะใกลเคยงกบแมพมพ (Near Net Shape) ซงชวยลดตนทนในการนาไปตกแตงดวยเครองจกรอกครง และเมอเปรยบเทยบการใชงานระหวางการอดรดขนรป

(Million tons) 

2

และการรดขนรปพบวาการอดรดขนรปสามารถประยกตใชกบงานไดหลายประเภทมากกวา แตปญหาของกระบวนการอดรดขนรปคอ เครองจกรทมขนาดใหญเพออดโลหะในสถานะของแขงซงมราคาแพง ใชแรงอดคอนขางสง อกทงโครงสรางแบบเดนไดรต (Dendrite Structure)ในน าโลหะทเปนอปสรรคตอการไหล ตาหนทเกดจากโพรงหดตว และอน ๆ ปญหาเหลานตางเปนสงทพบในงานอดรดขนรป (Pearson, 1960) เพอแกปญหาดงกลาวจงมนกวจยหลายทานพยายามศกษาวธในการปรบปรงคณภาพของกระบวนการอดรดขนรปอะลมเนยมใหดขนเชน ลดโครงสรางเดนไดรตในน าโลหะ เพมความแขงแรงใหแกชนงานอะลมเนยม ลดปรมาณรพรนในชนงานเปนตน ซงทมวจยของ เจษฎา วรรณสนธ มเทคโนโลยการขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขงทเรยกวา Gas Induced Semi-Solid หรอ GISS ซงสามารถสรางเกรนกอนกลมขนภายในน าโลหะเพอแกปญหาโครงสรางแบบเดนไดรตและไดมการศกษาตอเนองถงผลกระทบตาง ๆ ซงการขนรปในสถานะแบบกงของแขงนอะลมเนยมจะมพฤตกรรมคลายไอศครมทาใหสามารถอดรดขนรปโดยไมตองใชเครองจกรขนาดใหญ และมราคาแพง อกทงไดสมบตเชงกลทสง ดงนนโครงการวจยชนนจะศกษาความเปนไปไดของการอดรดขนรปชนงานอะลมเนยมโดยอาศยกรรมวธ GISS เพอเปนแนวทางในการประยกตใชงานกบอตสาหกรรมตอไป 1.2 ทฤษฎ สมมตฐาน หรอกรอบแนวความคดของโครงการวจย 1.2.1 กระบวนการอดรดขนรป (Extrusion Process)

การอดรดขนรป (Extrusion) การอดรดขนรปหมายถงการอดโลหะแขงผานแมพมพ (Die) ทาใหไดชนงานทมลกษณะยาว และมพนทหนาตดสมาเสมอรปทรงตามตองการ ซงการอดรดขนรปแบงเปนสองประเภทใหญ ๆ คอ การอดรดขนรปรอน (Hot Extrusion) และการอดรดขนรปเยน (Cold Extrusion)

สมบตเดนของงานอดรดขนรปคอ (สเทพ และคณะ)

• สามารถขนรปชนงานทมลกษณะยาว (Long Length Part)

• มลกษณะของชนงานใกลเคยงกบแมพมพ (Near Net Shape)

• มจานวนเนออะลมเนยมทเสยไปจากการอดขนรปนอยมาก

• สามารถผลตชนงานไดอยางตอเนอง

• ผวของชนงานมคณภาพด การอดรดขนรปสามารถแบงออกเปน 2 ชนดตามลกษณะการอดดงตอไปน

3

1. Direct Extrusion (or Forward Extrusion) เปนการอดโลหะผานแมพมพซงชนงานทไดจะเคลอนทในทศทางเดยวกนกบทศทางของแรงอด

2. Indirect Extrusion (or Reverse Extrusion) เปนการอดโลหะผานแมพมพซงชนงานทไดจะเคลอนทในทศทางตรงขามกบทศทางของแรงอด

ลกษณะของการอดรดขนรปโลหะของทงสองชนดแสดงดงรปท 1.2

(ก) (ข) รปท 1.2 ชนดของการอดรดขนรป

(ก) Direct Extrusion (ข) Indirect Extrusion 1.2.2 ลกษณะการไหลในกระบวนการอดรดอะลมเนยม

การไหลในการอดรดขนรปอะลมเนยมจะมความเสยดทานเกดขนทงท คอนเทนเนอรและแมพมพ บรเวณโดยรอบทผวสมผสระหวางอะลมเนยมกบคอนเทนเนอรจะไหลชาลง บรเวณทเกดการเฉอนจะขยายออกไปดานหลง Dead Metal Zone จะมขนาดใหญขนเมอเรมตนบรเวณทเกดการเฉอนจะอยรอบนอกแตจะคอย ๆ ขยายเขาสศนยกลางทาใหโลหะบรเวณผวซงอาจมออกไซดหรอวสดหลอลน (หากมการหลอลน) มโอกาสทจะถกอดรดออกไปดวย ซงจะทาใหคณภาพผวทไดต าลง ซงการไหลของอะลมเนยมในการอดรดขนรปโดยมากเปนการไหลในลกษณะดงแสดงในรปท 1.3

รปท 1.3 ลกษณะการไหลในการอดรดขนรปอะลมเนยม (สเทพ และคณะ)

4

1.2.3 ตวแปรทเกยวของในการอดรดอะลมเนยม 1.2.3.1 การเปลยนแปลงความดนขณะอดรด

ในขณะอดรดนนความดนทเกดขนไมคงทจะเปลยนแปลงตามระยะการเคลอนทของแรมหรอเวลาในการอดรด แสดงในรปท 1.4 เสนอโดย Sheppard

รปท 1.4 ความสมพนธระหวางแรงดนและระยะการเคลอนทของแรม (ดดแปลงจาก Sheppard, 1999)

ชวง A อะลมเนยมถกกดดนจนเตมคอนเทนเนอร ขณะทอาจเกดการเปลยนรป

บางสวนทบรเวณผนงคอนเทนเนอรและบรเวณกอนเขาสแมพมพ เ รมเกดผนงดสโลเคชน (Dislocation Walls) ทบรเวณตาง ๆ

ชวง B อะลมเนยมถกอดตอเนอง ผนงดสโลเคชนเรมปรากฏมากขน เกรนยอย (Subgrain) เรมเกดขน โครงสรางทไมสมาเสมอน จะทาใหเกดดสโลเคชนและเกรนยอยหนาแนนมากขน โดยเฉพาะบรเวณแมพมพในชวงทายอะลมเนยมจะเรมถกอดรดออกมา โดยมโครงสรางทมความหนาแนนของดสโลเคชนตาคลายกบโครงสรางจากงานหลอ

ชวง C เปนชวงทมความดนสงทสดขอบเขตของชวงนขนอยกบชนดของโลหะเจอ ในชวงเรมตนของชวงน Dead Metal Zone ยงไมปรากฏ Dead Metal Zone จะปรากฏขนชดเจนในชวงทถงจดทเกดความดนสงสด

5

ชวง D เปนชวงทอาจเรยกวาเปนสภาวะคงตว ในชวงนอณหภมจะสงขนและความเสยดทานระหวางอะลมเนยมกบคอนเทนเนอรจะลดตาลงเนองจากการลดลงของแทงอะลมเนยม ทาใหความดนลดลงอยางตอเนอง

ชวง E เปนชวงทความดนจะเรมสงขน เนองจากปรมาณอะลมเนยมทนอยลง ทาใหการไหลของอะลมเนยมไหลไดยากในแนวรศม ความดนจงสงขนเนองจากการกดอดอะลมเนยม ในทางปฏบตนนการอดรดขนรปควรสนสดลงกอนการเกดชวง E ลกษณะการไหลแสดงดงรปท 1.5 (Kaiser Aluminum &Chemical Sale, 1997)

รปท 1.5 ลกษณะการไหลในชวงสดทายของการอดรดขนรป (ดดแปลงจาก Sheppard, 1999)

ลกษณะของแรงในการอดรดขนรปมการเปลยนแปลงลกษณะเชนเดยวกบความ

ดนในการอดรดขนรป โดยจากกราฟความสมพนธระหวางแรงในการอดรดกบระยะเคลอนทของแรม สามารถแสดงถงงานสวนตาง ๆ ทใชในการรดดงรปท 1.6

รปท 1.6 ความสมพนธระหวางแรงในการรดกบระยะเคลอนทแรม (ดดแปลงจาก Kaiser Aluminum &Chemical Sale, 1997)

6

บรเวณ A เปนงานทใชในการอดรดอะลมเนยม (Upsetting Work) เมอเรมตน บรเวณ B เปนงานทใชเมออะลมเนยมเรมเปลยนรป (Initiate Deformation Work) บรเวณ C เปนงานทใชในการเปลยนรป (Deformation Work) บรเวณ D เปนงานในการเอาชนะความเสยดทานและการเฉอน (Overcome Friction and Shearing Work) 1.2.3.2 อทธพลของความเรวอดรดตอความดน

การเปลยนแปลงความเรวในการอดรดขนรปผลสงตอความดน โดยหากใชความเรวในการอดรดทสงขนจะมผลทาใหตองใชความดนสงขนดวยแสดงดงรปท 1.7

รปท 1.7 การเปลยนแปลงของความเรวในการอดรดตอความดนทใชในการอดรดขนรป (ดดแปลง

จาก Kaiser Aluminum &Chemical Sale, 1997)

1.2.3.3 อทธพลของความเรวอดรดตออณหภม ความเรวในการอดรดมผลตอการเพมขนของอณหภม โดยหากอดรดดวยความเรว

สงมผลทาใหอณหภมในการอดรดเพมขนมากกวาการอดรดทความเรวตากวา จากรปท 1.8 เหนไดวาเมออดรดดวยความเรวทสง การเพมขนของอณหภมมากกวาอดรดดวยความเรวทตากวา นอกจากนในการอดรดดวยความเรวทเทากนนนอณหภมทผวจะเพมขน เรอย ๆ ตามระยะเคลอนทของแรมทเพมขน การเปลยนแปลงของอณหภมดงกลาวมผลจากความรอนทเกดขนเนองจากสาเหตดงน

1. ความรอนทเกดขนเนองจากการเปลยนรปในสภาพพลาสตก

7

2.ความรอนทเกดขนเนองจากการเฉอนและความเสยดทานระหวางอะลมเนยมทเปลยนรปกบเครองมอ 3. ความรอนทถายเทภายในบลเลท 4. ความรอนทถายเทระหวางบลเลทกบเครองมอ 5. ความรอนทสงผานออกไปกบอะลมเนยมทอดรดแลว

การเพมขนของอณหภมทผวจะสงกวาภายใน ซงการเพมของอณหภมทผวน มผลตอคณภาพของอะลมเนยม โดยอณหภมทผวนจะตองไมเกนกวาอณหภมวกฤตททาใหอะลมเนยม จากการอดรดเกดการฉกขาดทผว (Hot Shortness) โดยเฉพาะในชวงทายการอดรด จากเหตผลดงกลาวขางตนทาใหมความพยายามในการพฒนาการอดรดทเรยกวา การอดรดทอณหภมคงท (Isothermal Extrusion) โดยการอดรดแบบนจะอาศยวธควบคมความเรวในการอดรดใหเปลยนแปลงตามระยะการเคลอนทของแรม หรอปรบการใหความรอนเพอใหอณหภมเรมตนของบลเลทใหไมเทากน (Taper Heating) โดยใหดานทอณหภมสงถกอดรดกอนดานทมอณหภมตากวา

รปท 1.8 ความสมพนธระหวางความเรวในการอดรดและการเพมของอณหภม

(ดดแปลงจาก Kaiser Aluminum &Chemical Sale, 1997) 1.2.3.4 อทธพลของอตราสวนอดรดตอความดน

อตราสวนการอดรด (Extrusion Ratio :ER) คออตราสวนของพนทหนาตดของบลเลทตอพนทหนาตดรวมของชองแมพมพ โดยเมออตราสวนการอดรดสงยอมตองใชความดนในการอดรดทสงขน แสดงดงรปท 1.9 ในบางกรณการลดคาอตราสวนการอดรดอาจทาไดโดยการใชการอดรดพรอมกนหลายเสน

8

รปท 1.9 ความสมพนธระหวางอตราสวนการอดรดและความดนทใชในการอดรด (ดดแปลงจาก Kaiser Aluminum &Chemical Sale, 1997)

ชนงานทไดจากการอดรดขนรปไดแก ทอ รางมานทเปนอะลมเนยม เปนตน

ขอจากดของการอดรดขนรปคอ จะตองใชเครองจกรทมกาลงสงทาใหมตนทนการผลตทสงและสวนมากจะผลตอะลมเนยมเกรด 6061 หรอ 6063 เนองจากมสมบตการไหลทด แตสมบตเชงกลทไดจะไมสงมาก

1.2.4 การหลอโลหะแบบกงของแขง (Semi-Solid Metal Casting)

การหลอโลหะแบบกงของแขง (Semi-Solid Metal Casting) ถกคนพบเปนครงแรกในชวงตนป 1970 โดย Spencer และ Flemings ทสถาบนเทคโนโลยแหงรฐแมสซาชเซตส (Massachusetts Institute of Technology, MIT) (Spencer, 1971) จนถงปจจบนกนบเปนเวลาเกอบ 40 ปแลวทไดมการวจยและพฒนากนมาตลอดอยางตอเนอง โดยการหลอโลหะแบบกงของแขงนเปนการขนรปโลหะดวยการหลอในขณะทโลหะอยในสถานะกงแขงกงเหลว (Mushy State) ดงแสดงในรปท 1.10 ซงโลหะจะมการแขงตวเปนบางสวน โดยโลหะสวนทแขงตวแลวจะมโครงสรางเกรนไมเปนแบบเดนไดรต (Non-Dendritic Grain) หรอเกรนแบบกอนกลม (Spheroidal หรอ Globular Grain) ดงรปท 1.11(ก รปขวา) ซงเกรนกอนกลมทลอยอยในน าโลหะนจะทาใหโลหะกงของแขง มความหนดมากกวาน าโลหะทวไปหลายเทา ทาใหการไหลเขาแมพมพไมเปนแบบปนปวน (Non-Turbulent หรอ Laminar Flow) รปท 1.11 (ข) แสดงการไหลเปรยบเทยบระหวางนาโลหะทวไป (รปซาย) และโลหะกงของแขง (รปขวา) และรปท 1.11 (ค) เปรยบเทยบการ

9

ไหลของน าโลหะทวไปทมโครงสรางเกรนแบบเดนไดรต (รปซาย) กบโลหะในสภาวะกงแขงกงเหลวทมโครงสรางเกรนแบบกอนกลม (รปขวา) ซงจะเหนไดชดเจนวาโลหะกงของแขงมการไหลทราบเรยบกวามาก (Wannasin, 2006)

รปท 1.10 แผนภาพสมดลภาคแสดงชวงอณหภมของโลหะทอยในสถานะกงแขงกงเหลว

รปท 1.11 เปรยบเทยบโครงสรางและการไหลระหวางการหลอดวยนาโลหะกบโลหะกงของแขง

(Wannasin, 2006)

ก

ข

ค

Tem

pera

ture

(°C

)

%Alloying Element

10

1.2.5 เทคโนโลยการผลตโลหะกงของแขง (Semi-Solid Metal Processing Technology) วธการผลตโลหะกงของแขงทสามารถใชไดในอตสาหกรรมมอยสองวธ ไดแก

กรรมวธ Thixocasting และกรรมวธ Rheocasting โดยในชวงแรกของการประยกตใชโลหะกงของแขงในอตสาหกรรมไดคาสตง จะทาโดยกรรมวธ Thixocasting ซงเรมจากการผลตแทงอะลมเนยมทมโครงสรางเกรนแบบ Equiaxed ทละเอยดมากโดยการหลอแบบตอเนอง (Continuous Casting) ทมการกวนน าโลหะขณะแขงตวดวย จากนนโรงงานผลตชนงานไดคาส จะซอแทงอะลมเนยม (Billet) น และตดเปนทอนๆ แลวนามาใหความรอนโดยใช Induction Heating เพอใหอณหภมแทง Billet อยในชวงกงแขงกงเหลวอยางรวดเรว โดยโครงสรางเกรนแบบ Equiaxed ทละเอยดมากนจะเตบโตและ Coarsen เปนเกรนแบบกอนกลมในเวลาอนสน จากนนแทงอะลมเนยมกงของแขงหรอทเรยกวา Slug นกจะถกอดเขาไปในแมพมพ แสดงดงรปท 1.12 (ข) ชนสวนทผลตดวยกรรมวธ Thixocasting สามารถนาไปอบชบเพอเพมสมบตเชงกล ทาใหชนงานอะลมเนยมเหลานสามารถนาไปใชแทนเหลกหลอในรถยนตได (Wannasin, 2006)

ถงแมวาเทคโนโลยการหลอโลหะแบบกงของแขงจะมการวจยและพฒนามาอยางตอเนอง แตการประยกตใชกระบวนการ Thixocasting ในอตสาหกรรมกยงมอยจากดมาก โดยมการผลตแคประมาณ 20,000 – 25,000 ตนของชนสวนอะลมเนยม ในป 2001 (de Figueredo, 2001) สาเหตสาคญททาให Thixocasting ไมไดมการใชอยางแพรหลายมดงน

1. ตองการการลงทนสงในการซออปกรณตางๆ เชน อปกรณตดแทงอะลมเนยม ชดใหความรอนแบบเหนยวนา (Induction Heating Cell) อปกรณทใชยายแทง Slug และตองลงทนในการแกไขเครอง Die Casting หรอตองซอเครองใหมเพอใหใชกบแทง Slug ได

2. ราคาของแทงอะลมเนยม (Billet) ทมราคาแพงกวาอะลมเนยมอนกอท (Ingot) ทใชในการหลอทวไป ประมาณ 35 – 40% (DasGupta, 2004) ทาใหราคาของชนสวนทผลตดวย Thixocasting มราคาสงและไมคมคากบการผลตชนสวนหลายชนด นอกจากราคาของแทง Billet ทสงแลว การทชนสวนทเปน Runner และ Overflow หรอ Reject ตางๆ ไมสามารถนามาหลอมใชใหมในโรงงานได ทาใหราคาตนทนของวตถดบสงขนดวย

ดวยขอจากดของกรรมวธ Thixocasting เปนทเหนไดชดในอตสาหกรรมและในกลมนกวจย โดยในชวงประมาณ 10 ปทผานมา การวจยและพฒนาเปลยนไปเปนการมงใชกรรมวธ Rheocasting แทน ซงกรรมวธ Rheocasting เปนการผลตโลหะกงของแขงในโรงงานหลอโดยตรง (รปท 1.12 ก) โดยสามารถผลตจากแทงอนกอตของโลหะทใชกนทวไปและสามารถนาชนสวนทเปน Runner และ Overflow หรอ Reject ตางๆ มาหลอมและผลตเปนโลหะกงของแขงเพอใชใหม

11

ไดอก ซงทาใหตนทนในการผลตตาลงอยางมาก ทาใหกรรมวธ Rheocasting มศกยภาพทจะใชผลตชนสวนตางๆไดอยางไมจากด (Wannasin, 2006)

รปท 1.12 เปรยบเทยบกระบวนการ (ก) Rheocasting และ (ข) Thixocasting

1.2.6 กรรมวธการผลตโลหะกงของแขงโดยการพนฟองแกสขณะแขงตว (Gas Induced Semi - Solid, GISS Process)

ปจจบนมการวจยและพฒนาเทคโนโลยการผลตโลหะกงของแขงแบบใหมขนในประเทศไทย นาโดย ผศ.ดร. เจษฎา วรรณสนธ อาจารยและนกวจยจากภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด มหาวทยาลยสงขลานครนทร โดยมทปรกษาจากสหรฐอเมรกาหลายคน รวมทง Prof. Merton Flemings จาก MIT กาลงวจยและพฒนากรรมวธ Rheocasting แบบใหม ภายใตการสนบสนนของโครงการสมองไหลกลบ สวทช. ซงไดยนจดสทธบตรในประเทศไทยและในตางประเทศแลว โดยกระบวนการนจะใชการพนฟองแกสเฉอย เชน แกสอารกอนหรอไนโตรเจน ผานแทงกราไฟตพรนในปรมาณทนอยมากใหไหลลงไปในน าโลหะเพอผลตโลหะกงของแขง โดยใชหลกการการเคลอนยายของน าโลหะและการดดความรอนเฉพาะจด ซงวธการนฟองแกสจะเปนตวกลางในการกวนและแทงกราไฟตพรนจะเปนตวดดระบายความรอน ดงแสดงในรปท 1.13 และเรยกกรรมวธแบบใหมนวากระบวนการ Gas Induced Semi-Solid หรอทเรยกสนๆ วา กระบวนการ GISS ซงผลจากการวจยและพฒนากระบวนการทผานมาแสดงใหเหนวาเทคนคนสามารถผลตโลหะกงของแขงทมโครงสรางเกรนแบบกอนกลมได

(ก)

(ข)

12

รปท 1.13 กรรมวธผลตโลหะกงของแขงแบบใหมดวยกระบวนการ Gas Induced Semi-Solid

(GISS process)

ดวยวธการนเนองจากแทงกราไฟตไมตองมการหมนจงกอใหเกดประโยชนหลายดาน เชน ทาใหเราสามารถตอระบบหลอเยน (Cooling) และระบบเซนเซอรเขาไปกบระบบทงหมดของกระบวนการไดอยางงายไมซบซอน และเนองจากจะไมเกดกระแสวนในน าโลหะ ดงนนจะไมทาใหเกดปฏกรยาออกซเดชนเพมขน (Wannasin et al., 2006)

รปท 1.14 โครงสรางเกรนแบบกอนกลมทผลตไดจากกระบวนการ GISS (Wannasin et al., 2006)

13

1.3 งานวจยทเกยวของ

B.S. Lee และคณะ (2005) ไดทาการศกษาพฤตกรรมการอดรดขนรปอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) ในชวงกงของแขง (Semi-solid State) โดยไดทาการขนรปชนงานทมลกษณะเปนแทงทรงกระบอก (Cylindrical Rod) ดวยเครองอดไฮดรอลก อดน าโลหะผานแมพมพ (Extrusion Die) แสดงดงรปท 1.15

รปท 1.15 เครองมอทใชในการผลตหรออดรดขนรปอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) ในชวงกงของแขง (B.S. Lee et al., 2005)

โดยในงานวจยนไดศกษาตวแปรเบองตนดงน อณหภมในการอดรด (Extrusion

Temperature) ความเรวเรมตนของแทนอด (Initial Ram Velocity) และผลของการทาเกรนรไฟนง (Grain Refining) ในการทดลองกาหนดใหเทน าโลหะลงคอนเทนเนอร ทอณหภม 660°C และ อดน าโลหะท 630°C 610°C และ 590°C อณหภมของแมพมพคอ 500-520°C และความเรวทใชในการอดน าโลหะอยระหวาง 2-11 mm/s ผลจากการศกษาพบวาจากชนงานทไดจากการอดรดแบงเปนสามสวนคอ Squeezed Liquid Melt-extruded bar และ Unextruded solid แสดงดงรปท 1.16 และสามารถลดปรมาณของ Squeezed liquid ดวยการลดอณหภมและความเรวเรมตนในการอดรด อกทงหากใส Grain refiner ลงไปกจะชวยปรบโครงสรางใหดขนทาใหมปรมาณของ Squeezed liquid นอยลงอกดวย

14

รปท 1.16 รปชนงานอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) ในชวงกงของแขงทอดรดขนรปได

(B.S. Lee et al., 2005)

ตอมา B.S. Lee และคณะ ไดทาการศกษาตอในเรองของสมบตเชงกลของชนงานทผานการอดรดขนรป พบวาทเงอนไขเดยวกนคาความแขงแรงดง (Tensile Strength) และ เปอรเซนตการยดตว (%Elongation) ของชนงานททาการอดรดขนรปในชวงกงของแขง จะมคาสงกวาชนงานทอดแบบปกตในสภาวะหลงการอดรด โดยการอดรดแบบทวไปมคาคาความแขงแรงดงเทากบ 230 MPa แตการอดรดแบบกงของแขง มคาความแขงแรงดงเทากบ 270 MPa ดงแสดงในรปท 1.17

รปท 1.17 สมบตเชงกลของชนงานอะลมเนยมผสมทองแดง (Al-4.5%Cu) หลงการอดรดดวยเงอนไขตางๆ (B.S. Lee et al., 2005)

SE : Semi-Solid Extrusion HE : Hot Extrusion H+HE : Heat-treatment + Hot Extrusion

15

F. Knauf และคณะ (2008) ไดทาการศกษาถงกระบวนการอดรดเหลกผสมแบบกงของแขงดวยกรรมวธ Thixoextrusion โดยไดทาการอดรดขนรปเหลกผสมเกรด X210CrW12 ผานแมพมพอดรดในชวงกงของแขงในลกษณะแบบตามแรงโนมถวง (Vertical Extrusion) ดงแสดงในรปท 1.18 โดยกาหนดตวแปรในการทดลองอดรดดงแสดงในตารางท 1.1

ตารางท 1.1 ตวแปรตางๆ ทใชในการทาการศกษาถงกระบวนการอดรดเหลกผสมแบบกงของแขงดวยกรรมวธ Thixoextrusion

รปท 1.18 แสดงลกษณะของแมพมพอดรดเหลกผสมเกรด X210CrW12ดวยกรรมวธ Thixoextrusion (F. Knauf et al., 2008)

Parameter Range

Press velocity 10,15,20 mm/s

Extrusion channel length 50,65,100 mm

Extrusion channel diameter 15 mm

Extrusion channel geometry Straight, converging

16

ผลจากการอดรดขนรปของ F. Knauf และคณะ ชนงานทไดยงคงมลกษณะโกงงออย ทงนทางคณะไดใหเหตผลวาชนงานทอดรดผานแมพมพยงไมแขงตวอยางสมบรณจงเกดการตกตามแรงโนมถวง อกทงทปลายของชนงาน ยงเกดการหดตวบรเวณดานขางรอบชนงาน ๆ อกดวย ซงขณะนทางคณะสามารถขนรปชนงานทมความยาวมากถง 450 มลลเมตรแสดงดงรปท 1.19

รปท 1.19 แสดงชนงานเหลกผสมเกรด X210CrW12 ทผานกรรมวธ Thixoextrusion (F. Knauf et al., 2008)

F. Knauf และคณะ ไดใชโปรแกรมเพอจาลองการไหลของน าโลหะทถกอดรด

พบวามลกษณะแสดงดงรปท 1.20 เหนไดวาความเรวจะเพมขนอยางรวดเรว เมอน าโลหะถกอดเขาไปในแมพมพดงนนการควบคมใหความเรวในการอดไมมากเกนไป จงเปนตวแปรสาคญมากสาหรบการอดขนรปเมอพจารณาถงโครงสรางจลภาค พบวาในทกเงอนไขของการอดรดขนรป ตางใหโครงสรางทสมาเสมอและมปรมาณรพรนนอยมากดงแสดงในรปท 1.21 และทางคณะจะทาการศกษาถงสมบตเชงกลตอไป

รปท 1.20 แสดงผลจากการใชโปรแกรมจาลองการไหลของเหลกผสมเกรด X210CrW12 (F. Knauf et al., 2008)

17

(ก) (ข) (ค) รปท 1.21 แสดงโครงสรางจลภาคของชนงานเหลกผสมเกรด X210CrW12 ทผานกรรมวธ

Thixoextrusion ทเงอนไขตางๆ (F. Knauf et al., 2008)

(ก) ∅=15mm, L=50mm, V=10mm (ข) ∅=15mm, L=65mm, V=20mm

(ค) ∅=15mm, L=100mm, V=10mm

Sumio Sugiyama และ Jun Yanagimoto (2008) ไดทาการศกษาถงความเปนไปไดในการนาเอาเศษอะลมเนยม (Recycling Aluminum Alloy Scrap) เกรด A2011 มาบดแลวขนรปในชวงกงของแขง โดยจะเรมจากการนาเอาเศษอะลมเนยมมาบดใหไดขนาด หนาประมาณ 0.15-0.25 มลลเมตร และกวางประมาณ 2 มลลเมตรดงแสดงในรปท 1.22 จากนนนามาผานกระบวนการอด (Compacting Process) เพอใหไดแทงบลเลต (Billet) เพอใสในคอนเทนเนอร และอดรดขนรปตามลาดบ โดยในการทดลองไดมการกาหนดตวแปรดงน อณหภมในการอดรด (Extrusion Temperature) และอตราสวนอดรด (Extrusion Ratio)

รปท 1.22 แสดงลกษณะของเศษอะลมเนยมทผานการบดและอดแลว (Sumio Sugiyama et al., 2008)

18

จากผลการทดลองอดรดขนรปพบวา สามารถอดรดอะลมเนยมผสมเกรด A2011 ในชวงกงของแขงได ซงใหผวทมลกษณะดเทยบเทากบกระบวนการอดรดขนรปทวไป (Hot Extrusion) แสดงดงรปท 1.23 เมอเปรยบเทยบแรงทใชในการอดรดขนรปของทงสองกระบวนการพบวาแรงทใชในการอดรดของกระบวนการอดรดขนรปแบบกงของแขง ใชแรงทนอยกวา ไดคาประมาณ 380 kN ในขณะทการอดรดขนรปแบบทวไปไดประมาณ 650 kN ผลการทดลองแสดงดงรปท 1.24

รปท 1.23 ชนงานอะลมเนยมผสมเกรด A2011 จากการอดรดขนรป (Sumio Sugiyama et al., 2008)

รปท 1.24 แรงทใชในการอดรดขนรปอะลมเนยมผสมเกรด A2011 (ดดแปลงจาก Sumio Sugiyama et al., 2008)

19

เมอนาชนงานไปทาการทดสอบสมบตเชงกลพบวาคาความแขงแรงดงสงสด (UTS) ของแตละเงอนไขการขนรปมคาใกลเคยงกนดงแสดงในรปท 1.25 (ก) และเมอพจารณา เปอรเซนตการยดตวพบวาในเงอนไขการอดรดขนรปแบบกงของแขงโดยมอตราสวนอดรดมากกวา 10 จะมเปอรเซนตการยดตวมากกวา อตราสวนอดรดทนอยกวาดงแสดงในรปท 1.25 (ข)

(ก) (ข) รปท 1.25 สมบตเชงกลของชนงานโดย (ก) ความแขงแรงดง และ(ข) เปอรเซนตการยดตวของ

ชนงานอะลมเนยมผสมเกรด A2011 (ดดแปลงจาก Sumio Sugiyama et al., 2008)

งานวจยท งหมดแสดงใหเหนถงความเปนไปไดของกระบวนการอดรดขนรปโลหะกงของแขง (Semi-Solid Extrusion) จากกรรมวธ Thixoforming และ Rheoforming เนองจากผลการวจยของนกวจยหลายทานยนยนวาสามารถอดรดขนรปและใหชนงานทมความยาวตอเนองได และเมอเปรยบเทยบผลของสมบตเชงกลพบวามคาของความแขงแรงดงและเปอรเซนตการยดตวทจดอยในเกณฑดใกลเคยงกน อยางไรกตามในการขนรปทเสนอมานนหลายกระบวนการยงคงมขอจากดในการขนรปอยเชนในกระบวนการทใชกรรมวธ Thixoforming ยงคงตองการบลเลทเรมตนทมคณภาพสงดงนนจงไมสามารถใชงานกบทกวสดไดและในกรรมวธของ Rheoforming กตองทาการอดรดทสดสวนของแขงของน าโลหะสงกอนทาการอดรด (อยางนอยประมาณ 30%)

1. Base Materials (A2011 –T3)

2. Base Materials +SHT, 515°C-3H)

3. Hot Extr: 520 ° C, R4.8+SHT

4. SS Extr: 620 °C, R4.8+SHT

5. SS Extr: 620 °C, R10.2+SHT

6. SS Extr: 620 °C, R10.2+SHT

20

เชนกนดงนนในงานวจยชนนจงศกษาถงความเปนไปไดของกระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงเกรด 356 โดยใชสดสวนของแขงเรมตนทตา (ตากวา 30%) และศกษาผลของตวแปรตาง ๆ ทสมพนธกนเชนความเรวในการอดรดทสงผลตอโครงสรางจลภาคของโลหะผสมและสมบตเชงกลโดยเลอกใชกรรมวธการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะขณะแขงตวเพอสรางโลหะกงของแขงกอนทาการอดรดขนรป 1.4 วตถประสงคของโครงการวจย

1.2.1 เพอศกษาความเปนไปไดในการพฒนากระบวนการอดรดขนรปดวยเทคโนโลยโลหะกงของแขงสาหรบผลตชนสวนอะลมเนยมผสม

1.2.2 เพอศกษาผลของตวแปรตาง ๆ ทเกยวของกบกระบวนอดรดอะลมเนยมกงของแขงเชน - สดสวนของแขงเรมตนทใชในการอดรดขนรป - ความเรวทใชในการอดรดขนรป ทสงผลตอโครงสรางจลภาคและสมบตเชงกลของชนงาน

1.5 ขอบเขตของโครงการวจย โครงการวจยนมงเนนการพฒนากระบวนการอดรดขนรปสาหรบอะลมเนยมผสม

ดวยเทคโนโลยโลหะกงของแขง ซงมขอบเขตรวมถง การออกแบบแมพมพอยางงายทใชในการขนรป การกาหนดตวแปรตาง ๆ ทเหมาะสมในการอดรดขนรป และวเคราะหผลทเกดขนจากการอดรดขนรป ศกษาโครงสรางทางจลภาคและสมบตเชงกลของชนงานทได 1.6 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1.4.1 ไดชนสวนโลหะจากการอดรดขนรปโดยใชเทคโนโลยโลหะกงของแขงแบบ GISS 1.4.2 ไดกระบวนการขนรปอะลมเนยมทมน าหนกเบาและแขงแรงสง ซงสามารถนาไปผลต

ชนสวนโลหะตางๆในทางการแพทย เชน แกนขาเทยมใตเขา รถเขน ไมเทา แขนเทยม มอเทยม เปนตน หรอนาไปใชในอตสาหกรรมอนๆ เชน ชนสวนรถยนต จกรยาน หรอ ชนสวนทางการทหาร เปนตน

1.4.3 ไดขอมลพนฐานของกระบวนการอดรดขนรปทเหมาะสมสาหรบอะลมเนยมผสมดวยกระบวนการโลหะกงของแขง เพอใหไดสมบตความแขงแรงและความเหนยวตามทตองการ และเหมาะสมกบสภาวะงานทนาไปใช

21

1.7 สถานททาวจย ภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลย-

สงขลานครนทร วทยาเขต หาดใหญ อ.หาดใหญ จ.สงขลา 90112

22

บทท 2

วธการวจย

เนอหาในบทนกลาวถงวธการวจยซงประกอบดวยวสดทใชในงานวจย แมพมพ

เครองมอและอปกรณทใชในงานวจย ระเบยบขนตอนการวจย รวมถงขนตอนการเตรยมชนงานเพอวเคราะหโครงสรางจลภาค และการทดสองสมบตเชงกลตางๆ

2.1 วสดทใชในงานวจย

โลหะผสมทใชในงานวจยชนนคออะลมเนยมผสมเกรด 356 ซงเปนชนด Secondary Alloys สวนผสมทางเคมของอะลมเนยม 356 ทใชในการทดลองนแสดงในตารางท 2.1 (วเคราะหดวย Optical Emission Spectrometer, OES) และลกษณะของอนกอท (Ingot) เรมตนทใชแสดงดงรปท 2.1

ตารางท 2.1 สวนผสมทางเคมของอะลมเนยมผสมเกรด 356 ทใชในงานวจย

อะลมเนยมผสมเกรด 356 Si Mg Fe Ti Cu Mn Zn Ni Al

สวนผสมทางเคม (Wt %) 6.90 0.42 0.41 0.10 0.05 0.04 0.01 0.01 Bal.

รปท 2.1 อนกอทอะลมเนยมผสมเกรด 356 ทใชในงานวจย

2.2 เครองมอและอปกรณทใชในงานวจย

23

2.2.1 เตาหลอมไฟฟา เตาหลอมทใชในงานวจยชนนคอเตาหลอมไฟฟาชนดใชลวดความตานทาน

(Electric Resistance Furnace) ดงแสดงในรปท 2.2 ซงอณหภมในการหลอมสามารถควบคมไดดวยตควบคม (Controller) โดยสามารถหลอมโลหะทอณหภมสงสดไดไมเกน 1,000°C และปรมาณสงสดเทากบ 10 กโลกรมตอครงซงในงานวจยนจะควบคมอณหภมเตาสาหรบการหลอมน าโลหะอะลมเนยมผสมใหอยทอณหภม 700°C ทกครง

รปท 2.2 เตาหลอมไฟฟาชนดลวดความตานทานทใชในการทดลอง

2.2.2 เบากราไฟต เบาหลอมทใชในงานวจยนคอเบาททาจากกราไฟต (Graphite-Clay Base) ซงทาให

ไมเกดการปนเปอนของเหลกลงไปในน าโลหะดงเชนในการหลอมโดยใชเบาเหลกหลอทวไปอกทงยงทาความสะอาดไดงายหลงจากใชการงาน ตวอยางของเบากราไฟตทใชแสดงดงรปท 2.3

รปท 2.3 ตวอยางเบาหลอมกราไฟต ทใชในการทดลอง

24

2.2.3 เครองผลตโลหะกงของแขงดวยฟองแกสของแขงตวเวอรชน 1 เครองทใชในการผลตโลหะกงของแขงในงานวจยนมสวนประกอบตางๆ ทสาคญ

ดงน 1. แทงกราไฟต (Graphite Diffuser) 2. ชดวดอณหภมของน าโลหะและอณหภมของแทงกราไฟต (Thermocouples) 3. ระบบควบคมอตราการไหลของลมและแกส 4. ระบบทาความเยนใหแกแทง กราไฟต (Cooling System) 5. ชดควบคมระบบ (Central Control Unit) ดงแสดงในรปท 2.4

รปท 2.4 เครองผลตโลหะกงของแขงดวยการพนฟองแกสขณะแขงตวเวอรชน 1 2.2.4 เครองอดไฮดรอลกแนวนอนขนาด 20 ตนระดบหองปฏบตการ

ในการวจยนไดใชเครองอดไฮดรอกลกแนวนอนขนาด 20 ตนซงประกอบกบกระบอกอดแนวตงขนาด 80 ตนดงแสดงในรปท 2.5 เพอศกษาความเปนไปไดเบองตนสาหรบการอดรดขนรปอะลมเนยมผสมแบบกงของแขงเนองดวยขอจากดทางดานการปรบแตงเครองและความสามารถของเครองในการอดแนวนอนทตากวาแนวตงจงทาใหศกษาเพยงเบองตนเทานนแตจะทาการศกษาแบบสมบรณโดยการประยกตใชเครองฉดโลหะทมอยทหองปฏบตการ

รปท 2.5 เครองอดไฮดรอลกแนวตงและแนวนอนทใชในการศกษาความเปนไปไดเบองตน

25

2.2.5 เครองหลอฉดโลหะ ในงานวจยชนนไดประยกตใชเครองหลอฉดโลหะทมแรงดนในการอดประมาณ

1500 psi เพออดรดอะลมเนยมผสมผานแมพมพทออกแบบไวเฉพาะโดยในการอดรดจะประยกตเปดแมพมพฝงเคลอนท (Moving Die) ถอยออกไปจนสดเพอใหมพนทสาหรบใชในการทาการอดรด ลกษณะของเครองแสดงดงรปท 2.6

รปท 2.6 เครองหลอฉดโลหะทใชในงานวจย 2.3 ขนตอนการวจย 2.3.1 การวเคราะหทางความรอน (Thermal Analysis) ของโลหะทใชในการทาวจย

การวเคราะหทางความรอนของโลหะทใชในการทาวจยน เรมตนจากการนาอะลมเนยมผสม 356 ชนด Secondary ทตดมาจากแทงอนกอทใสลงในเบาหลอม จากนนจงทาการหลอมโดยใชเตาหลอมไฟฟาชนดขดลวดความตานทาน ทาการหลอมทอณหภม 700°C เมอโลหะหลอมละลายจงเตมฟลกซ (Flux) เพอทาความสะอาดน าโลหะและตกดรอส (Dross) ออกจากน าโลหะ จากนนตกน าโลหะประมาณ 250 กรม จากเตาหลอมดวยเบาสเตนเลสซงเคลอบดวยเซรามกทนไฟ แลวนาไปจมเทอรโมคปเปล (Thermocouple) เพอวดอณหภมของน าโลหะ และทาการบนทกอณหภมโดยปลอยใหน าโลหะเยนตวลงอยางชาๆ เพอทาการสรางกราฟแสดงอตราการเยนตว (Cooling Curves) กราฟทไดจะแสดงใหเหนถงอณหภมทจดหลอมเหลว (Liquidus

26

Temperature) และอณหภมทจดยเทกตก (Eutectic Temperature) ของโลหะอะลมเนยมผสมเกรด 356 ทนามาใชในงานวจยครงน 2.3.2 การเตรยมโลหะกงของแขง (Semi-solid Slurry) ดวยกระบวนการ GISS

ในงานวจยชนนไดนากระบวนการเตรยมโลหะกงของแขงทเรยกวากระบวนการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะขณะแขงตว หรอ Gas Induced Semi Solid (GISS) เพอเปนกระบวนการเตรยมโลหะกงของแขงสาหรบทาการอดรดในขนตอนตอไป โดยในกระบวนการจะทาการปลอยแกสไนโตรเจนเขาไปในน าโลหะเปนระยะเวลาตางๆ กนเชน 5 10 และ 15 วนาทเปนตนเพอใหสดสวนของแขงตามทตองการท งนขนอยกบความหนดของโลหะกงของแขงทจะสามารถเทเขาไปในกระบอกอดรดไดตวแปรทสาคญในการเตรยมโลหะกงของแขงดวยกระบวนการ GISS แสดงดงตารางท 2.2

2.3.3 การวเคราะหสดสวนของแขงของโลหะกงของแขงทเตรยมได จากกระบวนการ GISS

เมอผานกระบวนการเตรยมโลหะกงของแขงดวยกระบวนการ GISS จากนนโลหะกงของแขงทเตรยมไดจะถกนามาวเคราะหสดสวนของแขงทเกดขนจากการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะทระยะเวลาการปลอยตางกน โดยในงานวจยนไดใชขนตอนการวเคราะหสดสวนของแขงมดงน

1. ทาการหลอมอะลมเนยมผสมในเบากราไฟตภายในเตาชนดขดลวดตานทาน 2. ตกน าโลหะจากเบากราไฟตมาปรมาณประมาณ 200 กรม ดวย Ladle ททาจาก

เหลกกลาไรสนมเคลอบดวยโบรอนไนไตรด 3. ทาการสรางโลหะกงของแขงทเงอนไขตางๆ กนดงแสดงในตารางท 2.2 4. ใชแมพมพทองแดง (Copper Quenching Mold) ดงแสดงในรปท 2.7 (ก) เพอเกบ

ตวอยางอะลมเนยมกงของแขงทสรางไดทเงอนไขการสรางโลหะกงของแขง ตาง ๆ กน

ตารางท 2.2 ตวแปรทใชในการเตรยมโลหะกงของแขง

Sample Code Rheocasting Temp (°C)

Rheocasting time (Seconds)

SSMX-05 620 5

SSMX-10 620 10

SSMX-15 620 15

27

5. นาชนงานทไดมาตดและเตรยมชนงานสาหรบตรวจสอบโครงสรางจลภาค 6. ถายรปโครงสรางจลภาคในแตละบรเวณมาอยางละสามรป 7. นารปโครงสรางมาคานวณหาสดสวนของแขงโดยใชโปรแกรม Photoshop และ

Image Tools ดงแสดงในรปท 2.7 (ข และค) รปท 2.7 อปกรณและขนตอนการวเคราะหสดสวนของแขง (ก) แมพมพทองแดงทใช (ข) การสราง

Threshold ดวยโปรแกรม Photoshop และ (ค) การวเคราะหโดยใชโปรแกรม Image Tools

2.3.4 ออกแบบและสรางแมพมพทใชสาหรบการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง ทาการรวบรวมขอมลตางๆ จากวรรณกรรมหรอบทความวจยทเกยวของกบ

กระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงในหลายกรรมวธเพอศกษาถงชดอปกรณทใชในการทาการอดรดเบองตนเชน ลกษณะของแมพมพ กระบอกอด และ ชนดรางรองรบชนงานเปนตน ทงนเพอใหเหมาะกบเครองทมอยแลวทหองปฏบตการจงอาจมการปรบเปลยนขนาดใหเหมาะสม นอกจากนในงานวจยจะแบงการวจยเปน 2 สวนดงตอไปน

สวนท 1 ทาการวจยเบองตนเพอศกษาถงความเปนไปไดของกระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยใชแมพมพทมลกษณะไมซบซอนรวมกบเครองอดไฮดรอลกขนาด

ก

ข ค

28

20 ตนซงลกษณะของชดแมพมพอยางงายไปดวยสามชนสวนหลก ๆ คอ กระบอกอด (Shot Sleeve) แมพมพ (Extrusion Die) และรางรองรบชนงาน (Supporter) โดยรางรอบรบชนงานจะเรมตนออกแบบโดยใชเหลกเหนยวทวไปกอนและจงปรบเปลยนไปใชวสดอนๆ ทเหมาะสมตอไป

สวนท 2 คอการทดลองซ าเพอควบคมตวแปรตางๆ เชน ความเรวในการอดรดใหคงทและทาซ าในแตละกรณไดโดยประยกตใชรวมกบเครองฉดโลหะซงแมพมพในสวนนจะมความซบซอนเพมมากขนเนองจากตองปรบเปลยนรปแบบการจบยดกบฐานของเครองฉดโลหะรวมทงเพมเตมระบบการใหความรอนโดยตดตง Cartridge heater เขาไปบนตวและแมพมพดวยเพอคมอณหภมใหคงท อกทงยงเพมในสวนทเปน Cutting ring เพอใหงายตอการแกะนาชนงานออกจากแมพมพและรางรองรบชนงานไดงายขน 2.3.5 การอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขง

ในงานวจยชนนไดทดลองอดรดโดยแบงเปนการศกษาความเปนไปไดเบองตนของกระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยใชเครองอดไฮดรอลกแนวนอนขนาด 20 ตนและ การทดลองอดรดเพอศกษาผลของตวแปรตางๆ โดยใชประยกตใชเครองฉดโลหะในการทดลองซงขนตอนภาพรวมของทงสองการศกษาจะมลกษณะใกลเคยงกนตางกนตรงตวแปรทใชระหวางการทาการอดรดขนรปซงขนตอนของกระบวนการอดรดขนรปอะลมเนยมแบบกงของแขงแสดงดงรปท 2.8

รปท 2.8 ขนตอนการอดรดอะลมเนยมกงของแขงในงานวจยน

ขนตอนในการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงสามารถอธบายจาแนกเปนขอยอยไดดงน 1. หลอมอนกอทอะลมเนยมเกรด 356 ชนด Secondary ในเตาไฟฟาชนดขดลวด

ตานทานโดยตงคาอณหภมของเตาไวท 700°C 2. นา Ladle ททาจากเหลกกลาไรสนมมาตกน าอะลมเนยมหลอมเหลวปรมาณคดเปน

น าหนกได 250 กรมเพอและทาการปาดหนาตกผวออกไซดของอะลมเนยมบรเวณดานบนหรอผวหนาของ Ladle ออก

Melting SSM Processing Pouring Slurry Extrusion Sample

29

3. จมแทงกราไฟตเพอปลอยฟองแกสเปนระยะเวลาตาง ๆ เพอใหไดสดสวนของแขง 5 10 และ 20% ตามลาดบโดยตงคาอณหภมของแทงกราไฟตกอนทาการจมท 50°C และอตราการปลอยแกสท 4 ลตรตอนาท

4. หลงจากสรางอะลมเนยมกงของแขงใหมสดสวนของแขงตามทตองการแลวนาอะลมเนยมกงของแขงนนไปเทลงในกระบอกอดหรอ Shot sleeve ททาการอนใหความรอนไวกอนหนาแลว

5. ทาการอดพนซเพอดนอะลมเนยมกงของแขงเขาสแมพมพโดยมการกาหนดความเรวในการอดรดตางๆ กนในแตละครง

6. ทาการแกะชนงานออกจากแมพมพและรางรองรบชนงาน

2.3.5.1) การศกษาพฤตกรรมเบองตนดวยเครองอดไฮดรอลกแนวนอนขนาด 20 ตนระดบหองปฏบตการ ในการทดลองเบองตนนไดทาการทดลองเบองตนเพอศกษาถงความสามารถในการประยกตใชอะลมเนยมกงของแขงมาทาการอดรดแนวนอนโดยจะศกษาถงอณหภมแมพมพทเหมาะสมสาหรบใชในการอดรด อณหภมของแมพมพ ชนดของรางรองรบชนงาน และความเรวทใชในการอดรดโดยกาหนดใหสดสวนของแขงเรมตนคงทเทากบ 5% ตวแปรทใชในการทดลองนสรปไดดงแสดงในตารางท 2.3 และตวอยางรปขนตอนในการขนรปแสดงดงรปท 2.9 การพจารณาความสามารถในการอดรดหรอ Extrudability ในขนตนคอลกษณะของผว ความยาว ความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคและ สมบตเชงกลเบองตนของชนงาน

ตารางท 2.3 ตวแปรทใชในการศกษาความเปนไปไดเบองตนของกระบวนการอดรด อะลมเนยมแบบกงของแขง

ตวแปรทใชในทดลอง

ตวแปรควบคม ตวแปรทแปรผน • อณหภมชดแมพมพ กระบอกอด • ชนดของแมพมพ • อณหภมแทงกราไฟต • ชนดของรางรอบรบชนงาน • อณหภมเรมตนของน าอะลมเนยม

หลอมเหลว • สดสวนของแขงเรมตน • ความเรวในการอดรด

30

รปท 2.9 ตวอยางขนตอนในการอดรดอะลมเนยมกงของแขงเบองตน

2.3.5.2) การศกษาของตวแปรตางๆ ในการอดรดโดยประยกตใชรวมกบเครองฉด

โลหะ เพอใหสามารถควบคมความเรวในการอดรดไดแมนยามากขน อกทงสามารถตงคาอณหภมแมพมพใหคงทไดดวยชด Cartridge heater และมระบบหลอเยนในสวนหนาของรางรองรบชนงานจงไดประยกตใชเครองฉดโลหะในการทาการอดรดอะลมเนยมกงของแขงโดยตวแปรททาการทดลองในขนนคอ ผลของสดสวนของแขง และความเรวในการอดรด และตวแปรอน ๆ ถกกาหนดใหคงทดงแสดงในตารางท 2.4 แมพมพและเครองฉดโลหะทประยกตใชในการทดลองนแสดงดงรปท 2.10

ตารางท 2.4 ตวแปรทใชในการศกษาตวแปรในการอดรดขนรปดวยเครองฉดโลหะ

ตวแปรทใชในทดลอง

ตวแปรควบคม ตวแปรทแปรผน • อณหภมชดแมพมพ กระบอกอด • สดสวนของแขงเรมตน • อณหภมแทงกราไฟต • ความเรวในการอดรด • อณหภมเรมตนของน าอะลมเนยม

หลอมเหลว • ชนดแมพมพและรางรองชนงาน

31

รปท 2.10 ตวอยางขนตอนในการอดรดอะลมเนยมกงของแขงดวยเครองฉดโลหะ

2.3.6 ขนตอนการปรบปรงสมบตดวยกระบวนการทางความรอน กระบวนการทางความรอน (Heat Treatment) ทใชในการปรบปรงโครงสราง

จลภาคและสมบตทางกลของอะลมเนยมผสมเกรด 356 ในการทดลองนคอ T6 โดยทาการอบละลาย (Solution Heat Treated) ทอณหภม 540ºC เปนเวลา 8 ชวโมง เพอชวยใหธาตผสมละลายเขาเปนเนอเดยวกนกบธาตหลกมากยงขน จากน นจงนาชนงานไปทาการชบเยนในน า (Water Quenching) เพอใหชนงานเกดการเยนตวอยางรวดเรว ซงจะทาใหธาตผสมถกกกอยภายในเนอของธาตหลก กอนนาชนงานไปบม (Artificially Aged) ทอณหภม 140ºC เปนเวลา 12 ชวโมง ชวยเรงใหเกดการฟอรมของเฟสใหมเรวขน ซงจะทาใหเกดการเปลยนแปลงของโครงสรางและชวยปรบปรงสมบตทางกลของชนงานหลงการขนรปใหดขน

2.3.7 ขนตอนการตรวจสอบโครงสรางจลภาค

การวเคราะหโครงสรางจลภาคของอะลมเนยมกงของแขงทไดจากการทดลอง ทาโดยนาชนงานทไดจากการอดรดซงมลกกษณะเปนแทงกลม (Rod) จะทาการตดชนงานตามขวาง (Cross-section) จาก 3 บรเวณคอ บรเวณโคน กลาง และปลายของชนงานดงแสดงในรปท 2.11

32

รปท 2.11 บรเวณทตดชนงานเพอนามาตรวจสอบโครงสรางจลภาค จากนนชนงานดงกลาวจะถกนาไปเตรยมเพอวเคราะหโครงสรางจลภาค โดยมวธการดงตอไปน

1) ขนรปชนงานแบบรอน (Hot Mounting) โดยใชผงเบกาไลต (Bakelite) ใสลงไปในแบบอดแลวใชความรอนและความดนเพอใหผงเบกาไลตเกดการแขงตวตดกบชนงานตวอยางชนงานทผานการขนรปแลวมลกษณะดงรปท 2.12

รปท 2.12 ชนงานทผานการขนรปแบบรอน (Hot Mounting)

2) ทาการขดหยาบ (Grinding) ดวยกระดาษทราย (SiC Paper) เบอร P320 P600 P800 P1000 และ P1200 ตามลาดบ

3) ตอจากนนทาการขดละเอยด (Polishing) ชนงาน โดยเรมตนการขดละเอยดดวยผาหยาบ (Cloth Pad) รวมกบผงขดอะลมนาขนาด 5 μm. เมอรอยขดจากกระดาษทรายหมดไปแลว จงทาการขดโดยใชผงขดอะลมนาขนาด 1 0.3 และ 0.05 μm. ตามลาดบโดยทงการขดหยาบและขดละเอยดจะใชเครองขดดงแสดงในรปท 2.13

1 inch 1 inch

Sample

33

รปท 2.13 เครองขดชนงานแบบขดหยาบและขดละเอยด

4) ทาการกดผวหนาของชนงานโดยใชน ายากดผวซงมชอเรยกวา Keller's Reagent โดยประกอบไปดวย กรดไฮโดรฟลออรก (HF) ความเขมขน 48% ในปรมาณ 1 มลลลตร กรดไฮโดรคลอรกเขมขน (HCl) 1.5 มลลลตร กรดไนตรก (HNO3) 2.5 มลลลตร ผสมในนากลน 95 มลลลตร โดยนาชนงานมาจมลงในสารละลาย Keller เปนเวลาประมาณ 8 วนาท จากนนจงนาชนงานมาลางดวยน ากลน แลวเปาใหแหงดวยเครองเปาลม (Blower)

5) นาชนตวอยางทไดมาสองดโครงสรางจลภาคดวยกลองจลทรรศนแบบใชแสงดงแสดงในรปท 2.14 จากนนถายรปเพอนามาวเคราะหผลทไดจากการทดลอง

รปท 2.14 กลองจลทรรศนแบบใชแสง (Optical Microscope)

2.3.8 ขนตอนการทดสอบสมบตทางกล (Mechanical Properties) ของโลหะอะลมเนยมผสม 356 การทดสอบสมบตเชงกลของชนงานในงานวจยชนนคอ สมบตทนทานตอแรงดง

สงสด (Ultimate Tensile Strength, UTS) และ การยดตว ณ จดขาดของชนงาน (Elongation) ซงคาเหลานสามารถวดไดดวยการดงชนงานตวอยางทเตรยมไวตามมาตรฐาน ASTM B557M ดงแสดง

34

ในรปท 2.15 และทาการดงชนงานดวยอตราการดงทคงทดวยเครองทดสอบทเรยกวา “Universal Testing Machine” คาทวดไดจากการทดสอบจะเปนคาแรงดงทแปรผนตามระยะของการยดของชนงานทใชทดสอบ

โดยท G หรอ Gauge Length = 30.00 ± 0.06 D หรอ Diameter = 6.00 ± 0.10

รปท 2.15 ภาพ Drawing ชนงานทดสอบตามมาตรฐาน ASTM B557M

35

บทท 3

ผลและการอภปรายผล

เนอหาในบทนจะกลาวถงผลการทดลองและการอภปรายผล ซงจะประกอบไปดวยผลของการวเคราะหทางความรอน (Thermal Analysis) ของโลหะอะลมเนยมผสมเกรด 356 ผลของการศกษาสดสวนของแขงของอะลมเนยมกงของแขงทเวลาในการจมแทงกราไฟตเพอปลอยฟองแกส (Rheocasting Time) ตางๆกน ผลของการการศกษาความเปนไปไดในการทาการอดรดโลหะกงของแขงเบองตนโดยใชเครองอดไฮดรอลกแนวนอนขนาด 20 ตนรวมกบแมพมพอยางงายทออกแบบขน ผลของชนดของรางรองรบชนงานทอดรดได ผลของการอดรดโดยประยกตใชเครองฉดโลหะรวมกบแมพมพทออกแบบขนโดยอาศยหลกการจากผลการทดลองเบองตนทไดจากการทดลองอดรดกบเครองอดไฮดรอลกแนวนอน ผลของตวแปรตาง ๆ ทสงผลตอชนงานทอดรดไดเชน ความเรวในการอดรดและสดสวนของแขงเรมตนของอะลมเนยมกงของแขงเปนตน ผลของโครงสรางจลภาคของชนงาน และผลของสมบตเชงกลกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตดวยความรอนของชนงานทอดรดไดโดยมรายละเอยดดงตอไปน

3.1 การวเคราะหทางความรอนทางวสดทใชในงานวจย

จากการทดลองวเคราะหอตราการเยนตวของอะลมเนยมผสมเกรด 356 โดยใหเยนตวในเบากราไฟตทมฉนวนความรอนหมภายนอกตวเบาเพอใหเกดการเยนตวชาๆ พบวาอณหภมและเวลาทเปลยนไปในระหวางการแขงตวของน าโลหะแสดงไดดงเสนกราฟของการเยนตวในรปท 3.1ซงจะเหนไดวาน าอะลมเนยมหลอมเหลว (Aluminum Melted) จะเรมแขงตวทอณหภมของเหลว (Liquidus Temperature, TL) มคาเทากบ 613ºC และอณหภมทจดยเทกตก (Eutectic Temperature, TE) จากกราฟเทากบ 573°C

จากขอมลทไดจากการทดลองทาใหเราสามารถประมาณชวงในการเรมปลอยฟองแกสหรอเรมเตรยมผลตอะลมเนยมกงของแขงโดยการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะซงในงานวจยทผานมาของทางทมวจยจะเรมทาการปลอยฟองแกสทอณหภมเหนออณหภมของเหลว

36

ประมาณ 7-10 ºC ซงถาพจารณาจากกราฟทไดจงเลอกใชอณหภม 620ºC เปนจดเรมตนในการปลอยฟองแกสเพอสรางเฟสของแขงเรมตน (Primary Solid Particle)

รปท 3.1 แสดงเสนกราฟของการเยนตว (Cooling Curves) ของอะลมเนยมผสมเกรด A356 ทนามาใชในงานวจยน

3.2 การวเคราะหสดสวนของแขงทระยะเวลาในการปลอยฟองแกสตางกน

เพอทราบถงปรมาณสดสวนของแขงเรมตนทไดจากการปลอยฟองแกสลงไปในน าอะลมเนยมหลอมเหลวซงตกมาจากเบากราไฟตปรมาณประมาณ 200 กรมใน Ladle ททาจากเหลกกลาไรสนมจงไดทาการทดลองโดยใชแมพมพทองแดงและปมสญญากาศเพอเกบตวอยางหลงจากทาการปลอยฟองแกสทระยะเวลา 5 10 15 และ 20 วนาท จากนนนาชนงานทไดไปตดบรเวณตรงกลางดงรปท 3.2 และถายรปโครงสรางจลภาคเพอนาไปวเคราะหปรมาณของเฟสของแขงดวยโปรแกรม Photoshop และ Image Tools ตามลาดบ ผลจากการวเคราะหโดยใชโปรแกรมดงกลาวแสดงดงรปท 3.3 พบวาทระยะเวลาการปลอยฟองแกส 5 10 15 และ 20 วนาท ใหสดสวนของแขงเทากบ 5 10 20 และ 30% ตามลาดบ

รปท 3.2 ชนงานจากแมพมพทองแดงและบรเวณตรงกลางสาหรบนาไปวเคราะหโครงสรางจลภาค

อณหภมยเทคตก อณหภมหลอมเหลว

∼613°C

37

รปท 3.3 โครงสรางจลภาคทไดจากการทา Threshold ดวยโปรแกรม Photoshop และใชใน

การวเคราะหสดสวนของแขงดวยโปรแกรม Image tools

รปท 3.4 ความสมพนธระหวางระยะเวลาในการปลอยฟองแกสและปรมาณสดสวนของแขง

ทเกดขน

38

เมอวเคราะหผลจากสดสวนของแขงทไดสามารถสรปไดวาเมอปลอยแกสนานขนจะสงผลใหปรมาณของเฟสของแขงเรมตนเพมมากขนดวยดงแสดงในรปท 3.4 ซงแสดงความสมพนธของทงสองตวแปรไดแก เวลาในการปลอยฟองแกสและสดสวนของแขงทเพมขนแตอยางไรกตามพบวาทสดสวนของแขงเทากบ 30% นนอะลมเนยมกงของแขงจะมความหนดมากซงทาใหไมสามารถเทลงในกระบอกอดรดไดจงไดตดตวแปรนออกไป

3.3 การศกษาความเปนไดของกระบวนการอดรดอะลมเนยมผสมเกรด 356 ดวยเครองอดไฮดรอ- ลกแนวนอนขนาด 20 ตน ระดบหองปฏบตการ 3.3.1 การออกแบบแมพมพและชนดของรางรองรบชนงาน

ในการทดลองสวนนไดทาการออกแบบแมพมพอยางงายเพอศกษาความเปนไปไดของกระบวนการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยชดอดรดจะประกอบดวยกระบอกอดรด(Shot Sleeve) แมพมพทมลกษณะเปนรกลมขนาดเสนผานศนยกลาง 12 เซนตเมตรสาหรบขนรปแทงกลมตน และรางรองรบชนงานนสวนหนาสาหรบประคองใหชนงานทผานแมพมพเกดการแขงตวและไหลออกมาไดในลกษณะตรงดงแสดงในรปท 3.5 โดยในงานวจยสวนนไดศกษารวมถงชนดของรางรองรบชนงานไดแกรางรองรบททาจากโลหะเหลกและกราไฟตเพอเปรยบเทยบชนลกษณะของชนงานทไดแสดงดงรปท 3.6 (ก และข) นอกจากนเพอใหชนงานออกมาไดยาวและไมหกตามแรงโนมถวงในสวนปลายทยงไมแขงตวจงไดมการออกแบบรางเลอนขนาดเลก (Mini Conveyer) สาหรบชวยใหชนงานไหลไดงายขนดงแสดงในรปท 3.6 (ข)

รปท 3.5 ชดอปกรณสาหรบใชอดรดอะลมเนยมกงของแขงเบองตน

39

(ก) (ข) รปท 3.6 แมพมพทใชในการทดลองเบองตนโดย (ก) ใชรางเหลกสาหรบรองรบชนงาน และ

(ข) ใชรางกราไฟตสาหรบรองรบชนงาน 3.3.2 การอดรดขนรป

สาหรบการทดลองอดรดในขนตนจะทาการควบคมตวแปรในการเตรยมโลหะกงของแขงใหคงทและตวแปรทใชสาหรบขนรปเชนความเรวในการอดรดจะถกปรบเปลยนจนกระทงสามารถขนรปชนงานทมคณภาพผวและความยาวของชนงานทดไดโดยตวแปรตางๆ ทใชในการทดลองนแสดงดงตารางท 3.1

ตารางท 3.1 สรปตวแปรทใชในการทดลองอดรดเบองตน

ตวแปร ชนดของรางรองรบชนงาน

เหลก กราไฟต

1.ปรมาณนาอะลมเนยมหลอมเหลว ∼200 กรม ∼200 กรม 2.อณหภมแทงกราไฟต 50°C 50°C 3.อณหภมเรมปลอยฟองแกส 620°C 620°C 4.ระยะเวลาในการปลอยฟองแกส 10 วนาท 10 วนาท 5.อณหภมแมพมพ ∼250°C ∼250°C 6.อณหภมกระบอกอด ∼300°C ∼300°C 7.อณหภมรางรองรบชนงาน ∼120°C ∼60°C 8.ความเรวทใชในการอดรด 2-12 cm/s 2-12 cm/s 9.ระบบหลอเยน - -

40

ผลจากการทดลองเบองตนพบวาในกรณทใชรางเหลกเปนรางสาหรบรองรบชนงานทผานการอดรดออกมาจะทาใหเกดแรงเสยดทานระหวางรางและเนอของชนงานอะลมเนยมซงทาใหชนงานไมสามารถไหลไดอยางราบเรยบจงเกดการซอนทบกนดงรปท 3.7 (ก) และเมอทาการลดความเรวในการอดรดลงเพอใหเกดการไหลทราบเรยบมากขนพบวาเครองไฮดรอกลกไมสามารถทจะอดชนงานออกมาไดเนองจากแรงดนทใชในการอดนอยจนเกดไปประกอบกบความรอนจากการอนกระบอกสบทสงถง 300°C ทาใหเกดการขยายตวของกระบอกสบและหวอดหรอพนซไมเทากนจงเกดการรดตดกนระหวางกระบอกสบและหวอดทาใหไมสามารถอดชนงานออกมาไดดงแสดงในรปท 3.7 (ข) ซงพบวามเพยงกอนอะลมเนยมทแขงตวอยภายในกระบอกอดเทานน

(ก)

(ข) รปท 3.7 ลกษณะของชนงานทไดจากการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยใชรางรองรบชนงานททาจากเหลกท (ก) ความเรวประมาณ 4 cm/s และ (ข) ความเรวประมาณ 2 cm/s

41

เมอเปลยนรางรองรบชนงานมาใชกราไฟตแทนทเหลกพบวาชนงานทไดมแนวโนมทดขนคอเมออดรดทความเรวตาประมาณ 4 cm/s ชนงานสามารถทจะไหลผานกราไฟตออกมายงรางเลอนไดดงแสดงในรปท 3.8 ทงนอาจเปนเพราะกราไฟตมสมบตเสมอนเปนตวหลอลนหรอ Lubricant ซงชวยใหไมเกดแรงเสยดทานระหวางชนงานและผนงรางดงทเกดในกรณของรางรองรบชนงานททาจากเหลกประกอบกบอณหภมของรางกราไฟตทตากวารางททาจากเหลกดงนนทาใหชนงานเกดการแขงตวแลวบางสวนจงสามารถไหลออกมาเปนแทงได

รปท 3.8 ชนงานทไหลผานกราไฟตออกมาบนรางเลอน

3.3.3 การวเคราะหผลจากการอดรดเบองตน หลงจากสามารถขนรปชนงานไดในขนตอนท 1 จากนนไดทาการปรบเปลยนตว

แปรความเรวในการอดรดเพอดพฤตกรรมเบองตนโดยในทนไดใชความเรว 2 4 6 และ 8 cm/s ในการอดรด ผลจากการทดลองพบวาทความเรวในการอดรดสงขนชนงานจะมขนาดยาวขนแตลกษณะของเนอชนงานจะไมแนนเทาทควรเนองจากชนงานทออกมาในสวนแรกจะเปนเฟสของของเหลวแยกออกมากอนเรยกวา Squeezed Liquid ซงเมออดรดออกมาเรอยๆ เสมอนกบการรดเฟสของของเหลวมาจนหมดจนเหลอเพยงบรเวณโคนของชนงานทมลกษณะของเฟสกงของแขงอยในทางตรงกนขามชนงานทอดรดดวยความเรวทชากวาจะมปรมาณของ Squeezed Liquid อยนอยกวาดงนนเนอของชนงานจะมลกษณะแนนกวาดงแสดงในรปท 3.9

42

รปท 3.9 ชนงานทไดจากการอดรดทความเรวแตกตางกนโดย (ก) 2 cm/s (ข) 4 cm/s

(ค) 6 cm/s และ (ง) 8 cm/s ทสดสวนของแขงเทากบ 10% หลงจากไดชนงานทผานการอดรดขนรปเบองตนดงแสดงในรปท 3.9 จากนนนาชนงานทไดมาทาการวเคราะหโครงสรางจลภาคเบองตนเพอดการเปลยนแปลงโครงสรางทผนแปรตามความเรวทใชในการอดรด และบรเวณทตดนาตวอยางมาวเคราะหโครงสรางแสดงดงรปท 3.10 ซงในสวนนจะทาการวเคราะหโครงสรางจลภาคเฉพาะชนงานทมความยาวยนพนสวนทเปนรางรองรบชนงานออกมาไดนนคอในกรณททาการอดรดโดยใชความเรว 4 cm/s 6 cm/s และ 8 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 10% โครงสรางจลภาคของชนงานจากบรเวณปลายและกลางของชนงานแสดงดงรปท 3.11 รปท 3.10 บรเวณทตดชนงานสาหรบนามาวเคราะหโครงสรางจลภาคเบองตนดวยกลองจลทรรศน

แบบใชแสงโดย (ก) แทนสวนกลาง และ (ป) แทนสวนปลายของชนงาน

(ก) (ข) (ค) (ง)

ป ก

43

(ก)

(ข)

(ค) รปท 3.11 โครงสรางจลภาคของชนงานทอดรดขนรปโดยใชความเรวในการอดรด และสดสวน

ของแขงเทากบ (ก) 4 cm/s 10% (ข) 6 cm/s 10% และ (ค) 8 cm/s 10%

ป ก

ป ก

ป ก

44

นอกเหนอจากการวเคราะหโครงสรางจลภาคเบองตนแลว ชนงานอดรดขนรปอกกลมจะถกนามาวเคราะหสมบตเชงกลเบองตนดวยโดยในทนหมายถงสมบตความแขงแรงดงสงสดและเปอรเซนตการยดตวของชนงานโดยผลจากการทดสอบแสดงดงตารางท 3.2

ตารางท 3.2 ผลจากการทดสอบความแขงแรงดงและเปอรเซนตการยดตวของชนงาน

ชนงาน เงอนไขในการอดรด ความแขงแรงดง

สงสด (MPa) เปอรเซนตการยดตว (%) สดสวนของแขง ความเรวอดรด

SSM4-10 10% 4 cm/s 210.2 ± 6.1 8.3 ± 0.1 SSM6-10 10% 6 cm/s 174.1 ± 7.4 4.5 ± 0.5 SSM8-10 10% 8 cm/s 175.7 ± 8.1 5.0 ± 0.8

จากตารางท 3.2 จะเหนวาชนงานทมความแขงแรงดงสงทสดคอชนงานทไดจากการอดรดดวยความเรวตาสดหรอเทากบ 4 cm/s และสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 10% มคาเทากบ 210.2 ± 6.1 MPa ในทางเดยวกนยงเปนชนงานทมคาเปอรเซนตการยดตวสงทสดเทากบ 8.3 ± 0.1% อกดวย ซงในทางกลบกนชนงานทมคาความแขงแรงดงตาทสดคอชนงานทไดจากการอดรดดวยความเรวสงเทากบ 8 cm/s ทงนเนองจากในขณะทาการอดรดนนชนงานอาจจะยงไมสามารถแขงตวไดทนเนองจากมความเรวสงเกนไปเฟสของเหลวทไหลวนอยรอบนอกจะเยนตวเปนลกษณะคลายเปลอกหมซงจะทาใหไมสามารถสงเกตเหนการหดตวของน าโลหะภายในไดแตเมอนาชนงานมาตดตามขวาง (Cross Section) และทาการขดหยาบดวยกระดาษทรายน าจะพบลกษณะของโพรงหดตวระดบมหภาค (Macro Shrinkage) ดงแสดงในรปท 3.12 จงสงผลใหชนงานทผานการอดรดดวยความเรวสงจงมแนวโนมของสมบตเชงกลทตากวาดงแสดงในรปท 3.13 รปท 3.12 โพรงหดตวระดบมหภาคและรแกสทเกดขนภายในเนอของชนงานหลงจากทาการขด

หยาบดวยกระดาษทรายนา

45

รปท 3.13 ผลจากการทดสอบสมบตเชงกลเบองตนของชนงานทอดรดได อยางไรกตามชนงานทไดจากการอดรดเบองตนนเปนเพยงกระบวนการททดลองเพอศกษาความเปนไปไดของกระบวนการเทานนดงนนชนงานทไดจดไดวายงไมสมบรณเทาทควรเนองจากชนงานยงคงมลกษณะโคงตามแนวแรงโนมถวงและผวทไดยงมความขรขระอยบางบางบรเวณประกอบกบขอบกพรองทเกดขนภายในชนงานจากการอดรดทมความเรวไมสมาเสมออนเนองจากการอดของเครองอดไฮดรอลกไมสามารถทาไดอยางเตมประสทธภาพ และไมสามารถทจะควบคมความเรวใหสมาเสมอไดเนองดวยปญหาของแรงดนทใชไมเพยงพอประกอบกระบอกอดทขยายตวไมเทากนทความรอนในการอนพมพสง อกทงหากตองการใชความเรวทสงขนจาเปนตองมการเพมสดสวนของแขงทมากขนดวยแตเนองดวยเครองมอและอปกรณในการทดลองเบองตนนยงมขอจากดอยหลายประการเชนความสามารถของเครองอดไฮดรอลกเปนตนจงจะมการประยกตใชเครองอดฉดในการอดรดขนรปตอไป 3.4 การอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยประยกตใชเครองฉดโลหะ 3.4.1 การออกแบบแมพมพ

จากการทดลองเบองตนกบเครองไฮดรอกลกแนวนอนทาใหพบปญหาจากการออกแบบแมพมพอาทเชนปญหาจากการแกะชนงานททาไดยากและในการอดรดยงตองการระบบหลอเยน (Cooling System) เพอทาใหชนงานทไดเกดการเยนตวบรเวณสวนปลายแลวจงดนอะลมเนยมกงของแขงออกมาในลกษณะของแทงกลมตนผานรางกราไฟตออกมา ซงในสวนนไดม

46

การปรบขนาดของรางรองรบชนงานใหยาวขนและเพมระบบหลอเยนความยาวประมาณ 50% ของรางรองรบชนงาน อดทงเพมชนสวนทเรยกวา Cutting ring สาหรบแกะชนงานไดงายขนดงแสดงในรปท 3.14

รปท 3.14 แมพมพทออกแบบและสรางเพอใชรวมกบเครองฉดโลหะ

3.4.2 การอดรดขนรป ในขนตอนของการอดรดขนรปนไดปรบเปลยนตวแปรโดยอาศยผลจากการศกษา

ความเปนไปไดเบองตนในหวขอท 3.3 ซงจะทาการศกษาเพมในตวแปรของสดสวนของแขงเรมตนของอะลมเนยมผสมทสมพนธกบความเรวในการอดรด โดยในการศกษานจะทาการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงทสดสวนของแขงเทากบ 5% 10% และ 20% ทความเรวในการอดรดเทากบ 2 cm/s 4 cm/s และ 6 cm/s ตามลาดบ ตวแปรทใชในการอดรดสรปไดดงตารางท 3.3

ตารางท 3.3 สรปตวแปรทใชในการอดรดรวมกบเครองฉดโลหะ

ตวแปรทใชในการทดลอง รายละเอยด

1.ปรมาณนาอะลมเนยมหลอมเหลว ∼200 กรม 2.อณหภมแทงกราไฟต 50°C 3.อณหภมเรมปลอยฟองแกส 620°C 4.สดสวนของแขงทเตรยมได 5% 10% และ 20% 5.อณหภมแมพมพ 270°C 6.อณหภมกระบอกอด 250°C 7.อณหภมรางรองรบชนงาน 30-40°C 8.ความเรวทใชในการอดรด 2 cm/s 4 cm/s และ 6 cm/s 9.ระบบหลอเยน ระบบนาไหลวน

47

ผลจากการทดลองเบองตนพบวาเมอประยกตใชเครองฉดโลหะมาทาการอดรดอะลมเนยมนนสามารถควบคมความเรวในการอดไดคงทมากขนและอณหภมของแมพมพรวมถงกระบอกอดสามารถควบคมไดดวยการตดตง Cartridge Heater ลงไปในตาแหนงนน ๆ ซงทาใหมความสมาเสมอของอณหภมมากขนและในสวนหนาของชดอดรดไดเพมระบบหลอเยนซงทาใหชนงานทไดเกดการแขงตวเปนแทงกอนแลวจงไหลผานรางกราไฟตออกไปในลกษณะแทงกลมตนไดดงแสดงในรปท 3.15

รปท 3.15 แมพมพทออกแบบและสรางเพอใชรวมกบเครองฉดโลหะ

3.4.3 การวเคราะหผลจากการอดรดโดยประยกตใชเครองฉดโลหะ อยางไรกตามพบวากรณทจะสงผลใหชนงานยนผานรางรองรบออกมาในสถานะ

ของแขงทแขงตวแลว 100% นนจะตองมการควบคมสดสวนของแขงของอะลมเนยมกงของแขงเรมตนใหเหมาะสมกบความเรวทใชในการอดรด เนองจากการความเรวในการอดรดทสงเกนไปจะทาใหชนงานอะลมเนยมกงของแขงไมสามารถเยนตวไดทนจะเกดการแยกเฟสของของเหลวและไหลออกมากอนเชนเดยวกนกบในกรณของการอดรดทใชเครองอดไฮดรอลกแนวนอนเมอพจารณาถงลกษณะของชนงานทอดรดไดมความใกลเคยงกบลกษณะของชนงานทไดจากการทดลองศกษาความเปนไดรวมกบเครองอดไฮดรอลกขนาด 20 ตนคอจะประกอบไปดวย 3 สวนคอ สวนทเปนชนงาน (Extruded Sample) Squeezed liquid และ สวนทอยภายในกระบอกอดหรอ Unextruded sample ดงแสดงในรปท 3.16

48

รปท 3.16 สวนประกอบของชนงานทอดรดได

ความแตกตางของชนงานทไดจากการอดรดโดยใชเครองฉดโลหะเมอเปรยบเทยบกบชนงานทไดเครองอดไฮดรอลกขนาด 20 ตน คอชนงานมลกษณะตรงมากกวาและเนอของชนงานจะแนนกวาซงจะไมพบลกษณะของขอบกพรองระดบมหภาคเลยรวมทงผวทดกวาอกดวยทงนเปนเพราะวาเครองฉดโลหะสามารถควบคมตวแปรอาทเชนแรงดนอด ความเรวในการอดรด และอณหภมของกระบอกอดใหนงกวาได

สาหรบคณภาพผวของชนงานทอดรดไดพบวาในทกกรณของการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขงโดยใชเครองฉดโลหะนนจะทาใหผวของชนงานทไดมลกษณะเรยบดงแสดงในรปท 3.17 (ก) ทงนเปนผลมากจากพฤตกรรมการไหลแบบราบเรยบ (Laminar Flow) ประกอบกบการเคลอนทของกระบอกสบทนงกวาในกรณของการอดรดดวยเครองอดไฮดรอลกทจะเกดการตดขดระหวางการอดรดทาใหการไหลไมสมาเสมอสงผลใหเกดการแยกกนของชนผวและเกดการเยนตวอยางไมสมาเสมอจงทาใหผวทไดขรขระและไมตอเนองกวาการไหลแบบราบเรยบดงแสดงในรปท 3.17 (ข)

(ก) (ข)

รปท 3.17 ผวของชนงานทไดทผานและไมผานการยอมรบ (ก) ลกษณะผวทเรยบ (ข) ลกษณะผวทขรขระ

สาหรบความยาวของชนงานนนพบวาในการทดลองอดรดทความเรวและสดสวน

ของแขงตางๆ กนพบวาทสดสวนของแขงตาสดเทากบ 5 % และความเรวในการอดรดตาสดเทากบ 2 cm/s ไมสามารถทาใหชนงานไหลผานรางรองรบออกมาไดดงนนในกรณนจงตดทงไป ในทาง

49

ตรงกนขามในกรณทความเรวสงขนท 4 cm/s และ 6 cm/s ชนงานสามารถไหลผานรางรองรบออกมาไดแตเนองจากความเรวสงทาใหอะลมเนยมกงของแขงยงเยนตวไดไมมากนกจงเกดการหกงอของสวนปลายของชนงานซงเหลอสวนทสามารถพยงไดวดจากสวนปลายความยาวประมาณ 1-2 cm ดงนนจงเพมสดสวนของแขงมากขนเปน 10% พบวาทความเรวในการอดรด 4 cm/s ชนงานไมสามารถยนผานรางรองรบออกมาไดเนองจากอะลมเนยมกงของแขงเกดการเยนตวและแขงตวภายในรางและกระบอกสบแลวพนซจงไมสามารถดนออกมาได แตในกรณ 6 cm/s จะใหชนงานทมความยาวยนผานรางรองรบออกมาไดวดจากปลายรางไดความยาวทยนออกมาประมาณ 3-4 cm แตจะเกด Squeezed liquid ไหลออกมากอนในสวนแรก ดงนนจงไดลองเพมสดสวนของแขงใหมากขนอกเปน 20% ทงนเปาหมายเพอลดปรมาณของ Squeezed liquid พบวาทความเรว 6 cm/s ไมสามารถอดรดชนงานใหไหลผานรางออกมาไดเนองจากเกดการแขงตวภายในรางรองรบแลวเชนกน ลกษณะของชนงานทงหมดแสดงดงรปท 3.18 (ก-ฉ)

(ก)

(ข)

รปท 3.18 ชนงานทอดรดไดทความเรวในการอดรดและสดสวนของแขงเรมตนเทากบ (ก) 2 cm/s 5% และ (ข) 4 cm/s 5% ตามลาดบ

50

(ค)

(ง)

(จ)

(ฉ) รปท 3.18 (ตอ) ชนงานทอดรดไดทความเรวในการอดรดและสดสวนของแขงเรมตนเทากบ

(ค) 4 cm/s 10% (ง) 6 cm/s 5% (จ) 6 cm/s 10% และ (ฉ) 6 cm/s 15% ตามลาดบ

51

จากผลการวเคราะหเบองตนในดานความยาวสามารถสรปไดวามชนงานทอดรดขนรปโดยมความยาวยนผานรางรองรบชนงานไดเพยง 3 กรณเทานนคอกรณทใชความเรวในการอดรด 4 และ 6 cm/s ทสดสวนของแขง 5% และ 10% ตามลาดบแตกรณทใหความยาวมากทสดคอกรณของความเรวในการอดรด 6 cm/s ทสดสวนของแขง 10% ดงรปท 3.19 (ข ง และจ) และสรปผลทงหมดในตารางท 3.4 ดงนนเพอใหเหนถงความแตกตางของสมบตทชดเจนเพอการประยกตใชงานจงไดทาการวเคราะหโครงสรางจลภาคและสมบตเชงกลของชนงานทไดจากการอดรดใน 3 กรณดงกลาวในหวขอถดไป

สาเหตสาคญทไมสามารถอดชนงานใหมความยาวมากไดเนองจากกระบอกอดดานหลงสามารถควบคมอณหภมไดเพยง 250°C เทานนจงทาใหเมอเทอะลมเนยมกงของแขงลงไปในกระบอกอดจะเกดการถายเทความรอนออกไปอยางรวดเรวทาใหเกดการแขงตว เมออะลมเนยมกงของแขงเกดการแขงตว 100% กาลงของเครองฉดโลหะไมสามารถดนอะลมเนยมนนตอไปไดจงหยดทางาน และในกรณทเพมสดสวนของแขงมากขนยงทาใหอะลมเนยมแขงตวไดเรวขนดงนนจงเปนการยากมากทจะทาใหชนงานออกมาไดยาวมาก

รปท 3.19 การเปรยบเทยบชนงานชนงานทไดจากการอดรดทเงอนไขการอดรดตาง ๆ โดย (ก) ความเรวในการอดรดเทากบ 2 สดสวนของแขงเทากบ 5% (ข) ความเรวในการอดรดเทากบ 4 สดสวนของแขงเทากบ 5% (ค) ความเรวในการอดรดเทากบ 4 สดสวนของแขงเทากบ 10% (ง) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 สดสวนของแขงเทากบ 5% (จ) ความเรวในการอดรดเทากบ 6

สดสวนของแขงเทากบ 10% และ (ฉ) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 สดสวนของแขงเทากบ 15%

(ก)

(ข)

(ค)

(ง)

(จ)

(ฉ)

52

ตารางท 3.4 สรปผลจากการอดรดอะลมเนยมแบบกงของแขง

สดสวนของแขง เรมตน

ความเรวในการอดรดขนรป 2 cm/s 4 cm/s 6 cm/s

5% X 10% X X 20% X X X

*หมายเหต คอกรณทชนงานยนผานรางรองรบได และ X คอกรณทชนงานแขงภายในรางรองรบ

3.5 การวเคราะหโครงสรางจลภาคของชนงานอดรด

สาหรบการวเคราะหโครงสรางจลภาคของชนงานอดรดจะเนนพจารณาถงความสมาเสมอของโครงสรางจลภาค (Microstructure Uniformity) รายละเอยดของการศกษามดงตอไปน 3.5.1 ผลของการวเคราะหความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคทวไปของชนงานอดรด

ผลจากการวเคราะหภาพถายของโครงสรางจลภาคโดยใชกลองจลทรรศนแบบใชแสงของชนงานอดรดทเ งอนไขการอดรดตาง ๆ กนพบวาโครงสรางของชนงานท งหมดประกอบดวยสองเฟสหลก ๆ คอ เฟสแอลฟาอะลมเนยม (α-Aluminum) ทมลกษณะเปนกอนกลมเกดจากการฟอรมตวจากปลอยฟองแกสเขาไปในน าอะลมเนยมหลอมเหลวขณะแขงตวและเตบโตขนเรอยๆ และอกเฟสคอ ยเทคตก ซงเปนบรเวณทเหลอจะเกดการแขงตวเมอน าอะลมเนยมเกดการแขงตวทอณหภมยเทคตก ลกษณะของโครงสรางกอนกลมและยเทคตกแสดงดงรปท 3.20

รปท 3.20 ลกษณะของเฟสแอลฟาอะลมเนยมและยเทคตก

α aluminum

Eutectic

53

โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดจากแตละเงอนไขการอดรดแสดงดงรปท 3.21 ภาพโดยรวมสามารถสรปไดวาการกระจายตวของเฟสแอลฟาอะลมเนยม และยเทคตกมความสมาเสมอและใกลเคยงกนในทกเงอนไขการอดรด (ก) (ข) รปท 3.21 โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดบรเวณโคน กลาง และปลายท (ก) ความเรวในการ อดรดเทากบ 4 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 5% (ข) ความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และ

สดสวนของแขงเทากบ 5%

ปลาย

กล

าง

โคน

54

(ค) รปท 3.21 (ตอ) โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดบรเวณโคน กลาง และปลายท (ค) ความเรวใน

การอดรดเทากบ 6 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 10%

ปลาย

กล

าง

โคน

55

3.5.2 อทธพลของความเรวในการอดรดตอความสมาเสมอของโครงสรางจลภาค จากการวเคราะหโครงสรางภาพรวมสรปไดวาสดสวนของเฟสแอลฟาอะลมเนยม

ตอยเทคตกจากแตละบรเวณตลอดความยาวของชนงานมความใกลเคยงกนในทกเงอนไขการอดรดแตอยางไรกตามเมอใชกาลงขยายทเพมสงขนจาก 50X เปน 200X-500X จะสงเกตเหนความแตกตางของโครงสรางยเทคตกบรเวณปลายของชนงานทจะมลกษณะใหญและหยาบแตกตางจากบรเวณกลางและโคนของชนงานทมลกษณะละเอยดกวา ตาแหนงของชนงานทนามาวเคราะหและโครงสรางจลภาคของแตละบรเวณแสดงดงรปท 3.22

(ก)

(ข)

ป ก

กป

กป

56

(ค) รปท 3.22 โครงสรางจลภาคของชนงานอดรดบรเวณกลางและปลายทกาลงขยาย 500X โดย (ก)ใชความเรวในการอดรดเทากบ 4 cm/s และ สดสวนของแขงเทากบ 5% (ข) 6 cm/s และ 5% และ (ค) 6

cm/s และ 10% ตามลาดบ

จากรปโครงสรางจลภาคของชนงานทกาลงขยาย 500X จากสองบรเวณดงกลาวจะเหนไดวาชนงานทใชความเรวในการอดรดขนรปตากวาคอ 4 cm/s โครงสรางยเทคตกจะมลกษณะทแตกตางกนอยางชดเจนคอ บรเวณกลางและโคนของชนงานจะมลกษณะเปนโครงสรางยเทคตกละเอยดแตบรเวณปลายโครงสรางยเทคตกจะมลกษณะหยาบรปทรงคลายเขมความยาวเฉลยประมาณ 10 μm และเมอเพมความเรวในการอดรดขนพบวาโครงสรางยเทคตกจะมขนาดเลกลงแสดงดงรปท 3.22 ( ข และค) และเมอสดสวนของแขงเรมตนเพมมากขนจาก 5% เปน 10% พบวาโครงสรางยเทคตกทเกดขนบรเวณปลายของชนงานมความใกลเคยงกบบรเวณกลางของชนงานอยางมาก

จากผลการทดลองดงกลาวสามารถสรปไดวาการอดรดอะลมเนยมกงของแขงทมสดสวนของแขงเรมตนตาๆ ทใชความเรวในการอดรดสงนนเฟสของเหลวจะไหลแยกตวออกมาในชวงแรกซงจะสงผลใหมเวลาในการแขงตวมากกวาหรออตราการเยนตวตากวา ดงนนจะทาใหเกดลกษณะของโครงสรางยเทคตกทหยาบกวาซงการเพมความเรวมากขนสงผลใหการผลกอะลมเนยมกงของแขงออกจากกระบอกอดทาไดดกวาดงนนการแยกเฟสจงเกดนอยกวาอกทงทาใหการเยนตวของสองบรเวณมระยะเวลาทใกลเคยงกนดงนนโครงสรางจงไมแตกตางกนมากนก ยงขนไปกวานนในกรณทเพมสดสวนของแขงสงขนนนจะมสวนชวยทาใหอตราการเยนตวของเฟสยเทคตกสงขนจงทาใหพบโครงสรางยเทคตกทละเอยดมากและไมแตกตางกนกบบรเวณตรงกลางและทโคนของชนงาน จากขอในสวนนบงบอกวาการควบคมโครงสรางจลภาคของชนงานใหมลกษณะสมาตลอดความยาวนนจาเปนตองคานงถงสดสวนของแขงและความเรวทใชในการอดรดขนรปอยางมากเนองจากความสมาเสมอของโครงสรางนจะสงผลตอสมบตเชงกลของชนงานทไดอกดวย

กป

57

3.5.3 อทธพลของสดสวนของแขงเรมตนตอความสมาเสมอของโครงสรางจลภาค ในหวขอทผานมาไดนาเสนอการวเคราะหความสมาเสมอของโครงสรางในแนว

ความยาวของชนงานซงในการทดลองสวนนไดทาการวเคราะหลกษณะของโครงสรางในแนวรศมซงบรเวณของชนงานตวอยางทถกตดนามาวเคราะหมาจากสองบรเวณคอบรเวณขอบของชนงานและบรเวณกลางชนงานดงรปท 3.23 รปท 3.23 ตาแหนงของชนงานทนามาวเคราะหความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคในแนวรศม

ซงเมอนาชนงานจากสองบรเวณดงกลาวมาทาการวเคราะหโครงสรางจลภาคพบวาโครงสรางจลภาคจากทงสองบรเวณมความแตกตางกนแสดงดงรปท 3.24 ผลจากการวเคราะหพบวาบรเวณขอบของชนงานทดสอบจะประกอบไปดวยโครงสรางเดรนไดรตหรอโครงสรางกงไมทมขนาดเลกเกดจากการทเฟสของเหลวหรอ Liquid phase เกดการไหลวนรอบนอกขณะไหลผานแมพมพออกสรางรองรบชนงานและบรเวณกลางของชนงานทดสอบจะปรากฎเฟสของแอลฟาอะลมเนยมทมลกษณะกลมอย

(ก) (ข) รปท 3.24 โครงสรางจลภาคเปรยบเทยบระหวางบรเวณ (ก) กลาง และ (ข) ขอบของชนงาน

Middle (Solid

Edge (Squeezed Liquid)

Sample

58

จากนนไดทาการวเคราะหชนงานในทกเงอนไขการอดรดพบวาชนงานอดรดทมสดสวนของแขงเรมตนทสงขนจะสงผลใหเฟสของเหลวทอยบรเวณขอบนอกของชนงานจะลดนอยลงดงรปท 3.25 ทงนเนองจากเมอสดสวนของแขงเพมมากขนจะทาใหปรมาณของเฟสของเหลวนอยลงและจะเกดการแยกเฟสของของเหลวนอยลงดวย แตอยางไรกตามหากสดสวนของของแขงนอยจนเกนไปจะทาใหเกดแรงเสยดทานระหวางผนงแมพมพและเนออะลมเนยมซงอาจจะตองใชแรงดนในการอดรดเพมสงขนดวย

(ก)

(ข)

รปท 3.25 โครงสรางจลภาคบรเวณขอบของชนงานทมสดสวนของแขงเรมตนแตกตางกนโดย (ก) ใชสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 5% ทความเรว 6 cm/s และ (ข) ใชสดสวนของแขงเรมตน

เทากบ 10% ทความเรว 6 cm/s

∼0.5 mm

∼1.3 mm

59

ผลจากการวดระยะของบรเวณทเปนโครงสรางเดรนไดรตละเอยดในชนงานแตละชนแสดงดงตารางท 3.5 ซงเปนไปในทศทางเดยวกนในชนงานทกบรเวณดงนนสามารถสรปไดวาในระหวางการไหลของอะลมเนยมกงของแขงออกจากแมพมพนนเฟสของของเหลวจะไหลวนอยรอบนอกเสมอและเฟสของแอลฟาอะลมเนยมทเกดจากการปลอยฟองแกสและเตบโตจะไหลอยบรเวณกลางของชนงาน

ตารางท 3.5 สรประยะของเฟสของเหลวบรเวณขอบชนงาน

ชนงาน ระยะเฟสของเหลวบรเวณขอบ

(mm) คาเฉลย คาเบยงเบน มาตรฐาน

โคน กลาง ปลาย S= 4 cm/s และ fs = 5% 1.4 1.6 1.0 1.3 0.3 S= 6 cm/s และ fs = 5% 1.2 1.4 1.0 1.2 0.2 S= 6 cm/s และ fs = 10% 0.4 0.6 0.4 0.5 0.1

3.5.4 โครงสรางสรางจลภาคหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

จากการวเคราะหโครงสรางจลภาคหลงนาชนงานไปผานกระบวนการทางความรอนเงอนไข T6 พบวาเมอทาการอบละลายชนงานทอณหภม 540°C เปนเวลา 8 ชวโมงนนทาใหโครงสรางของยเทคตกมการเปลยนแปลงจากเดมทลกษณะของเฟสของซลกอนทมลกษณะเปนแฉกคลายเขมจะเปลยนรปกลายเปนซลกอนทมลกษณะกลมดงแสดงในรปท 3.26

(ก) (ข) รปท 3.26 ลกษณะของเฟสซลกอน (ก) กอน และ (ข) หลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

60

3.6 การวเคราะหสมบตเชงกลของชนงานอดรด ในงานวจยชนนไดทาการวเคราะหสมบตเชงกลของชนงานทอดรดไดโดย

ประกอบดวยสมบตความแขงแรงดงสงสด (Ultimate Tensile Strength) เปอรเซนตการยดตวณ จดแตกหกของชนงาน (% Elongation) 3.6.1 ความแขงแรงดงสงสด

ในการทดสอบคาความแขงแรงดงสงสดในขนตอนนชนงานจะถกแบงออกเปนสองกลมคอ ชนงานทไดจากการอดรดโดยตรงและชนงานทผานกระบวนการปรบปรงสมบตทางความรอน ชนงานทงคจะถกนาไปกลงจนมขนาด ความยาว Gauge length เสนผานศนยกลาง และ รศมความโคงตรงตามมาตรฐาน ASTM B557M ตวอยางชนงานทกลงไดแสดงดงรปท 3.27 จากนนชนงานจะถกดงโดยเครอง Universal Testing Machine (UTM) เพอวดคาแรงทใชตอพนทผานทางคอมพวเตอรแสดงดงรปท 3.28

รปท 3.27 ชนงานทใชในการทดสอบความแขงแรงดงสงสด

รปท 3.28 ลกษณะของชนงานทถกดงโดยเครอง UTM

61

รปท 3.29 กราฟเปรยบเทยบผลจากการทดสอบความแขงแรงดงของชนงานจากการอดรดขนรปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

ผลจากการวเคราะหคาความแขงแรงดงสงสดแสดงดงตารางท 3.6 และรปท 3.29

พบวาชนงานทมคาความแขงแรงสงสดคอชนงานทอดรดโดยใชความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 10% มคาความแขงแรงดงกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอนเทากบ 208.4 ± 7.5 MPa และ 276.5 ± 11.3 MPa ตามลาดบ ซงจากแนวโนมพบวาเมอเพมสดสวนของแขงเรมตนสงขนทาใหชนงานมคาความแขงแรงเพมสงขนเชนเดยวกน

ตารางท 3.6 ผลการทดสอบความแขงแรงดงของชนงานอดรดทเงอนไขตางกนกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

ชนงาน เงอนไขในการอดรด ความแขงแรงดงสงสด (MPa)

สดสวนของแขง ความเรวอดรด As extruded T6 SSM4-5 5% 4 cm/s 191.9 ± 9.7 274.6 ± 6.7 SSM6-5 5% 6 cm/s 190.3 ± 6.8 255.2 ± 10.0 SSM6-10 10% 6 cm/s 208.4 ± 7.5 276.5 ± 11.3

62

เนองจากเมอสดสวนของแขงเพมขนจะทาใหอะลมเนยมกงของแขงสามารถไหลไดอยางราบเรยบมากขนจงทาใหไมเกดขอบกพรองภายในเนอชนงานและชนงานทไดยงมเนอทแนนอกดวย และในทางตรงกนขามหากใชความเรวทสงขนรวมกบสดสวนของแขงเรมตนทตากวาดงในกรณของการอดรดโดยใชความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และ สดสวนของแขงเรมตนเทากบ 5% พบวามแนวโนมของสมบตความแขงแรงดงทตาลงเทากบ 190.3 ± 6.8 MPa สาหรบชนงานกอนทาการปรบปรงสมบตทางความรอน และ 255.2 ± 10.0 MPa สาหรบชนงานหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน อยางไรกตามจากการวเคราะหชนงานทผานการดงพบวาบรเวณรอยแตกยงมออกไซดฟลมเกดขนดงแสดงในรปท 3.30 ซงจะสงผลใหชนงานไมมความแขงแรงดงสงเทาทควร

รปท 3.30 ออกไซดฟลมภายในเนอชนงาน

3.6.2 เปอรเซนตการยดตวณ จดแตกหก

ผลจากการวเคราะหเปอรเซนตการยดตวณ จดแตกหกแสดงดงตารางท 3.7 และรปท 3.31 พบวาชนงานทมคาเปอรเซนตการยดตวสงทสดคอชนงานทอดรดโดยใชความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 10% มคาความแขงแรงดงกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอนเทากบ 11.2 ± 1.4% และ 12.4 ± 0.9% ตามลาดบ ซงจากแนวโนมพบวาเมอเพมสดสวนของแขงเรมตนสงขนทาใหชนงานมเปอรเซนตการยดตวเพมสงขนเชนเดยวกนในทางตรงกนขามหากใชความเรวทสงขนรวมกบสดสวนของแขงเรมตนทตากวาดงในกรณของการอดรดโดยใชความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และ สดสวนของแขงเรมตนเทากบ 5% พบวามแนวโนมของสมบตความแขงแรงดงทตาลงเทากบ 6.5 ± 1.5%สาหรบชนงานกอนทาการปรบปรงสมบตทางความรอน และ 7.3 ± 0.6% สาหรบชนงานหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

63

รปท 3.31 กราฟแสดงการเปรยบเทยบผลจากการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงานจากการอดรดขนรปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

จากรปท 3.31 ยงเหนไดวาสมบตของเปอรเซนตการยดตวกอนและหลงการทาการปรบปรงไมไดแตกตางกนมากนกทงนนาจะเปนเพราะอทธพลจากการแยกตวของเฟสของเหลวบรเวณขอบรอบนอกของชนงานทเกดขนดงแสดงรปท 3.25

ตารางท 3.7 ผลการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงานอดรดทเงอนไขตางกนกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

ชนงาน เงอนไขในการอดรด เปอรเซนตการยดตว (%)

สดสวนของแขง ความเรวอดรด As extruded T6 SSM4-5 5% 4 cm/s 7.5 ± 1.1 8.3 ± 0.9 SSM6-5 5% 6 cm/s 6.5 ± 1.5 7.3 ± 0.6 SSM6-10 10% 6 cm/s 11.2 ± 1.4 12.4 ± 0.9

64

3.7 การเปรยบเทยบผลของสมบตเชงกลระหวางชนงานทอดรดขนรปไดและสมบตมาตรฐานของชนงานอดรดทวไป

ในข นตอนนไดว เคราะหผลของสมบต เ ชงกลของชนงานทอดรดไดจากกระบวนการอดรดแบบกงของแขงของอะลมเนยมผสมเกรด 356 และ คามาตรฐานของสมบตเชงกลของชนงานอดรดอะลมเนยมทใชกนทวไปนนคออะลมเนยมผสมเกรด 6063 ซงเปนอะลมเนยมทจดอยในชนด Wrought อะลมเนยม ผลจากการเปรยบเทยบแสดงดงรปท 3.32

รปท 3.32 การเปรยบเทยบผลจากการทดสอบเปอรเซนตการยดตวของชนงานจากการอดรดขนรปกอนและหลงทาการปรบปรงสมบตทางความรอน

จากการวเคราะหสามารถสรปไดวาชนงานทอดรดขนรปไดจากกระบวนการอดรด

แบบกงของแขงของอะลมเนยมเกรด 356 ซงเปนอะลมเนยมชนดหลอ หรอ Cast aluminum ยงมคาความแขงแรงดงและเปอรเซนตการยดตวสงกวาอะลมเนยมเกรด 6063 ทใชอยอยางแพรหลายอางองจากมาตรฐาน ASM handbook มคาเทากบ 240.0 MPa 276.5 MPa และ 12.0% 12.4% ตามลาดบ ดงนนบงบอกถงความเปนไปไดในการประยกตใชอะลมเนยมเกรด 356 มาทาการอดรดขนรปไดในอนาคต

65

บทท 4

บทสรปและขอเสนอแนะ

4.1 บทสรป ผลจากการศกษาความเปนไปไดเบองตนของกระบวนการอดรดอะลมเนยมกง

ของแขงโดยใชวธการปลอยฟองแกสเขาไปในน าโลหะขณะแขงตวพบวามความเปนไปไดทจะทาการอดรดอะลมเนยมผสมแบบกงของแขงทมสดสวนของแขงเรมตนตา ๆ (หรอนอยกวา 30%) ได ทงนในการอดรดโลหะผสมหรออะลมเนยมผสมทมสดสวนของแขงตา ๆ นนจาเปนตองมการควบคมตวแปรในการอดรดใหเหมาะสมกบสดสวนของแขงทผลตไดอยางมากเนองจากการมเฟสของเหลวอยมากกวาเฟสของแขงนนจะทาใหการไหลของนาโลหะควบคมไดยากขนรวมทงการเยนตวของน าโลหะยงควบคมยากกวาการอดรดขนรปทมเฟสของแขงอยเยอะเชนในการอดรดแบบ Hot extrusion ทใชกนอยางแพรหลายในอตสาหกรรม ผลจากการศกษาตวแปรตางๆ ทเกยวของกบกระบวนการอดรดอะลมเนยมผสมแบบกงของแขงในงานวจยนสามารถสรปไดดงตอไปน 4.1.1 ผลของการออกแบบชดแมพมพ

จากการทดลองพบวาแมพมพทใชในกระบวนการอดรดแบบกงของแขงโดยเรมตนจากการเทน าโลหะหลอมเหลวนนควรมความยดหยนตอการถอดชนงานโดยมสวนทเปน Cutting ring แทรกไวระหวางแมพมพสวนหนาและกระบอกอดเพอเปนชนสวนทถอดออกกอนแลวจงแกะชนงานออกแตอยางไรกตามควรออกแบบให Cutting ring มรปรางเหมาะสมเพอใหงายตอการแกะชนงานออกมากขน และการแกะชนงานควรแกะออกทางดานหนาของแมพมพอดรด ในสวนปลายของแมพมพควรมการตดตงชดหลอเยนไวเพอใหชนงานทไดมการแขงตวบรเวณปลายกอนแลวจงดนออกมาเพอใหมรปรางทคงตวเปนแทงอยได สาหรบกระบอกอดจะตองสามารถรกษษาอณหภมใหคงทได ซงในการทดลองสามารถรกษาอณหภมไดเพยง 250°C เทาน นซงภายหลงพบวาเปนขอจากดของการขนรปเนองจากจะทาใหเกดการเยนตวอยางรวดเรวภายในกระบอกอดกอนทาการอดรด ดงนนเพอแกไขปญหานควรเพมความสามารถในการรกษาอณหภมของกระบอกอดใหเพมสงขนในอนาคต

66

4.1.2 ผลของสดสวนของแขงเรมตนตอความสมบรณของชนงานอดรด จากการทดลองใชสดสวนของแขงเรมตนตางกนไดแก 5 10 20 และ 30%

ตามลาดบพบวาในกรณของสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 30% นนพบวาอะลมเนยมกงของแขงทเตรยมไดจากกระบวนการฟองแกสเขาไปในน าโลหะขณะแขงตวมความหนดตวคอนขางสง (Higher Viscosity) จงไมสามารถทจะเทน าโลหะลงในกระบอกอดรดได สาหรบสดสวนของแขงเรมตนทตามากเทากบ 5% นนจะยงคงมพฤตกรรมใกลเคยงกบน าอะลมเนยมหลอมเหลวทมเฟสของเหลว 100% นนคอยงมสมบตการไหลทดมากแตทงนหากทาการอดรดดวยสดสวนของแขงตาจะทาใหไมสามารถใชความเรวในการอดรดสงไดเนองจากจะเกดการแยกเฟสของของเหลวออกมากอน (Liquid Segregation) และจะอาจเกดการเยนตวไมทนซงเปนสาเหตของการเกดขอบกพรองภายในเนอของชนงานเชน โพรงหดตวระดบมหภาคและจลภาคเปนตน และจะสงผลโดยตรงกบสมบตเชงกลของชนงานทอดรดได ดงนนการเพมสดสวนของแขงใหสงขนจงเปนแนวทางสาคญในการลดขอจากดดงกลาวแตในการทดลองพบวาหากเพมสดสวนของแขงมากจนเกนไปเชนในกรณของสดสวนของแขงเรมตนเทากบ 20% จะสงผลใหไมสามารถอดชนงานใหมลกษณะยาวยนผานรางรอบรบชนงานออกมาได ดงนนในการทดลองนจงสามารถสรปเบองตนไดวาชนงานทอดรดโดยใชสดสวนของแขงเทากบ 10% จะมลกษณะผวและความยาวสมบรณทสด

สาหรบอทธพลของสดสวนของแขงตอความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคสามารถสรปไดดงนการใชสดสวนของแขงทสงขนจะสงผลใหเกดการแยกเฟสของเหลวนอยลงดงนนเมอทาการอดรดเฟสของเหลวทเหลอทจะไหลวนรอบนอกของชนงานนนจะมปรมาณนอยกวาทาใหชนงานมความสมาเสมอของโครงสรางในแนวรศมมากขนแตอยางไรกตามความสาคญของเฟสของเหลวทไหลวนบรเวณรอบนอกดงกวาจะเปนตวชวยในการหลอลนชนงานระหวางผวของแมพมพหรอรางรองรบและอะลมเนยมเองทาใหสามารถอดรดโดยใชความเรวเพมขนได แตหากสดสวนของแขงมากเกนไปจะสงผลทาใหเฟสของเหลวทจะไหลวนรอบนอกมปรมาณนอยมากกอใหเกดแรงเสยดทานบรเวณผวนอกซงทาใหตองใชแรงดนสงขนในการอดรดชนงานและหากแรงดนไมพอพนซจะหยดการอดทาใหไดชนงานทไมสมบรณ

4.1.2 ผลของความเรวในการอดรดตอความสมบรณของชนงานอดรด

จากการทดลองใชความเรวทแตกตางกนไดแก 2 4 6 และ 8 cm/s พบวาในกรณททาการอดรดโดยใชความเรวอดรดตาเทากบ 2 cm/s นนไมสามารถอดรดใหชนงานยาวพนสวนทเปนรางรองรบชนงานออกมาไดทงนเปนเพราะอะลมเนยมกงของแขงเกดการเยนตวและแขงกอนทจะอดรดชนงานออกมาไดในทกเงอนไขของสดสวนของแขง ในทางตรงกนขามหากเพมความเรว

67

อดรดสงมากเทากบ 8 cm/s ชนงานทไดจะมลกษณะไมเตมหนาตดสาเหตเนองจากชนงานทถกอดผานแมพมพและไหลออกมาจากรางรองรบชนงานยงคงมเฟสของเหลวอยเยอะจงไมสามารถฟอรมตวเปนรปรางตามแมพมพได ซงในกรณทความเรวสงนหากเพมสดสวนของแขงใหสงขนเพอชวยในการแขงตวนนสามารถทาไดแตจะเกดแรงเสยดทานสงมากดงนนจะเปนการเพมขอจากดในการขนรปและยงถอเปนขอดอยเมอเปรยบเทยบกบการอดรดอนๆอกดวย ดงนนในการวจยจงมงเนนพฒนาการอดรดทใชความเรวพอเหมาะตอสดสวนของแขงเพอยงคงรกษาขอดในการลดแรงดนอดรดลงได และผลจากการอดรดทใหชนงานทมความสมบรณมากทสดคอกรณทใชความเรวในการอดรดเทากบ 6 cm/s และสดสวนของแขงเทากบ 10% ซงตองยอมรบวาตวแปรความเรวในการอดรดทเหมาะสมกบสดสวนของแขงเรมตนเหลานจาเปนตองมการปรบเปลยนไปตามลกษณะของเครองมอและอปกรณทใชดวยเนองจากระยะในการอดรด อณหภมของแมพมพและกระบอกอดทสามารถควบคมไดกเปนสงทตองคานงถงเชนกน

สาหรบอทธพลของความเรวในการอดรดตอความสมาเสมอของโครงสรางจลภาคสามารถสรปไดดงน สาหรบการกระจายตวของเฟสแอลฟาอะลมเนยมตอเฟสยเทคตกนนจดไดวามการกระจายตวทสมาเสมอมากตลอดแนวความยาวของชนงาน แตเมอพจารณาถงรปรางและรปทรงของโครงสรางซลกอนทปรากฎอยในเฟสยเทคตกของชนงานทอดรดโดยใชความเรวในการอดรดตากวาพบวาบรเวณสวนปลายของชนงานจะมลกษณะของยเทคตกซลกอนทหยาบคลายรปเขมตางจากบรเวณโคนของชนงานทมลกษณะละเอยดกวาทงนเปนผลจากการแยกเฟสของของเหลวทเกดขนระหวางการบบอดอะลมเนยมออกจากกระบอกอดนนเองซงเฟสของเหลวนนจะมอตราการเยนตวตากวาบรเวณอน ๆ จงทาใหโครงสรางซลกอนเกดการเตบโตขน แตในกรณชนงานทอดรดดวยความเรวทสงขนจะทาใหชนงานบรเวณโคนและปลายมโครงสรางใกลเคยงกนทงเฟสแอลฟาอะลมเนยมและยเทคตกซลกอนเนองจากการใชความเรวสงจะทาใหอะลมเนยมกงของแขงทอยภายในกระบอกอดเกดการผสมกนของ Primary solid particle และเฟสของเหลวแลวจงดนออกมาอยางรวดเรวไมมเวลาสาหรบการตกตะกอนหรอแยกชนกนระหวางเฟสของเหลวและของแขงดงนนทงสองบรเวณจงมอตราการเยนตวทใกลเคยงกนสงผลใหโครงสรางจลภาคใกลเคยงกนเชนกน 4.2 ขอเสนอแนะ

1. เพอใหสามารถอดรดชนงานใหยาวขนไดควรมการเพมกระบอกอดทสามารถอนใหมอณหภมสงขนจนสามารถรกษาสภาพกงของแขงของวสดทนามาขนรปใหอยทประมาณ 50% ได

68

2. สาหรบวสดอน ๆ ทนามาทาการอดรดเชน ดบกผสม และ แมกนเซยมผสมอาจมการปรบปรงรางรองรบชนงานโดยทาจากวสดชนดอนอนนอกเหนอจากกราไฟตเชน ทองเหลองหรอเหลกกลาไรสนมเพอหลกเลยงพฤตกรรมการแทรกซมหรอการเกาะตวของวสดและเนอกราไฟต

3. ในขณะทาการทดลองอดรดขนรปควรสวมใสอปกรณปองกนน าโลหะและความรอนทกครงทปฏบตงาน ไดแก การสวมใสถงมอกนความรอน หนากากปองกนนาโลหะและความรอน เปนตน

4. สงสาคญในการควบคมการทดลองใหไดผลทถกตองแมนยาคอควรตรวจเชคเครองมอทกชนกอนทาการทดลองวามสภาพปกตและพรอมใชงานหรอไมอยางไร

5. การหลอมอะลมเนยมผสมควรหลกเลยงการหลอมทระดบอณหภมสงกวาอณหภมหลอมเหลวมากจนเกนไป และไมกวนน าอะลมเนยมหลอมเหลวภายในเบาหลอม พรอมทงหลกเลยงการปลอยแชน าโลหะทระดบอณหภมดงกลาวเปนระยะเวลายาวนานเกนความจาเปน

6. เมอสนสดการทดลองในแตละครงควรตรวจเชคความเรยบรอยของอปกรณทกชนใหอยในสภาวะปด (Off) ท งหมดและทาความสะอาดเศษวสดตางๆ ทหลงเหลอภายในเบาหลอมรวมถงเกบกวาดเศษวสดบรเวณทมการทดลอง

69

บรรณานกรม

Bayoumi, M.A., Negm MI., and EL-GOHRY, A.M. 2009. Microstructure and mechanical properties of extruded Al-Si alloy (A356) in the semi-solid state. Journal of Materials and Design: 4469-4477.

Fan, Z., Fang, X., and Ji, S. 2005. Microstructure and mechanical properties of rheo-diecast (RDC) aluminium alloys. Materials Science and Engineering A 412: 298-306.

Flemings, M.C., and Johnson, W.L. 2002. High Viscosity Liquid and Semi-Solid Metal Casting: Processes and Products, plenary lecture, World Foundry Conference, KynogJu, Korea, Oct. 20-24.

Hatch J.E. 1984. Aluminum Properties and Physical Metallurgy, American Society for Metals(ASM), Metal Park, Ohio, pp. 363.

Hong, CP., and Kim, JM. 2006. Solid State Phenomena Vols. 116-117: 44. Ivanchev, L., Wilkins, D., and Govender, G. 2004. Method and Apparatus for Rheo-Processing of

Semi-Solid Metal Alloys. Proceeding of the 8th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Limassol, Cyprus, September 21–23.

Jang D.I., Yoon, Yo., Kim S.K. 2008. Thixoextrusion for 7075 Al Wrought Alloy Tube [c]//HIRT G, RASSILI A. BÜrig-Polaczek.Proc of the 10th Int Conf on Semi-solid Processing of Alloys and Composites. Belguim, Germany, pp. 267-270

Ji, S., Fan, Z., and Bevis, M.J. 2001. Semi-solid processing of engineering alloys by a twin-screw rheomoulding process. Materials Science and Engineering A: 210-217.

Jian, X., Xu, X., Meek,TT., and Han Q. 2005. Materials Letters 59: 190. Jorstad, J., Thieman, M., and Kamm, R. 2004. Fundamental Requirements for Slurry Generation

in the Sub Liquidus Casting Process and the Economics of SLCTM Processing. Proceeding of the 8th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Limassol, Cyprus, September 21–23.

Kaiser Aluminum &Chemical Sale. 1997. Inc. Aluminum Extrusion Process. 2th ed. Kalpakjian, S., and Schmid, S.R. 2008. Manufacturing Processes for Engineering Materials,

70

Prentise Hall, pp. 307-319 Kaneuchi, T., Shibata, R., and Ozawa, M. 2002. Proceedings of the 7th International Conference

on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Tsukuba, Japan, September 2002.

Knauf, F., Baadjou, R., and Hirt, G. 2008. Solid State Phenomena Vols. 141-143, pp 61-66. Laue, K., and Strenger, 1981. H., Extrusion : Processes, Machinery, Tooling. Translated by

Castle, A.F. and Lang, Gernot. Metals Park, Ohio : American Society for Metals. Lee, B.S., Joo D.H., Kim M.H. 2005. Extrusion Behavior of Al-Cu alloys in the semi-solid state,

Journal of Materials Science and Engineering. A402: 170-176 Li, D.N., Luo, J.R., Wu, S.S., Xiao, Z.H., Mao, Y.W., Song, X.J., and Wu, G.Z. 2002. Study on

the semi-solid rheocasing of magnesium alloy by mechanical stirring. Journal of Materials Processing Technology Vols. 129: 431-434.

Martinez, R.A. 2004. Formation and Processing of Rheocast Microstructure. Ph.D. Thesis, Professor M.C. Flemings advisor, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA.

Martinez, R.A., Karma, A., and Flemings, M.C. 2006. Spheroidal Particle Stability in Semi-Solid Processing. Metallurgical and Materials Transactions A Vol. 37A (September): 2807-2815.

Mehrabian, R., and Flemings, M.C. 1972. Transaction of AFS, 80: 173. Moradi, M., NILI-AHMADABADI M., Heiradian, Ashouri, S. 2008. Investigation of Thin Wall

Casting Made of Semi-Solid A356 Using Back Extrusion and Die Cas[J], Solid State Phenomena, Vols. 141-143: 67-72

Pearson, C., and Parkins, R. 1960. The extrusion of metal, Chapman & Hall LTD, London, pp. 223-270

Sheppard, T. 1999. Extrusion of Aluminium Alloys. Dordrecht : Kluwer Academic Plublishers. Spencer, D.B. 1971. Rheology of Liquid-Solid Mixtures of Lead Tin. Ph.D. Thesis, Professor

M.C. Flemings advisor, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, (June).

Sumio, S., and Jun, Y. 2008. Solid State Phenomena Vols. 141-143 pp 79-83

Wang K., Zhang P., Du Y., Zeng P., Li, H. 2008. Basic Study on Thixo-co-extrusion of Multi-

71

layer Tube with Al/Mg Alloys, Solid State Phenomena Vols. 141-143: 73-78. Wannasin, J., Martinez, R.A., and Flemings, M.C. 2006. A Novel Technique to Produce Metal

Slurries for Semi-Solid Metal Processing. Solid State Phenomena Vols. 116-117: 366-369.

Wannasin, J. 2006. Semi-Solid Die Casting Technology. Proceeding of the Third Thai Foundry Conference, Bitec Bangna, Bangkok, Thailand, November 23.

Wannasin, J., Schwam, D., and Wallace, J.F. 2007. Evaluation of methods for metal cleanliness assessment in die casting. Journal of Materials Processing Technology Vols. 191: 242-246.

Wannasin, J., Janudom, S., Rattanochaikul T., Flemings M.C. 2008. Development of the Gas Induced Semi-Solid Metal Process for Aluminum Die Casting Application, Solid State Phenomena, Vols. 141-143: 97-102

Xu, J., Zhang, S., Yang, B., Shi, S., and Fan, Z. 2008 Microstructure and Mechanical Properties of Rhe-Extruded AZ31Mg-Alloy, Solid State Phenomena Vols. 141-143: 713-718

สเทพ บตรด และคณะ, รายงานการวจยฉบบสมบรณ โครงการ “การวเคราะหการอดรดอลมเนยมดวยวธทางไฟไนตเอลเมนต”, สานกงานกองทนสนบสนนการวจย

ตวอยางชนงานจากการอดรดขนรป (ออนไลน). สบคนจาก : http://www.alunet.net (2008, September 30)

กระบวนการอดรดขนรป (ออนไลน). สบคนจาก : http://www.accufabsolutions.com.au (2008, September 30)

ภาพประกอบกระบวนการอดรดขนรป (ออนไลน). สบคนจาก : http://www.azom.com (2008, September 30)

72

ภาคผนวก

73

ภาคผนวก ก. ลกษณะเฉพาะของอะลมเนยมผสมเกรด 356 ในงานหลอแบบพมพถาวร (Permanent

Mold Casting)

74

ตารางท ก.1 แสดงสมบตตาง ๆ ของอะลมเนยมผสมเกรด 356-T6 ในงานหลอแบบพมพถาวร Description Unit Value

Physical Properties Density g/cm3 2.68 Mechanical Properties Hardness (500g load; 10 mm ball) Brinell 65.0 - 95.0 Ultimate Tensile Strength MPa ≥ 228 Tensile Yield Strength MPa ≥ 152 Elongation at Break % ≥ 3.00 Modulus of Elasticity GPa 72.4 Compressive Yield Strength MPa 185 Poisson Ratio - 0.33 Fatigue Strength MPa 90.0 (of Cycles 5.00e+8) Thermal Properties Heat of Fusion J/g 389 Specific Heat Capacity J/g-°C 0.963 Thermal Conductivity W/m-K 151 Melting Point Temperature °C 557.2 – 612.8 Solidus Temperature °C 557.2 Liquidus Temperature °C 612.8 Processing Properties Melting Temperature °C 667 – 816 Solution Temperature °C 535 – 540.6 Aging Temperature °C 152 – 157 Casting Temperature °C 677 – 788

75

Description Unit Value

Components Properties Aluminum, Al % 90.1 – 93.3 Copper, Cu % ≤ 0.25 Iron, Fe % ≤ 0.60 Magnesium, Mg % 0.2 – 0.45 Manganese, Mn % ≤ 0.35 Silicon, Si % 6.5 – 7.5 Titanium, Ti % ≤ 0.25 Zinc, Zn % ≤ 0.35 Other, each % ≤ 0.05 Other, total % ≤ 0.15

(ทมา: http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatID=9934)

76

ภาคผนวก ข. แบบ Drawing แมพมพทใชในงานวจยน

83

ประวตผเขยน

ชอ สกล นายธเนศ รตโนชยกล รหสประจาตวนกศกษา 5110120016 วฒการศกษา

วฒ ชอสถาบน ปทสาเรจการศกษา วศวกรรมศาสตรบณฑต มหาวทยาลยสงขลานครนทร 2551 เกยรตนยมอนดบสอง (วศวกรรมวสด) ทนการศกษา (ทไดรบในระหวางการศกษา) ทนผชวยวจย คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

การตพมพเผยแพรผลงาน T. Rattanochaikul, S. Junudom, N. Memongkol and J. Wannasin, J. 2009. Development of a

semi-solid aluminum extrusion process. The 3rd Thailand Metallurgy Conference, Bangkok, Thailand, October 26-27.