การอบชุบเหล็กด้วยความร้อน

1.แนวคิดพื้นฐานของการอบชุบด้วยความร้อน

ก. แนวคิดพื้นฐานของการอบชุบด้วยความร้อน
องค์ประกอบพื้นฐานและหน้าที่ของการอบด้วยความร้อน:
1.การให้ความร้อน
วัตถุประสงค์คือการได้รับโครงสร้างออสเทไนต์ที่สม่ำเสมอและละเอียด
2.การถือครอง
เป้าหมายคือเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นงานได้รับความร้อนอย่างทั่วถึงและป้องกันการสลายตัวของคาร์บอนและออกซิเดชัน
3.การทำความเย็น
วัตถุประสงค์คือเพื่อเปลี่ยนออสเทไนต์ให้เป็นโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกัน
โครงสร้างจุลภาคหลังการอบด้วยความร้อน
ในระหว่างกระบวนการทำให้เย็นลงหลังจากการให้ความร้อนและการคงสภาพ ออสเทไนต์จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับอัตราการทำให้เย็นลง โครงสร้างจุลภาคแต่ละชนิดแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
ข. แนวคิดพื้นฐานของการอบชุบด้วยความร้อน
การจำแนกประเภทตามวิธีการให้ความร้อนและความเย็น รวมถึงโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็ก
1. การอบชุบด้วยความร้อนแบบธรรมดา (การอบชุบด้วยความร้อนโดยรวม): การอบชุบ การอบอ่อน การทำให้เป็นปกติ การดับ
2. การอบชุบความร้อนพื้นผิว: การดับพื้นผิว, การอบชุบความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ, การอบชุบพื้นผิวด้วยความร้อนจากเปลวไฟ, การอบชุบพื้นผิวด้วยความร้อนแบบสัมผัสไฟฟ้า
3.การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี: การคาร์บูไรซิ่ง การไนไตรดิ้ง การคาร์โบไนไตรดิ้ง
4. การอบชุบด้วยความร้อนรูปแบบอื่น ๆ : การอบชุบด้วยความร้อนในบรรยากาศควบคุม การอบชุบด้วยความร้อนสูญญากาศ การอบชุบด้วยความร้อนแบบเสียรูป

C. อุณหภูมิวิกฤตของเหล็ก

อุณหภูมิของเหล็ก

อุณหภูมิวิกฤตในการเปลี่ยนรูปของเหล็กเป็นพื้นฐานสำคัญในการกำหนดกระบวนการให้ความร้อน การคงสภาพ และการระบายความร้อนในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งกำหนดโดยแผนภาพเฟสเหล็ก-คาร์บอน

ข้อสรุปที่สำคัญ:อุณหภูมิการเปลี่ยนรูปวิกฤตที่แท้จริงของเหล็กมักจะต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปวิกฤตตามทฤษฎีเสมอ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องเกิดความร้อนสูงเกินไปในระหว่างการให้ความร้อน และต้องเกิดความเย็นต่ำเกินไปในระหว่างการให้ความเย็น

Ⅱ การอบและการทำให้เหล็กเป็นปกติ

1. คำจำกัดความของการอบอ่อน
การอบอ่อนเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนเหล็กจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าหรือต่ำกว่าจุดวิกฤต Ac₁ ที่จะคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าว จากนั้นจึงค่อยๆ เย็นลง โดยปกติจะทำภายในเตาเผา เพื่อให้ได้โครงสร้างที่ใกล้เคียงกับจุดสมดุล
2. วัตถุประสงค์ของการอบอ่อน
① ปรับความแข็งสำหรับการกลึง: ให้ได้ความแข็งที่สามารถกลึงได้ในช่วง HB170~230
②บรรเทาความเครียดตกค้าง: ป้องกันการเสียรูปหรือการแตกร้าวในระหว่างกระบวนการถัดไป
③ปรับปรุงโครงสร้างเมล็ดพืช: ปรับปรุงโครงสร้างจุลภาค
④การเตรียมการสำหรับการอบด้วยความร้อนขั้นสุดท้าย: ได้เพิร์ลไลต์ที่เป็นเม็ด (ทรงกลม) สำหรับการดับและอบคืนตัวในภายหลัง

3.การอบแบบสเฟรอยด์
ข้อมูลจำเพาะของกระบวนการ: อุณหภูมิความร้อนอยู่ใกล้กับจุด Ac₁
วัตถุประสงค์: เพื่อทำให้ซีเมนไทต์หรือคาร์ไบด์ในเหล็กมีรูปร่างเป็นทรงกลม ส่งผลให้เกิดเพิร์ลไลต์ที่เป็นเม็ด (เป็นทรงกลม)
ช่วงที่ใช้งานได้: ใช้สำหรับเหล็กที่มีองค์ประกอบยูเทคตอยด์และไฮเปอร์ยูเทคตอยด์
4. การอบแบบกระจายตัว (การอบแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน)
ข้อมูลจำเพาะของกระบวนการ: อุณหภูมิการให้ความร้อนจะต่ำกว่าเส้นโซลวัสเล็กน้อยบนไดอะแกรมเฟส
วัตถุประสงค์ : เพื่อขจัดการแบ่งแยก

การอบอ่อน

①สำหรับต่ำ-เหล็กกล้าคาร์บอนโดยมีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.25% การทำให้เป็นปกติจะได้รับความนิยมมากกว่าการอบชุบเพื่อเตรียมการอบ
② สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางที่มีปริมาณคาร์บอนระหว่าง 0.25% ถึง 0.50% สามารถใช้การอบอ่อนหรือการทำให้เป็นปกติเพื่อเตรียมการอบชุบด้วยความร้อนได้
③ สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางถึงสูงที่มีปริมาณคาร์บอนระหว่าง 0.50% ถึง 0.75% ขอแนะนำให้อบอ่อนแบบเต็มรูปแบบ
④สำหรับสูง-เหล็กกล้าคาร์บอนหากมีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 0.75% จะต้องทำการนอร์มัลไลเซชันก่อนเพื่อกำจัดเครือข่าย Fe₃C ก่อน แล้วจึงทำการอบให้กลายเป็นทรงกลม

Ⅲ. การชุบแข็งและการอบคืนตัวของเหล็ก

อุณหภูมิ

ก.การดับไฟ
1. คำจำกัดความของการดับ: การดับเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนเหล็กจนถึงอุณหภูมิหนึ่งเหนือจุด Ac₃ หรือ Ac₁ โดยรักษาอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าว จากนั้นจึงทำให้เย็นลงด้วยอัตราที่เร็วกว่าอัตราการเย็นตัววิกฤตเพื่อสร้างมาร์เทนไซต์
2. วัตถุประสงค์ของการชุบแข็ง: เป้าหมายหลักคือการทำให้ได้มาร์เทนไซต์ (หรือบางครั้งเรียกว่าเบไนต์) เพื่อเพิ่มความแข็งและความต้านทานการสึกหรอของเหล็ก การชุบแข็งเป็นหนึ่งในกระบวนการอบชุบที่สำคัญที่สุดสำหรับเหล็ก
3.การกำหนดอุณหภูมิการชุบแข็งสำหรับเหล็กประเภทต่างๆ
เหล็กไฮโปยูเทคตอยด์: Ac₃ + 30°C ถึง 50°C
เหล็กยูเทคตอยด์และไฮเปอร์ยูเทคตอยด์: Ac₁ + 30°C ถึง 50°C
เหล็กอัลลอยด์: 50°C ถึง 100°C เหนืออุณหภูมิวิกฤต

4. ลักษณะการทำความเย็นของตัวกลางการดับที่เหมาะสม:
การทำความเย็นช้าๆ ก่อนถึงอุณหภูมิ "จมูก": เพื่อลดความเครียดจากความร้อนให้เพียงพอ
ความสามารถในการทำความเย็นสูงใกล้อุณหภูมิ "จมูก": เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโครงสร้างที่ไม่ใช่แบบมาร์เทนไซต์
การระบายความร้อนช้าใกล้จุด M₅: เพื่อลดความเครียดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงแบบมาร์เทนไซต์

ลักษณะการทำความเย็น
วิธีการดับ

5.วิธีการดับและคุณลักษณะ:
①การชุบแข็งแบบง่าย: ใช้งานง่ายและเหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่มีรูปร่างเรียบง่าย โครงสร้างจุลภาคที่ได้คือมาร์เทนไซต์ (M)
②การชุบแข็งสองชั้น: ซับซ้อนกว่าและควบคุมได้ยากกว่า ใช้สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนสูงที่มีรูปร่างซับซ้อนและชิ้นงานเหล็กกล้าอัลลอยด์ขนาดใหญ่ โครงสร้างจุลภาคที่ได้คือมาร์เทนไซต์ (M)
③การชุบแข็งแบบหัก: กระบวนการที่ซับซ้อนกว่า ใช้สำหรับชิ้นงานเหล็กกล้าอัลลอยด์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างซับซ้อน โครงสร้างจุลภาคที่ได้คือมาร์เทนไซต์ (M)
④การชุบแข็งแบบไอโซเทอร์มอล: ใช้สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่มีรูปร่างซับซ้อนและมีความต้องการสูง โครงสร้างจุลภาคที่ได้คือเบไนต์ (B) ที่ต่ำกว่า

6.ปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการชุบแข็ง
ระดับความสามารถในการชุบแข็งขึ้นอยู่กับความเสถียรของออสเทไนต์ที่เย็นตัวลงยิ่งยวดในเหล็กกล้า ยิ่งออสเทไนต์ที่เย็นตัวลงยิ่งมีเสถียรภาพสูง ความสามารถในการชุบแข็งก็จะยิ่งดีขึ้น และในทางกลับกัน
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อเสถียรภาพของออสเทไนต์ที่เย็นจัดเป็นพิเศษ:
ตำแหน่งของเส้นโค้ง C: หากเส้นโค้ง C เลื่อนไปทางขวา อัตราการระบายความร้อนที่สำคัญสำหรับการดับจะลดลง ทำให้การชุบแข็งดีขึ้น
ข้อสรุปที่สำคัญ:
ปัจจัยใดๆ ที่ทำให้เส้นโค้ง C เลื่อนไปทางขวา จะทำให้เหล็กมีความแข็งเพิ่มขึ้น
ปัจจัยหลัก:
องค์ประกอบทางเคมี: ยกเว้นโคบอลต์ (Co) ธาตุโลหะผสมทั้งหมดที่ละลายในออสเทไนต์จะเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง
ยิ่งปริมาณคาร์บอนใกล้เคียงกับองค์ประกอบยูเทคตอยด์ในเหล็กกล้าคาร์บอนมากเท่าใด เส้นโค้ง C ก็จะเลื่อนไปทางขวามากขึ้นเท่านั้น และจะมีความสามารถในการชุบแข็งสูงขึ้น

7.การกำหนดและการแสดงความสามารถในการชุบแข็ง
① การทดสอบการแข็งตัวแบบดับปลาย: ความสามารถในการแข็งตัวจะวัดโดยใช้วิธีการทดสอบแบบดับปลาย
② วิธีการหาเส้นผ่านศูนย์กลางการชุบแข็งวิกฤต: เส้นผ่านศูนย์กลางการชุบแข็งวิกฤต (D₀) แสดงถึงเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของเหล็กที่สามารถชุบแข็งได้อย่างสมบูรณ์ในตัวกลางการชุบแข็งที่เฉพาะเจาะจง

ความสามารถในการชุบแข็ง

ข.การอบชุบ

1. คำจำกัดความของการอบชุบ
การอบคืนตัวเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน โดยเหล็กที่ดับแล้วจะถูกให้ความร้อนอีกครั้งจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุด A₁ ซึ่งคงไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าว จากนั้นจึงทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง
2. วัตถุประสงค์ของการอบชุบ
ลดหรือขจัดความเค้นตกค้าง: ป้องกันการเสียรูปหรือการแตกร้าวของชิ้นงาน
ลดหรือกำจัดออสเทไนต์ที่เหลือ: ทำให้ขนาดของชิ้นงานคงที่
กำจัดความเปราะบางของเหล็กชุบแข็ง: ปรับโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติให้ตรงตามข้อกำหนดของชิ้นงาน
หมายเหตุสำคัญ: เหล็กควรผ่านการอบชุบทันทีหลังจากการชุบแข็ง

3. กระบวนการอบชุบ

1.การอบชุบต่ำ
วัตถุประสงค์: เพื่อลดความเครียดจากการดับ ปรับปรุงความเหนียวของชิ้นงาน และให้ความแข็งและทนต่อการสึกหรอสูง
อุณหภูมิ: 150°C ~ 250°C.
ประสิทธิภาพ: ความแข็ง: HRC 58 ~ 64 มีความแข็งและทนต่อการสึกหรอสูง
การใช้งาน: เครื่องมือ แม่พิมพ์ ตลับลูกปืน ชิ้นส่วนคาร์บูไรซ์ และส่วนประกอบที่ชุบแข็งพื้นผิว
2.การอบชุบสูง
วัตถุประสงค์: เพื่อให้ได้ความเหนียวสูงพร้อมทั้งมีความแข็งแรงและความแข็งเพียงพอ
อุณหภูมิ: 500°C ~ 600°C.
ประสิทธิภาพ: ความแข็ง: HRC 25 ~ 35 คุณสมบัติเชิงกลโดยรวมดี
การใช้งาน: เพลา, เฟือง, ก้านสูบ ฯลฯ
การกลั่นด้วยความร้อน
คำจำกัดความ: การชุบแข็งตามด้วยการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงเรียกว่าการกลั่นด้วยความร้อน หรือเรียกสั้นๆ ว่าการอบคืนตัว เหล็กที่ผ่านการอบคืนตัวด้วยกระบวนการนี้ให้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยมและเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย

Ⅳ.การอบชุบความร้อนพื้นผิวของเหล็ก

ก. การชุบผิวเหล็ก

1. คำจำกัดความของการชุบแข็งพื้นผิว
การชุบแข็งผิว (Surface Hardening) คือกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับชั้นผิวของชิ้นงานโดยการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วเพื่อเปลี่ยนชั้นผิวให้กลายเป็นออสเทไนต์ แล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้ดำเนินการโดยไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กหรือโครงสร้างแกนกลางของวัสดุ
2. วัสดุที่ใช้ในการชุบแข็งพื้นผิวและโครงสร้างหลังการชุบแข็ง
วัสดุที่ใช้ในการชุบแข็งพื้นผิว
วัสดุทั่วไป: เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและเหล็กกล้าอัลลอยด์คาร์บอนปานกลาง
การเตรียมพื้นผิว: กระบวนการทั่วไป: การอบคืนตัว หากคุณสมบัติแกนกลางไม่สำคัญ สามารถใช้การปรับสภาพพื้นผิวแทนได้
โครงสร้างหลังการแข็งตัว
โครงสร้างพื้นผิว: ชั้นพื้นผิวโดยทั่วไปจะสร้างโครงสร้างที่แข็งตัว เช่น มาร์เทนไซต์หรือเบไนต์ ซึ่งให้ความแข็งและทนต่อการสึกหรอสูง
โครงสร้างแกนกลาง: โดยทั่วไปแกนกลางของเหล็กจะยังคงโครงสร้างเดิมไว้ เช่น เพิร์ลไลต์ หรือเหล็กเทมเปอร์ ขึ้นอยู่กับกระบวนการเตรียมผิวและคุณสมบัติของวัสดุฐาน เพื่อให้แน่ใจว่าแกนกลางยังคงความเหนียวและความแข็งแกร่งที่ดี

ข. ลักษณะของการชุบแข็งผิวด้วยการเหนี่ยวนำ
1. อุณหภูมิความร้อนสูงและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว: การชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิความร้อนที่สูงและอัตราการทำความร้อนที่รวดเร็ว ช่วยให้ทำความร้อนได้เร็วภายในระยะเวลาสั้นๆ
2. โครงสร้างเกรนออสเทไนต์ละเอียดในชั้นผิว: ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วและกระบวนการดับความร้อนที่ตามมา ชั้นผิวจะเกิดเกรนออสเทไนต์ละเอียด หลังจากการดับความร้อน พื้นผิวส่วนใหญ่ประกอบด้วยมาร์เทนไซต์ละเอียด ซึ่งโดยทั่วไปจะมีความแข็งสูงกว่าการดับความร้อนแบบทั่วไปประมาณ 2-3 HRC
3.คุณภาพพื้นผิวที่ดี: เนื่องจากเวลาในการให้ความร้อนสั้น พื้นผิวชิ้นงานจึงมีแนวโน้มเกิดออกซิเดชันและการกำจัดคาร์บอนน้อยลง และการเสียรูปที่เกิดจากการดับก็ลดลง ทำให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพพื้นผิวที่ดี
4. ความแข็งแรงความล้าสูง: การเปลี่ยนแปลงเฟสมาร์เทนไซต์ในชั้นพื้นผิวก่อให้เกิดแรงอัด ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงความล้าของชิ้นงาน
5. ประสิทธิภาพการผลิตสูง: การชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ช่วยให้มีประสิทธิภาพการทำงานสูง

C. การจำแนกประเภทของการอบด้วยความร้อนทางเคมี
คาร์บูไรซิ่ง, คาร์บูไรซิ่ง, คาร์บูไรซิ่ง, โครไมซิ่ง, ซิลิโคนไนไตรดิ้ง, ซิลิโคนไนไตรดิ้ง, โบโรคาร์บูไรซิ่ง

D.แก๊สคาร์บูไรซิ่ง
การคาร์บูไรซิ่งด้วยก๊าซ (Gas Carburizing) คือกระบวนการที่ชิ้นงานถูกวางในเตาคาร์บูไรซิ่งแบบก๊าซที่ปิดสนิท และให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เปลี่ยนเหล็กให้เป็นออสเทไนต์ จากนั้นจะหยดสารคาร์บูไรซิ่งลงในเตา หรือเติมบรรยากาศคาร์บูไรซิ่งโดยตรง ซึ่งจะทำให้อะตอมของคาร์บอนแพร่กระจายเข้าสู่ชั้นผิวของชิ้นงาน กระบวนการนี้จะช่วยเพิ่มปริมาณคาร์บอน (wc%) บนพื้นผิวชิ้นงาน
√สารคาร์บูไรซิ่ง:
•ก๊าซที่มีคาร์บอนสูง เช่น ก๊าซถ่านหิน ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) เป็นต้น
•ของเหลวอินทรีย์ เช่น น้ำมันก๊าด เมทานอล เบนซิน เป็นต้น
√พารามิเตอร์กระบวนการคาร์บูไรซิ่ง:
•อุณหภูมิการคาร์บูไรซิ่ง: 920~950°C
•เวลาในการคาร์บูไรซิ่ง: ขึ้นอยู่กับความลึกที่ต้องการของชั้นคาร์บูไรซิ่งและอุณหภูมิในการคาร์บูไรซิ่ง

E. การอบชุบด้วยความร้อนหลังการคาร์บูไรซิ่ง
เหล็กจะต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนหลังจากการคาร์บูไรซิ่ง
กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนหลังการคาร์บูไรซิ่ง:
√การชุบแข็ง + การอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ
1. การดับโดยตรงหลังจากการทำความเย็นเบื้องต้น + การอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ: ชิ้นงานจะได้รับการทำความเย็นเบื้องต้นจากอุณหภูมิคาร์บูไรซิ่งจนเกือบสูงกว่าอุณหภูมิ Ar₁ ของแกนกลาง จากนั้นจึงทำการดับทันที จากนั้นจึงทำการอบชุบที่อุณหภูมิต่ำที่ 160~180°C
2. การดับครั้งเดียวหลังจากการทำให้เย็นลงล่วงหน้า + การอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ: หลังจากการเพิ่มคาร์บอน ชิ้นงานจะค่อยๆ เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงให้ความร้อนอีกครั้งเพื่อการดับและการอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ
3. การดับสองครั้งหลังจากการทำให้เย็นล่วงหน้า + การอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ: หลังจากการเพิ่มคาร์บอนและการทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ ชิ้นงานจะเข้าสู่ขั้นตอนการให้ความร้อนและการดับสองขั้นตอน ตามด้วยการอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ

Ⅴ. การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีของเหล็ก

1.คำจำกัดความของการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี
การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี (Chemical Heat Treatment) คือกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ชิ้นงานเหล็กถูกวางลงในตัวกลางเฉพาะ (Active Medium) ให้ความร้อนและคงอุณหภูมิไว้ ซึ่งทำให้อะตอมของตัวกลางแพร่กระจายเข้าสู่พื้นผิวของชิ้นงาน การเปลี่ยนแปลงนี้จะเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวชิ้นงาน ส่งผลให้คุณสมบัติของชิ้นงานเปลี่ยนแปลงไป
2. กระบวนการพื้นฐานของการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี
การสลายตัว: ในระหว่างที่ให้ความร้อน ตัวกลางที่ทำงานจะสลายตัว ทำให้อะตอมที่ทำงานอยู่ถูกปลดปล่อยออกมา
การดูดซับ: อะตอมที่ทำงานจะถูกดูดซับโดยพื้นผิวของเหล็กและละลายเข้าไปในสารละลายของแข็งของเหล็ก
การแพร่กระจาย: อะตอมที่ทำงานอยู่ซึ่งดูดซับและละลายอยู่บนพื้นผิวของเหล็กจะอพยพเข้าไปภายใน
ประเภทของการชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำ
ก. การให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำความถี่สูง
ความถี่กระแสไฟฟ้า: 250~300 kHz.
ความลึกของชั้นชุบแข็ง: 0.5~2.0 มม.
การใช้งาน: เฟืองโมดูลขนาดกลางและเล็ก และเพลาขนาดเล็กถึงขนาดกลาง
ข. การให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำความถี่ปานกลาง
ความถี่กระแสไฟฟ้า: 2500~8000 kHz.
ความลึกของชั้นชุบแข็ง: 2~10 มม.
การใช้งาน: เพลาขนาดใหญ่และเฟืองโมดูลขนาดใหญ่ถึงปานกลาง
c. การให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำความถี่ไฟฟ้า
ความถี่กระแสไฟฟ้า: 50 เฮิรตซ์.
ความลึกของชั้นชุบแข็ง: 10~15 มม.
การใช้งาน: ชิ้นงานที่ต้องการชั้นชุบแข็งที่ลึกมาก

3. การชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำ
หลักการพื้นฐานของการชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำ
ผลกระทบต่อผิวหนัง:
เมื่อกระแสไฟฟ้าสลับในขดลวดเหนี่ยวนำเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าบนพื้นผิวของชิ้นงาน กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ใกล้กับพื้นผิว ในขณะที่แทบจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านภายในชิ้นงาน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ผิว
หลักการของการชุบแข็งพื้นผิวด้วยการเหนี่ยวนำ:
จากผลของผิว (Skin Effect) พื้นผิวของชิ้นงานจะถูกทำให้ร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิออสเทนไนไทซ์ (Austenitizing) (เพิ่มขึ้นเป็น 800~1000°C ภายในไม่กี่วินาที) ในขณะที่ภายในชิ้นงานยังคงแทบไม่ได้รับความร้อน จากนั้นจึงทำให้ชิ้นงานเย็นลงด้วยการพ่นน้ำ ส่งผลให้พื้นผิวแข็งตัว

อารมณ์เปราะบาง

4.อารมณ์เปราะบาง
การอบชุบความเปราะในเหล็กชุบแข็ง
ความเปราะจากการอบคืนตัวหมายถึงปรากฏการณ์ที่ความเหนียวจากแรงกระแทกของเหล็กที่ผ่านการอบคืนตัวลดลงอย่างมากเมื่ออบคืนตัวที่อุณหภูมิบางระดับ
ความเปราะบางจากการอบคืนตัวประเภทแรก
ช่วงอุณหภูมิ: 250°C ถึง 350°C
ลักษณะเฉพาะ: หากเหล็กชุบแข็งได้รับการอบคืนตัวภายในช่วงอุณหภูมิดังกล่าว มีแนวโน้มสูงที่จะเกิดความเปราะจากการอบคืนตัวประเภทนี้ ซึ่งไม่สามารถขจัดออกได้
วิธีแก้ไข: หลีกเลี่ยงการอบเหล็กที่ดับแล้วภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด
ความเปราะจากการอบชุบประเภทแรกเรียกอีกอย่างว่า ความเปราะจากการอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ หรือ ความเปราะจากการอบชุบที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

Ⅵ.การอบชุบ

1.การอบชุบเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายที่เกิดขึ้นหลังการดับ
ทำไมเหล็กชุบแข็งจึงต้องผ่านกระบวนการอบคืนตัว?
โครงสร้างจุลภาคหลังการชุบแข็ง: โดยทั่วไปโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหลังการชุบแข็งจะประกอบด้วยมาร์เทนไซต์และออสเทไนต์ตกค้าง ทั้งสองเป็นเฟสที่ไม่เสถียรและจะเปลี่ยนแปลงสภาพภายใต้สภาวะบางอย่าง
คุณสมบัติของมาร์เทนไซต์: มาร์เทนไซต์มีลักษณะเด่นคือมีความแข็งสูง แต่ก็มีความเปราะสูงเช่นกัน (โดยเฉพาะในมาร์เทนไซต์ที่มีลักษณะคล้ายเข็มซึ่งมีคาร์บอนสูง) ซึ่งไม่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานหลายประเภท
ลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนรูปมาร์เทนไซต์: การเปลี่ยนรูปเป็นมาร์เทนไซต์เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว หลังจากการชุบแข็ง ชิ้นงานจะมีแรงเค้นภายในตกค้าง ซึ่งอาจนำไปสู่การเสียรูปหรือการแตกร้าว
สรุป: ชิ้นงานไม่สามารถใช้งานได้ทันทีหลังการชุบแข็ง! การอบคืนตัวเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อลดแรงเค้นภายในและปรับปรุงความเหนียวของชิ้นงานให้เหมาะสมต่อการใช้งาน

2.ความแตกต่างระหว่างความสามารถในการชุบแข็งและความสามารถในการชุบแข็ง:
ความสามารถในการชุบแข็ง:
ความสามารถในการชุบแข็ง หมายถึง ความสามารถของเหล็กในการชุบแข็งได้ลึกถึงระดับหนึ่ง (ความลึกของชั้นชุบแข็ง) หลังจากการชุบแข็ง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและโครงสร้างของเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งองค์ประกอบผสมและประเภทของเหล็ก ความสามารถในการชุบแข็งเป็นตัวชี้วัดว่าเหล็กสามารถชุบแข็งได้ดีเพียงใดตลอดความหนาในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง
ความแข็ง (ความสามารถในการชุบแข็ง):
ความแข็ง หรือความสามารถในการชุบแข็ง หมายถึง ความแข็งสูงสุดที่สามารถทำได้ในเหล็กกล้าหลังจากการชุบแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนในเหล็กกล้า โดยทั่วไปแล้ว ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะนำไปสู่ความแข็งศักย์ที่สูงขึ้น แต่สิ่งนี้อาจถูกจำกัดด้วยองค์ประกอบโลหะผสมของเหล็กกล้าและประสิทธิภาพของกระบวนการชุบแข็ง

3.ความสามารถในการชุบแข็งของเหล็ก
√แนวคิดเรื่องความสามารถในการชุบแข็ง
ความสามารถในการชุบแข็ง หมายถึง ความสามารถของเหล็กกล้าในการบรรลุถึงระดับความแข็งแบบมาร์เทนไซต์ที่ความลึกหนึ่งหลังจากการชุบแข็งจากอุณหภูมิออสเทนไนต์ กล่าวโดยง่ายคือ ความสามารถของเหล็กกล้าในการสร้างมาร์เทนไซต์ในระหว่างการชุบแข็ง
การวัดความสามารถในการชุบแข็ง
ขนาดของความสามารถในการชุบแข็งจะระบุโดยความลึกของชั้นชุบแข็งที่ได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดหลังจากการดับ
ความลึกของชั้นที่แข็งตัว: นี่คือความลึกจากพื้นผิวของชิ้นงานไปยังบริเวณที่มีโครงสร้างเป็นมาร์เทนไซต์ครึ่งหนึ่ง
สื่อการดับทั่วไป:
•น้ำ
คุณสมบัติ: ประหยัดและมีความสามารถในการทำความเย็นสูง แต่มีอัตราการทำความเย็นสูงใกล้จุดเดือด ซึ่งอาจทำให้เกิดการทำความเย็นมากเกินไป
การใช้งาน: โดยทั่วไปใช้สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน
น้ำเกลือ: สารละลายเกลือหรือด่างในน้ำ ซึ่งมีความสามารถในการทำความเย็นที่อุณหภูมิสูงได้ดีกว่าน้ำ จึงเหมาะกับเหล็กกล้าคาร์บอน
•น้ำมัน
คุณสมบัติ: ให้อัตราการระบายความร้อนที่ช้าลงที่อุณหภูมิต่ำ (ใกล้จุดเดือด) ซึ่งช่วยลดแนวโน้มการเสียรูปและการแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่มีความสามารถในการระบายความร้อนที่ต่ำกว่าที่อุณหภูมิสูง
การใช้งาน: เหมาะสำหรับเหล็กอัลลอยด์
ประเภท: ประกอบด้วย น้ำมันดับเพลิง น้ำมันเครื่อง และน้ำมันดีเซล

เวลาในการทำความร้อน
เวลาในการให้ความร้อนประกอบด้วยทั้งอัตราการให้ความร้อน (เวลาที่ใช้ในการไปถึงอุณหภูมิที่ต้องการ) และเวลาในการคงไว้ (เวลาที่รักษาไว้ที่อุณหภูมิเป้าหมาย)
หลักการกำหนดเวลาในการให้ความร้อน: ให้แน่ใจว่ามีการกระจายอุณหภูมิสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นงานทั้งภายในและภายนอก
ให้แน่ใจว่ามีการออสเทไนต์สมบูรณ์และออสเทไนต์ที่เกิดขึ้นนั้นสม่ำเสมอและละเอียด
พื้นฐานสำหรับการกำหนดเวลาการให้ความร้อน: โดยทั่วไปจะประมาณโดยใช้สูตรเชิงประจักษ์หรือกำหนดโดยการทดลอง
สื่อดับไฟ
ประเด็นสำคัญสองประการ:
ก. อัตราการเย็นตัว: อัตราการเย็นตัวที่สูงขึ้นจะส่งเสริมการก่อตัวของมาร์เทนไซต์
ข. ความเค้นตกค้าง: อัตราการระบายความร้อนที่สูงขึ้นจะทำให้ความเค้นตกค้างเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่แนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปและแตกร้าวในชิ้นงานได้มากขึ้น

Ⅶ.การทำให้เป็นปกติ

1. คำจำกัดความของการทำให้เป็นมาตรฐาน
การทำให้เป็นมาตรฐาน (Normalizing) คือกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน โดยให้ความร้อนเหล็กจนถึงอุณหภูมิ 30-50 องศาเซลเซียส เหนืออุณหภูมิ Ac3 คงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าว แล้วจึงทำให้เย็นตัวด้วยอากาศเพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคที่ใกล้เคียงกับสภาวะสมดุล เมื่อเทียบกับการอบอ่อน การทำให้เป็นมาตรฐานมีอัตราการเย็นตัวที่เร็วกว่า ส่งผลให้โครงสร้างเพิร์ลไลต์ (P) ละเอียดกว่า และมีความแข็งแรงและความแข็งสูงกว่า
2. วัตถุประสงค์ของการทำให้เป็นปกติ
วัตถุประสงค์ของการทำให้เป็นปกติจะคล้ายกับการอบอ่อน
3. การประยุกต์ใช้การทำให้เป็นมาตรฐาน
• กำจัดซีเมนไทต์รองที่เชื่อมต่อกันเป็นเครือข่าย
• ทำหน้าที่เป็นการอบชุบความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นส่วนที่มีความต้องการต่ำกว่า
• ทำหน้าที่เป็นการอบชุบด้วยความร้อนเตรียมการสำหรับเหล็กโครงสร้างคาร์บอนต่ำและปานกลางเพื่อปรับปรุงการตัดเฉือน

4. ประเภทของการอบอ่อน
การอบอ่อนประเภทแรก:
จุดประสงค์และหน้าที่: เป้าหมายไม่ใช่การเหนี่ยวนำการเปลี่ยนแปลงเฟส แต่เพื่อเปลี่ยนเหล็กจากสถานะไม่สมดุลไปเป็นสถานะสมดุล
ประเภท:
•การอบแบบแพร่กระจาย: มุ่งหวังที่จะทำให้ส่วนประกอบเป็นเนื้อเดียวกันโดยการกำจัดการแยกส่วน
•การอบชุบผลึกใหม่: ฟื้นฟูความเหนียวโดยการกำจัดผลกระทบของการทำให้แข็งตัวจากการทำงาน
•การอบคลายความเครียด: ลดความเครียดภายในโดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค
การอบอ่อนประเภทที่สอง:
วัตถุประสงค์และหน้าที่: มุ่งเน้นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติต่างๆ เพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคที่มีเพิร์ลไลต์เป็นองค์ประกอบหลัก นอกจากนี้ เพิร์ลไลต์ เฟอร์ไรต์ และคาร์ไบด์ยังช่วยให้การกระจายตัวและสัณฐานวิทยาของเพิร์ลไลต์ เฟอร์ไรต์ และคาร์ไบด์เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะอีกด้วย
ประเภท:
•การอบอ่อนแบบเต็มรูปแบบ: จะให้ความร้อนแก่เหล็กเหนืออุณหภูมิ Ac3 จากนั้นจึงค่อยๆ ทำให้เย็นลงเพื่อสร้างโครงสร้างเพิร์ลไลต์ที่สม่ำเสมอ
•การอบอ่อนที่ไม่สมบูรณ์: การให้ความร้อนแก่เหล็กระหว่างอุณหภูมิ Ac1 และ Ac3 เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างบางส่วน
•การอบแบบไอโซเทอร์มอล: ทำการให้ความร้อนเหล็กจนสูงกว่า Ac3 จากนั้นจึงทำการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิไอโซเทอร์มอลและคงไว้เพื่อให้ได้โครงสร้างที่ต้องการ
•การอบแบบทรงกลม: ผลิตโครงสร้างคาร์ไบด์ทรงกลม ซึ่งช่วยปรับปรุงการตัดเฉือนและความเหนียว

Ⅷ.1. คำจำกัดความของการอบชุบด้วยความร้อน
การอบชุบด้วยความร้อนหมายถึงกระบวนการที่โลหะจะถูกให้ความร้อน คงไว้ที่อุณหภูมิเฉพาะ แล้วจึงทำให้เย็นลงในสถานะของแข็ง เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างภายในและโครงสร้างจุลภาคของโลหะ เพื่อให้ได้คุณสมบัติตามต้องการ
2.ลักษณะของการอบชุบด้วยความร้อน
การอบชุบด้วยความร้อนจะไม่ทำให้รูปร่างของชิ้นงานเปลี่ยนไป แต่จะทำให้โครงสร้างภายในและโครงสร้างจุลภาคของเหล็กเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติของเหล็กเปลี่ยนไปตามไปด้วย
3.วัตถุประสงค์ของการอบชุบด้วยความร้อน
วัตถุประสงค์ของการอบชุบด้วยความร้อนคือเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลหรือการแปรรูปของเหล็ก (หรือชิ้นงาน) ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของเหล็กได้อย่างเต็มที่ เพิ่มคุณภาพของชิ้นงาน และยืดอายุการใช้งาน
4.ข้อสรุปสำคัญ
การที่คุณสมบัติของวัสดุสามารถปรับปรุงได้ดีขึ้นผ่านการอบด้วยความร้อนหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับว่ามีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคและโครงสร้างระหว่างกระบวนการให้ความร้อนและทำความเย็นหรือไม่


เวลาโพสต์: 19 ส.ค. 2567