SUT7-702-56-12-46

รหสโครงการ

รายงานการวจย

การศกษาคณสมบตเหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวรวม ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง

(STUDY OF STEEL PROPERTIES FROM COMBINED PROCESSES BETWEEN GAS SOFT-NITRIDING

AND GAS CARBURIZING)

ไดรบทนอดหนนการวจยจาก

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

ผลงานวจยเปนความรบผดชอบของหวหนาโครงการวจยแตเพยงผเดยว

SUT7-702-56-12-46

รหสโครงการ

รายงานการวจย

การศกษาคณสมบตเหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวรวม

ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง (STUDY OF STEEL PROPERTIES FROM COMBINED

PROCESSES BETWEEN GAS SOFT-NITRIDING AND GAS CARBURIZING)

คณะผวจย

หวหนาโครงการ นายสมศกด ศวด ารงพงศ

สาขาวชาวศวกรรมการผลต

ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

ผรวมวจย นายณฏฐกฤศ สวรรณทา

ไดรบทนอดหนนการวจยจากมหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ปงบประมาณ พ.ศ. 2556

ผลงานวจยเปนความรบผดชอบของหวหนาโครงการวจยแตเพยงผเดยว

มถนายน 2557

ก

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธฉบบนส าเรจลลวงดวยด เนองดวยความรวมมอของคณะผวจย, สาขาวชาวศวกรรมเครองกล , สาขาวศวกรรมการผลต, ศนยเครองมอวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร ทไดอ านวยความสะดวกการท าวจย ทงขอมลความร อปกรณ เครองมอตาง ๆ ในการท างานวจย

ขอขอบพระคณ บรษท ไทยโตเคนเทอรโม จ ากด ซงสนบสนนอปกรณในการท าวจย อ านวยความสะดวกในดานสถานทวจยและเกบขอมล นอกจากนในการวจยครงนไดรบทนอดหนนการวจยจากส านกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต ปงบประมาณ พ.ศ. 2556

สดทายน ผวจยขอกราบขอบพระคณบดา มารดา ทใหการอปการะอบรมเลยงด สงเสรมการศกษา ใหก าลงใจเปนอยางด ตลอดจนครอาจารยทเคารพทกทาน ทไดประสทธประสาทวชาความรและถายทอดประสบการณทดใหแกผวจยตลอดมา จนกระทงวทยานพนธฉบบนส าเรจ

อาจารย ดร.สมศกด ศวด ารงพงศ นายณฏฐกฤศ สวรรณทา

คณะผวจย

ข

บทคดยอ

การชบแขงผวดวยแกสเปนการชบแขงวธการหนง ซงท าใหไดความแขงเฉพาะบรเวณผวของชนงาน สวนความแขงภายใตผวถงแกนกลางยงคงมลกษณะคลายกบเนอวสดเดมทมความเหนยวกวาบรเวณผวแขง การชบแขงดวยวธนชวยใหชนงานทนตอการสกหรอ ทนตอการรบแรงบดและแรงกระแทกในขณะใชงานไดด กระบวนการชบแขงผวดวยแกสจงเปนกระบวนการ ชบแขงผวทนยมในภาคอตสาหกรรม เนองจากมราคาประหยด ไดชนงานทมคณภาพทงผวแขงและความเหนยว อกท งยงสามารถควบคมบรรยากาศในการอบชบไดงายและสงผลกระทบตอสงแวดลอมนอยกวาการชบแขงผวดวยวธการอน ๆ โดยกระบวนการแกสคารบไรซง จะใชการ แพรของอะตอมธาตคารบอนเขาไปสผวชนงานในขณะทเหลกมโครงสรางเปนออสเตไนต ในขณะทกระบวนการแกสคารโบไนตรายดงจะใชทงธาตคารบอนและไนโตรเจนในการชบแขงผว ซงจะท าใหผวของชนงานมความแขงมากขน สวนกระบวนการแกสซอฟตไนตรายดง เปนการสรางโครงสรางสารประกอบ ซงมความแขงสงเคลอบผวชนงานไว นอกจากนไดมงานวจยทไดศกษาถงการใชกระบวนชบแขงผวดวยแกสรวมกนระหวางกระบวนแกสซอฟตไนตรายดงและแกส คารบไรซง ซงพบวากระบวนการรวมดงกลาว ไดสงผลตอความสม าเสมอของคาความแขงภายใตผวชนงานในวสดเหลกกลาคารบอนต า และยงใหความแขงผวใกลเคยงกบกระบวนการแกส คารโบไนตรายดง งานวจยนจงไดศกษาผลของกระบวนการรวมน ทสงผลตอสมบตเชงกลอน ๆ ของเหลกกลาทจะน ามาอบชบแขงผว ชนทดสอบเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม AISI 1010, 1020, 1040, 4140 และ 4340 ทผานการขนรปและปรบปรงโครงสรางดวยการอบปกตและท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ จากนนน าไปปรบปรงสมบตดวยการชบแขงผวดวยแกสทงหมด 5 กระบวนการ คอ แกสซอฟตไนตรายดง, แกสคารบไรซง, แกสคารโบไนตรายดง และกระบวนการรวมอก 2 กระบวนการคอ กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง และกระบวนการรวมระหวางคารบไรซงกบซอฟตไนตรายดง ผลการด าเนนงานวจยพบวา กระบวนการรวมระหวางซอฟตไนตรายดงกบคารบไรซงสามารถปรบปรงสมบตของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ทงดานความแขงและการรบแรงดงใหมแนวโนมสงขนกวาการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงและแกสคารโบไนตรายดง ในขณะทใหสมบตดานความเหนยวสงกวา สวนกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ชวยใหคาความแขงแรงสงสดและคาความแขงแรง ณ จดครากในการรบแรงดงสงขน แตท าใหเกดโครงสรางชนผวขาวบางกวาชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดงเพยงอยางเดยว

ค

Abstract

Gas surface hardening methods, for instance, gas carburizing, gas carbonitriding and gas soft-nitriding are conventional techniques that improve mechanical properties of carbon and alloy steels, and mostly used for production process in industrials because there processes are low cost, less pollution and easy to control atmosphere in furnace. Gas carburizing methods is technique that employed carbon diffusion to increase surface hardness, while the steel structure changing to austenite phase. Gas carbonitriding method, both carbon and nitrogen were used in furnace atmosphere. Gas soft-nitriding method is the technique that formed hard and smooth layer, so called white layer. The previous study has reported that the combined processes between gas soft-nitriding and gas carburizing yielded the improvement of the steel properties similar to gas carbonitriding. However, the understanding of the relationship between combined processes and surface hardness is still unclear. This study was aimed to investigate the effect of combined processes between gas soft-nitriding and gas carburizing on mechanical properties of various steel e.g., AISI 1010, 1020, 1040, 4140 and 4340. The specimen was normalized by normalizing and shot blasting. Gas soft-nitriding, gas carburizing, gas carbonitriding and the combined processes were employed to treat the specimen. Microhardness and optical microscopy were performed to characterize structure and properties of the steel surfaces. The results signified that the combined processes, SN+CB, improve its properties compared to other methods especially in the ultimate tensile strength and the smoother and lower variation of section hardness, while the toughness was still acceptable. Moreover, the other combined process, CB+SN, yield higher strength with thinner white layer thickness.

ง

สารบญ

หนา กตตกรรมประกาศ ............................................................................................................................... ก บทคดยอ (ภาษาไทย)........................................................................................................................... ข บทคดยอ (ภาษาองกฤษ) ...................................................................................................................... ค สารบญ ............................................................................................................................................... ง สารบญตาราง ..................................................................................................................................... ฌ สารบญรป ............................................................................................................................................ ฐ ค าอธบายสญลกษณและค ายอ ............................................................................................................ ณ บทท 1 บทน า .................................................................................................................................... 1

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา ..................................................................... 1 1.2 วตถประสงคการวจย .................................................................................................. 2 1.3 ขอบเขตการวจย .......................................................................................................... 2 1.4 วธด าเนนการศกษาวจย ............................................................................................... 2 1.5 สถานทท างานวจย ...................................................................................................... 2 1.6 เครองมอทใชในงานวจย ............................................................................................. 3 1.7 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ......................................................................................... 3

2 ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ ........................................................................ 4 2.1 กลาวน า .. .................................................................................................................... 4 2.2 ปรทศนวรรณกรรมทเกยวของ .................................................................................. 4 2.3 เหลกกลา (Steel) ........................................................................................................ 6

2.3.1 เหลกกลาคารบอน (Plain carbon steel) ........................................................ 6 2.3.2 เหลกกลาผสม (Alloy steels) ......................................................................... 8 2.3.3 ผลของธาตทผลตอเหลกเฟอรไรต ................................................................ 9 2.3.4 ผลของธาตทผลตอออสเตไนต ...................................................................... 9 2.3.5 ผลของนเกลและแมงกานสทมตอออสเตไนต ............................................ 10 2.3.6 ผลของโครเมยมทมตอออสเตไนต .............................................................. 10

จ

สารบญ (ตอ)

หนา

2.3.7 ผลของโมลบดนมทมตอออสเตไนต ........................................................... 10 2.3.8 บทบาทของธาตผสมทมตอการฟอรมคารไบด ........................................... 10 2.3.9 บทบาทของธาตทมผลตอการชบแขง ......................................................... 11

2.4 โลหะวทยาของเหลก ............................................................................................... 12 2.4.1 โครงสรางระบบผลกของโลหะ (Metallic crystal....................................... 12 2.4.2 จลโครงสรางของโลหะ (Micro structure) .................................................. 13 2.4.3 การเปลยนโครงสรางของเหลกในขณะปลอยใหเยน .................................. 14 2.4.4 การศกษาโครงสรางของโลหะ (Metallography) ........................................ 16

2.5 การควบคมบรรยากาศในเตา ................................................................................... 17 2.5.1 บรรยากาศไนโตรเจน .................................................................................. 17 2.5.2 บรรยากาศไฮโดรเจน .................................................................................. 18 2.5.3 บรรยากาศไนโตรเจน-ไฮโดรเจน ............................................................... 19 2.5.4 บรรยากาศแกสเอกซโซเทอรมค (Exothermic gas) .................................... 19 2.5.5 บรรยากาศแกสเอนโดเทอรมค (Endothermic gas) ..................................... 20 2.5.6 บรรยากาศสญญากาศ .................................................................................. 21

2.6 การอบปกตเพอปรบปรงคณสมบต (Normalizing) .................................................. 23 2.7 การท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ (Shot blasting) .................................... 24 2.8 การชบแขงพนผว (Surface Hardening) .................................................................... 25

2.8.1 การชบแขงผวโดยวธคารบไรซง (Carburizing) ......................................... 26 2.8.2 การชบแขงผวโดยวธคารโบไนตรายดง (Carbonitriding) .......................... 27 2.8.3 การชบแขงผวโดยวธซอฟตไนตรายดง (Soft-Nitriding) ............................ 28

2.9 คณสมบตและการทดสอบวสด ................................................................................ 29 2.9.1 การวเคราะหองคประกอบทางเคม ............................................................. 29 2.9.2 การตรวจโครงสรางผลกดวยเทคนคการเลยงเบนของรงสเอกซ ................ 29 2.9.3 การทดสอบความแขง (Hardness Testing) .................................................. 33 2.9.4 การทดสอบแรงดง (Tensile Testing) .......................................................... 37

ฉ

สารบญ (ตอ)

หนา

2.9.5 การศกษาพนผวการแตกหก (Fractography) ............................................... 40 2.10 การวเคราะหทางสถต (Statistics analysis) .............................................................. 41

3 วธด าเนนงานวจย ................................................................................................................ 45 3.1 กลาวน า ..................................................................................................................... 45 3.2 การเตรยมชนทดสอบเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม .................................... 46

3.2.1 วสดเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม .................................................. 46 3.2.2 ลกษณะของชนตวอยางเหลกกลาและเหลกกลาผสม ................................. 47 3.2.3 การอบปกตชนทดสอบ ............................................................................... 48 3.2.4 การพนท าความสะอาดผวดวยเมดโลหะ ..................................................... 49

3.3 กระบวนการชบแขงผวดวยแกส ............................................................................... 50 3.4 การวเคราะหองคประกอบทางเคม............................................................................ 51 3.5 การวเคราะหโครงสรางผลก .................................................................................... 52 3.6 การทดสอบความแขงและการซมลก ........................................................................ 53 3.7 การตรวจสอบโครงสรางชนผวขาว .......................................................................... 56 3.8 การทดสอบแรงดง .................................................................................................... 58 3.9 การศกษาพนผวการแตกหก ...................................................................................... 59

4 ผลการวจยและการอภปรายผล ........................................................................................... 60 4.1 ผลจากการวเคราะหองคประกอบทางเคม ................................................................ 61

4.1.1 ผลจากการวเคราะหสวนผสมทางเคมของเหลกกลาคารบอน และเหลกกลาผสมกอนกระบวนการชบแขงผว .......................................... 61

4.1.2 ผลจากการวเคราะหปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบ ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกส ........................................................ 61

4.2 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลก .......................................................................... 63 4.2.1 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทยงไมผาน

การชบแขงผว .............................................................................................. 63

ช

สารบญ (ตอ)

หนา

4.2.2 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................... 63

4.2.3 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง .............................................................. 65

4.2.4 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................... 65

4.2.5 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ................................................... 66

4.2.6 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ................................................... 66

4.3 ผลจากการทดสอบความแขงและการซมลก ............................................................. 67 4.3.1 ผลจากการทดสอบความแขงผวของชนทดสอบ

ทผานกระบวนการชบแขงผว ...................................................................... 67 4.3.2 ผลจากการทดสอบความแขงภายใตผวถงแกนกลาง

ของชนทดสอบทผานการชบแขงผว ........................................................... 69 4.3.3 ผลจากการวเคราะหคาความลกผวแขงทงหมด

ของชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผว............................................. 72 4.4 ผลจากการวเคราะหโครงสรางชนผวขาว ................................................................. 73 4.5 ผลจากการทดสอบแรงดง ......................................................................................... 75 4.6 ผลจากการศกษาพนผวการแตกหก........................................................................... 80

5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ ........................................................................................ 86 5.1 สรปผลการวจย ......................................................................................................... 86

ซ

สารบญ (ตอ)

หนา

5.1.1 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซงตอสมบตเชงกล ของเหลกกลาคารบอน ................................................................................ 86

5.1.2 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซงตอสมบตเชงกล ของเหลกกลาผสม ....................................................................................... 86

5.1.3 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสคารบไรซงและแกสซอฟตไนตรายดงตอสมบตเชงกล ของเหลกกลาคารบอน ................................................................................ 87

5.1.4 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสคารบไรซงและแกสซอฟตไนตรายดงตอสมบตเชงกล ของเหลกกลาผสม ....................................................................................... 87

5.2 ขอเสนอแนะ ............................................................................................................. 87 รายการอางอง ....................................................................................................................................88 ภาคผนวก ภาคผนวก ก. ผลการวเคราะหความแปรปรวนทางเดยว (One-way ANOVA) ..........................90 ภาคผนวก ข. บทความทไดรบการตพมพเผยแพร ...................................................................105 ประวตผวจย ....................................................................................................................................111

ฌ

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 แสดงคาความแขงทใชเปนเกณฑก าหนด Effective case depth .......................................... 36 3.1 แสดงสวนผสมทางเคมของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ..................................... 47 3.2 แสดงอณหภมและเวลาในอบปกตชนทดสอบ .................................................................... 49 4.1 แสดงสวนผสมทางเคมตามมาตรฐานของเหลกกลา ........................................................... 61 4.2 แสดงผลการตรวจสอบสวนผสมทางเคมของเหลกกลา ...................................................... 61 4.3 แสดงปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกส ................. 62 4.4 แสดงคาสวนเบยงเบนมาตรฐานเฉลยการทดสอบความแขงใตผวชนทดสอบ ................... 72 ก.1 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ............................................................................ 91 ก.2 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................ 91 ก.3 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................................. 91 ก.4 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ............................................................................ 92 ก.5 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................ 92 ก.6 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................................. 92 ก.7 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ............................................................................ 93 ก.8 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................ 93 ก.9 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................................. 93

ญ

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา ก.10 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ............................................................................ 94 ก.11 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................ 94 ก.12 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................................. 94 ก.13 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................................. 95 ก.14 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ........................ 95 ก.15 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................................. 95 ก.16 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ........................ 96 ก.17 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

คารบอนทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง .............................................................. 96 ก.18 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

คารบอนทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................... 96 ก.19 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

คารบอนทผานกระบวนการระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ................. 97 ก.20 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

คารบอนทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................... 97 ก.21 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

คารบอนทผานกระบวนการระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ................. 97 ก.22 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลา

ผสมทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ..................................................................... 98

ฎ

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา ก.23 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................................................. 98 ก.24 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................ 98 ก.25 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................................. 99 ก.26 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ........................ 99 ก.27 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................................................. 99 ก.28 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ...................... 100 ก.29 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง ................................................................ 100 ก.30 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ...................... 100 ก.31 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง .......................................................................... 101 ก.32 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ............................................................... 101 ก.33 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ...................... 101 ก.34 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง ................................................................ 102 ก.35 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ...................... 102

ฏ

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา ก.36 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง .......................................................................... 102 ก.37 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ............................................................... 103 ก.38 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ...................... 103 ก.39 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง ................................................................ 103 ก.40 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสม

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ...................... 104

ฐ

สารบญรป

รปท หนา 2.1 แสดงโครงสรางระบบผลกของโลหะ ................................................................................. 13 2.2 แสดงอณหภมของการอบปกต ............................................................................................ 24 2.3 แสดง Spark emission spectrometer .................................................................................... 29 2.4 แสดงการเลยวเบนของรงสเอกซเมอตกกระทบระนาบผลก ............................................... 30 2.5 แสดงขนตอนการเตรยมวเคราะหตวอยาง ........................................................................... 31 2.6 แสดงหลอดก าเนดรงสเอกซ ................................................................................................ 32 2.7 แสดงการเกดรงสเอกซ ........................................................................................................ 32 2.8 แสดงหวกดและรอยกดของการทดสอบความแขงแบบวคเกอร ......................................... 34 2.9 แสดงการหาขนาดเสนทแยงมมเฉลยในสองแนวซงท ามมกน 90 องศา ............................. 35 2.10 แสดงความสมพนธระหวางคาความเคนและความเครยดในทางวศวกรรม

ในการทดสอบแรงดงในแนวแกน ....................................................................................... 37 2.11 แสดงหลกการท างานของเครอง SEM................................................................................. 41 3.1 แสดงแผนผงขนตอนการด าเนนงานวจย ............................................................................. 46 3.2 แสดงขนาดตาง ๆ ของชนทดสอบ ..................................................................................... 48 3.3 แสดงกระบวนการชบแขงผวทใชในการทดลองทงหมด.................................................... 51 3.4 แสดงเครอง Optical emission spectrometer (OES) ............................................................ 52 3.5 แสดงขนตอนการเตรยมวเคราะหชนทดสอบ ..................................................................... 53 3.6 แสดงการทดสอบความแขงแบบวคเกอรส ......................................................................... 54 3.7 แสดงรอยกดทไดจากเครองทดสอบความแขงระดบจลภาคแบบวคเกอรส ........................ 55 3.8 แสดงกราฟความสมพนธระหวางความแขงกบระยะการซมลก ......................................... 55 3.9 แสดงโครงสรางของชนสารประกอบไนโตรเจนบนผวเหลกกลา ...................................... 56 3.10 แสดงถายภาพขนาดของชนผวขาว ดวยกลองจลทรรศนแบบออพทคอล .......................... 57 3.11 แสดงลกษณะชนทดสอบแรงดงและกราฟความสมพนธระหวางความเคนกบ

ความเครยดส าหรบเหลกเหนยว .......................................................................................... 58 3.12 แสดงลกษณะการจบยดชนทดสอบและเครอง SEM ทใชในการทดสอบ .......................... 59

ฑ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.1 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบทยงไมผานการชบแขงผว ................... 63 4.2 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสซอฟตไนตรายดง ......................... 64 4.3 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสคารบไรซง ................................... 64 4.4 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสคารโบไนตรายดง ........................ 65 4.5 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบทกระบวนการรวม

ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง .............................................................. 66 4.6 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบกระบวนการรวม

ระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง .............................................................. 67 4.7 แสดงความสมพนธระหวาง Surface Hardness กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................................... 67 4.8 แสดงความสมพนธระหวาง Surface Hardness กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาผสม .......................................................................................................... 69 4.9 แสดงความสมพนธระหวาง Hardness กบระยะจากผวถงแกนกลาง

ของชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง ................................................... 70 4.10 แสดงความสมพนธระหวาง Hardness กบระยะจากผวถงแกนกลางของ

ชนทดสอบทผานกระบวนการระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบคารบไรซง .................... 71 4.11 แสดงความสมพนธระหวาง Hardness กบระยะจากผวถงแกนกลางของ

ชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ............................................... 71 4.12 แสดงความสมพนธระหวาง Total case depth กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................................... 72 4.13 แสดงความสมพนธระหวาง Total case depth กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาผสม .......................................................................................................... 73 4.14 แสดงความสมพนธระหวาง White layer thickness กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................................... 74 4.15 แสดงความสมพนธระหวาง White layer thickness กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาผสม .......................................................................................................... 75

ฒ

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.16 แสดงความสมพนธระหวาง Ultimate tensile strength กบกระบวนการ

ชบแขงผวในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................... 76 4.17 แสดงความสมพนธระหวาง Ultimate tensile strength กบกระบวนการ

ชบแขงผวในกลมเหลกกลาผสม ......................................................................................... 76 4.18 แสดงความสมพนธระหวาง Yield strength กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................................... 77 4.19 แสดงความสมพนธระหวาง Yield strength กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาผสม .......................................................................................................... 78 4.20 แสดงความสมพนธระหวาง %Elongation กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน ................................................................................................... 79 4.21 แสดงความสมพนธระหวาง %Elongation กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาผสม .......................................................................................................... 79 4.22 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบ

เหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง .............................................. 81 4.23 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบ

เหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง ................................... 82 4.24 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบ

เหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง ........................................................................... 83

4.25 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบ เหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง .................................... 84

4.26 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบ เหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง ........................................................................... 85

ณ

ค าอธบายสญลกษณและค ายอ α = Ferrite = Austenite ’ = Fe4N = Fe2-3N

AISI = American Iron and Steel Institute ANOVA = Analysis of Variance ASM = American Society for Metals ASTM = American Society for Testing and Materials BCC = Body Centered Cubic CB = Carburizing CN = Carbomitriding Combined 1 = Soft nitriding + Carburizing Combined 2 = Carburizing + Soft nitriding Deg. = Degree FCC = Face Centered Cubic H0 = Null Hypothesis HCP = Hexagonal Close Packed HV = Vickers hardness mm = Millimeter OES = Optical emission spectrometer SEM = Scanning Electron Microscope SN = Soft nitriding UTM = Universal testing machine UTS = Ultimate tensile strength XRD = X-ray diffraction

1

บทท 1 บทน า

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา กระบวนการชบแขงผวดวยแกส (Gas surface hardening) เปนการชบแขงอกวธการหนง เพอใหไดความแขงเฉพาะบรเวณผวของชนงาน สวนความแขงภายใตผวแขงถงแกนกลางจะมสมบตคลายกบเนอวสดเดมซงมความเหนยวกวาบรเวณผวแขง ท าใหชนงานทนตอการสกหรอในขณะการใชงาน ทนตอการรบแรงบดหรอแรงกระแทกไดดโดยไมเกดความเสยหายกบชนงาน ซงตางจากการบวนการชบแขง (Quenching) ซงชนงานจะมความแขงทงตวชนงาน ท าใหมความเปราะไมสามารถใชงานทมแรงกระท าสง ๆ ได ถงแมจะท าการอบคนไฟ (Tempering) เพอใหมความเหนยวเพมขน กจะสญเสยความแขงทผวไป ท าใหทนตอการสกหรอไดนอยลง และการชบแขงดวยวธการน เหลกกลาทจะน ามาชบแขงจะตองมปรมาณคารบอนตงแต 0.3% ขนไป ตางจากการชบแขงผว ซงสามารถท าไดกบเหลกกลาทมคารบอนต าได กระบวนการชบแขงผวดวยแกสจงเปนกระบวนการชบแขงผวทนยมในภาคอตสาหกรรม เนองจากมราคาประหยด ไดชนงานทมคณภาพทงผวแขงและความเหนยว อกทงยงสามารถควบคมบรรยากาศในการอบชบไดงายกวาการชบแขงผวดวยวธการอน ๆ กระบวนการชบแขงผวดวยแกสทนยมใชในปจจบน ไดแก ซอฟตไนตรายดง (Soft-nitriding), คารบไรซง (Carburizing) และ คารโบไนตรายดง (Carbonitriding) ตวอยางชนสวนเครองจกรกลทนยมน ามาชบแขงผว ไดแก เพลาขอเหวยง เพลาราวลน เฟองเกยร เปนตน โดยกระบวนการคารบไรซง และคารโบไนตรายดง จะมลกษณะกระบวนการคลายกน คอใชการแพรอะตอมของธาตคารบอนเขาไปสผวชนงานในขณะทเหลกมโครงสรางเปนออสเตไนต สวนกระบวนการคารโบไนตรายดงจะใชทงคารบอนและไนโตรเจนในการชบแขงผว ซงจะท าใหผวของชนงานมความแขงมากข น สวนกระบวนการซอฟตไนตรายดง เปนการสรางโครงสรางสารประกอบ ซงมความแขงสงเคลอบผวชนงานไว

อยางไรกตามไดมงานวจยทไดศกษาถงการใชกระบวนอบชบแขงผวดวยแกสรวมกนระหวางกระบวนซอฟตไนตรายดงและคารบไรซง ซงพบวากระบวนการรวมดงกลาว ไดสงผลตอความสม าเสมอของคาความแขงภายใตผวชนงานวสดเหลกกลาคารบอนต า และยงใหความแขง ผวคลายกบกระบวนการคารโบไนตรายดง งานวจยนจงไดเหนความส าคญของกระบวนการรวมน ซงอาจสงผลตอสมบตเชงกลอน ๆ รวมถงสงผลตอชนดของเหลกกลาทจะน ามาอบชบแขงผว

2

งานวจยนจงไดท าการศกษาวจยผลกระทบของกระบวนการปรบปรงคณภาพเหลกกลาและเหลกกลาผสมดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง ตอสมบตเชงกล โครงสรางและความแขงผวของเหลกกลาและเหลกกลาผสมชนดตาง ๆ โดยคาดวาจะสามารถน าไปใชพฒนากระบวนการชบแขงผวดวยแกสใหมคณภาพและประสทธภาพทสงขนไดในการผลตเชงอตสาหกรรมตอไปในอนาคต

1.2 วตถประสงคการวจย เพอศกษาผลกระทบของกระบวนการปรบปรงคณภาพเหลกกลาและเหลกกลาผสมดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง ตอสมบตเชงกล โครงสรางและความแขงผวของเหลกกลาและเหลกกลาผสม

1.3 ขอบเขตการวจย 1.3.1 ศกษาถงอทธพลของการชบแขงผวดวยแกสดวยกระบวนการรวมระหวางแกส

ซอฟตไนตรายดง และ แกสคารบไรซง ของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม AISI 1010, 1020, 1040, 4140 และ 4340

1.3.2 ศกษาผลกระทบของกระบวนการชบแขงผวตอสมบตเชงกล โครงสราง ความหนาชนผวแขง และความแขงผว

1.4 วธด าเนนการศกษาวจย 1.4.1 ศกษาทฤษฏ และงานวจยทเกยวของ 1.4.2 ออกแบบชนทดสอบและกระบวนการทดลอง 1.4.3 เตรยมชนทดสอบจากวสดเหลกกลา 1.4.4 ท าการทดลองตามกระบวนการและทดสอบชนทดสอบตามทไดออกแบบ 1.4.5 วเคราะหการทดลอง 1.4.6 สรปผลการทดลอง 1.4.7 จดท ารปเลมวทยานพนธ

1.5 สถานทท างานวจย 1.5.1 อาคารศนยเครองมอและวทยาศาสตร 6 และ 10 มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร 1.5.2 บรษท ไทยโตเคนเทอรโม จ ากด นคมอตสาหกรรมอมตะนคร จงหวดชลบร

3

1.6 เครองมอทใชในงานวจย 1.6.1 เตาชบแขงผวของบรษทไทยโตเคนเทอรโม จ ากด ใชท ากระบวนการอบปกต,

กระบวนการชบแขงผวของซอฟตไนตรายดง, คารบไรซง และคารโบไนตรายดง 1.6.2 เครอง Shot blast ของ Growell รน GW-10 ส าหรบท าความสะอาดผวของชนงาน

ทผานการอบปกต 1.6.3 กลองจลทรรศนแบบแสงสะทอน (Optical microscopes) ของ Nikon measuring

microscope รน MM-400 และโปรแกรม NIS-Element D ส าหรบการตรวจดโครงสรางของ ชนทดสอบรวมถงชนผวขาวทเกดขนในกระบวนการซอฟตไนไตรดง

1.6.4 เค รอ ง Micro Vickers hardness testing ของ Future-Tech รน FM-700 ใชส าหรบ การวดคาความแขงผวและความแขงลกของชนทดสอบ

1.6.5 เครองวเคราะหการเลยวเบนรงสเอกซ (X-ray diffractometor : XRD) ของ Bruker รน D8 Advance ใชวเคราะหสารประกอบทมอยในชนทดสอบและศกษารายละเอยดเกยวกบโครงสรางของชนทดสอบ

1.6.6 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning electron microscopy : SEM) ของ JEOL รน JSM6010LV ใชในการศกษาสณฐานและรายละเอยดของลกษณะผวของชนทดสอบ เชน พนผวภายนอกของชนทดสอบ และพนผวรอยแตกจากการทดสอบแรงดง

1.6.7 เค รอง Optical emission spectrometer ของ ARL 3460 METALS ANALYZER ใชในการตรวจวเคราะหธาตประกอบในชนทดสอบ

1.6.8 เครองทดสอบอเนกประสงค (Universal testing machine : UTM) ของ Instron ซงมก าลงทดสอบสงสด 250 kN ใชในการทดสอบแรงดงในแนวแกนของชนทดสอบ

1.7 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1.7.1 เขาใจถงผลของการชบแขงผวเหลกกลาและเหลกกลาผสมดวยกระบวนการรวม

ระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซงตอโครงสรางจลภาค ความแขงและความลกผวแขงของเหลกกลาและเหลกกลาผสมได

1.7.2 เขาใจถงการน าไปประยกตใชในการเลอกวสดและกรรมวธการปรบปรงผววสดเพอเพมคณภาพและประสทธภาพการการปรบปรงผววสดในอตสาหกรรมยานยนต หรออตสาหกรรมอนทใชวสดเหลกกลาเปนวตถดบ

4

บทท 2

ปรทศนวรรณกรรมและงานวจยทเกยวของ

2.1 กลาวน า บทนจะกลาวถงปรทศนวรรณกรรม ทฤษฎบท รวมไปถงงานวจยตาง ๆ ทเกยวของกบการศกษางานวจยน ซงเปนการศกษากระบวนการอบชบเหลกกลาเพอปรบปรงคณภาพผลตภณฑในกระบวนการผลตทใชกนอยางแพรหลายในภาคอตสาหกรรม โดยเนอหาในบทนแบงออกเปนสองสวนหลกดงน สวนทหนงเปนสวนทผ วจยไดท าการศกษาและคนควางานวจย เอกสาร รวมท งวทยานพนธตาง ๆ ทเกยวของกบงานวจยน ซงไดเหนถงขอดของกระบวนการรวมในการชบแขงผวดวยแกส ผวจยจงเลอกกระบวนการดงกลาวมาศกษาสมบตทางกลอน ๆ เพอน าไปประยกตใชในกระบวนการผลตตอไป นอกจากนผวจยยงไดท าการคนควารวบรวมขอมลทเกยวของกบงานวจย ซงเปนการศกษากระบวนการชบแขงผวดวยแกสตาง ๆ คอ ซอฟตไนตรายดง, คารบไรซง และ คารโบไนตรายดง กระบวนการชบแขงผวเหลานนยมใชเพอปรบปรงสมบตของเหลกกลาใหดขน แตละกระบวนการมขอดตางกนไป ซงผผลตตองเลอกใชใหเหมาะสมกบลกษณะการน าผลตภณฑไปใช ส าหรบในสวนทสองในบทนจะกลาวถงทฤษฎบทตาง ๆ ทเกยวของกบงานวจย ซงผวจยไดน าเสนอทฤษฎซงประกอบดวยเนอหาสามสวนหลก โดยสวนแรกคอทฤษฎพนฐานทเกยวของกบวสดทใชในการทดสอบคอ เหลกกลาและการเตรยมชนตวอยางส าหรบการอบชบเพอทดสอบหาสมบตตาง ๆ โดยเหลกกลาทไดท าการศกษาแบงออกเปนสองกลมคอ เหลกกลาคารบอน และเหลกกลาผสม สวนทสองกลาวถงทฤษฎการอบชบแขงผวเหลกกลา ซงผวจยไดเลอกกระบวนการชบแขงผวดวยแกสมาใชในการวจย และสวนทายสดกลาวถงการทดสอบสมบตของชนตวอยาง

2.2 ปรทศนวรรณกรรมทเกยวของ กระบวนการชบแขงผวดวยแกสเปนหนงในกระบวนการปรงปรงสมบตของเหลกกลาทพบไดในงานวจยและภาคอตสาหกรรมโดยทวไป ซงถกน าไปประยกตใชงานและศกษาวจยอยางแพรหลายท าใหเกดองคความรใหมอยเสมอ ชวยในการพฒนากระบวนการผลตใหรวดเรวและกาวหนามากขน ส าหรบการวจยน ผวจยไดศกษาและคนควางานวจยทเกยวของกบการวจย โดยมรายละเอยดดงตอไปน

5

Mirjani, M., et al. (2009) ไดศกษาการตานทานการสกหรอในชนงานทท าดวยเหลกกลา C60W และผานกระบวนการไนโตรคารบไรซง (ซอฟตไนตรายดง) ทงแบบพลาสมาและแบบ แกส ทอณหภม 570oC เปนเวลา 4 และ 8 ชวโมง จากงานวจยพบวา เกดโครงสราง และ ’ ขนทผวชนทดสอบในทกกระบวนการ โดยระยะเวลาในการอบชบแขงผวทมากขนสงผลให ชนความหนาของโครงสรางดงกลาวเพมมากขน แตจะมความตานทานการสกหรอลดลง และชนทดสอบทผานกระบวนการไนโตรคารบไรซง แบบพลาสมา จะมคาความลกผวแขงทมประสทธภาพมากกวาการอบชบแบบแกส Fattah, M., and Mahboubi, F. (2012) ไดศกษาโครงสรางจลภาคและการตานทานการกดกรอนในเหลกกลาผสม AISI 4140 ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยพลาสมาไนโตรคารบไรซง ทอณหภมในชวง 520-620oC เปนเวลา 5 ชวโมง จากผลการวจยพบวาท อณภม 620oC เ กดช นสารประกอบทผวแบงไดเปน 2 แบบ คอ สวนทมรพรน และโครงสรางรปสามเหลยม สวนทอณหภมต ากวาจะพบโครงสรางแบบเดยว ความแขงผวจะเพมข นตามอณหภมในการอบชบ นอกจากนยงพบวา ทอณภมอบชบ 545oC ชนทดสอบมความตานทานการกดกรอนสงสด Allenstein, A.N., et al. (2010) ไดศกษาผลกระทบทเกดข นกบโครงสรางสารประกอบไนโตรเจนบนผวชนทดสอบเหลกกลา CA-6NM ภายหลงการชบแขงผวดวยไนตรายดงแบบพลาสมาท 500 oC และมสดสวนแกสไฮโดรเจนและไนโตรเจนตางกน ผลการวจยพบวาโครงสรางทพบทผวชนทดสอบไดแก Fe2-3N (), Fe4N (’) และ CrN โดยสดสวนแกสไฮโดรเจนทสงกวา ท าใหความหนาของชนผวขาวและความแขงผวสงขน (1200-1400 HV) Foerster, C.E., et al. (2010) ไดศกษาเกยวกบการท ากระบวนการไนโตรคารบไรซง ทอณหภม 300oC ของเหลก ANSI 304 แลวดคณสมบตของวสดเชน โครงสราง ความแขง ผลการวจยท าใหทราบวา การท าทบรรยากาศทม N2:CH4-98:2 ท 300oC เกดการเปลยนแปลงบรเวณผวมคารบอนและไนโตรเจนแทรก ทกวางขนสงผลใหความแขงแรงเพมขนทบรเวณขอบจาก 2.5 GPa เปน 11 GPa Asi, O., et al. (2009) ไดศกษาเกยวกบกระบวนการท าแกสคารบไรซงทอณหภม 940oC เวลา 3 และ 5 ชวโมง ทอณหภม 980oC เวลา 1 และ 2 ชวโมง แลวดคาความแขง ความลาของชนงาน ผลการวจยท าใหทราบวา การท าคารบไรซงท 980oC มลมตความลาต ากวาคารบไรซงท 940oC Tokaji, K., et al. (2004) ไดท าก ารศกษาผลของการท า คา รบ ไ ร ซงดวย NaCl ตอ โครงสราง ความแขง พฤตกรรมของความลาและกลไกของการแตกหก ผลการวจยพบวาเมอใชเ วล า ในก า รท า แก สค า รบ ไ ร ซ ง 35 ช ว โม ง ให ค ว า มแข งท 1000 HV ซ งม า กกว า ก า รท า 15 ชวโมง ท 800 HV และพฤตกรรมการเกดรอยแตกเรมแรกจะเกดรอยแตกขนาดเลกตรง

6

บรเวณขอบชนงานระหวางผวแขงทท าขนกบเนอชนงาน ซงความลากเกดจากการทมรอยแตกดงกลาว Selcuk, B., et al. (2003) ไดศกษาพฤตกรรมความเสยดทานและการสกหรอในชนทดสอบเหลกกลา AISI 1020 และ 5115 ทผานการชบแขงผวดวยคารบไรซง, คารโบไนตรายดง และ โบโรไนซง ซงผลการวจยพบวาการชบแขงผวดวยคารโบไนตรายดงใหสมบตตานทานความสกหรอไดดกวาคารบไรซง แตใหความลกผวแขงทมประสทธภาพนอยกวา Siwadamrongpong, S., et al. (2011) ไดศกษาผลของการชบผวแขงดวยแกสคารบไรซง ซอฟตไนตรายดง คารโบไนตรายดง และปฏกรยารวมของแกสซอฟตไนตรายดงกบแกส คารบไรซง ตอโครงสราง ความแขงแรง ความแขง และระยะความแขงลกของเหลกกลาคารบอน ต า ผลการวจยพบวาความแขงและระยะความแขงลกของชนงานจากกระบวนการรวมดงกลาวมคาใกลเคยงกบวธแกสคารโบไนตรายดง (กระบวนการปรบปรงทเหมาะกบเหลกกลาคารบอนต า) และยงใหคาความสม าเสมอของความแขงทผวดกวาวธแกสคารโบไนตรายดง

2.3 เหลกกลา (Steel) เหลกกลา คอเหลกทมธาตคารบอนเปนสวนผสม (มนส สถรจนดา, 2543) ซงเหลกทมธาตคารบอนผสมอย ต ากวา 2.0% จะถอไดวาเปนเหลกกลา หากมปรมาณคารบอนผสมอยมากกวาน ถอไดวาเปนเหลกหลอ นอกจากนอาจยงมธาตอน ๆ ผสมอยดวยในลกษณะของธาตเจอปน (impurities) เชน ซลกอน, แมงกานส, กมมะถน และฟอสฟอรส โดยทวไปเหลกกลาจะสามารถแบงออกเปนกลมใหญ ๆ ไดสองกลมคอ เหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม 2.3.1 เหลกกลาคารบอน (Plain carbon steel) เหลกกลาคารบอน เปนเหลกทมคณสมบตทางความแขงแรง (Strength) และความออนตว (Ductility) ทเปลยนแปลงตามปรมาณคารบอนทผสมอยไดในชวงกวางมาก จงวสดทนยมเลอกใชไดตามความเหมาะสมกบลกษณะงานในทางชาง โดยเหลกกลาคารบอนน ถามปรมาณคารบอนในเหลกผสมอยตางกนเพยงเลกนอย กท าใหการท าการชบแขงหรอการขนรป (Mechanical forming) แตกตางกน รวมทงคณสมบตเชงกลอกดวย เชน คาความแขงแรง และอตราการยดตว (Elongation) เปนตน

การศกษาคณสมบตและการควบคมคณสมบตของเหลก กลาคารบอนน น Equilibrium diagram ของเหลกกบคารบอนมความส าคญอยางยงทตองน ามาใชอธบายรวมกน ซงปรมาณคารบอนมความส าคญตอความแขงแรงและความออนตว อยางไรกตามในการศกษา แผนภมสมดล (Phase Equilibrium Diagram) ของเหลกกบซเมนไตต ควรทราบถงศพทเฉพาะทเกยวของดงตอไปน

7

ออสเตไนต (เหลก ) คอ สารละลายของแขง ของเหลกกบคารบอน ซงคารสามารถละลายไดในเหลกมากทสดถง 2% (ใช 1.7% ในบางกรณ) ทอณหภม 1130oC มระบบผลกเปน face centered cubic

เฟอรไรต (เหลก α) คอ สารละลายของแขง ของเหลกกบคารบอน ซงคารสามารถละลายไดในเหลกมากทสด 0.025% ทอณหภม 723oC มระบบผลกเปน body centered cubic

ซเมนไตต หรอเหลกคารไบด เปน สารประกอบเชงโลหะ ระหวางเหลกกบคารบอนมสตรคอ Fe3C มความแขงแรงสง แตเปราะไมสามารถรบแรงกระแทกได

ยเตคตค ทเกยวกบ Equilibrium diagram ของเหลกคารบอนน คอปฏกรยาทเกดขนทอณหภม 1130oC โดยเหลกหลอมเหลวทมคารบอน 4.3% แตกตวออกเปน เฟส มคารบอน 2% กบซเมนไตต มคารบอน 6.67%

L (4.3%C) α (2%C) + Fe3C (6.67%C) จากปฏกรยายเตคตค แสดงวา อาจเกดการรวมระหวาง กบ Fe3C และใหเหลก

หลอมเหลวกไดเรยกปฏกรยายเตคตคเหมอนกนแตจะเกดเมอเหลกถกเผาใหความรอน ยเตคตอยด มลกษณะคลายคลงกบปฏกรยายเตคตค ตางกนทปฏกรยานเกดในสภาพ

ของแขง ซงเปนการแยกตวของ phase ไปเปน เฟส α กบ Fe3C หรออาจเกดจากการรวมตวระหวาง α กบ Fe3C ให ไดเชนเดยวกน

(0.8%C) α (0.025%C) + Fe3C (6.67%C) เพรไลต คอผลกรวมระหวางเฟอรไรต (α) 0.025%C กบซเมนไตต 6.67%C ท

เกดขนจากปฏกรยายเตคตอยด ในขณะทท าใหเยนชา ๆ การเกดจะสลบกนเปนแถบยาว (lamellar structure) ของเฟอรไรตกบซเมนไตต ดงนนเฟรไลทจงไมใช เฟส เดยว แตเปนสองเฟส ประกอบกน

Acm คอ เสนแสดงอณหภมการเปลยนเฟส จากออสเตไนตมาเปนซเมนไตตในขณะเหลกเยนตวลงมา ถาท าใหเหลกรอนขนกจะเปนเสนแสดงการเปลยนซเมนไตตเปนออสเต

A3 คอ เสนแสดงอณหภมทเกดการเปลยนแปลงของออสเตไนตมาเปนเฟอรไรตในขณะท าใหเหลกเยน และเปนอณหภมทเกดการเปลยนแปลงจากเฟอรไรตเปนออสเตไนตในขณะท าใหเหลกรอน

A2 คอ เสนแสดงการเปลยนแปลงคณลกษณะแมเหลกของเฟอรไรต ซงจะมอณหภมประมาณ 768 oC เสน A2 ไมมการเปลยน phase ดงนนจงไมปรากฏใน Equilibrium diagram

A1 คอ เสนแสดงอณหภมทเกดปฏกรยายเตคตอยด คออณหภม 723oC ทว ๆ ไป มกจะเขยน r กบ c ตอทาย A3 และ A1 เชน Ar3, Ar1, Ac3 และ Ac1 เพอใหเขาใจไดงาย วาอณหภม

8

นน ๆ เปนอณหภมของการท าใหรอน หรอท าใหเยน โดย r หมายถง ท าใหเยน (refroidissement) และ c หมายถง ท าใหรอน (chauffage) 2.3.2 เหลกกลาผสม (Alloy steels)

เหลกกลาผสมคอ เหลกทผสมธาตตาง ๆ นอกเหนอไปจากธาตคารบอนและธาตบางตวทตดมาเนองจากกรรมวธการถลง (Mn, Si, S และ P) การผสมธาตตาง ๆ ลงไปในเหลกกเพอเปนการปรบปรงคณสมบตหลาย ๆ ประการทเหลกคารบอนใหคณสมบตไมอยในเกณฑทตองการ ท าใหไมสามารถใชงานด อยางไรกตามการผสมธาตตาง ๆ ลงไปในเหลกจะท าใหเหลกมราคาสงขน แตความมงหมายของการผสมธาตดงกลาวมหลายประการดงน

1) เพมคณสมบตดานชบแขง 2) ปรบปรงความแขงแรงทอณหภมปกต 3) เพมคณสมบตตานทานความสกหรอ เนองจากการเสยดสขณะใชงาน 4) เพมความเหนยวทนตอแรงกระแทก 5) เพมคณสมบตตานทานการกดกรอม 6) ปรบปรงคณสมบตดานแมเหลก ธาตทใชผสมในเหลกมหลายธาต ซงใหผลตอเหลกแตกตางกนไป ในการศกษา

บทบาทของธาตเหลาน สามารถแยกออกเปนกลมเพอความสะดวก เชน กลมเพมเสถยรภาพ ออสเตไนต, กลมเพมเสถยรภาพเฟอรไรต, กลมรวมตวกบคารบอนใหคารไบด และกลมรวมตวกบไนโตรเจนใหไนตรายด ธาตบางตวอาจใหบทบาทไดหลายกลม

กลมเพมเสถยรภาพออกสเตนไนท ไดแก ธาตนเกล, แมงกานส และคารบอน จดเปนธาตทส าคญในกลมน ซงเมอผสมอยในเหลกจะมบทบาทขยายอาณาเขตของออสเตไนต โดยชวยลดอณหภมของเสน A3 ใหต าลง และเพมอณหภมของเสน A1 ใหสงขน เมอปรมาณของธาตเหลานเพมขน เหลกผสมอาจจะมโครงสรางออสเตไนตทอณหภมปกต ถาปรมาณของธาตทผสมมมากพอธาตในกลมนจะมระบบผลกเปน Face centered cubic ซงละลายไดดในออสเตไนต

กลมเพมเสถยรภาพเฟอรไรต ธาตทส าคญไดแก โครเมยม, ซลกอน, โมลบดนม, ทงสเตน และอลมเนยม บทบาทของธาตในกลมนจะลดอณหภมเสน A1 แตจะเพมอณหภมเสน A3 ใหสงขน ท าใหอาณาเขตของเฟอรไรตกวางขนไปทางดานอณหภมสง ธาตในกลมนจะมระบบผลกเปน Body centered cubic ซงละลายไดดในเฟอรไรต

กลมรวมตวกบคารบอนใหคารไบด ไดแก ธาตโครเมยม, ทงสเตน, โมลบดนม, วานาเดยม และนโอเบยม ซงมหลายธาตทอยในกลมเสถยรภาพเฟอรไรต ธาตดงกลาวเมอผสมในเหลกทมคารบอนจะเกดการรวมตวใหคารไบดในลกษณะตาง ๆ ซงใหคณสมบตของเหลกแตกตางออกไป

9

กลมรวมตวกบไนโตรเจนใหไนตรายด ธาตทส าคญไดแก อลมเนยม, ไทเทเนยม และโครเมยม นอกจากธาตทงสามนแลว ธาตทกตวทอยในกลมรวมตวกบคารบอน สามารถรวมตวกบไนโตรเจนใหไนตรายได แตใหผลทางดานความแขงไมอยในเกณฑสง 2.3.3 ผลของธาตทผลตอเหลกเฟอรไรต (Influence of alloying elements on the

properties of ferrite) ธาตผสมสวนใหญจะละลายไดดในเหลกเฟอรไรต โดยเฉพาะธาตทอยในกลม

เสถยรภาพเฟอรไรต ยงละลายไดดในเฟอรไรต ผลจากการละลายของธาตในเหลกเฟอรไรตจะท าใหมการเปลยนแปลงคณสมบตเชงกลของเหลก เพราะในโครงสรางของเหลกสวนมากจะประกอบดวยเฟอรไรต ดงนนเมอเฟอรไรตมการเปลยนแปลงคณสมบต จะท าใหเหลกโดยสวนรวมเปลยนแปลงคณสมบตไปดวย

การเปลยนแปลงคณสมบตทางดานความเคนดงสงสด ปรากฏวาธาตทกตวมบทบาทเพมคาความเคนแรงดงสงสด โดยเฉพาะแมงกานสกบซลกอน จะเพมคาความเคนแรงดงสงสดไดมาก เมอเทยบกบธาตอน ๆ ดงเชน นเกล, โมลบดนม และทงสเตน ส าหรบโครเมยมนนมอตราการเปลยนแปลงความเคนแรงดงนอย

ในดานความแขงปรากฏวาธาตทกตวมสวนเพมความแขงใหกบเฟอรไรต โดยเฉพาะซลกอนและแมงกานส มบทบาทดานความแขงในอตราสง ตามดวยนกเกล, โมลบดนม, วานาเดยม, ทงสเตน โดยมโครเมยมอยในระดบทายสด เชนเดยวกบบทบาททางดานความเคนแรงดงสงสด 2.3.4 ผลของธาตทผลตอออสเตไนต (Influence of alloying elements in forming

Austenite) ออสเตไนตเปนโครงสรางทมความส าคญในเรองการอบชบเหลก เพราะคณสมบตของเหลกภายหลงการอบชบจะขนอยกบคณลกษณะของออสเตไนต ดงเชน เกรนโตหรอเลก ความสม าเสมอของออสเตไนตลวนแตมผลตอคณสมบตของเหลกภายหลงการอบชบทงนน การผสมธาตตาง ๆ ในเหลกจะพบวามผลตอออสเตไนตหลายประการ ดงเชน ท าใหอาณาเขตของออสเตไนตแคบลง จดยเตคตอยดและอณหภมของยเตคตอยดเปลยนแปลง เปนตน เหตผลทเหนไดชดกคอ เมอผสมธาตตาง ๆ ในเหลก อะตอมของธาตจะไปละลายหรอเขาไปแทรกตามทวางทมอย Space Lattice ของอะตอมของเหลก ท าใหทวางส าหรบคารบอนนอยลง เปนเหตหนงทไปจ ากดอาณาเขตของออสเตไนตใหแคบลง จดทใหอตราการละลายของคารบอนสงสด (maximum solubility) จะลดลงโดยล าดบเมอปรมาณของธาตทผสมในเหลกเพมมากขน นอกจากนแลวปรมาณคารบอนทจดยเตคตอยดจะเปลยนแปลงตามปรมาณของธาตทเพมขนเชนเดยวกน

10

2.3.5 ผลของนเกลและแมงกานสทมตอออสเตไนต นเกลและแมงกานสเปนธาตทอยในกลมเพมเสถยรภาพออสเตไนต แตแมงกานสแตกตางกบนเกล ตรงทแมงกานสสามารถรวมกบคารบอนใหแมงกานสคารไบดได แตทงนเกลและแมงกานสมผลตอออสเตไนตคลายคลงกน ซงจะมผลตอออสเตไนตโดยลดอณหภมของ จดยเตคตอยดและลดปรมาณคารบอนทจดยเตคตอยดใหนอยลง เมอปรมาณของนเกลและแมงกานสเพมขน แตทงนเกลและแมงกานสไมเปลยนแปลงอาณาเขตของออสเตไนตมากนก 2.3.6 ผลของโครเมยมทมตอออสเตไนต โครเมยมเปนธาตทอยในกลมเพมเสถยรภาพเฟอรไรต และรวมกบคารบอนใหคารไบดไดด เมอผสมโครเมยมในเหลกจะมผลตอออสเตไนตมาก ท าใหอาณาเขตของออสเตไนต แคบลง โดยโครเมยมจะมบทบาทเพมอณหภมของจดยเตคตอยด, ลดปรมาณของคารบอนทจดยเตคตอยด และจดทคารบอนละลายสงสดในเหลกจะลดลงดวย ในขณะเดยวกนเสนแบงอาณาเขตของออสเตไนตกบเหลกหลอมเหลว (A4) กจะลดต าลง 2.3.7 ผลของโมลบดนมทมตอออสเตไนต โมลบดนมเปนธาตทอยในกลมเพมเสถยรภาพเฟอรไรต และรวมตวกบคารบอนใหคารไบดไดดเชนเดยวกบโครเมยม ดงนนจงท าใหผลตอออสเตไนตคลายคลงกบโครเมยม คอมบทบาทลดอาณาเขตของออสเตไนต โดยเปลยนแปลงจดยเตคตอยด และเสน A4 2.3.8 บทบาทของธาตผสมทมตอการฟอรมคารไบด ธาตผสมทจดอยในกลมรวมตวกบคารบอนใหคารไบดจะมอยหลายธาต ซงแตละธาตจะสามารถรวมกบคารบอนไดยากหรองายขนอยกบคณสมบตเฉพาะทจะรวมกบคารบอน (Affinity) การจดอนดบจะเปนดงน Mn, Cr, W, Mo, V, Ti, Nb และ Ta ส าหรบ Zr นนยงมปญหา เพราะจากเอกสารอางองบางฉบบไมกลาวถง ขอสงเกตประการหนงกคอ ธาตทรวมกบคารบอนใหคารไบดทกตวจะเปนธาตอยในกลมเพมเสถยรภาพใหกบเฟอรไรต ยกเวนแมงกานสเปนธาตอยในกลมเพมเสถยรภาพให ออสเตไนต วธการจดกลมของธาตทสมพนธกบการฟอรมคารไบดอกวธหนงโดยการเปรยบเทยบปรมาณของธาตทตวกบคารบอนใหคารไบด กบปรมาณของธาตทละลายในเฟอรไรต เรยกวาสมประสทธการแบงสวน (Partition coefficient) กลมท 1 ไดแก ธาต Si, Al, Ni, Cu และ Co ซงเปนกลมทไมสามารถรวมตวกบคารบอนได กลมนจะมคาสมประสทธการแบงสวนมคานอยมาก หรออาจกลาวไดวามคาสมประสทธการแบงสวนเปนศนย

11

กลมท 2 ไดแก ธาต Mn, Cr, W, Mo เปนกลมทสามารถรวมกบคารบอนและละลายไดในเฟอรไรต กลมนมคาสมประสทธการแบงสวนมคาประมาณ 1 กลมท 3 ไดแก ธาต V, Ti Nb และ Ta เปนกลมทรวมตวกบคารบอนไดมากกวาละลายในเฟอรไรต ดงนนกลมน คาสมประสทธการแบงสวนจะมคามากกวา 1 มขอยกเวนส าหรบแมงกานส เฉพาะกบเหลกทมแมงกานสสง 10% คารบอน 1% จะปรากฏวาคาสมประสทธการแบงสวนของแมงกานสจะสงถง 2-5 ซงควรจะอยในกลมท 3 2.3.9 บทบาทของธาตทมผลตอการชบแขง ในการชบแขงเหลกผสมมสงส าคญทจะตองพจารณาสองประการดงนคอ

1) ความแขงภายหลงการชบแขง ผลจากการทดลองวดความแขงภายหลงการชบแขงเหลก 0.02% C 10% Cr ไดความแขง 35 HRc แตเหลก 0.35% C ไมผสมโครเมยม ภายหลงการชบแขงไดความแขง 50 HRc จะเหนไดชดวาธาตทผสมในเหลกไมมบทบาทมากนกในการเพมความแขงใหกบมารเทนไซต ธาตคารบอนจะใหผลตอความแขงของมารเทนไซตเดนชดกวาธาตผสม ทงนเพราะคารบอนจะกอใหเกดการบดเบ ยวของกลมอะตอม (Lattice deformation) ไดดกวา ธาตผสม ธาตผสมทอยในประเภทรวมกบคารบอนใหคารไบด จะมผลตอความแขงอยบางกเฉพาะทเกดคารไบดละไมสลายตวในขณะทเผาทอณหภมสง (Non dissolved) เมอกระจดกระจายอยในโครงสรางของมารเทนไซตจะมบทบาททางดานตานทานตอการเสยดสในขณะใชงาน (wear resistance) ท าใหการสกหรอนอยลง แคคารไบดทไ มสลายตวนจะไปมผลตอความสามารถในการชบแขง ธาตทส าคญไดแก ทงสเตน, วาเนเดยม และโมลบดนม ซงคารไบดของธาตเหลานมเสถยรภาพสงในการชบแขงเหลกทมธาตเหลานผสมจะตองเผาทอณหภมสงประมาณ 1200-1300 oC จงจะสลายตว

2) ความสามารถในการชบแขง (Hardenability) จากท เคยกลาวมาแลว ความ สามารถในการชบแขงของเหลกขนอยกบแฟคเตอรทส าคญดงน

2.1) เกรนของออสเตไนต เหลกจะมความสามารถในการชบแขงสงควรจะมออสเตไนตเกรนโต เพราะบรเวณรอบเกรนของออสเตไนตจะเปนบรเวณทชวยใหเกดการเปลยนแปลงจากออสเตไนตไปเปนซเมนไตตและเฟอรไรตไดด เพราะเปนบรเวณทมเสถยรภาพต า กลาวคอกลมอะตอมเรยงตวกนอยางไมเปนระเบยบ ดงนนถาออสเตไนตมขนาดเกรนเลกบรเวณขอบเกรนจะมมาก ธาตทใหคารไบดทมเสถยรภาพสง เชน วานาเดยมคารไบด หรอทงสเตน คารไบด จะเปนตวปองกนการขยายตวของเกรนออสเตไนตจงมผลตอความสามารถในการชบแขงโดยตรง

12

2.2) พวกคารไบดทไมสลายตว (Non dissolved carbide) เปนแฟคเตอร หนงทมผลตอความสามารถในการชบแขง เพราะพวกคารไบดทไมสลายตวนจะกระจดกระจายอยในออสเตไนต และพรอมจะท าหนาทเปนนวเคลยสใหกบการท าใหความแขงทจะไดภายหลง การชบแขงต ากวาทควรจะได นอกจากพวกคารไบดทไมสลายตวจะมผลตอความสามารถในการชบแขงแลว พวกสารมลทลทอยในรปของซลกา (SiO2) และอลมนา (Al2O3) ซงจะไมสลายตวเชนเดยวกน ในชวงอณหภมออสเตไนตจะมผลตอความสามารถในการชบแขงเชนเดยวกบคารไบดทไมสลายตว

2.3) ความสม าเสมอของออสเตไนตมความส าคญตอความสามารถในการชบแขงเชนเดยวกน ในการชบแขงเหลกจะตองถกเผาใหรอนจนไดโครงสรางออสเตไนตอยางสม าเสมอ ถาออสเตไนตขาดความสม าเสมอ เปนตนวา มคารไบดทไมสลายตวกนอยเปนกลมเปนกอนจะท าใหบรเวณใกลเคยงมปรมาณของธาตผสมแตกตางไปจากบรเวณอน ๆ เพราะการเคลอนไหวของธาตผสมโดยทวไปจะชา ยงบรเวณทมผลกของคารไบดขนาดโต การเคลอนทของอะตอมของธาตผสมจะตองเคลอนทเปนระยะทางไกล ซงตองใชเวลามากขน ดงนน ธาตผสม ในโครงสรางของออสเตไนตจะไมสม าเสมอ และการขยายตวของเกรนออสเตไนตจะไมเทากนตลอด เพราะการขยายตวของออสเตไนตจะเกดขนเมอคารไบดสลายตวหมดแลว ดงนนบรเวณใดไมมคารไบด เกรนของออสเตไนตจะขยายตวไดเรวกวาบรเวณทมคารไบด จงเปนสาเหตท าใหขนาดของเกรนออสเตไนตไมสม าเสมอ ซงท าใหมารเทนไซคทไดภายหลงการชบแขงไมสม าเสมอเชนเดยวกน ซงจดเปนคณสมบตทไมดของเหลกชบแขง

2.4 โลหะวทยาของเหลก ไพลน ฤกษจรสวสด (2555) กลาววาโลหะวทยาเปนศาสตรแขนงหนง เนนการศกษาถงคณสมบตทางกายภาพของโลหะเปนหลก ซงตองท าความเขาใจเปนขนตอน เพอผศกษาจะสามารถจนตนาการใหเหนภาพ ตงแตโครงสรางอะตอม จนถงโครงสรางทโลหะอยรวมกนเปนผลกหรอเกรน และสามารถจนตนาการมองเหนลกษณะการเปลยนแปลงโครงสรางของเหลกขณะถกความรอนและขณะถกท าใหเยนในอตราตาง ๆ กน รวมไปถงเมอเหลกถกใชงาน หรอไดรบแรงกระท าจากภายนอกจะเกดการเคลอนไหวของอะตอม หรอเกรนในลกษณะใด

2.4.1 โครงสรางระบบผลกของโลหะ (Metallic crystal) โลหะทกชนดจะประกอบดวยอนภาคทเลกทสด คออะตอมซงจะมการเรยงตวกนอยางเปนระเบยบภายในเกรน และบรเวณขอบเกรนซงเปนอาณาเขตระหวางเกรนการเรยงตวของอะตอนในบรเวณดงกลาวจะขาดการเรยงตวทเปนระเบยบ เนองจากมสารมลทนถกผลกใหมารวมตวกนอยอยางหนาแนนในบรเวณน ในขณะทโลหะเยนตวจากสภาพหลอมเหลวไปสสภาพ

13

ของแขง การเรยงตวอยางเปนระเบยบของอะตอมภายในเกรนหรอผลกนเรยกวา Space lattice ถาน ากลมอะตอมหนวยเลก ๆ หนวยหนงมาขยายเพอศกษาต าแหนงการวางตวของกลมอะตอมในหนวยเลกน (Unit cell) จะพบวาการวางตวของกลมอะตอมจะมระบบทแนนอน และมอยหลายระบบเรยกวา ระบบผลก (Crystallographic system) ในโลหะสวนใหญจะพบระบบผลกทส าคญดงน (รปท 2.1)

1) ระบบลกบาศก (Cubic system) สามารถแบงยอยไดดงน 1.1) ระบบ Body centered cubic (BCC) เปนระบบทมอะตอมอยตรงกลางของ

ลกบาศก 1.2) ระบบ Face centered cubic (FCC) เปนระบบทมอะตอมอยตรงกลางทก

ดานของลกบาศก 2) ระบบ Hexagonal เปนลกษณะรปหกเหลยม โดยในเหลกจะพบไดในลกษณะ

ระบบ Hexagonal close packed (HCP) 3) ระบบ Tetragonal เปนลกษณะคลายลกบาศก แตมสวนสงมากกวา พบสวนใหญ

ทเกยวของกบเหลก คอ ระบบ Body centered tretragonal (BCT)

.

ก. ข. ค.

. รปท 2.1 แสดงโครงสรางระบบผลกของโลหะ ก. Body centered cubic (BCC),

ข. Face centered cubic (FCC) และ ค. Hexagonal close packed (HCP)

2.4.2 โครงสรางจลภาคของโลหะ (Micro structure) โลหะโดยทวไปภายหลงการเยนตวจะประกอบดวยเกรนหรอผลกจ านวนมาก (Polycrystall) ซงการเกดเกรนของโลหะจ านวนมากจะเกดขณะมการเปลยนสภาวะจากหลอมเหลวมาเปนโลหะแขงตว ตามทฤษฎของโลหะกายภาพ การเปลยนสภาวะจะเรมทอณหภมแขงตว (Solidification temperature) โดยการใหก าเนดนวเคลยส อะตอมทถายเทพลงงานอสระไปส

14

บรรยากาศรอบ ๆ ท าใหการเคลอนไหวของอะตอมนอยลง เมอมารวมกนจะใหกลมอะตอมทมพลงงานต าเปนจดของโลหะแขงเลก ๆ ทเรยกวานวเคลยส เมออณหภมลดลง อะตอมทถายเทพลงงานออกสบรรยากาศรอบ ๆ จะคอย ๆ เขามารวมตวกบนวเคลยสท าใหมการขยายตวกลายเปนผลกเลก ๆ และโตขนจนเปนผลกขนาดใหญ เรยกวาเกรน การขยายตวจะสนสดลงเมอปรมาณของโลหะหลอมเหลวหมดไป หรอเกรนทขยายตว ไปชนกบเกรนขางเคยง ในขณะขยายตวของนวเคลยสอาจจะมการขยายตวออกเปนกงกาน และแตกสาขาออกไปทศทางตาง ๆ เรยกโครงสรางนวา Dendrite ขนาดของผลกหรอเกรนทเกดขนจะเปนปฏภาคสมพนธกบอตราการเยนตวของโลหะหลอมเหลว โดยเฉพาะในชวงเกดการแขงตว จะพบวา ถาการเยนตวมอตราสงจะปรากฏนวเคลยสเกดขนจ านวนมาก และการขยายตวของแตละเกรนจะมอตราต าเพราะแตละเกรนจะแยงอะตอมของโลหะใหจบรวมตวกบนวเคลยส ซงมอยจ านวนมากท าใหไดโลหะเกรนเลกละเอยด ในทางตรงกนขาม ถาอตราการเยนตวชา ปรมาณนวเคลยสทเกดขนจะมนอยการขยายตวของนวเคลยสจะมมากท าใหโลหะเกดเกรนโต ดงนนบรเวณทโลหะสมผสกบผนงของแบบซงมอตราการเยนตวสง จงมขนาดเลกละเอยด เรยกวา Chilled crystal ทศทางการขยายตวของเกรนจะเปนไปในทศทางการถายเทความรอนไดด จะพบวาเกรนของโลหะทเยนตวจะมทศทางทตงฉากกบผนงของเบาหลอโลหะ ท าใหการขยายตวของนวเคลยสจะมทศทางตงฉากกบผนงของเบาเชนเดยวกน เรยกวา Columnar crystal โลหะหลอมเหลวทอยบรเวณใจกลางของเบาจะมทศทางการถายเท ความรอนไดหลายทศทาง การขยายตวของนวเคลยสจะมแนวโนนขยายตวไดหลายทศทางท าใหลกษณะของผลกหรอเกรนเปนแบบ Equi-axed crystal บรเวณทเกรน Columnar มาชนกนตรงมมของแบบหลอหรอเบาโลหะ บรเวณนนโลหะจะสามารถแยกตวหรอแตกออกไดงายเมอมแรงดงมากระท าในทศทางตงฉากกบรอยชนกนของ Columnar บรเวณนคอ Planes of weakness เปนลกษณะโครงสรางในทศทางตดขวางแทงโลหะทหลอในเบาโลหะ

2.4.3 การเปลยนโครงสรางของเหลกในขณะปลอยใหเยน การเปลยนแปลงโครงสรางออสเตไนตไปเปนเฟอรไรต คอการเปลยนลกษณะ

โครงสรางผลกในระบบ FCC ไปเปน BCC ซงตองปลอยใหเยนตวอยางชา ๆ การเปลยนลกษณะนจะเปนการเปลยนขนาดระยะหางระหวางอะตอมตามแกน กรณทมคารบอนเขามาเกยวของ การเปลยนแปลงของออสเตไนตซงมปรมาณการละลายของคารบอนไดสงเมอเปลยนไปเปนเฟอรไรตโดยทมปรมาณคารบอนละลายไดต ากวา คารบอนสวนเกนกจะถกผลกดนออกมาใหสารประกอบ ซเมนไตต

การเปลยนแปลงโครงสรางของออสเตไนตในสภาพการเยนตวทไมสมดล การเยนตวในอตราทไมสมดลจะมผลโดยตรงตอการเปลยนแปลงจากออสเตไนตไปเปนเฟอรไรตและ

15

เพรไลต เพราะในขณะทเยนตวจะมการปรบสวนผสมโดยเฉพาะคารบอนซงมลกษณะการแพรซมนนตองใชเวลาทจะเคลอนไหว ในกรณเหลกไฮโปยเตคตอยซงพบวายงอตราการเยนตวเรวจะปรากฏออสเตไนตเปลยนไปเปนเฟอรไรตไดนอยลง

ซอรไบต (Sorbite) ผท ศกษาและใชชอโครงสรางน คอ Clifton sorby ไดพบวา ซอรไบตกคอโครงสรางทเกดจากออสเตไนตแตกตวใหเฟอรไรต และ ซเมนไตตเชนเดยวกบ เพรไลต โดยการใหก าเนดนวเคลยสของซเมนไตตขนมากอนบรเวณรอบ ๆ เกรน เมอขยายตวกดงเอาอะตอมของคารบอนบรเวณรอบ ๆ เขามารวมตวเพอขยายตวท าใหบรเวณขางเคยงกลายเปนบรเวณทมอะตอมคารบอนต า กลายเปนจดทเกดเฟอรไรตขนมาทงสองดานและเมอเกดเฟอรไรตขนแลว จะเกดมการขยายตวท าใหมปรมาณคารบอนถกผลกออกไป ท าใหเกดสภาพพรอมทจะเกดซเมนไตตขนไดทงในบรเวณขางเคยงจะสลบกนไป แตเนองจากอตราการเยนตวสงการเคลอนไหวของอะตอมคารบอนเปนไปไดยาก แถบของเฟอรไรตกบซเมนไตตจะเกดไดเลกมาก จนเราไมสามารถดไดจากกลองไมโครสโคปธรรมดา จะศกษาโครงสรางไดจะตองอาศยกลองไมโครสโคปอเลคตรอน ซงมก าลงขยายไดสงมาก คณสมบตของซอรไบตจะมความแขงประมาณ 350 HB เมอเทยบกบเพรไลตมความแขงประมาณ 180 HB

เบไนตหรอทรสไตต (Bainite or troostite) เปนโครงสรางทไดจากสภาพออสเตไนตแตกตวภายใตอตราการเยนตวทสงกวา ซอรไบต การเกดยงคงมกลไกคลายคลงกน คอ มการใหก าเนดนวเคลยสและมการขยายตว แตเบไนตจะใหก าเนดเฟอรไรตกอน โดยมลกษณะคลายเขมยนเขาสใจกลางเกรนออสเตไนต เมอเฟอรไรขยายตวกจะผลกอะตอมของคารบอนออกไปทางดานขาง ท าใหเกดบรเวณทมคารบอนหนาแนบตามบรเวณขางของเฟอรไรตและเมอปรมาณคารบอนสงจนถงประมาณ 6.67% กจะเกดเปนแถบบาง ๆ ของซเมนไตตเกดขนจ านวนหนง และเมอเฟอรไรตขยายตวมากขนกจะไปเกดซเมนไตตบรเวณทหางออกไปเปนระยะ การเกดเชนนจะเกดไดท งตามบรเวณรอบ ๆ เกรนและเกดทวไปหมด เรยกโครงสรางนวา เบไนต ตามชอของ E.C. Bain (ชาวอเมรกน) แตอาจจะเกดไดเปนแหง ๆ และเปนกลม ๆ แทรกอยกบโครงสรางมารเทนไซต จะเรยกโครงสรางนวาทรสไตตตามชอของ Troost (ฝรงเศส) หนงสอบางเลมจะเรยกรวมไมวาจะเปนโครงสรางเบไนตหรอทรสไตต จะใชเรยกเพยงอยางเดยววา ทรสไตต คณสมบตความแขงของเบไนตและทรสไตต จะมความแขงอยระหวาง 400-450 HB ขนอยกบอตราการเยนตวจะสงมากหรอนอย

มารเทนไซต (Martensite) เปนโครงสรางทไดจากการท าใหออสเตไนตเยนตวอยางรวดเรวดวยการชบน าหรอชบน าเกลอ (10%Nacl) เรยกโครงสรางนตามชอของผทคนควาเรองนคอ A. Marten เนองจากการท าใหออสเตไนตเยนตวลงอยางรวดเรวท าใหอะตอมคารบอนไมมโอกาศเคลอนไหวจะอยกบท ซงเปนสาเหตใหการเรยงตวของอะตอมของเหลกเกดลกษณะ

16

บดเบ ยว (deformation) เปนสาเหตใหมารเทนไซตมความแขงสง ปรมาณของคารบอนจะเปน เฟคเตอรทส าคญมผลตอความแขงของมารเทนไซต (เราเรยกมารเทนไซตไดวาเปนโครงสรางทไมสมดล Non equilibrium หรอ Supersaturated ferrite เพราะมปรมาณคารบอนสงกวาทเฟอรไรตจะมได)

2.4.4 การศกษาโครงสรางของโลหะ (Metallography) การศกษาโครงสรางของโลหะดวยกลองขยาย (Microscope) (มนส สถรจนดา , 2543) มการเรมศกษาตงแตป พ.ศ. 2303 โดยศาสตรจารย Henry C. Sorby แหงเชฟฟลด ประเทศองกฤษ นบไดวาเปนผบกเบกแนวทางการศกษาโครงสรางของโลหะ ซงจดเปนแขนงหนงของโลหะวทยาภายใตชอ Metallogy หลกการของการศกษานเรมดวย การเตรยมผวตวอยางของโลหะ โดยการปรบระดบผวใหเรยบดวยหนไฟ ตามดวยการขดใหเรยบดวยกระดาษทรายและน า โดยเรมตงแตกระดาษทรายหยาบไปจนถงกระดาษทรายละเอยด ในขณะขดใชน าฉดระบายความรอนและลางเศษโลหะท ตดคางบนกระดาษทรายออก หลงจากนนจงน าไปขดละเอยดบนจานหมนหมผาสกหลาด โดยมน าผสมผงขดทละเอยดมาก (0.3-0.05 ไมครอน) ฉดบนผา อาจใชผงขดอลมนา หรอโครเมยมออกไซค (ทรายโครไมท) ขดจนผวโลหะมความเรยบเทยบเทากระจกเงา จากนนจงน าไปผานการกดผว (Etching) ดวยสารละลายกรดเจอจาง (Etchants) ซงมหลายอยางข นอยกบโครงสรางทตองการศกษาจากโลหะ โดยทวไปเหลกจะใชกรดไนตรก 2-4% ผสมกบเอททลแอลกอฮอล (Nital) หรอใชกรดเกลอผสมกบเฟอรรคคลอไรด เปนตน ในการกดผวหนาโลหะดวยสารละลายกรด เพอใหสารละลายกรดกดโลหะ ซงโลหะจะมความตานทานกรดตางกน โดยเฉพาะบรเวณขอบเกรนซงมการจดเรยงอะตอมไมเปนระเบยบและมอะตอมของสารมลทลอยหนาแนน ท าใหถกกดดวยกรดมากกวาบรเวณอน จดเปนบรเวณทขาดเสถยรภาพ ภายหลงการกดผวดวยสารละลายกรดแลว ผวของโลหะจะสงต าตางกน ท าใหเหนเปนลกษณะโครงสรางเมอน าไปศกษาดวยกลองขยาย หลกการท างานของกลองขยาย Metallurgical microscope ซงจะประกอบดวยจดก าเนดแสง (Light source) สงล าแสงผานเลนสรวมแสง (Condensing lens) ไปตกกระทบบนแผนแกวสะทอนแสง (Glass reflector) ท าใหแสงทสะทอนตกลงบนผวตวอยางโลหะในลกษณะตงฉาก ผวของโลหะทข ดเรยบจะสะทอนแสงกลบข นมา ผานเลนสขยายชดแรก (Objective lens) และล าแสงทขยายครงแรกจะสงผานไปยงเลนสขยายอกชดหนง (Eye piece) กอนผานเขาตา ท าใหเหนไดถงภาพขยายโครงสราง โดยใชการปรบโฟกสดวยการเลอนชนตวอยางขนลงเพอใหเหนภาพไดชดเจน

17

กลองขยายทใชแสงสวางจากดวงไฟจะสามารถขยายภาพไดสงสดไมเกน 2,000 เทา ซงก าลงขยายสงระดบนจะตองใชเลนสขยายพเศษ และตองใชน ามน (Immersion oil) ชวยเพอรวมความเขมแสงใหไดมากทสด นอกจากนยงมกลองขยายทใชล าแสงอเลคตรอนแทนแสงจากหลอดไฟ และสามารถบงคบดวยระบบแมเหลกไฟฟาใหล าแสงอเลคตรอนจากแหลงก าเนดวงลงมากระทบกบผวของตวอยางโลหะภายใตความดนต ากวาบรรยากาศ เมอล าแสงอเลคตรอนกระทบกบผวตวอยางโลหะ จะสะทอนกลบไปเขาเครองรบสญญาณสงไปขยายตอและสงไปยงจอภาพ เมอล าแสงอเลคตรอนถกบงคบดวยระบบควบคมใหเคลอนท สแกนหรอกวาดไปบนผวของตวอยางโลหะและสะทอนไปเขาเครองรบและสงไปยงจอภาพ จะปรากฏภาพโครงสรางทสามารถขยายไดสงถงแสนเทาหรออาจจะมากกวา กลองลกษณะนเรยกวา Scanning Electron Microscope (SEM) นอกจากกลองแบบ Scanning Electron Microscope แลวยงมกลองขยายทใชล าแสงอเลคตรอนวงผานตวอยางโลหะทมความบางมาก ๆ ลงไปกระทบบนจอเรองแสง ท าใหเกดภาพปรากฏเปนโครงสรางอกลกษณะหนง กลองแบบนเรยกวา Transmission Electron Microscope (TEM) ซงในปจจบนนยมศกษาโครงสรางโลหะจากกลอง SEM มากวา TEM เนองจากการเตรยมตวอยางสะดวกกวา ไมตองท าใหชนตวอยางบาง

2.5 การควบคมบรรยากาศในเตา ในการอบชบความรอนทกระท าตอเหลกกลาบางชนด โดยเฉพาะเหลกกลาชนสวนเครองมอทตองการผวสะอาดปราศจากออกไซดและตองการความแขงทผวแนนอน การอบชบความรอนจะตองกระท าภายในเตาทสามารถควบคมบรรยากาศได (มนส สถรจนดา, 2543) เพอไมใหเกดการสญเสยธาตคารบอน (Decarburizing) หรอธาตบางตวตามบรเวณผวขณะเผาในเตา หรอเพอไมใหเกดการเปน ออกไซดตามผว ซงท าใหขนาดของชนงานภายหลงอบชบความรอนเปลยนแปลง หรออาจจะเสยคาใชจายเพมขนในการท าความสะอาดผวดวยการยงเมดทรายขดผว (Shot Blast) รวมถงคาใชจายในการลางสนม หรอท าความสะอาดผวอน ๆ ดงนนความมงหมายทส าคญของการควบคมบรรยากาศภายในเตา ไดแก

1) ปองกนการสญเสยคารบอนและธาตอน ๆ ทส าคญขณะท าการเผาในระยะเวลานาน 2) ปองกนการเกดออกไซดบรเวณผว ซงท าใหตองก าจดออกในภายหลง 3) ในกรณทตองการปรบปรงความแขงบรเวณผวเหลกใหสงขน สามารถกระท าไดดวย

การควบคมบรรยากาศภายในเตา เชน การท าคารบไรซง คารโบไนตรายดง หรอไนตรายดง 2.5.1 บรรยากาศไนโตรเจน

การใชแกสไนโตรเจนควบคมบรรยากาศภายในเตาท าไดสองลกษณะคอ ใชแกสไนโตรเจนทบรรจทอหรอบรรจภาชนะภายใตความดนสงในลกษณะไนโตรเจนเหลวกได เมอผาน

18

ลนควบคมความดน และอตราการไหลจะปลอยเขาสเตาอบชบโดยตรง นบวาเปนวธทงายและสะดวกทสด แตผลทไดจะขนอยกบความบรสทธของแกสไนโตรเจน เพราะจะมแกสเจอปนทเปนปญหาตอการอบชบคอ แกสออกซเจนและแกสคารบอนไดออกไซด ในทางปฏบตนยมใชไนโตรเจนเหลว เพราะจะมความบรสทธสงกวา อปสรรคทส าคญประการหนงคอราคา ยงแกสมความบรสทธมากราคาแกสกยงสงมาก และบางครงการรบรองความบรสทธของแกสไมมความแนนอน บรรยากาศไนโตรเจนอกลกษณะหนง คอไดจากการเตรยมโดยการน าเอา แกสเชอเพลง เชน โปรเพน หรอ บวเทน มาผสมกบอากาศในสดสวนทเหมาะสม และน าไปท าใหเกดการเผาไหมภายในเตาปด ในขณะเผาไหมจะใหความรอนและแกสทไดจากการเผาไหม จะประกอบดวยแกสไนไตรเจน, คารบอนมไดออกไซด และไอน า แกสทไดจากการเผาไหมจะถกท าใหเยนโดยผานเครองท าความเยนแบบ Heat exchanger จากนนจะผานเขาเครองดดแกสคารบอนไดอ อกไซด (Molecular sieves หรอ Moneothanolamine) และผ าน เขา เค รอ งท าคว าม เยน (Refrigeration) อกครงเพอลดปรมาณไอน า แกสทไดจะมจดน าคางประมาณ -40oC กอนทจะปลอยเขาเตาอบชบจะตองท าใหแกสแหงอกครง (Dehumidification)

2.5.2 บรรยากาศไฮโดรเจน เนองจากแกสไฮโดรเจนเปนแกสทจดอยในกลมบรรยากาศรดวซงอยางแรง จงนยมใชเปนแกสส าหรบควบคมบรรยากาศของการอบชบเหลกเครองมอและการรดวออกไซดตามบรเวณผวของเหลกคารบอนต า ในการอบชบเหลกกลาไรสนมและเหลกซลกอนนยมใชบรรยากาศไฮโดรเจนส าหรบการอบชบเชนเดยวกน แกสไฮโดรเจนทใชจะบรรจทอซงมความบรสทธ 98-99.9% แกสเจอปนสวนใหญไดแก ไอน า, ไนโตรเจน และคารบอนไดออกไซด แกสไฮโดรเจนผลตไดจากหลายแหลง เชน ไดจากการแยกน าดวยกระแสไฟฟา (Electrolysis) ไดจากการแตกตวของแอมโมเนย จากปฏกรยาของแกสกบไอน าโดยผานตวแคททาลส และจากผลพลอยไดจาก การแยกโซเดยมไฮดรอกไซดดวยกระแสไฟฟา การควบคมบรรยากาศไฮโดรเจนจะตองไมใหมไอน าตดเขาไปโดยเดดขาดกอนผานแกสไฮโดรเจนเขาเตาอบชบจะตองก าจดไอน าโดยผานเครองท าความเยนใหแกสไฮโดรเจนมจดน าคางประมาณ -60oC จงจะปราศจากไอน า การใชแกสไฮโดรเจนส าหรบบรรยากาศภายในเตาอบชบ จะตองระมดระวงเพราะแกสไฮโดรเจนจะเกดการระเบดเมอรวมตวกบออกซเจนในอากาศ ดงนนการปลอยแกสไฮโดรเจนในเตาอบชบ ควรตองไลอากาศภายในเตาออกกอนดวยการใชแกสไนโตรเจนเปาผาน (Purging) หรออาจใชแกสทไดจากการเผาไหมแทนไนโตรเจนกได

19

บรรยากาศไฮโดรเจนจะใชมากในการท าซนเตอรรง ผลตภณฑทเกยวกบโลหะผง เชน ทงสเตนคารไบด หรอแทนทาลมคารไบด ในการอบชบเหลกคารบอนสงจะไมใชบรรยากาศไฮโดรเจนเพราะแกสไฮโดรเจนสามารถแพรซมเขาสภายในแทงเหลก ท าใหเหลกสญเสยความเหนยว และทอณหภมสงไฮโดรเจนอาจรวมกบคารบอนใหแกสมเทนเปนการสญเสยคารบอนสวนหนงได

2.5.3 บรรยากาศไนโตรเจน-ไฮโดรเจน แกสไนโตรเจนและไฮโดรเจนไดจากการแตกตวของแกสแอมโมเนย ภายในเตาทอณหภมประมาณ 900-980oC โดยมตวแคททาลสซงเปนเหลกพรน (iron sponge) หรอนเกลชวยใหเกดการแตกตวซงจะไดแกสไฮโดรเจน 75% และแกสไนโตรเจน 25% ภายหลงจากแกสแตกตวแลวจะผานไปยงเครองท าความเยน (Water-cooled heat exchanger) เพอแยกเอาแอมโมเนยทไมแตกตวออก กอนทจะน าไปใชเปนบรรยากาศภายในเตาอบชบในอตสาหกรรมแกสแอมโมเนยจะมาในสภาพหลอมเหลว กอนทจะผานเขาเครองแยกจะตองผานแอมโมเนยเหลวไปยงอปกรณท าใหกลายเปนไอกอน (Vaporizer) จากนนจงจะผานเขาไปยงเครองแยกตว บรรยากาศไนโตรเจน -ไฮโดรเจนใชโดยทวไปกบเหลกกลา, เหลกเครองมอโดยเฉพาะเหลกกลาความเรวสง ส าหรบการอบออน และการอบเพอลดความเครยด สงทตองระมดระวงคอแกสแอมโมเนยและแอมโมเนยทแตกตวแลวสามารถลกไหมไดเมอผสมกบอากาศทมสดสวนพอเหมาะกอนเขาเตาอบชบ ควรเปาแกสไนโตรเจนไลอากาศภายในเตากอน ถงเกบแกสแอมโมเนยควรจะเกบในทอณหภมสงไมเกน 50oC เพราะแอมโมเนย มอตราการขยายตวสงมาก

2.5.4 บรรยากาศแกสเอกซโซเทอรมค (Exothermic gas) แกสเอกซโซเทอรมค คอ แกสทไดจากการเผาไหมบางสวนของอากาศกบแกสเชอเพลงประเภทไฮโดรคารบอน ไดแก แกสธรรมชาต, แกสโปรเพน และแกสบวเทน จ านวนอากาศจะถกก าหนดใหเหมาะส าหรบการเผาไหม ค าวา Exothermic หมายถงการเผาไหมของแกสจะใหความรอนสวนหนง ซงจะใหความรอนสงถงประมาณ 1200-1300oC ภายหลงเมอเผาไหมแลวจะผานเครองท าความเยน (Gas cooler) โดยสมผสกบน าเปนการลดอณหภมใหต าลง แตจะเปนแกสทม จดน าคางสง เหมาะส าหรบการอบชบโลหะทองแดง ในกรณการอบชบเหลกกลาแกส เอกซโซเทอรมคจะตองผานเครองท าความเยน (Refrigiration) อกครงเพอลดปรมาณไอน าใหนอยลง ซงจะมจดน าคางอยท 5oC ถาตองการใหต ากวานตองผานเครองดดไอน าเพอท าใหแหง (Dehumidifier หรอ Desiceant dryer) อกครงเพอลดจดน าคางลงมาท -40oC กอนทจะผานเขาไปยงบรรยากาศของเตาอบชบ

20

แกสเอกซโซเทอรมคจะแบงออกเปนสองประเภทคอ ประเภทเขม (Rich) และประเภทจาง (Lean) ซงขนอยกบอตราสวนของอากาศตอแกสเชอเพลง ประเภทเขม จะผสมอากาศนอยท าใหการเผาไหมไมสมบรณมากกวาประเภทจาง เชน แกสมเทนตออากาศ สดสวน 1:6 จะไดแกสหลงเผาไหม 6.63 สวน ดงปฏกรยาตอไปน CH3 + 1.25O2 + 4.75N2 0.375CO2 + 0.625CO + 0.88H2 + 4.75N2 + 1.12H20 ประเภทเขมจะมแกสคารบอนมอนออกไซดและแกสไฮโดรเจนมากเมอเทยบกบประเภทจาง ซงใชแกสมเทนตออากาศเปน 1:9.5 จะไดแกสเอกซโซเทอรมค 8.7 สวนดงปฏกรยาน CH4 + 1.9O2 + 7.6N2 0.9CO2 + 0.1CO + 0.1H2 + 7.6N2 + 1.0H2O ซงจะเหนไดวาปรมาณแกสคารบอนมอนออกไซดและไฮโดรเจนจะนอยกวา ซงจะใชแกสประเภทจางส าหรบการควบคมบรรยากาศโลหะทองแดงเปนสวนใหญ ซงในอตสาหกรรมการผลตแกสเอกซโซเทอรมคจะใหแกสเชอเพลงสวนใหญเปนแกสโปรเพนและบวเทน ลกษณะการใชงาน ในประเภทจางจะนยมใชในบรรยากาศการอบชบโลหะทองแดง การท าซนเตอรและการอบออน นอกจากนยงใชเปนแกสส าหรบไลแกสภายในเตาอบชบ (purging) ส าหรบประเภทเขมจะใชเปนบรรยากาศการอบชบเหลกกลาคารบอนทว ๆ ไป โดยเฉพาะการ อบออน การชบแขงไมนยมเพราะแกสเอกซโซเทอรมคมแนวโนมทจะท าใหเกดปฏกรยาลดคารบอน เนองจากมแกสคารบอนไดออกไซดอยปรมาณสงมากพอทจะท าปฏกรยากบคารบอนได แกสประเภทเขมขนซงมปรมาณ CO และ H2 มาก อาจจะเกดการเผาไหมไดเมอผสมกบอากาศในปรมาณทพอเหมาะ จดเปนประเภทแกสตดไฟ (Flammable) ตองระมดระวงเชนเดยวกนกบแกสตดไฟอน ๆ และสงส าคญอกประการหนงตองปองกนการรวไหลออกสบรรยากาศรอบ ๆ ควรมระบบระบายอากาศ ส าหรบแกสประเภทจางกควรตองปองกนการรวไหลเชนเดยวกน แมจะมอนตรายในการลกไหมนอยกวากตาม

2.5.5 บรรยากาศแกสเอนโดเทอรมค (Endothermic gas) แกสเอนโดเทอรมคเปนแกสทไดจากการแตกตว (Clacking) ของเชอเพลงไฮโดรคารบอน (CxHy) เชน แกสธรรมชาต, แกสโปรเพน หรอแกสบวเทนกบอากาศจ านวนทแนนอน ทอณหภมประมาณ 1000oC ภายในเตาทปดมดชดและมโลหะแคททาลส เชน นเกล (Nickel-bearing catalyst) จะชวยท าใหเกดการแตกตวของคารบอนและไฮโดรเจนไดแกสคารบอนมอนออกไซด, ไฮโดรเจน, มเทน และไนโตรเจน การควบคมปรมาณแกสเชอเพลงกบอากาศจะตองกระท าอยางดเพอใหปฏกรยาแตกตวเกดคารบอนไดออกไซดและไอน านอยททสด เอนโดเทอรมคหมายถงปฏกรยาทเกดจะไดรบความรอนจากภายนอก ไมมการเผาไหมของแกสเชอเพลงกบอากาศ เตาทใชเปนตวใหก าเนดแกสเอนโดเทอรมค (Heating retort) จะถกเผาดวยแกสเชอเพลงภายนอก แกสเอนโดเทอรมคทเกดภายในเตาจะถกท าใหเยนตวดวยระบบระบายความรอนดวยน า (โดย

21

ไมสมผสน า) บรเวณทางออกจากเตาแยก อณหภมจะลดลงมาอยในชวงประมาณ 300oC เปนการปองกนไมใหเกดปฏกรยาแยกตวของคารบอนมอนออกไซดไปเปนคารบอนกบคารบอน ไดออกไซด (2CO C + CO2) ซงท าใหเกดเขมา (Soot) และเขมาจะถกพาไปกบแกสท าใหเกดปญหากบผวของเหลกทท าการอบชบมเขมาจบ หลงจากแกสเอนโดเทอรมคถกท าใหเยนในครงแรกจะผานไปยงเครองท าความเยนอกครงหนง เพอก าจดไอน าใหเหลอนอยทสด โดยมจดน าคางอยในชวง 16 ถง -12oC กอนทจะผานแกสเขาเตาอบชบ ขนอยกบลกษณะทจะท าใหการอบชบ เนองจากแกสเอนโดเทอรมคเปนแกสทจดอยในประเภทรดวซงเพราะมไฮโดรเจนจงมความเหมาะสมอยางมากตอการควบคมบรรยากาศของการอบชบเหลกกลาทกประเภท ทงประเภทการอบออน ชบแขง และยงมความเหมาะสมในการใชเปนแกสพาหะ (Carrier gases) ในการชบผวแขงประเภทคารบไรซง และคารโบไนตรายดง นอกจากนยงใชเปนบรรยากาศส าหรบการท าซนเตอรรงไดดวย ขอควรระวงในการใชงานแกสเอนโดเทอรมคคอ เปนแกสทเปนพษ (Toxic) เพราะม CO สง และเปนแกสตดไฟอยางรวดเรว (Highly flammable) จงตองมระบบปองกนภยอยางด สงทจะตองระมดระวงอกอยางหนงคอ จะตองปลอยแกสเอนโดเทอรมคเขาเตาอบชบ เมอเตามความรอนเกน 760oC เพราะหากอณหภมต ากวาจะเกดการระเบด เมอแกสเอนโดเทอรมคท าปฏกรยากบออกซเจน ในการปฏบตงาน ถากระท าทอณหภมต ากวา 760oC กอนการปลอยแกสเขาเตาตองท าการไลอากาศภายในเตาออกดวยการใชแกสไนโตรเจนเปาไล เพอความปลอดภยจะใชแกสไนโตรเจนเปาผานเตาในปรมาณ 5 เทาของปรมาตรภายในเตา หรอใชวธปลอยแกสเอนโดเทอรมคเขาเตาทอณหภมสงกวา 750oC จนเตมเตาในบรรยากาศภายในเตา แลวจงลดอณหภมลงมาต ากวา 760oC แตจะเปนการสนเปลองมาก

2.5.6 บรรยากาศสญญากาศ การควบคมบรรยากาศภายในเตาอบชบทเปนสญญากาศ จดเปนบรรยากาศของการอบชบโลหะทดทสด ผลของการอบชบจะปลอดจากออกไซดและการสญเสยคารบอน กลาวไดวาผวของเหลกกอนการอบชบและหลงการอบชบแทบจะไมมความแตกตาง ขอเสยของการควบคมบรรยากาศใหเปนสญญากาศคอ อปกรณของเตาและการควบคมตลอดจนคาใชจายในการท างานสงมากเมอเทยบกบบรรยากาศอน ๆ ดงนนการอบชบดวยสญญากาศจงมความเหมาะสมส าหรบเหลกกลาเครองมอ เชน เหลกกลาความเรวสงทใชท าเครองมอทตองการความเทยงตรงแมนย าสง สวนใหญเตาอบชบสญญากาศจะมราคาแพงและมขนาดไมใหญโตมากนก อปกรณทส าคญของเตาอบชบความรอนสญญากาศ จะประกอบดวยตวเตา (Vacuum vessel) ซงจะใชระบบใหความรอนดวยพลงงานไฟฟา (Heating element) ตวเตาจะมทอดดอากาศตดกบปมดดแกสชนดดฟฟวชน (Oil diffusion) และจากปมสญญากาศดฟฟวชน จะตอไปยง

22

ปมสญญากาศเชงกล (Mechanical pump) อกชนหนงซงอาจจะมปมดดอากาศเชงกลชดเดยวหรอ 2 ชด หลกการท างานของปมดดอากาศดฟฟวชน จะเปนปมดดอากาศทท าใหเกดสญญากาศไดมากกวาปมดดอากาศเมคคานค การท างานจะใชการตมน ามน (ประเภทโมเลกลใหญ) ใหกลายเปนไอดวยเครองตมไฟฟาทอณหภมสงประมาณ 500oC ไอน ามนจะระเหยขนทางตอนบนของคอลมนและฉดผานหวฉด (Nozzle) หลายตวและเปนชน ๆ ดวยความเรวสง (Supersonic speed) ท าใหเกดแรงดดอากาศผานลงมาทางดานลางทมทอลมออกและตอไปยงปมดดอากาศเมคคานค สวน ไอน ามนเมอถกฉดเปนฝอยกจะไปกระทบกบผนงของตวปมซงมขดลวดทมน าเยนพนอยดานนอกไอน ามนจะกลนตวกลบเปนของเหลวไหลกลบลงมาอยในหมอตม และกลบเปนไอลอยขนไปอก สวนปมดดอากาศเมคคานคจะเปนแบบโรตาร (Rotary pump) ซงประกอบดวย ใบพดหมนอยในหองจ ากด โดยใบพดจะยดหดไดเพอใหสมผสกบภายในของตวปม จะมชองทางใหอากาศเขาและถกกวาดออกไปอกดานหนงสบรรยากาศภายนอก อกแบบหนงของปมของปมดดอากาศเมคคานคทใชกนจะเปนแบบใบพด (Rotor) สองตวหมนในลกษณะสมผสกน จะดดอากาศเขาทางหนงและ อดกนออกไปอกทางหนง เปนลกษณะของปมดดอากาศทเรยกวา Rootes pump การท างานรวมกนของปมเมคคานคและปมดฟฟวชน จะสามารถดดอากาศภายในเตาใหเปนสญญากาศไดมากถง 10-4 torr ซงเปนสญญากาศทการอบชบจะไมปรากฏการเปนสนมของเหลกกลาภายหลงการอบชบ ปกตในการอบชบเหลกกลาดวยเตาสญญากาศจะกระท าไดผลดอยระหวาง 10-1-10-4 torr ขนอยกบชนดของเหลกและอณหภมทใชอบชบ ในการอบชบเหลกกลาทอณหภมสงต งแต 1000-1300oC จะมปญหาในเรองการสญเสยโลหะธาตผสมบางตวท มจดกลายเปนไอทอณหภมในชวงดงกลาว เชน แมงกานส ทอณหภม 800oC และความดน 10-4 torr จะกลายเปนไอ สวนโครเมยมทอณหภมสงกวา 1000oC ความดนควรต ากวา 10-3 torr เพอเลยงการสญเสยโครเมยม สวนธาตอน ๆ ไมคอยพบปญญาหา การสญเสยขณะท าการอบชบภายในเตาสญญากาศ การอบชบแขง (Hardening) ส าหรบเตาสญญากาศจะใชแกสไนโตรเจนเปน แกสอบชบ ซงตองเปนไนโตรเจนบรสทธทปราศจากออกซเจนและไอน า เพอปองกนผวเกด ออกไซด แกสชบทท าใหอตราการเยนตวสงทสดคอ แกสไฮโดรเจน แตไมนยมใชเพราะอาจท าใหเกดการระเบดได หากตองใชจ าเปนตองมอปกรณนรภยทชวยควบคมการระเบด แกสชบทมอตราดงความรอนดรองจากแกสไฮโดรเจนคอ แกสฮเลยม ซงเปน แกสเฉอยเหมาะอยางยงในการชบแขง แตไมนยมใชเนองจากราคาแพง เตาอบชบสญญากาศทออกแบบส าหรบการชบดวยน ามนจะตองออกแบบพเศษ โดยตองมฝาปดเปนชน ๆ เพอความสะดวกในการเผาภายในบรรยากาศสญญากาศและน าเอาชนงานออกจากเตามาชบในน ามนอกดานหนง สวนทจะบรรจชนงานเขาเตาสญญากาศ เตาส าหรบเผา

23

ภายใตสญญากาศและอางน ามนรวมทงกลไกในการเอาชนงานเขาออกจะถกสรางอยภายในเตาเดยวกนซงเรยกวา Integrated quench vacuum furnace

2.6 การอบปกตเพอปรบปรงคณสมบต (Normalizing) การอบปกตเพอปรบปรงคณสมบตมวตถประสงคส าคญหลายประการคอ

1) เพอปรบปรงคณสมบตเชงกลใหดขน 2) เพอปรบปรงคณสมบตดานการกลงการไสหรอตด 3) เพอปรบปรงคณสมบตดานความเหนยวเชนเหลกทผานการขนรปรอนและเยน 4) ปรบปรงโครงสรางใหสม าเสมอเหมาะสมส าหรบท าการชบแขงในขนตอไป 5) เปนการท าลายความเครยดภายในทเกดจากการขนรปเยน การอบปกตเปนกรรมวธทใชท ากบงานสรางชนสวนเครองจกรกลโดยทวไปไมวาจะเปนงานทผานการขนรปรอนเชนการรด (Hot rolling) หรอการตขนรป (Hot forging) เหลกจะถกเผา ทอณหภมคอนขางสงจะไดเหลกท ม เกรนโตคณสมบตเชงกลท ดจะเปลยนไป (ทนแรงดง แรงกระแทกไดนอยลง) งานทผานการหลอมากเชนเดยวกนจะมขนาดเกรนโตมลกษณะเปน เดนไดรต(Dendrite) และไมสม าเสมอกนมขอเสยทควรจะตองปรบปรงกอนน าไปใชงานโดยเฉพาะอยางยงงานทผานการข นรปเยนเชนการรด (Cold rolling) หรอการตข นรปท าใหโครงสรางภายในของเหลกจะเกดการบดเบยวไปตามทศทางของแรงกระท าท าใหเกดความเครยดภายในสญเสยความเหนยวและมความแขงเพมขนในลกษณะทไมสม าเสมอกนสงทเกดขนในลกษณะทไมดเหลานสามารถท าใหหมดไปและปรบปรงใหดขนโดยเฉพาะขนาดของเกรนของ เนอเหลกท าใหมขนาดทเลกละเอยดและสม าเสมอไดดวยการอบปกตซงจะเนนในเรองของการปรบปรงโครงสรางมากทสด (Grain refinement) การอบปกตนน จะใชวธเผาเหลกใหรอนมอณหภมสงอยในชวงออสเตนไนต(Austenite) (รปท 2.2) ทงเหลกทมคารบอนต ากวา 0.8% หรอสงกวา 0.8% จะเผาอณหภมใหเหนอเสน A3

ส าหรบเหลกไฮโปยเตคตอยด (Hypo eutectoid) และท อณหภมเหนอเสน Acm ส าหรบเหลก ไฮเปอรยเตคตอยด (Hyper eutectoid) ประมาณ 30-50oC ทงไวทอณหภมนประมาณ 30-60 นาท ตอความหนาเฉลย 25 มลลเมตรจากนนจะน าเหลกออกจากเตาปลอยใหเยนในอากาศนงอตรา การเยนตวประมาณ 1-5oC ตอวนาท ถาเปนการเปาอากาศอตราการเยนตวจะเพมข นเปนประมาณ 10oC ตอวนาทอตราการเยนตวทเรวขนจะมผลตอโครงสรางทเกดขนกลาวคออตราการเยนตวยงเรว การเปลยนแปลงออสเตนไนตจะเกดทอณหภมยงต าลงจดยเตคตอยด (Eurectoid) ของเหลกจะเปลยนแปลงมาทางดานคารบอนต าลงส าหรบไฮโปยเตคตอยด และจะยายไปทางดานทมคารบอนมากขนส าหรบเหลกไฮเปอรยเตคตอยดท าใหปรมาณของเพรไลต (Pearlite) เพมมากขน

24

และความละเอยดของเพรไลตจะยงดข น (เปลยนแปลงท อณหภมต า ) ความละเอยดของ เพรไลต หมายถงแถบบาง ๆ ทอยในระหวางเฟอรไรต (Ferrite) และซเมนทไตท (Cementite) จะแคบมาก นอกจากน โปรยเตคตอยดเฟอรไรต (Proeutectoid ferrite) ในเหลกไฮโปยเตคตอยดจะมปรมาณนอยลงและเชนเดยวกนโปรยเตคตอยดซเมนทไตท (Proeutectoid cementite) ในเหลกไฮเปอรยเตคตอยดจะนอยลงและลกษณะการตอเนองตามขอบเกรนจะลดนอยลง คณสมบตของโครงสรางทประกอบดวยเพรไลตมความละเอยดเชนน จะท าใหเหลกมความแขงแรง และความแขงสงกวาเหลกทผานการอบออน จากทกลาวมาแลววาการอบปกตเปนการปรบปรงโครงสรางใหสม าเสมอเพอทจะน าไปท าการชบแขงในภายหลงนน ทงนกเพอใหเหลกภายหลงจากการชบแขงมคณสมบตทด หลกเลยงขอเสยทจะเกดขน ปกตนนเหลกยงมเกรนละเอยดยอมเปนผลดตอการชบแขงมากเพราะเหลกมเกรนหยาบและไมสม าเสมอ ภายหลงการชบแขงเหลกจะมความแขงไมสม าเสมอเชนเดยวกน และบางทอาจจะเกดการบดหรอแตกราวได

.

รปท 2.2 แสดงอณหภมของการอบปกต

2.7 การท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ (Shot blasting)

การพนท าความสะอาดผวชนทดสอบทผานการอบปกตดวยการพนเมดโลหะนน การเลอกวสดทใชในการพนท าความสะอาดแบบแหงเปนสงส าคญทควรค านงถงท งขนาด รปราง รายละเอยดพนผวทตองการหลงการพน และกระบวนการตาง ๆ ทจะตามมาหลงจากการพน

25

ท าความสะอาดเสรจแลว วสดทนยมใชสามารถแยกไดเปน กรวดเหลก, เมดเหลก, ทราย, แกว และ สารพนชนดอนๆ ซง ความแขง, ขนาด, รปราง และความหนาแนน ลวนเปนปจจยส าคญในการเลอกสรรคสารพนส าหรบงานนนๆ นอกจากนน กระบวนการคดเลอกสารพนอาจตองพจารณาจากชนงานทจะพนดวย สารพนทเปนโลหะ มกมรปรางเปน เมดโลหะเหลยม เมดโลหะกลม และ เสนลวดโลหะ การพนท าความสะอาดหรอการท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ เปนกระบวนการอดเมดเหลก เชน เมดโลหะกลม (Ball) หรอเมดโลหะเหลยม (Grit) ใหกระทบทผวของชนงาน โดยขนาดของเมดโลหะ ความแรงและความเรว มผลท าใหชนงานมผวทสะอาดราบเรยบ แตจะสงผลตอความแขงผวชนงานซงจะมความแขงเพมข น (ASM International, 1994) เนองจากทบรเวณผวชนงานจากแรงกระแทกของเมดโลหะเกดความเคนสะสมมผลท าใหการเกดโครงสรางแบบ รเทนออสเตไนต(Retain austenite) ทมอยเปลยนโครงสรางไปเปนมารเทนไซท (Martensite)

เมดโลหะเหลยม มกประกอบดวยโลหะชนเลก ๆ ทมลกษณะเปนเหลยมแหลมคม มศกยภาพในการตดสง โดยทวไปเมดโลหะเหลยมมกท าขนจากเมดเหลกหลอทผานการบดละเอยดหรอ เหลกหลอทมสวนประกอบของซลกาต าและผานการลดอณหภมอยางรวดเรวมาแลว ซงสามารถท าใหเปนชนเลก ๆ ได

เมดโลหะกลมมกท ามาจากวสดประเภทเดยวกบเมดโลหะเหลยม หากแตมรปทรงกลม เมดโลหะกลมมวธการท างานตางจากเมดโลหะเหลยม โดยการลบเหลยมและสารปนเปอนตาง ๆ บนพนผวทท าการพนใส โดยแรงกระแทกลวน ๆ เมดเหลกกลมเปนชนดทไดรบความนยมมากทสด ซงกระทบและท าลายพนผวทพนใสนอยทสด หากพนเหลกบนพนผวโลหะจะไดพนผวทไรความเงาวาว และสามารถควบคมระดบความไมเงาวาวไดโดยการเลอกขนาดของเมดเหลก

เสนลวดโลหะ มใหเลอกส าหรบโลหะหลก ๆ เชน อลมเนยม สแตนเลสซงค และเหลก มการใชงานทคลายกบเมดโลหะกลม

2.8 การชบแขงพนผว (Surface Hardening) การชบแขงพนผวเปนการชบแขงเพอใหไดคาความแขงเฉพาะตามบรเวณผวเทาน น สวนเนอเหลกภายใตผวแขงจนถงใจกลางยงคงเปนเนอเหลกเดม ซงมคณสมบตดานความเหนยวสง (มนส สถรจนดา, 2543) ความมงหมายกเพอตองการใหเหลกทนตอการสกหรอในขณะใชงานทนตอแรงบดหรอแรงกระแทกอยางรนแรงไดดโดยไมแตกหก นบเปนกรรมวธชบแขงเหลกทมสวนดกวาการชบแขงตามทไดกลาวมาแลวเพราะการชบแขงโดยวธทกลาวมาแลวแมจะไดความแขงทผวสงกตามแตจะสญเสยความเหนยวของเหลก การท า Tempering จะสามารถชวยเพมความเหนยวไดบางแตกลบจะตองสญเสยคาความแขงไปบาง ยกเวนเหลกผสมสงบางชนดทท าใหได

26

คณภาพทงความแขงและความเหนยวแตเหลกผสมสงสวนมากราคาจะแพงดงนนจะเหนวาการ ชบแขงพนผวจงนบวาเปนกรรมวธชบแขงทนาสนใจมากในดานความประหยดและไดชนสวนเครองจกรกลทดและมคณภาพพรอมทงความแขงผวและความเหนยวตวอยางชนสวนเครองจกรกลทนยมท าการชบแขงผวไดแกเพลาขอเหวยงเพลาราวลนเฟองเกยรและอน ๆ ดงตอไปน 2.8.1 การชบแขงผวโดยวธคารบไรซง (Carburizing) หรอ Case Hardening

เหลกทชดผวแขงพนผวดวยกรรมวธนจะตองเปนเหลกทมคารบอนต า โดยอยทประมาณ 0.1-0.2% และอาจจะมธาตบางตวเชน นเกล โครเมยม วานาเดยม ผสมอยบางในปรมาณเลกนอยเพอเพมความเหนยวใหกบเหลกปกต เหลกทมคารบอนต าจะไมสามารถท าการชบแขงดวยวธธรรมดาเพราะมคารบอนนอยจะไมมโอกาสไดโครงสรางมารเทนไซท แตเหลกชนดนจะมความเหนยวสงทนไดดตอแรงบดและแรงกระแทก หลกในการชบดวยวธนใชหลกการเพมปรมาณคารบอนใหกบบรเวณผวเหลกไดสงประมาณ 0.8% ซงเปนเหลกคารบอนทมคณสมบตชบแขงดทสดหลงจากนนจะน าเหลกไปท าการชบเพอใหไดความแขงและความเหนยวตอไปวธการเพมปรมาณคารบอนใหกบบรเวณผวเหลกม 3 ลกษณะดวยกนคอ การชบแขงผวโดยการใชสารเพม ธาตคารบอนในสภาพแกสของเหลวและของแขง

การชบแขงผวโดยใชสารเพมคารบอนในสภาพแกส (Gas carburizing) การชบแขงผวโดยการเพมคารบอน ดวยวธใชแกสมขอทดกวาการใชของแขงอยหลายประการ เชน เวลาทใชในการชบแขงผวจะสนกวา เพราะไมตองเสยเวลาไปเผาหบ (Case) และสารตวเพมคารบอนทเปนของแขงซงเปนฉนวนความรอน สามารถใชเตาทมเนอทเลกกวา การควบคมปรมาณคารบอน และความหนาของผวแขงท าไดแนนอนกวาประการสดทายกคอ ลดแรงงานในการบรรจเหลกลงหบ และรอออกเมอส าเรจ

แกสท เ ปนตว เพมคา รบอนจะใชแกสไฮโดรคารบอน ทส าคญไดแกแกสธรรมชาต (แกสมเทน ; CH4) แกสชนดนจะตองมความบรสทธมาก เพราะถามน ามนตดเขามาจะท าใหเกดเขมาของน ามนทเผาไหมและไปจบตามบรเวณผวของแทงเหลก อนเปนสาเหตหนงทท าใหอะตอมคารบอนทเกดจากปฏกรยาไมสามารถแพรซมผานผวเหลกได การชบแขงผวจะไดผลไมด

หลกในการชบแขงผวแบบแกสน จะใชเตาทปดมดชด อาจจะเปนชนดบรรจเหลก ทละครง หรอแบบตอเนอง โดยสายพานเหลกทนความรอน เปนตวพาแทงเหลกใหเคลอนผานเตาในอตราชา ๆ อณหภมทใชประมาณ 900-950๐C ภายในเตาจะปลอยใหแกสไฮโดรคารบอนใหไหลผานในอตราทพอเหมาะเพอใหไดปรมาณคารบอนทผวเหลกตามทก าหนด คอ ควรจะไดปรมาณคารบอนทผวประมาณ 0.8% ปฏกรยาทเกดขนเปนดงนคอ

2CO Cat + CO2 CH4 Cat + 2H2

27

CnH2n Cat + nH2 CO + H2 C + H2O เมอเราทราบปรมาณของคารบอนทผวของแทงเหลก ทราบอณหภมของการชบ

แขงผว เราสามารถควบคมปรมาณของ CO และ H2 ของแกสทเปนตวเพมปรมาณคารบอนไดโดยทางปฏบต ในตอนแรกจะผสมแกสตว เพ มป รมาณคา รบอนในปรมาณท ส งและจะคอย ๆ ลดลง จนถงชวงสดทายจะไมมาผสมแกสตวเพมปรมาณคารบอนเลย ทงนเพอไมใหปรมาณค า ร บ อนท ผ ว ส ง จน เ ก น ไป เพ ร า ะ จ ะท า ให เ ก ด ซ เ ม น ไ ตต ต า มบ ร เ วณ ขอบ เ ก รน (Proeutectoid cementite) จะท าใหเหลกแตกงายในขณะชบแขง ปกตเวลาทใชในการชบแขงผวดวยแกสนจะสนกวาการใชของแขงเลกนอย ท าใหเหลกทไดมเกรนเลก

ม ว ธ ท พ ฒนาข นมาในระยะ เวลาไ มน าน โดยการ เผ า เหลกดวยว ธ ก า รเหนยวน า (Induction) ทอณหภมสงประมาณ 1000๐C ใหมความรอนแตบรเวณผว ทงเหลกและ ขดลวดทองแดงเหนยวน าจะอยในเตาปดมดชดโดยมทอปลอยใหแกสเพมคารบอนผานเขาดานหนงและผานออกอกดานหนง วธนสามารถชบแขงผวไดความหนาของผวแขง 0.8-1.0 มลลเมตร ใชเวลาเพยง 30-40 นาท 2.8.2 การชบแขงผวโดยวธคารโบไนตรายดง (Carbonitriding) คารโบไนตรายดงคอวธการชบแขงพนผวโดยการเพมปรมาณทงคารบอนและไนโตรเจนบรเวณผวเหลกพรอม ๆ กนคลายคลงกบการท า Cyaniding (เพมท งคารบอนและไนโตรเจนจากอางเกลอ) ผดแตการท าคารโบไนตรายดงสารทท าหนาทเปนตวเพมคารบอนและไนโตรเจนจะเปนแกสผสมระหวางแกสคารบไรซง (แกสธรรมชาตหรอแกสทไดจากการกลนปโตรเลยม) ประมาณ 70-80% โดยปรมาตรกบแกสแอมโมเนยประมาณ 20-30% หรออาจกลาวไดวาการท าคารโบไนตรายดง เปนการท าคารบไรซงดวยแกสพรอม ๆ กบการท าไนตรายดง(Nitriding ; การเพมไนโตรเจนทผว) การท าคารโบไนตรายดง แบงชวงอณหภมในการท างานออกเปน 3 ชวงคอ

- คารโบไนตรายดงทอณหภมต า (540-560๐C) เหมาะส าหรบงานทตองการความแขงทผวสงประมาณ 950-1100 HV แตความหนาของผวแขงนอยซงอยระหวาง 0.02-0.04 มลลเมตรและใชเวลาในการท างานประมาณ 30 นาทถง 3 ชวโมงเหมาะส าหรบชบแขงผวอปกรณเครองมอทใ ช ใ น ก า รตด (Cutting tool) ท ท า ด ว ย เ ห ล ก ก ล า ค ว า ม เ ร ว ส ง เ ช น ม ด ตด โ ล ห ะ ช น ดหมน (Milling cutter) ดอกสวาน (Twist drills) และอปกรณส าหรบท าเกลยวเปนตนซงอปกรณตาง ๆ เหลานตองการความแขงทผวสงและสมประสทธความฝดต าการท าคารโบไนตรายดงทอณหภมต าไมตองท าการชบน าเพราะความแขงทไดจะเปนผลจากไนโตรเจนสวนคารบอนมปรมาณนอย

28

- คารโบไนตรายดงท อณหภมปานกลาง (840-860๐C) เหมาะส าหรบงานทตองการความหนาของผวแขงสงโดยจะตองใชเวลาประมาณไมเกน 10 ชวโมงจะไดความหนาของผวแขงสงประมาณ 1 มลลเมตรจะใชแกสแอมโมเนยผสมประมาณ 30% ชนงานทไดในการชบแขงผวในชวงอณหภมสวนใหญจะเปนพวกชนสวนเครองจกรกลทว ๆ ไปแมจะเปนชนงานทมรปรางซบซอน (Complex shape) สามารถท าการชบแขงผวไดภายหลงจากการชบในน าแลวจะตองน ามาท าการอบคนตวทอณหภมประมาณ 200๐C เพอคลายความเครยดอนเนองมาจากการชบดวยน า

- คารโบไนตรายดงทอณหภมสง (900-950๐C) เปนวธการชบแขงผวทตองการความหนาของผวแขงสงและใชเวลาสนเมอเทยบกบการท าคารบไรซงดวยแกสเพยงอยางเดยวจะไดความหนาของผวแขงในอตราทชากวา (ประมาณ 0.1 มลลเมตรตอชวโมง) แตเมอเพมแกสแอมโมเนยประมาณ 15-25% ความหนาของผวแขงทไดจะเปนประมาณ 0.2 มลลเมตรตอชวโมง แตอยางไรกตามความหนาของผวแขงทไดจะนอยกวาการท า Cyaniding เมอใชเวลาเทากนภายหลงการชบแขงแลวจะตองท าการอบคนตวทอณหภมประมาณ 200๐C เชนเดยวกน

การชบแขงดวยวธคารโบไนตรายดงมขอดเ มอ เปรยบเทยบกบการท าแกส คารบไรซงกคอใชเวลาในการชบแขงผวสนกวาและไดความแขงทผวสงกวาและทส าคญกคอสามารถทจะใชอณหภมต าไดเมอเปรยบเทยบกบการท า Cyaniding แลวขอทดกวามเพยงไมมสารพษเขามาเกยวของเทานน 2.8.3 การชบแขงผวโดยวธซอฟตไนตรายดง (Soft-Nitriding) กระบวนการซอฟตไนตรายดงจะท าทอณหภมต า (520-570oC) ท าใหเกดชนผวของสารประกอบไนโตรเจน (FexCyNz) ชนผวของสารประกอบน จะทนทานตอการสกกรอน (เปนสนมยาก ทนตอการกดกรอนจากสารเคม) มคณสมบตทนทานตอการเสยดส เนองจากช นผวสารประกอบทนทานตอการกดกรอน ท าใหเหนโครงสรางเปนแถบสขาวทบรเวณผวของ ชนทดสอบ (Test) ในขณะท ท า ก ารตรวจสอบโครงส ร า งช น ผ วขา ว น จ ง ถ ก เ ร ยก ว า "White layer" ทงน เมอเปรยบเทยบความแขงของ White layer นกบความแขงของชนงานทผานขบวนการ คารบไรซงและคารโบไนตรายดงแลวจะมคาความแขงทต ากวาเลกนอย ดงนนจงไดเรยกขบวนการ นวา "Soft nitriding" อ กท ง อณหภ มท ใชต า (520-570oC) เ ม อ เปรยบเท ยบกบกระบวนการค า รบ ไ ร ซ งห รอค า ร โบไนตราย ด ง จ ง ถ ก เ ร ยกกระบวนก าร นว า เ ปนLow temperaturecarbonitridingโดยปกตชนสารประกอบจะมความแขงดงตอไปน - Carbon steel Hv 450~650 - Alloy steel (SCr, SCM) Hv 600~800 - สารประกอบ Fe3N, Fe4N :CrN, Cr2N, AlN, MoN, Mo2N, Cr-N และAl-N จะมความแขงทสง

29

2.9 คณสมบตและการทดสอบวสด 2.9.1 การวเคราะหองคประกอบทางเคม (Chemical Composition Analysis)

การตรวจสอบองคประกอบทางเคมสามารถกระท าไดหลายวธ แตวธการทนยมมากท สดในโรงงานอตสาหกรรมคอ การตรวจสอบดวยเค รองมอ Spectrometer ดงแสดงใน รปท 2.3 เ น อ งจากสามารถ เต รยม ชนงานได ง า ย และใช เวลาในการทดสอบรวด เ รว (ASM International, 1992) Emission spectrometer นเปนเครองมอทใชในการวเคราะหและหาปรมาณธาตของโลหะและอโลหะทเปนของแขง โดยจะใชหลกการ Spark เพอท าใหชนงานใหแสงและคายพลงงานออกมาหรอทเรยกวาหลกการ Optical emission spectrometer โดยจะใชตวรบสญญาณหรอ Detector แบบ Muticcd ทมประสทธภาพสงเพอสามารถแยก Spectrum ของแสงได และจากนนสญญาณจะถกสงไปยงตวประมวลผลเพอท าการประมวลผลและวเคราะหปรมาณของธาตออกมา (NDT Instruments)

การวเคราะหองคประกอบทางเคมของชนงานโลหะ เปนสวนส าคญในการวเคราะหสมบตเบองตนส าหรบการควบคมมาตรฐานการผลต ตลอดจนชวยในการพฒนาวจยผลตภณฑเพอใหไดคณสมบตทางกายภาพ ทางกลและทางเคมตามตองการ

รปท 2.3 แสดง Spark emission spectrometer

2.9.2 การตรวจสอบโครงสรางผลกดวยเทคนคการเลยงเบนของรงสเอกซ การเลยวเบนของรงสเอกซ (X-Ray Diffraction; XRD) เปนเทคนคทนยมใชในการศกษาโครงสรางของผลกความเครยดของโลหะ ขนาดของอนภาคและการวเคราะหองคประกอบทางเคม ซงในผลกแตละชนดมขนาดของหนวยเซลลไมเทากนและประกอบดวยสารท

30

แตกตางกน แพทเทอรนการเลยวเบนของรงสเอกซ ซงแสดงความสมพนธระหวางมมของการเลยวเบนกบความเขมสมพทธของพค การเลยวเบนของรงสเอกซ ทมความยาวคลนใกลเคยงกบขนาดของหนวยเซลล คอมขนาดตงแตประมาณ 0.1-100 องสตรอม จงสามารถเลยวเบนไดดจากผลก เชนเดยวกบแสงทสามารถเลยวเบนจากดฟแฟรคชนเกรตตง

รปท 2.4 แสดงการเลยวเบนของรงสเอกซเมอตกกระทบระนาบผลก ทมา : Advanced Technology (2007)

จากรปท 2.4 จะพบวารงสขนานตกลงบนผลกทจด A และ B ตามล าดบโดยท ามม q กบระนาบของผลก การเลยวเบนของรงสจะเกดขนเมอระยะทางทรงสเอกซ 1 และ 2 เดนทางตางกนเปนจ านวนเทาของความยาวคลน ดงสมการท 2.1

2d sinθ = nλ (2.1)

เมอ d : ระยะหางมมตกกระทบ θ : มมตกกระทบ λ : ความยาวคลน

โดยกฎขอนเรยกวากฎของแบรกก ( Bragg’s law) ซงแสดงใหเหนวา ถารงสเอกซ ตกกระทบมความยาวคลนทคงทแลว มมของการเลยวเบนรงสเอกซจะเกดขนกบระยะหางระหวางระนาบของผลก

1

2

C

31

ขนตอนการวเคราะหตวอยาง 1) การเตรยมตวอยาง ตองน าตวอยางมาบดใหละเอยดเปนผง บรรจลงในเพลท 2) น าเขาเครอง Diffractometer ในขนตอนนเราสามารถทจะก าหนดเวลาในการ

ตรวจวดความเขมของรงสเลยวเบน จากนนจะไดขอมลต าแหนงมมทเกดการเลยวเบนและคาความเขมสมพทธของเสนการเลยวเบน

3) น ามาวเคราะหดวยโปรแกรม EVA จะเปรยบเทยบกบแพทเทอรนมาตรฐานทเกบรวบรวมไวแลวสามารถจ าแนกชนดของสารประกอบนนได

รปท 2.5 แสดงขนตอนการเตรยมวเคราะหตวอยาง ทมา : AdvancedTechnology (2007)

ซงจากการวเคราะหดวยวธนคอนขางรวดเรวและถกตอง สามารถน าไปใชประโยชนไดหลายกรณ อาทเชน ในทางการแพทย ใชจ าแนกชนดของนวในไต สะดวกในการบ าบด ในทางโบราณคด ใชจ าแนกสเกาออกจากสใหม ในทางเภสชกรรมใชวเคราะหสวนประกอบของยา นอกจากนยงใชในอตสาหกรรมหลายอยาง (อตสาหกรรมปนซเมนต อตสาหกรรมเซรามกส อตสาหกรรมโลหะ อตสาหกรรมเหมองแร ฯลฯ) ภายในเครองวเคราะหการเลยวเบนของรงสเอกซ รงสเอกซจะถกสรางขนภายในหลอดปดซงอยภายใตสภาวะสญญากาศ (รปท 2.5) โดยใหกระแสไฟฟาแกเสนลวดฟลาเมนท(Filament) ทอยภายในหลอดก าเนดรงสเอกซ ซงจะท าใหเสนลวดรอนข นและกอใหเกดการ

32

ปลดปลอยอเลกตรอนออกจากเสนลวด อเลกตรอนเหลานจะถกเรงดวยความตางศกยสง ท าใหเคลอนทเสนลวดฟลาเมนททเปนขวแคโทดดวยความเรวสงเขาชนขวแอโนด ซงโดยทวไปท าจากโลหะทองแดง อเลกตรอนทพงเขาชนจะท าใหวงในสด (K-shell) ของอะตอมทองแดงหลดออกไปจงเกดเปนชองวางขน เปนผลใหอเลกตรอนวงนอกทอยถดมา (L และ M-shell) เกดการเปลยนระดบพลงงานลงมาแทนทชองวางนน โดยการคายรงสเอกซออกมาดงแสดงในรปท 2.6 รงสเอกซทคายออกมาจะผานออกจากหลอดก าเนดรงสเอกซไปยงสารตวอยาง และรงสทเลยวเบนออกจากสารตวอยางจะถกตรวจจบดวยอปกรณตรวจจบ รงสเอกซ (Detector) ดงรปท 2.7

รปท 2.6 แสดงหลอดก าเนดรงสเอกซ ทมา : ศนยบรการเครองมอวทยาศาสตร สจล.

รปท 2.7 แสดงการเกดรงสเอกซ ทมา: ศนยบรการเครองมอวทยาศาสตร สจล.

33

2.9.3 การทดสอบความแขง (Hardness Testing) ความแขง (Hardness) เปนการแสดงสมบตของวสดทบงบอกถงความตานทานในการเกดรอยกดทพนผวในการทดสอบความแขงไมมวธใดวธหนงทจะสามารถท าการทดสอบไดกบทกวสด (อทธพล เดยววณชย, 2550) ซงในหวขอนไดแสดงถงกระบวนการทดสอบความแขงแบบแบบรอยกด (Indentation) เปนการวดแรงทกระท าเทยบกบรอยกดทเกดขนจากแรงทกระท านนดวยกระบวนการเคลอนหวกดลงบนวสด วธการวดคาความแขงแบบการใชหวกด (Indenter) สามารถแบงออกไดหลายวธตามลกษณะของหวกดทใช ไดแก Brinell, Rockwell, Vicker และ Knoop โดยสามารถเลอกใชการทดสอบตามมาตรฐานสากลตามความเหมาะสมของลกษณะชนงานและวสดทน ามาทดสอบ และขอมลคาความแขงทตองการน าไปวเคราะห หลกการเกยวกบการทดสอบความแขงจะเกยวของกบการวดความตานทานตอการเกดเปนรอยกดซงใชเปนหลกการพนฐานของเครองมอวดความแขงแบบตาง ๆ หวกดมทงทเปนแบบหวบอลแบบระนาบหรอแบบกรวยปลายมนหรอปรามดซงปกตท าจากเหลกกลาแขงหรอเพชรและใชทดสอบภายใตสภาวะน าหนกคงทโดยการวดน าหนกทจะท าใหเกดรอยกดตามทก าหนดหรอวดรอยกดทเกดขนภายใตแรงกระท านน 1) การทดสอบความแขงแบบวคเกอรส (Vickers Hardness Testing) หลกการของการทดสอบแบบวคเกอรสคลายคลงกบหลกการของแบบบรเนลล ทก าหนดใหคาความแขงมคาเทากบอตราสวนของน าหนกทใชกดตอหนวยพนทรอยกด ขอแตกตางระหวางการทดสอบแบบ วคเกอรสกบการทดสอบแบบบรเนลลอยทรปทรงสญฐานของหวกด แบบวคเกอรสเปนหวกดจตรสทท าจากเพชร มมระหวางหนาปรามดดานทตรงกนขามกนจะเทากบ 136 องศา ดงรปท 2.8 คาความแขงแบบวคเกอรส (HV) จะค านวณจากสตรตามสมการท 2.2 โดยคา d คอคาเฉลยของเสนทแยงมมดงรปท 2.9

(2.2)

เมอ p : น าหนกทใชกด (กโลกรม) d : ขนาดเสนทแยงมมของรอยกดทรงสเหลยมจตรส (มลลเมตร)

34

รปท 2.8 แสดงหวกดและรอยกดของการทดสอบความแขงแบบวคเกอร

การรายงานคาความแขงแบบวคเกอรสจะรายงานแบบไมระบหนวยเชน เดยวกบความแขงแบบบรเนลล จงควรระมดระวงไมใชหนวยทผดเนองจากจะท าใหค านวณคาความแขงผดไป

หวกดส าหรบการทดสอบความแขงแบบวคเกอรสจะมเพยงแบบเดยว การทดสอบวสดทมความหลากหลายแตกตางกนจะใชการปรบน าหนกทใชกด ซงในการทดสอบความแขงแบบวคเกอรสแบบธรรมดานนน าหนกกดทใชจะอยระหวางท 1 ถง 20 กโลกรม การทดสอบวสดทมความแขงสงจะใชน าหนกกดมากเพอใหไดรอยกดทใหญพอจะตรวจวดขนาดเสนทแยงมมไดอยางแมนย า ในทางกลบกนหากวสดทจะทดสอบคอนขางออนจะตองเลอกน าหนกกดทนอยเพอปองกนไมใหหวกดจมลกลงไปในชนงานมากเกนไป

จดเดนของการทดสอบความแขงแบบวคเกอรสอยตรงทคาความแขงทตรวจวดไดจะไมขนกบน าหนกทใชกด หวกดแบบวคเกอรสทเปนปรามดฐานสเหลยมซงมมมของหนาตรงกนขามเทากบ 136 องศา ไดรบการพฒนาและปรบปรงเพอแกปญหาทเปนขอเสยส าคญของหวกดแบบบรเนลลทเปนทรงกลม หวกดทเปนลกษณะทรงกลมนนเมอท าการทดสอบวสดชนดเดยวกนสองครงโดยใชน าหนกกดทแตกตางกนไป เนองจากหวกดมลกษณะเปนทรงกลม การจมลกทแตกตางกนท าใหรอยกดทไดมลกษณะทางเรขาคณตทแตกตางกนสงผลใหการกระจายของความเคนตรงรอยกดมสภาวะแตกตางท าใหความแขงทค านวณไดจงแตกตางกน

ส าหรบหวกดแบบประมดของวคเกอรสนนมมของหนาปรามดดานตรงกนขามกนทเทากบ 136o ชวยใหรอยกดสามารถรกษาอตราสวนรปทรงเรขาคณตเอาไวไดแมระยะ การจมลกของหวกด (จากการใชน าหนกกดทตางกน) จะแตกตางกนไป จากจดเดนของการทดสอบ

35

แบบวคเกอรสนเองท าใหชองการทดสอบความแขงมความตอเนองกนตลอดตงแตวสดออนจนถงวสดแขงดวยการทดสอบความแขงเพยงสเกลเดยว

รปท 2.9 แสดงการหาขนาดเสนทแยงมมเฉลยในสองแนวซงท ามมกน 90 องศา

เนองจากหลกการและขนตอนการปฏบตงานในการทดสอบความแขงแบบ วคเกอรสคลายกนกบการทดสอบแบบบรเนลล ดงนนความผดพลาดจากการทดสอบมกจะมสาเหตมาจากการเตรยมชนงานและการอานคาขนาดเสนทแยงมมเปนสวนใหญ

หวกดแบบวคเกอรสมขนาดเลกท าใหรอยกดทไดมขนาดเลกมาก การวดคาเสนทแยงมมจงตองอาศยกลองจลทรรศนก าลงขยายสงเพอชวยใหสามารถวดความยาวของเสนไดถกตองและแมนย า การเตรยมชนงานในการวดกจะยงยากกวาวธบรเนลล คอผวของชนงานจะตองเรยบและมน โดยการขดดวยผาขดและผงขด (ผงอะลมนา) เพมเตมจากการขดกระดาษทรายหยาบ ทตองขดดวยผงขดเพมเพราะการขดแบบธรรมดาจะสงผลตอการวดของหวกดทมขนาดเลกได การใชกลองจลทรรศนก าลงขยายสงยงตองสะทอนแสงไดดเพอความสวางของภาพ ในทางปฏบตจงเตรยมชนทดสอบแบบวคเกอรสเหมอนกบการเตรยมเพอตรวจสอบโครงสรางจลภาคดวยกลองโลหวทยา

ถงแมวาการทดสอบความแขงแบบวคเกอรสจะเปนทนยมอยางมากของกลมนกวจยและหองปฏบตการ แตเนองจากการเตรยมชนทดสอบทยงยากและใชเวลานานท าใหไมไดรบความนยมในโรงงานอตสาหกรรมทตองทดสอบชนงานจ านวนมาก

36

2) ความแขงผว (Case hardness) และความลกผวแขง (Case depth) โดยปกตแลวคาความแขงของเหลกทผานการชบแขงผวแลวจะมคาความแขง

สงสดทบรเวณผวและคาความแขงลดลงตามความลกเขาไปในชนงาน (ASM International, 2000) ดงน นการตรวจวดคณภาพงานชบแขงผวจงสนใจท คาความแขงผว (Surface hardness or case hardness) และคาความลกผวแขง (Case depth) ดวย

ความแขงผว (Case hardness) คอคาความแขงทผวของชนงานทไดจากการชบแขงผว สวนคาความลกผวแขง คอระยะทางจากผวถงบรเวณดานในชนงานทมคาความแขงลดลงจนถงคาตามเกณฑทพจารณา โดยปกตแลวการก าหนดคาความลกผวแขงตามเกณฑม 2 แบบ ทเรยกกนโดยทวไปวา คาความลกผวแขงท งหมด (total case depth) และคาความลกผวแขงท มประสทธภาพ (effective case depth)

ความลกผวแขงทงหมด (Total case depth) คอระยะทางจากผวถงบรเวณหรอจดแรกดานในชนงานท มคาความแขงเทากนกบคาความแขงของชนงานดานในหรอใจกลางชนงาน (Core hardness) โดยปกตแลวการตรวจวด total case depth จะใชวธการตรวจสอบโดยการเตรยมตวอยางทางโลหะวทยา แลวถายภาพจากกลองจลทรรศนแสงสะทอนโดยตองสอบเทยบชดอปกรณถายภาพตาง ๆ ดวยเพอทจะก าหนดระยะจากภาพถายได

ความลกผวแขงทมประสทธภาพ (Effective case depth) คอระยะทางจากผวนอกถงบรเวณหรอจดแรกดานในชนงานท มคาความแขงลดลงจนถงคาความแขงตามเกณฑ เชน ก าหนดให 513 HV หรอ 50 HRC คาความแขงทต าแหนงลกไปจากนจะลดลงตอไปจนถงระยะ total case depth โดยเรยกคาความแขงทใชเปนเกณฑวา effective case depth hardness การวดค า Effective case depth hardness น น สวนใหญอาศย เทคนคการวดความแขงแบบ Micro-Vickers และ knoopโดยตอง เ ลอน ชนงานเพอว ดความแขงทระยะความลกเขาไปจากผวตางๆ กน จนกระทงถงระยะหนงทคาความแขงลดลงเทากบเกณฑเปนต าแหนงแรก

ตารางท 2.1 แสดงคาความแขงทใชเปนเกณฑก าหนด Effective case depth อางองตาม SAE J423

Carbon content Effective case depth hardness (wt.%) HRC HV

0.28–0.32 35 345 0.33–0.42 40 392 0.43–0.52 45 446

0.53 and over 50 513

37

2.9.4 การทดสอบแรงดง (Tensile Testing) การทดสอบแรงดงเปนการทดสอบทไดรบการยอมรบอยางกวางขวาง ซงเปนการทดสอบพนฐานทางวศวกรรมเพอศกษาความแขงแรงของวสดเมอไดรบแรงดงในทศทางเดยว (Uniaxial tensile test) โดยชวยใหทราบคาสมบตทสามารถน ามาใชในการออกแบบและเลอกวสดไดอยางถกตองและเหมาะสม เมอน ามาใชงานในทางวศวกรรม คาสมบตเหลานไดแก Ultimate tensile strength (UTS), yield strength และ %Elongation มาตรฐานในการทดสอบแรงดง (ASTM International, 2012)ไดก าหนดลกษณะของชนทดสอบโดยอาจปนชนงานรปทรงกระบอกหรอชนงานท มลกษณะเปนแผน ปลายของ ชนทดสอบทงสองขางตองมขนาดและพนผวทเหมาะสมกบการจบยดเขากบเครองทดสอบ เพอปองกนการหลดของชนทดสอบในระหวางการทดสอบแรงดง ขนาดของชนทดสอบ ไดแก ความยาวเกจ (Gauge length, L0), ขนาดเสนผานศนยกลาง (D0) หรอ พนทหนาตดของชนงาน (A0) จะมสดสวนแปรผนกน ก าหนดเปนคามาตรฐานตามมาตรฐานการทดสอบแรงดงของประเทศตาง ๆ ชนทดสอบแรงดงทตองมการปรบปรงสมบตทางดานความแขงผวของชนงาน (Surface hardening) เชน การท า Nitriding, Carburizing หรอการเคลอบทผว ควรน าชนงานมาผานกระบวนการเหลานภายหลงการขนรปชนงาน เพอใหไดผลการทดสอบสมบตแรงดงของชนงานทถกตอง รวมถงสมบตผวของชนงานทผานการปรบปรงแลวดวย

รปท 2.10 แสดงความสมพนธระหวางคาความเคนและความเครยดในทางวศวกรรม

ในการทดสอบแรงดงในแนวแกน

38

วสดทไดรบแรงดงจะมการเปลยนรปในชวงแรกเปนแบบ Elastic โดยจะมความสมพนธกบแรงทกระท าตอชนงานและการยดตวของชนงานเปนเชงเสน เมอน ามาค านวณหาคาความเคนและความเครยดในทางวศวกรรมทจดใด ๆ จะไดความสมพนธดงสมการ 2.3 และ 2.4

=

มหนวยเปน Pa (2.3)

เมอ

: ความเคนทางวศวกรรม มหนวยเปน

P : แรงดงทกระท าขนานกบความยาวของชนงาน มหนวยเปน N A0 : พนทหนาตดเดมของชนงาน มหนวยเปน

=

=

(2.4)

เมอ : ความเครยดทางวศวกรรม L0 : ความยาวเดมของชนงาน มหนวยเปน mm Lf : ความยาวสดทายของชนงาน มหนวยเปน mm หากพจารณากราฟความสมพนธความเคนกบความเครยดทางวศวกรรม ในชวงทโลหะมการเปลยนแปลงแบบ Elastic หากน าแรงภายนอกออกไปจะท าใหรปทรงของชนงานกลบสสภาพเดม ตามกฎของฮกส (Hook’s Law) ซงคาความชนระหวางความเคนกบความเครยดทางวศวกรรม คอคาโมดลสของยงส (Young’s modulus ; E) ดงสมการท 2.5

E =

มหนวยเปน Pa (2.5)

คาโมดลสของยงสมความส าคญอยางมากในทางวศวกรรมในเรองเกยวกบการดดงอของวสด (Defection of material) เชนการงอตวของคานเหลกเมอไดรบแรงกระท าจากภายนอกในสงกอสรางตาง ๆ เชน สะพาน อาคาร เรอ เปนตน

39

ถาชนงานยงไดรบแรงกระท าอยางสม าเสมอตอไป จะเกดปรากฏการ Yielding ซงเปน จดแรกทชนงานโลหะเกดการเปลยนรปในชวงพลาสตก (Plastic deformation) โดยคาความแขงแรงท จ ด น เ ร ยกว า ความ เคน ณ จดคราก (y) ซ งไดจ ากค าแรงกระท าตรงต าแหนงกา รเกด Yielding (Py) ตอพนทหนาตดเรมตนของชนงานตามสมการ 2.6

y =

(2.6)

คาความเคน ณ จดคราก เปนคาทบอกถงจดเรมตนการเปลยนรปแบบพลาสตก ซงมความส าคญตองานทางดานวศวกรรมอยางมาก ทงงานโครงสราง และงานออกแบบในการกอสราง โดยใชเพอหาคาแฟกเตอรความปลอดภย ซงเปนวธการทใชประมาณคาหรอท านายคาความแขงแรงของวสด ใหสามารถใชงานไดอยางปลอดภย คาความตานทานแรงดงสงสด หรอ Ultimate tensile strength (TS) เกดขนเมอชนงานไดรบแรงกระท าอยางตอเนองหลงจากการเกด Yielding ซงตองใชแรงเพมขนเพอใหชนงานเกดการเปลยนรปรางอยางถาวร ในชวงทโลหะมความแขงแรงเพมขน เรยกวาการเกด Work hardening หรอ Strain hardening เมอใหแรงกระท าอยางตอเนอง คาความแขงแรงจะเพมขนจนถงจดสงสด คอ คาความแขงแรงแรงดงสงสด หรอ Ultimate tensile strength (TS) ซงเปนจดทวสดสามารถรบแรงกระท าไดสงสด จากนนพนทหนาตดของชนงานจะเรมเกดการคอดลง ทจดกงกลางชนงาน เรยกวาการเกด Necking ชนงานจะเกดการเปลยนรปแบบพลาสตกอยางไมสม าเสมอ เนองจากพนทในการรบแรงมขนาดลดลง กราฟจะลดลงจนกระทงเขาสสภาวะแตกหก (Fracture) ในทสด โดยคาความแขงแรงของวสดทจดแตกหก (f) คาความยดหยนตวของชนงาน (Tensile ductility) สามารถหาไดจากเปอรเซนตการยดตว (%Elongation) หรอเปอรเซนการลดลงของพนทหนาตดชนงาน (%RA) ตามสมการท 2.7 และ 2.8

%Elongation =

x 100 (2.7)

%RA =

x 100 =

x 100 (2.8)

เมอ Af : พนทภาคตดขวางของชนงานหลกการแตกหก

40

2.9.5 การศกษาพนผวการแตกหก (Fractography) การปองกนการเสยหายทจะเกดขนกบชนงาน โครงสราง หรอชนสวนเครองจกรใน

ระหวางการใชงานในทางวศวกรรมนน จะเรมจากการศกษาถงตนตอของปญหาทเกดขนกบความเสยหายดงกลาว โดยการใชหลกการในการวเคราะหความเสยหาย เรยกวา Failure analysis โดยการวเคราะหนตองอาศยผมความร ความช านาญ และประสบการณมากพอสมควร เพอใหสามารถวเคราะหผลการตรวจสอบทถกตองได ความเสยหายหรอการแตกหกสามารถแบงประเภทออกเปนหลก ๆ ได 2 กลมใหญ คอ การแตกหกแบบเปราะ (Brittle fracture) และการแตกหกแบบเหนยว (Ductile fracture) โดยการศกษาการแตกหกแบบเปราะจะไดรบความสนใจมากกวา เนองจากมชวงการเปลยนรปถาวรนอย ซงมผลกระทบมากกวาและยากตอการปองกนความเสยหายดงกลาว แตการแตกหกแบบเหนยวจะมชวงการเปลยนรปมากพอทจะแกไขความเสยหายได กอนทจะเกดความเสยหายขนจรง

วธการตรวจสอบพนผวการแตกหกทนยมมากคอ การใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกน (Scaningeletron microscopy) หรอ SEM (ASM International, 1992)โดยชนทดสอบควรท าความสะอาดและถกจบยดอยางแนนหนา เพอปองกนการหลดในระหวางการตรวจสอบในสภาพสญญากาศ ซงในการตรวจสอบชนทดสอบ อาจตองมการหมนปรบชนงานระหวางการตรวจสอบ และชนงานทน ามาท าการตรวจสอบตองปราศจากความชน ชนทดสอบตองเปนวสดทมสภาพน าไฟฟา หากไมมสมบตการน าไฟฟาดงกลาว นยมเคลอบผวดวยทอง (กระบวนการ Sputtering) หลกการท างานของเครอง SEM จะประกอบดวยแหลงก าเนดอเลกตรอนซงท าหนาทผลตอเลกตรอนเพอปอนใหกบระบบ โดยกลมอเลกตรอนทไดจากแหลงก าเนดจะถกเรงดวยสนามไฟฟา จากนนกลมอเลกตรอนจะผานเลนสรวบรวมรงส (Condenser lens) เพอท าใหกลมอเลกตรอนกลายเปนล าอเลกตรอน ซงสามารถปรบใหขนาดของล าอเลกตรอนใหญหรอเลกไดตามตองการ หากตองการภาพทมความคมชดจะปรบใหล าอเลกตรอนมขนาดเลก หลงจากนนล าอเลกตรอนจะถกปรบระยะโฟกสโดยเลนสใกลวตถ (Objective lens) ลงไปบนผวชนงานทตองการศกษา หลงจากล า อ เล กตรอนถกกราดลงบน ชนงานจะท า ให เ กด อ เล กตรอนท ต ยภ ม(Secondary electron) ข นซงสญญาณจากอเลกตรอนทตยภมนจะถกบนทก และแปลงไปเปนสญญาณทางอเลกทรอนกสและ ถกน าไปสรางเปนภาพบนจอโทรทศนตอไปและสามารถบนทกภาพจากหนาจอโทรทศนได

41

รปท 2.11 แสดงหลกการท างานของเครอง SEM ทมา : วทยาลยนาโนเทคโนโลยพระจอมเกลาลาดกระบง

ขอดของเครอง SEM เมอเปรยบเทยบกบเครอง TEM คอ ภาพโครงสรางทเหนจากเครอง SEM จะเปนภาพลกษณะ 3 มต ในขณะทภาพจากเครอง TEM จะใหภาพลกษณะ 2 มต อกทงวธการใชงานเครอง SEM จะมความรวดเรวและใชงานงายกวาเครอง TEM มาก

2.10 การวเคราะหทางสถต (Statistics analysis) สถต คอการน าขอมลหลาย ๆ คา ซงไดจากการเกบรวบรวมขอมล มาท าการวเคราะหโดยไมเจาะจงขอมลคาใดคาหนง ซงมประโยชนในการศกษาและการวดทตองการขอมลทเชอถอไดสง ซงสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทคอ สถตพรรณนา (Descriptive statistics) และสถตอางอง (Inferential statistics) (Montgomery, D.O., et. al., 2012) สถตพรรณนา เปนสถตทใชอธบายคณสมบตตาง ๆ ของสงทตองการศกษาในกลมใดกลมหนง วธการทางสถตทอยในลกษณะน เชน การจดกระท ากบขอมลโดยน าเสนอในรปของตารางหรอรปภาพ การแปลงคะแนนใหอยในรปแบบอน ๆ เชน เปอรเซนตไทล คะแนนมาตาฐาน เปนตน การค านวณหาคาเฉลยหรอการกระจายของขอมล ไดแก มธยฐาน สวนเบยงเบนมาตรฐาน พสย

42

เปนตน สวนสถตอางอง เปนสถตทใชอธบายคณลกษณะของสงทตองการศกษาในกลมใดกลมหนง แลวสามารถอางองไปยงกลมอน ๆ ได โดยกลมทน ามาศกษาจะตองเปนตวแทนทดของประชากร ซงไดมาดวยวธการสมตวอยางและตวแทนทดของประชากรน เรยกวา กลมตวอยาง สถตอางองสามารถแบงไดอก 2 ประเภท คอ สถตมพารามเตอร (Parametric statistics) และสถตไรพารามเตอร (Non-parametric statistics) สถตมพารามเตอร เปนวธการทางสถตทจะตองเปนไปตามขอตกลงเบองตน 3 ประการ คอ ตวแปรทตองการวดจะตองอยในมาตรฐานการวดระดบชวงขนไป Interval scale) ขอมลทเกบรวบรวมไดจากกลมตวอยางจะตองมการแจกแจงเปนโคงปกต และกลมประชากรแตละกลมทน ามาศกษาจะตองมความแปรปรวนเทากน สถตมพารามเตอรน ไดแก t-test, ANOVA, Regression analysis เปนตน สถตไรพารามเตอร เปนวธการทางสถตทไมมขอจ ากดใด ๆ นนคอ ขอมลทเกบรวบรวมไดจากกลมตวอยางมการแจกแจงแบบใดกได (Free distribution) กลมประชากรแตละกลมทน ามาศกษาไมจ าเปนตองมความแปรปรวนเทากน สถตในกลมน ไดแก ไคสแควร, Median test, Sign test เปนตน ความแปรปรวน (Variance) เปนมาตรฐานการวดการกระจายของขอมลซงมความสมพนธกบสวนเบยงเบนมาตรฐาน เนองจากความแปรปรวนสามารถค านวณไดจากสวนเบยงเบนมาตรฐานยกก าลงสอง ความแปรปรวนจงเปนการวดการกระจายของขอมลในรปของพนท ส าหรบการวเคราะหความแปรปรวน (Analysis of Variance) หรอเรยกวา ANOVA เปนวธหนงในการทดสอบสมมตฐานเพอเปรยบเทยบคาเฉลยของประชากรมากกวา 2 กลมขนไปพรอม ๆ กน ซงยงคงใชหลกการเปรยบเทยบระหวางกลมประชากรเดยวหรอ 2 กลม ในการใช z หรอ t ในการทดสอบ กลาวคอ ถาเปนการเปรยบเทยบกบประชากรเพยงกลมเดยว สวนใหญจะเปนการเปรยบเทยบคาระหวางคาเฉลยกบคาทผวจยสนใจหรอคาทก าหนดขน สวนการเปรยบเทยบระหวางประชากร 2 กลม จะเปนทก าหนดไว ในกรณทมประชากรมากกวา 2 กลมหรอมสงทตองการศกษามากกวา 2 สง ความแตกตางระหวางกลมจะถกวดในรปของสวนเบยงเบนมาตรฐานหรอความแปรปรวน ซงในทนกคอคาเฉลยของความแปรผน (Mean squeres) โดยทความแปรผนเกดจากผลรวมก าลงสองของความแตกตางระหวางคาแตละคาของคาเฉลย การวเคราะหความแปรปรวน จงเปนการเปรยบเทยบความแตกตางระหวางกลมกบความแตกตางภายในกลมในกรณทประชากรมมากกวา 2 กลมในลกษณะของความแปรผน โดยมเงอนไขวาขอมลทไดจากกลมประชากรทน ามาทดสอบความแตกตางของคาเฉลยขอมลของแตละกลม จะตองมการแจกแจงแบบปกตเทานน การวเคราะหความแปรปรวน จ าแนกออกได 2 ประเภท คอ การวเคราะหความแปรปรวนทางเดยว (One-way ANOVA) และการวเคราะหความแปรปรวนสองทาง (Two-way ANOVA)

43

การวเคราะหความแปรปรวนทางเดยว เปนวธการทดสอบเพอวเคราะหความสมพนธระหวางตวแปรอสระหรอตวแปรตนตวเดยวกบตวแปรตามเพยงตวเดยว โดยทตวแปรอสระหรอตวแปรตนอาจมลกษณะเปนตวแปรเชงคณภาพ (Qualitative variable) ทจ าแนกออกเปนระดบหรอประเภทตาง ๆ สวนตวแปรตามอาจมลกษณะเปนตวแปรเชงปรมาณ (Quantitative variable) เพอศกษาความสมพนธของตวแปรอสระหรอตวแปรตนวาจะสงผลอยางไรกบตวแปรตาม ตามสมมตฐานทก าหนดไว ดงแสดงในตารางท 2.2 และสมการท 2.9-2.13 ตารางท 2.2 แสดงการวเคราะหความแปรปรวนทางเดยว (One-way ANOVA)

Source of Variation

Sum of Squares Degree of Freedom

Mean Square F0

Treatments SSTreatments a-1 MSTreatments

Error SSE a(n-1) MSE Total SST an-1

SST = ∑ ∑

(2.9)

SSTreatments = ∑

(2.10)

SSE = SST - SSTreatments (2.11)

MSTreatments =

(2.12)

MSE =

(2.13)

เมอ a : The level of a single factor. (Treatment) n : Sample size y : Observed data

44

การวเคราะหความแปรปรวนสองทาง เปนวธการทดสอบเพอวเคราะหความสมพนธระหวางตวแปรอสระหรอตวแปรตนทเปนสงทดลองจ านวน 2 ตวกบตวแปรตามเพยงตวเดยว โดยทตวแปรอสระหรอตวแปรตนอาจมลกษณะเชงคณภาพทจ าแนกออกเปนระดบหรอประเภทตาง ๆ สวนตวแปรตามมลกษณะเชงปรมาณ เพอศกษาความสมพนธของตวแปรอสระหรอตวแปรตนวาสงผลอยางไรกบตวแปรตาม โดยทการวเคราะหความแปรปรวนสองทาง นอกจากจะสามารถศกษาผลของตวแปรทงสองไปพรอมกนแลว ยงสามารถศกษาไดถงผลรวม (Interaction) ระหวางตวแปรทงสองตว วาตวแปรอสระหรอตวแปรตนตวหนง นอกจากจะสงผลใด ๆ ตอตวแปรอสระหรอตวแปรตามอกตวหนงหรอไม

45

บทท 3

วธการด าเนนงานวจย

3.1 กลาวน า งานวจยนมวตถประสงคในการศกษาผลกระทบของกระบวนการปรบปรงคณภาพเหลกกลาและเหลกกลาผสมดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกส คารบไรซง ตอสมบตเชงกล โครงสรางและความแขงผวของเหลกกลาและเหลกกลาผสม ซงกระบวนการชบแขงผวดวยแกสในการท าวจย ไดแก ซอฟตไนตรายดง, คารบไรซง และ คารโบไนตรายดงกระบวนการชบแขงผวเหลานนยมใชเพอปรบปรงสมบตของเหลกกลาใหดขนในภาคอตสาหกรรม แตละกระบวนการมขอดตางกนไป การศกษาผลกระทบของการบวนการรวมดงกลาวจงเปนแนวทางในการประยกตใชกระบวนการชบแขงทมอยเพอใหไดคณสมบตในการ ชบแขงเหลกกลาตาง ๆ ทงเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม เพอใหผผลตสามารถน าไปเลอกใชใหเหมาะสมกบลกษณะการน าผลตภณฑไปใชตอไป เหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสมทใชในการทดลองไดแก เหลกกลาเกรด AISI 1010, 1020, 1040, 4140 และ 4340 โดยแบงออกไดเปนกลม ๆ คอ กลมเหลกกลาคารบอนซงมปรมาณคารบอนแตกตางกน คอ AISI 1010, 1020 และ 1040 สวนกลมทสองคอเหลกกลาผสมซงมปรมาณคารเทากน แตมปรมาณธาตผสมตางกน คอ AISI 1040, 4140 และ 4340 เพอใหเหนถงผลกระทบเมอท าการปรบเปลยนปรมาณคารบอนหรอปรมาณธาตผสมในการอบชบดวยกระบวนการรวมระหวาง แกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง โดยเปรยบเทยบกบกระบวนชบแขงผวดวยแกสอน ๆ ไดแก ซอฟตไนตรายดง, คารบไรซง และ คารโบไนตรายดง จากนนท าการออกแบบและเตรยมชนทดสอบเพอปรบปรงคณสมบตดวยการอบปกตและท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ กอนจะน าชนตวอยางไปชบแขงผวดวยวธการตาง ๆ ไดแก แกสซอฟตไนตรายดง แกสคารบไรซง แกสคารโบไนตรายดง และกระบวนการผสม ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง จากนนท าการทดสอบคณสมบตเชงกลไดแก การทดสอบแรงดงและการทดสอบความแขงผว ท าการวเคราะหโครงสรางผวชนทดสอบทผานการอบชบและสภาพสณฐานวทยา เพอน าไปวเคราะหผลกระทบทเกดขนจากการทดลองตอไป โดยแผนผงการด าเนนงานแสดงดงรปท 3.1

46

รปท 3.1 แสดงแผนผงขนตอนการด าเนนงานวจย

3.2 การเตรยมชนทดสอบเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม 3.2.1 วสดเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ในการเตรยมชนทดสอบน นใชวสดเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสมตามมาตรฐานของ AISI (American Iron and Steel Intitute) ซงเปนมาตรฐานของสถาบนเหลกของสหรฐอเมรกา (ตารางท 3.1) โดยแบงเหลกออกเปน 2 กลม คอ

- กลมเหลกกลาคารบอนซงมปรมาณคารบอนแตกตางกน คอ AISI 1010, 1020 และ 1040 โดยมปรมาณคารบอน 0.1%, 0.2% และ 0.4% โดยน าหนกตามล าดบ เหลกกลาเหลานเปนเหลกกลาทมธาตคารบอนผสมอยเปนหลก ใชเปนชนทดสอบเพอศกษาผลกระทบทเกดขนเมอชนทดสอบมปรมาณธาตคารบอนตางกน

ขนรปชนทดสอบดวยเหลกกลาทง 5 ชนด ส าหรบการทดสอบแรงดงและความแขงผว

อบปกตเพอปรบปรงโครงสรางจลภาคและท าความสะอาดผวดวยการยงเมดโลหะ

อบชบชนทดสอบดวยกระบวนการชบแขงผวดวยแกสตาง ๆ

น าชนทดสอบ ตรวจสอบโครงสราง สณฐานวทยา ทดสอบความแขงและทดสอบแรงดง

วเคราะหผลการทดสอบเพอหาผลกระทบทเกดขนตอปรมาณคารบอนและธาตผสมในเหลกกลา

47

- สวนกลมทสองคอเหลกกลาผสมซงมปรมาณคารเทากน แตมปรมาณธาตผสม ตางกน คอ AISI 1040, 4140 และ 4340 ซงเหลกเหลานมประมาณคารบอนเทา ๆ กนคอประมาณ 0.4% และมธาตผสมเพมชวยในการอบชบ โดย AISI 4140 มธาตโครเมยมและโมลบดนมเปน ธาตผสมหลก สวน AISI 4340 มธาตผสมใกลเคยงกบ AISI 4140 คอโครเมยม และโมลบดนมผสมอย แตจะมธาตนเกลเปนธาตผสมหลกดวย ซงมบทบาทดานเพมคณสมบตชบแขง เหลกกลาเหลานใชเปนชนทดสอบเพอศกษาผลกระทบทเกดขนเมอชนทดสอบมธาตผสมหลกทมบทบาทดานการชบแขงเพมขน

ตารางท 3.1 แสดงสวนผสมทางเคมของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม (%wt, Balance Fe)

Materials C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo V Al Fe AISI 1010 0.1218 0.2009 0.4305 0.0140 0.0080 0.0661 0.0291 0.0527 0.0041 0.0009 0.0054 Bal. AISI 1020 0.2241 0.1952 0.4694 0.0149 0.0098 0.2046 0.0564 0.0856 0.0085 0.0013 0.0053 Bal. AISI 1040 0.4198 0.2112 0.6344 0.0186 0.0148 0.1555 0.0658 0.0568 0.0109 0.0016 0.0052 Bal. AISI 4140 0.3942 0.2186 0.6946 0.0267 0.0043 0.0691 0.0457 0.8599 0.1526 0.0075 0.0245 Bal. AISI 4340 0.3818 0.2689 0.7064 0.0175 0.0340 0.1721 1.7194 0.8926 0.2618 0.0067 0.0146 Bal.

3.2.2 ลกษณะของชนตวอยางเหลกกลาและเหลกกลาผสม ลกษณะของชนทดสอบสามารถแบงออกได 2 ประเภทตามลกษณะการทดสอบคอ

- การทดสอบความแขงและสภาพทางสณฐานวทยา เตรยมชนทดสอบใหมลกษณะรปรางเปนทรงกระบอกดงรปท 3.2 (ก) มขนาดเสนผานศนยกลาง 12 มลลเมตร และมความสง 10 มลลเมตร ใชส าหรบการทดสอบโครงสรางผลกทผวดวยเครอง X-ray diffraction (XRD) การตรวจสอบปรมาณธาตคารบอนทผวชนทดสอบหลงผานกระบวนการอบชบแขงผวดวยแกสดวยเครอง Optical emission spectrometer (OES) การทดสอบความแขงผว ระยะการซมลกและสภาพทางสณฐานวทยา ในการเตรยมชนทดสอบใชเครองตดละเอยด เพอใหไดผวชนทดสอบทมความเรยบ

- การทดสอบแรงดง อางองตามมาตรฐาน ASTM (American Society for Testing and Meterials) เปนมาตรฐานของสมาคมวชาชพทางดานวทยาศาสตรและเทคโนโลย ทก าหนดมาตรฐานซงเปนทนยมใชและเปนทยอมรบกนอยางแพรหลาย ซงมาตรฐานทใชในการทดสอบแรงดงส าหรบวสดกลมโลหะคอ ASTM E8: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials ใชชนทดสอบขนาดเลกแบบชนงานกลมซงมสดสวนของชนทดสอบตามทมาตรฐานก าหนดไวดงรปท 3.2 (ข) ดวยวธการกลงขนรป

48

ก. ข.

รปท 3.2 แสดงขนาดตาง ๆ ของชนทดสอบ (มลลเมตร) ก. ชนทดสอบทรงกระบอก และ ข. ชนทดสอบแรงดงแบบกลม 3.2.3 การอบปกตชนทดสอบ วสดเหลกกลาทน ามาใชในการท าชนทดสอบนน ไดผานกระบวนการผลตเหลกกลาดวยกรรมวธตาง ๆ เชน การรดขนรป ซงสงผลตอโครงสรางจลภาคของชนทดสอบทงความสม าเสมอและความหยาบของเกรน นอกจากนการขนรปชนทดสอบดวยกรรมวธทางกล เชน การตด การกด การกลง ยงอาจสงผลใหชนทดสอบเกดความเครยดตกคางทผว รวมถงสงผลตอความสม าเสมอและความหยาบของเกรนบรเวณดงกลาวอกดวย ดงน นการอบปกตเพอปรบปรงโครงสรางจลภาคและก าจดความเครยดตกคางจงไดถกน ามาใชในการปรบปรงคณสมบต ชนทดสอบกอนจะน าไปท าการชบแขงผวดวยแกส เพอเปนการก าหนดมาตรฐานใหชนทดสอบมคณสมบตทเหมอนกน ในการอบปกตเหลกกลาน นสงทตองค านงถงในการอบชบคอ อณหภมและระยะเวลาในการอบชบ การอบปกตนนตองอบทอณหภมเหนอเสน A3 ประมาณ 30-50 องศาเซลเซยส ทงนขนอยกบปรมาณธาตคารบอนทอยในชนทดสอบ สวนระยะเวลาในการอบชบตองมเวลาเพยงพอตอการเปลยนโครงสรางชนทดสอบใหเปนออสเตนไนต (Austenitizing) ทงหมด โดยระยะเวลาในการอบชบจะประกอบดวยการอนชนงาน (Preheating) และการอบแช (Holding) ทอณหภมออสเตนไนต เพอใหความรอนกระจายทวทงชนงานและมความสม าเสมอทงผวนอกและแกนกลาง เวลาทใชอบแชขนอยกบขนาดของชนงาน ในชนงานทมความหนา 1 นว ใชเวลาอบแชประมาณ 1 ชวโมง และเวลาอยางนอยทสด 30 นาท ซงตองเพยงพอทท าใหคารไบดสะลายตวเปนออสเตนไนตทงหมด แตหากมากเกนจะท าใหชนงานมความแขงแกรงลดลง เนองจากขนาดของเกรนโตมากกวาปกต

49

จากตารางท 3.2 แสดงอณหภมและเวลาในอบปกตชนทดสอบซงข นรปจากเหลกกลาเกรด AISI 1010, 1020, 1040, 4140 และ 4340 ตารางท 3.2 แสดงอณหภมและเวลาในอบปกตชนทดสอบ

ชนดวสดเหลกกลา ประเภทชนทดสอบ อณหภมอบปกต (องศาเซลเซยส)

ระยะเวลาอบปกต (นาท)

AISI 1010 ชนทดสอบความแขง 930 60 ชนทดสอบแรงดง 930 45

AISI 1020 ชนทดสอบความแขง 930 60 ชนทดสอบแรงดง 930 45

AISI 1040 ชนทดสอบความแขง 870 60 ชนทดสอบแรงดง 870 45

AISI 4140 ชนทดสอบความแขง 870 60 ชนทดสอบแรงดง 870 45

AISI 4340 ชนทดสอบความแขง 870 60 ชนทดสอบแรงดง 870 45

3.2.4 การพนท าความสะอาดผวดวยเมดโลหะ การพนท าความสะอาดผวชนทดสอบทผานการอบปกตดวยการพนเมดโลหะนน

การเลอกวสดท ใชในการพนท าความสะอาดแบบแหงเ ปน สงส าคญทควรค า นงถงท งขนาด รปราง รายละเอยดพนผวทตองการหลงการพน และ กระบวนการตาง ๆ ทจะตามมาหลงจากการพนท าความสะอาดเสรจแลว วสดทนยมใชสามารถแยกไดเปน กรวดเหลก, เมดเหลก, ทราย, แกว และ สารพนชนดอนๆ ซง ความแขง, ขนาด, รปราง และความหนาแนน ลวนเปนปจจยส าคญในการเลอกสรรคสารพนส าหรบงานนนๆ นอกจากน น กระบวนการคดเลอกสารพนอาจตองพจารณาจากชนงานทจะพนดวย สารพนทเปนโลหะ มกมรปรางเปน เมดโลหะเหลยม เมดโลหะกลม และ เสนลวดโลหะ

ชนทดสอบทผานการอบปกตจะถกน ามาท าความสะอาดผวโดยการพนท าความสะอาด ดวยเมดโลหะเหลยมขนาด 0.3 มลลเมตร ใชเวลาในการท าความสะอาดผวชนงาน 60 นาทดวยเครองยงเมดโลหะ (Shot Blasting Machine) GROWELL รน GW-10 ซงเมดโลหะเหลยม มกประกอบดวย โลหะชนเลกทมลกษณะเปนเหลยมแหลมคมมศกยภาพในการตดสง โดยทวไปแลว

50

เมดโลหะเหลยมมกท าขนจาก เมดเหลกหลอทผานการบดละเอยดมาแลว หรอเหลกหลอทมสวนประกอบซลกาต าและผานการลดอณหภมอยางรวดเรวมาแลว ซงสามารถท าใหเปนชนเลกๆได

3.3 กระบวนการชบแขงผวดวยแกส ชนทดสอบทผานการท าความสะอาดผวแลว จะถกน ามาผานกระบวนการชบแขงผวดวย

แกส (Gas surface hardening method) ทงหมด 5 กระบวนการคอ 1) แกสซอฟตไนตรายดง (Gas Soft-nitriding; SN) 2) แกสคารบไรซง (Gas Carburizing; CB) 3) แกสคารโบไนตรายดง (Gas Carbonitriding; CN) และกระบวนการรวม (Combined processes) ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกส

คารบไรซงอก 2 กระบวนการคอ 4) กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง (SN+CB หรอ

Combined 1) คอ ชนทดสอบจะผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดงกอน จากนนน าชนทดสอบชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงอกครง

5) กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง (CB+SN หรอ Combined 2) คอ ชนทดสอบจะผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงกอน จากนนน าชนทดสอบชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดงอกครง

กระบวนการชบแขงผวดวยแกส เปนการเตมธาตผสมเพอใหผวมความแขงแรงขน สามารถท าไดหลายสถานะ คอ ของแขง ของเหลว และแกส ขนอยกบความเหมาะสม แบบแกสเปนวธทนยมใชในภาคอตสาหกรรม ซงชวยประหยดเวลาในการชบผวแขงได ในการชบแขงผวชนทดสอบใชแกสเอนโดเทอรมคเปนแกสทไดจากการแตกตว (Clacking) ของเชอเพลงไฮโดรคารบอน (CxHy) ไดจากแกสโปรเพน (C3H8) ในการท าปฏกรยาเพอใหไดคารบอนมอนออกไซด (CO) กอนน าไปใชในเตา โดยการท าปฏกรยาของโปรเพนกบอากาศทอณหภม 40 องศาเซลเซยส ดงน 2C3H8 + 3(O2 + 4N2) -> 6CO + 8H2 + 12N2 สวนธาตไนโตรเจนซงไดจากการใชแกสแอมโมเนย (NH3) ในการท าปฏกรยาจะแตกตวใหไนโตรเจน (N) ในเตา โดยธาตท งสองเตมเขาไปเพอใหไดความแขงแรงของผว ชนทดสอบ กระบวนการชบแขงผวทใชในการทดลองแสดงในรปท 3.3 โดย (ก) แสดงกระบวนการแกส ซอฟตไนตรายดง (ข) แสดงกระบวนการแกสคารบไรซง (ค) แสดงกระบวนการแกส คารโบไนตรายดง

กระบวนการชบแขงผวทใชในการทดลองทงหมดอางองมาจากขอมลการชบแขงผวทใชในบรษทไทยโตเคนเทอรโม จ ากด โดยเลอกจากระยะเวลาในการชบแขงประมาณ 3-4 ชวโมง

51

ก.

ข.

ค.

รปท 3.3 แสดงกระบวนการชบแขงผวทใชในการทดลองทงหมด ก. แกสซอฟตไนตรายดง (SN) ข. แกสคารบไรซง (CB) และ ค. แกสคารโบไนตรายดง (CN)

3.4 การวเคราะหองคประกอบทางเคม การชบแขงผวดวยกรรมวธตาง ๆ สงผลใหสวนประกอบทางเคม หรอธาตผสมทมอยใน

ชนทดสอบมความเปลยนแปลง ทงนขนอยกบลกษณะของกระบวนการและ ธาตผสมทมอยเดมในชนทดสอบ

การตรวจสอบองคประกอบทางเคมสามารถตรวจสอบดวยเครองมอ Spectrometer ซงเปนเครองมอทใชในการวเคราะหและหาปรมาณธาตของโลหะและอโลหะทเปนของแขง โดยจะใช

52

หลกการ Spark โดยเครองทใช คอ Optical emission spectrometer (OES) ของ Thermo Scientific รน ARL 3460 METALS ANALYZER ใชส าหรบการตรวจสอบและวเคราะหองคประกอบทางเคม ของชนทดสอบทงกอนและหลงกระบวนการชบแขงผว

รปท 3.4 แสดงเครอง Optical emission spectrometer (OES)

3.5 การวเคราะหโครงสรางผลก การวเคราะหโครงสรางผลกโดยอาศยหลกการเลยวเบนของรงสเอกซ เมอล ารงส ตกกระทบวตถหรออนภาคจะเกดการหกเหของล ารงสสะทอนออกมาท ามมกบระนาบของอนภาคเทากบมมของล ารงสตกกระทบ เนองจากสารประกอบแตละชนด มรปแบบโครงสรางผลกแตกตางกน และระยะหางระหวางระนาบของอะตอมทจดเรยงกนอยางเปนระเบยบกแตกตางกนไป ขนอยกบขนาดและประจของอะตอม สารประกอบแตละชนดจะมรปแบบ (XRD pattern) เฉพาะตว การตรวจสอบการจดเรยงตวของโครงสรางหรอสารประกอบนน สามารถท าไดโดยการใชเครอง XRD (X-ray diffraction) รน D8 Advance โดยการเตรยมชนทดสอบ จะน าชนทดสอบบรรจลงในอปกรณส าหรบจบยดชนทดสอบ เพอวางผวหนาของดานทตองการทดสอบใหไดระนาบ จากนนน าเขาเครอง XRD ในขนตอนนเราสามารถทจะก าหนดเวลาในการตรวจวดความเขมของรงสเลยวเบน ขอมลต าแหนงมมท เกดการเลยวเบนและคาความเขมสมพทธของเสนการเลยวเบน จากมม 35-85 องศา

53

เมอไดผลจากการตรวจสอบชนทดสอบแลว น ามาวเคราะหดวยโปรแกรม EVA จะสามารถเปรยบเทยบกบรปแบบมาตรฐานท เกบรวบรวมไว ท าใหสามารถจ าแนกชนดของสารประกอบตาง ๆ บนผวชนทดสอบได

รปท 3.5 แสดงขนตอนการเตรยมวเคราะหชนทดสอบ

3.6 การทดสอบความแขงและการซมลก ในการทดสอบความแขงเลอกใชการทดสอบความแขงแบบ Vickers ในขนตนนยมใชในงานวจย ขอดของการทดสอบน คอการวดขนาดของเสนทแยงมมจะมความแมนย ากวาการวดขนาดเสนผานศนยกลาง และสามารถใชทดสอบกบชนงานทบางได คอความหนาประมาณ 0.006 นว นอกจากนนยงใหคาความแขงทถกตองเมอใชทดสอบกบวสดทแขงมากประมาณ 1300 HV หรอประมาณ 850 BHN เนองจากหวกดไมเกดการยบตวขณะทดสอบ และคาความแขงทไดเปนทยอมรบมากกวา นอกจากนหวกดยงมขนาดเลกและแรงทใชกดต า รอยกดจงอาจมขนาดเลกกวาเกรนของโลหะ จงสามารถวดความแขงไดถงระดบโครงสรางจลภาค เหมาะกบงานทดสอบทตองการความละเอยดของคาความแขงสง สามารถทดสอบไดทงวสดออนและวสดแขง

ชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผวจะมความแขงบรเวณผวสง ตางจากเนอภายในของชนทดสอบ ซงคาความแขงลดลงตามความลกเขาไปในชนทดสอบ การทดสอบความแขงใชเครองวดความแขงระดบจลภาคแบบวคเกอรส (Micro Vickers hardness tester) ทงการวดความแขงบรเวณผว และความแขงตามความลกจากบรเวณผวเขาไปในเนอชนทดสอบ ใชเครอง Micro Vickers Hardness Testing ของ Future-Tech รน ในการทดสอบ จากรปท 3.6 แสดงมมของหวกดแบบเพชรคอ 136° แรงทใชในการกด 0.1 กโลกรม โดยกดคางไวประมาณ 30 วนาท พนผวททดสอบควรทจะราบเรยบแบนสะอาด และเปนแนวระนาบกอนทจะท าการทดสอบ

54

รปท 3.6 แสดงการทดสอบความแขงแบบวคเกอรส

ส าหรบการทดสอบความแขงภายใตผวชนทดสอบตงแตผวจากบรเวณผวนอกจนถงขางในตองมการเตรยมชนทดสอบเพอวดคาความแขงภายในเนอชนทดสอบ โดยขนตอนการทดสอบความแขงเพอหาคาความลกผวแขงมขนตอนดงน

1) ตดแบงครงชนทดสอบดวยเครองตด (Cut off machine) มการหลอเยนเพอปองกนความรอนทเกดจากการตดชนทดสอบ ซงความรอนอาจสงผลตอคาความแขงของชนทดสอบได

2) น าชนทดสอบหลอหมดวยเรซน เพองายตอการจบยดชนทดสอบในการวดคาความแขง และใหชนทดสอบไดระนาบ

3) ขดผวชนทดสอบดวยกระดาษทรายเบอร 180, 400, 600, 800, และ 1000 โดยใชเครองขดทมน าไหลผาน

4) ท าความสะอาดและเปาดวยลมรอนใหแหง 5) วางชนทดสอบบนแทน เปดสวสซใหเครองใหเครองท าการกดชนทดสอบ ใหหวกด

เพชรท มสณฐานเปนรปส เหลยมจต รส เค ลอนตวลงมาอยางชา ๆ จนไปสมผสกบ ชนทดสอบ จากนนกคอย ๆ เพมแรงกดไปใหถง 0.1 กโลกรม น าหวกดออกไป พบวาชนงานจะเกดรอยบมเปนรปทรง ประมด (Pyramidal) ขนาดเลก

6) ท าการวดความยาวเสนทแยงมมของรอยกด เครองวดความแขงจะท า การค านวณหาคาความแขงจากความยาวเสนทแยงมมทผปฏบตงานไดวด โดยใชสมการขางลางนน ามาค านวณ

(3.1)

55

เมอ HV : คาความแขงแบบวคเกอรส หนวยเปน HV F : คาแรงทใชกดใน หนวยกโลกรม d : ความยาวเฉลยของแนวทแยงของรอยเวาในหนวยมลลเมตร

รปท 3.7 แสดงรอยกดทไดจากเครองทดสอบความแขงระดบจลภาคแบบวคเกอรส

รปท 3.8 แสดงกราฟความสมพนธระหวางความแขงกบระยะการซมลก

56

จากรปท 3.7 แสดงคาความแขงทผวชนทดสอบตามระยะของผวดานนอกเขาไปถงผว ดานใน ซงคาทไดจะน ามาเขยนกราฟความสมพนธระหวางความแขงจากผวนอกสดเขาไปในเนอชนทดสอบแสดงในรปท 3.8 โดยคาความลกผวแขงทงหมด (Total case depth) หาไดจากคาความแขงทบรเวณแกนกลางชนทดสอบบวกดวย 50 HV ซงตวอยางจากรปท 3.8 พบวาคาความแขงแกนกลางจากการวดความแขงมคา 360 HV เมอบวกดวย 50 HV จะไดคา 410 HV จะไดคาจดตดบนเสนกราฟในแนวแกนนอนคอ 1.03 mm เปนคาความลกผวแขงทงหมด

3.7 การตรวจสอบโครงสรางชนผวขาว ช นผวขาว (White layer) ม คณสมบตทนทานตอการเสยดส และทนทานตอการกดกรอน จงท าใหเหนโครงสรางเปนแถบสขาวทบรเวณผวชนทดสอบ ซงเปนสารประกอบไนโตรเจน ไดแก Fe2-3N (โครงสราง ) และ Fe4N (โครงสราง ’) เกดขนในกระบวนการซอฟตไนตรายดงซงท าทอณหภมต า ประมาณ 520-570oC รปท 3.9 แสดงลกษณะโครงสรางชนผวขาวทเกดขนบนผวเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม

รปท 3.9 แสดงโครงสรางของชนสารประกอบไนโตรเจนบนผวเหลกกลา

การวดความหนาชนผวขาวทเกดจากสารประกอบไนโตรเจน ใชการตรวจดโครงสรางจลภาคดวยกลองจลทรรศแบบออพทคอล (Optical microscopes) ดวยก าลงขยาย 400 เทา เนองจาก

57

โครงสรางชนผวขาวทเกดขนทผวของชนทดสอบมขนาดทบางมาก ซงมขนตอนการตรวจสอบโครงสรางชนผวขาวทผวของชนทดสอบดงน

1) แบงครงชนทดสอบดวยเครองตด (Cut off machine) มการหลอเยนเพอปองกนความรอนทเกดจากการตดชนทดสอบ ซงความรอนอาจสงผลตอคาความแขงของชนทดสอบได

2) น าชนทดสอบหลอหมดวยเรซน เพองายตอการจบยดชนทดสอบในการวดคาความแขง และใหชนทดสอบไดระนาบ

3) การเตรยมผวหนาชนทดสอบ ขดใหเรยบดวยกระดาษทรายทมความหยาบมาก ๆ จนถงกระดาษทรายทมความละเอยด ไดแกเบอร 180, 400, 600, 800, 1000 และ 1200 ตามลาดบ จากนนขดดวยผาสกหลาดทมน าผสมผงขดอะลมนา (0.3-0.5 ไมครอน) ขดจนมความเงาคลายกระจก

4) การกดผว (Etching) บาง ๆ ดวยไนตล (Nital) 5% ลางน าสะอาดและเปาใหแหงดวย ลมรอน

5) น าชนทดสอบทผานการเตรยมผวแลวตรวจสอบโครงสรางและวดขนาดของชน ผวขาวดวยการใชกลองจลทรรศนแบบออพทคอลของ Nikon measuring microscope รน MM-400 และโปรแกรม NIS-Element D ส าหรบการตรวจดโครงสรางของชนทดสอบรวมถงชนผวขาวทเกดขนในกระบวนการซอฟตไนตรายดง ถายภาพโครงสรางชนผวขาวทเกดขนบนผวชนทดสอบ ตวอยางภาพถายทก าลงขยาย 400 เทา แสดงในรปท 3.10

รปท 3.10 แสดงถายภาพขนาดของชนผวขาว ดวยกลองจลทรรศนแบบออพทคอล

ก าลงขยาย 400 เทา

58

3.8 การทดสอบแรงดง การทดสอบแรงดง ใชหาคณสมบตทางกลอนเนองจากทชนงานทดสอบแรงดง (Tensile test specimen) ถกดงใหยดจนขาดในแนวแกน โดยก าหนดใหความเรวในการดงมคาต าและมคาคงทตลอดการดง ทงนเพอใหคาทไดจากการทดสอบมความผดพลาดคลาดเคลอนนอยทสด นอกจากนชนงานทดสอบทถกดงจะตองไมรบภาระกรรมอนนอกเหนอจากแรงดง ในการทดสอบแรงดงจะอางองตามมาตรฐาน ASTM E8 ซงระบถงวธการทดสอบแรงดงของผลตภณฑโลหะ การทดสอบนสามารถใชงานไดกบโลหะในรปแบบตาง ๆ โดยในแตละรปแบบนน มาตรฐานจะก าหนดรปทรงและขนาดทเหมาะสม รวมทงวธการจบยดชนงานทตองการเพอใหการทดสอบประสบความส าเรจ โดยใชเครองทดสอบอเนกประสงค (UTM) ของ Instron ซงมก าลงทดสอบสงสด 250 kN ใชในการทดสอบแรงดงในแนวแกนของชนทดสอบทมการจบยดแบบเกลยว แตละการทดลองใชชนทดสอบจ านวน 5 ชน โดยใชความเรวในการทดสอบเทากนคอ 0.8 มลลเมตรตอนาท ตามทมาตรฐานไดระบไว โดยใชโปรแกรมส าเรจส าหรบเครองทดสอบอเนกประสงคของ Instron ผลการทดสอบทไดจากโปรแกรมสามรถค านวณหาคาความตานทานแรงดงทจดคราก ความตานทานแรงดงสงสด และการยดตวได จากนนน าผลการทดสอบหาคาเฉลยและคาเบยงเบนมาตรฐาน เพอน าไปวเคราะหผลทางสถตตอไป รปท 3.11 แสดงลกษณะผลการทดสอบในชนทดสอบทท าจากวสดเหลกเหนยว

รปท 3.11 แสดงลกษณะชนทดสอบแรงดงและกราฟความสมพนธระหวางความเคนกบ ความเครยดส าหรบเหลกเหนยว

59

3.9 การศกษาพนผวการแตกหก วธการตรวจสอบพนผวการแตกหกทนยมมากคอ การใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกน (Scaningeletron microscopy) หรอ SEM โดยชนทดสอบควรท าความสะอาดและถกจบยดอยางแนนหนา เพอปองกนการหลดในระหวางการตรวจสอบในสภาพสญญากาศ ซงใน การตรวจสอบชนทดสอบ อาจตองมการหมนปรบชนงานระหวางการตรวจสอบ และชนงานทน ามาท าการตรวจสอบตองปราศจากความชน ชนทดสอบตองเปนวสดทมสภาพน าไฟฟา หากไมมสมบตการน าไฟฟาดงกลาว นยมเคลอบผวดวยทอง (กระบวนการ Sputtering) ในการศกษาพนผวการแตกหกของชนทดสอบทผานการทดสอบแรงดง ซงมท งการแตกหกแบบเปราะ (Brittle fracture) และการแตกหกแบบเหนยว (Ductile fracture) ในการศกษานจะเนนไปทการศกษาการแตกหกแบบเปราะ เนองจากมชวงการเปลยนรปถาวรนอย ซงมผลกระทบมากกวาและยากตอการปองกนความเสยหายดงกลาว แตการแตกหกแบบเหนยวจะมชวงการเปลยนรปมากพอทจะแกไขความเสยหายได กอนทจะเกดความเสยหายข นจรง ชนทดสอบทผาน การตรวจสอบโดยใช SEM ของ JEOL รน JSM6010LV (รปท 3.12) สามารถบอกไดถงต าแหนงของก าเนดรอยแตก (Crack initiation) ซงสงเกตไดจากทศทางของ Stress line ทชไปยงจดเดยวกน

รปท 3.12 แสดงลกษณะการจบยดชนทดสอบและเครอง SEM ทใชในการทดสอบ

60

บทท 4

ผลการวจยและการอภปรายผล

จากการด าเนนงานวจยเพอศกษาผลกระทบของกระบวนการปรบปรงคณภาพเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกส คารบไรซง จากการน าชนงานตวอยางจากเหลกกลา 5 ชนดคอ AISI 1010, 1020, 1040, 4140 และ 4340 ซงสามารถแบงออกไดเปน 2 กลมใหญ คอ

1) กลมเหลกกลาคารบอนซงมปรมาณธาตคารบอนตางกน คอ AISI 1010, 1020 และ 1040

2) กลมเหลกกลาผสมซงมปรมาณธาตผสมตางกน แตจ ากดปรมาณคารบอนเทากน คอ AISI 1040, 4140 และ 4340 เมอน าชนทดสอบผานการอบปกตเพอปรบปรงโครงสรางและท าความสะอาดผวชนทดสอบดวยการพนเมดโลหะแลว ชนทดสอบจะถกน าไปผานกระบวนการชบแขงผวดวยวธการตาง ๆ รวมไปถงกระบวนการรวม ทงหมด 5 วธการ ไดแก

1) แกสซอฟตไนตรายดง (SN) 2) แกสคารบไรซง (CB) 3) แกสคารโบไนตรายดง (CN) 4) กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง (Combined 1)

5) กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง (Combined 2) โดยศกษาความสมพนธในการปรบเปลยนปรมาณธาตคารบอนและธาตผสมกบกระบวนการชบแขงผว ดวยการวเคราะหโครงสรางจลภาค องคประกอบทางเคม และการทดสอบสมบตเชงกล ทงการทดสอบความแขงและการรบแรงดง ซงไดผลการด าเนนงานวจยแบงออกไดเปน 6 หวขอดงน 1) ผลจากการวเคราะหองคประกอบทางเคม 2) ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลก 3) ผลจากการทดสอบความแขงและการซมลก 4) ผลจากการวเคราะหโครงสรางชนผวขาว 5) ผลจากการทดสอบแรงดง 6) ผลจากการศกษาพนผวการแตกหก

61

4.1 ผลจากการวเคราะหองคประกอบทางเคม 4.1.1 ผลจากการวเคราะหสวนผสมทางเคมของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม

กอนกระบวนการชบแขงผว

ตารางท 4.1 แสดงสวนผสมทางเคมตามมาตรฐานของเหลกกลา (%wt, Balance Fe) Materials C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo V Al Fe AISI 1010 0.08-0.13 - 0.30-0.60 0.040 0.050 - - - - - - Bal.

AISI 1020 0.18-0.23 - 0.30-0.60 0.040 0.050 - - - - - - Bal.

AISI 1040 0.36-0.44 - 0.60-0.90 0.040 0.050 - - - - - - Bal.

AISI 4140 0.38-0.43 0.15-0.35 0.75-1.00 0.035 0.040 - - 0.80-1.10 0.15-0.20 - - Bal.

AISI 4340 0.38-0.43 0.15-0.35 0.60-0.80 0.035 0.040 - 1.65-2.00 0.70-0.90 0.20-0.30 - - Bal.

จากตารางท 4.1 แสดงสวนผสมทางเคมของเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ซงเปนไปตามมาตรฐานของสถาบนเหลกของสหรฐอเมรกา ผลการตรวจสอบสวนผสมทางเคมของเหลกกลาทง 5 ชนด แสดงในตารางท 4.2 ซงผลการตรวจสอบเปนไปตามมาตรฐานของเหลกกลา โดยทงปรมาณของธาตคารบอนและธาตผสมอน ๆ อยในชวงทก าหนด ตารางท 4.2 แสดงผลการตรวจสอบสวนผสมทางเคมของเหลกกลา (%wt, Balance Fe)

Material C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo V Al Fe AISI 1010 0.1218 0.2009 0.4305 0.0140 0.0080 0.0661 0.0291 0.0527 0.0041 0.0009 0.0054 Bal. AISI 1020 0.2241 0.1952 0.4694 0.0149 0.0098 0.2046 0.0564 0.0856 0.0085 0.0013 0.0053 Bal. AISI 1040 0.4198 0.2112 0.6344 0.0186 0.0148 0.1555 0.0658 0.0568 0.0109 0.0016 0.0052 Bal. AISI 4140 0.3942 0.2186 0.6946 0.0267 0.0043 0.0691 0.0457 0.8599 0.1526 0.0075 0.0245 Bal. AISI 4340 0.3818 0.2689 0.7064 0.0175 0.0340 0.1721 1.7194 0.8926 0.2618 0.0067 0.0146 Bal.

4.1.2 ผลจากการวเคราะหปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบ ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกส

ชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกส ดวยวธการตาง ๆ ซงเปนการเพมปรมาณธาตคารบอนและธาตไนโตรเจนเขาไปในบรเวณผวชนทดสอบ ท าใหทบรเวณผวชนทดสอบมปรมาณธาตคารบอนเพมขน ซงสงผลตอโครงสรางจลภาคและสมบตเชงกล จงไดท าการตรวจสอบปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบดงกลาว ดงแสดงในตารางท 4.3

62

ตารางท 4.3 แสดงปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกส (%wt, Balance Fe)

Sample Process

Untreat Soft-nitriding

(SN) Carburizing

(CB) Carbonitriding

(CN) Combined 1

(SN+CB) Combined 2

(CB+SN)

AISI 1010 0.1218 0.0882 0.5850 0.6395 0.6371 0.6027

AISI 1020 0.2241 0.2025 0.5908 0.6216 0.6122 0.6041

AISI 1040 0.4198 0.3478 0.6166 0.6569 0.6697 0.6397

AISI 4140 0.3942 0.2921 0.7074 0.7620 0.7099 0.6799

AISI 4340 0.3818 0.3010 0.7204 0.7535 0.6678 0.6894

จากตารางท 4.3 เมอเปรยบเทยบปรมาณธาตคารบอนกอนและหลงจากผานกระบวนการชบแขงผว พบวาชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผวโดยสวนใหญมปรมาณธาตคารบอนทผวชนทดสอบเพมขนเปน 0.58 – 0.75 เปอรเซนต ซงเกดจากบรรยากาศการอบชบในเตาทควบคมปรมาณธาตคารบอนไวท 0.8 เปอรเซนต ทงกระบวนการแกสคารบไรซง (CB) และ แกสคารโบไนตรายดง (CN) ท าใหเกดการแพรของธาตคารบอนจากบรรยากาศเขาสผวชนทดสอบในขณะทเหลกมโครงสรางแบบออสเตนไนต ซงมชองวางระหวางอะตอมเหลกมากกวาโครงสรางเฟอรไรต อะตอมของธาตคารบอนจงสามารถแพรเขาสผวโลหะไดดกวา นอกจากนในชนทดสอบเหลกกลาเกรด AISI 1010 และ 1020 จะมปรมาณธาตคารบอนต ากวาเหลกกลาอน เนองจากชวงการเปลยนโครงสรางเปนออสเตนไนตจะเกดทอณหภมสงกวา ซงสงผลตอลกษณะโครงสรางชนทดสอบเหลกกลาในขณะเกดการแพรของธาตคารบอนเขาสผวชนทดสอบเชนกน สวนชนทดสอบทผานกระบวนการแกสซอฟตไนตรายดง (SN) พบวามปรมาณธาตคารบอนลดลงเพยงเลกนอย ซงเกดจากบรเวณผวชนทดสอบมสารประกอบไนโตรเจนเกดขน ไดแก Fe2-3N (โครงสราง ) และ Fe4N (โครงสราง ’) ท าใหปรมาณธาตคารบอนทผวทไดจากการตรวจสอบลดลง นอกจากนยงพบวากระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงและแกสซอฟต ไนตรายดง (Combined 2) มปรมาณธาตคารบอนใกลเคยงกนกบแกสคารบไรซง (CB) เนองจาก ผวของชนทดสอบทผานแกสซอฟตไนตรายดงในภายหลง มปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวเหลกอยจ านวนมากจากการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงมากอน

63

4.2 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลก 4.2.1 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทยงไมผานการชบแขงผว รปท 4.1 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบทยงไมผานการชบแขงผวของชนทดสอบเหลกกลาทง 5 ชนด มโครงสรางเปนเหลกแอลฟา () หรอเหลกเฟอรไรต (Ferrite) มการวางตวของอะตอมเปนแบบ BCC (Body Centered Cubic) มลกษณะเปนสารละลายของแขงของเหลกกบคารบอน

รปท 4.1 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบทยงไมผานการชบแขงผว 4.2.2 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกส

ซอฟตไนตรายดง รปท 4.2 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง ทบรเวณผวชนทดสอบมสารประกอบไนโตรเจนเกดขน ไดแก Fe2-3N () และ Fe4N (’) โดยพบในชนทดสอบเหลกกลาทง 5 ชนด

AISI 4340 AISI 4140 AISI 1040 AISI 1020 AISI 1010

Fe-

64

รปท 4.2 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสซอฟตไนตรายดง

รปท 4.3 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสคารบไรซง

AISI 4340

AISI 4140 AISI 1040

AISI 1020

AISI 1010

Fe2-3N Fe4N

AISI 4340

AISI 4140 AISI 1040

AISI 1020

AISI 1010

Fe- Fe-

65

4.2.3 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกส คารบไรซง

รปท 4.3 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงของชนทดสอบเหลกกลาทง 5 ชนด มโครงสรางทงเหลกแอลฟา () หรอ มารเทนไซต (’) และเหลกแกมมา () หรอเหลกออสเทนไนท (Austenite) มการวางตวของอะตอมเปนแบบ FCC (Face Centered Cubic) เ กดจากอตราการเยนตวทรวดเรวเกนไป ในกระบวนการชบแขงผวในน ามน ท าใหออสเทนไนตบางสวนเปลยนเปนมารเทนไซตไมทน ซง ออสเทนไนตทเหลอคางนเรยกวา Retained Austenite 4.2.4 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกส

คารโบไนตรายดง รปท 4.4 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบเหลกกลาทง 5 ชนด ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง มลกษณะโครงสรางตางไปจากแกสคารบไรซง คอนอกจากมโครงสรางมารเทนไซต และ Retained Austenite แลว ยงพบโครงสรางซเมนไตต (Fe3C) ซงการชบแขงผวดวยวธการน มธาตไนโตรเจนชวยท าใหการแพรของคารบอนเขาสผวเหลกกลาไดดขน จากตารางท 4.3 แสดงใหเหนปรมาณธาตคารบอนทผวของชนทดสอบแกส คารโบไนตรายดงมากกวาแกสคารบไรซง โดยคารบอนสวนเกนจะท าใหเกด Fe3C อสระมากขน

รปท 4.4 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบแกสคารโบไนตรายดง

AISI 4340

AISI 4140

AISI 1040 AISI 1020 AISI 1010

Fe- Fe- Fe3C

66

4.2.5 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง

รปท 4.5 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง (Combined 1) ม โครงสรางของชนทดสอบเหลกกลาเกอบทงหมดคลายกบแกสคารบไรซง ยกเวนเหลกกลา AISI 4340 คอมโครงสรางมารเทนไซต และ Retained Austenite สวนเหลกกลา AISI 4340 นอกจากโครงสรางดงกลาวแลว ยงพบโครงสรางซเมนไตต (Fe3C) ดวย

รปท 4.5 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบทกระบวนการรวม ระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง

4.2.6 ผลจากการวเคราะหโครงสรางผลกในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย

กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง รปท 4.6 แสดงผลการวเคราะหดวย XRD พบวาในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง (Combined 2) มลกษณะผลการทดสอบคลายกบแกสซอฟตไนตรายดง (SN) คอทบรเวณผวชนทดสอบมสารประกอบไนโตรเจนเกดขน ไดแก Fe2-3N () และ Fe4N (’) ในชนทดสอบเหลกกลาทง 5 ชนด

AISI 4340

AISI 4140

AISI 1040

AISI 1020

AISI 1010

Fe- Fe- Fe3C

67

รปท 4.6 แสดงรปผลการวเคราะหดวย XRD ในชนทดสอบกระบวนการรวม ระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนตรายดง

4.3 ผลจากการทดสอบความแขงและการซมลก 4.3.1 ผลจากการทดสอบความแขงผวของชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผว

รปท 4.7 แสดงความสมพนธระหวางความแขงผวกบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาคารบอน

AISI 4340

AISI 4140

AISI 1040

AISI 1020

AISI 1010

Fe2-3N Fe4N

68

จากรปท 4.7 แสดงความสมพนธระหวางคาความแขงผวชนทดสอบกบกระบวนการชบแขงผวในกลมชนทดสอบเหลกกลาคารบอน ผลจากการวดคาความแขงผวพบวาชนทดสอบทมปรมาณคารบอนตางกนท 0.1%, 0.2% และ 0.4% ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง (CB), กระบวนการรวมระหวาง SN+CB (Combined 1) และแกสคารโบไนตรายดง (CN) พบวาคาความแขงผวของชนทดสอบทผานแตละกระบวนการชบแขวผวมคาใกลเคยงกน โดยชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย CB มความแขงผวประมาณ 850 Hv ซงใกลเคยงกบชนทดสอบทชบแขงผวดวย Combined 1 สวนชนทดสอบทชบแขงผวดวย CN จะมความแขงมากกวาประมาณ 50 Hv ซงระดบความแขงผวนสมพนธกบลกษณะโครงสรางผลกของผวชนทดสอบตามหวขอ 4.3 ซงชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย CB (รปท 4.3) และกระบวนการรวม Combined 1 (รปท 4.5) มลกษณะใกลเคยงกนจงมความแขงผวใกลเคยงกน สวนชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย CN (รปท 4.4) พบโครงสรางซเมนไตต (Fe3C) ทผวดวย ซง Fe3C ชวยเพมสมบตดานความแขง ท าใหชนทดสอบมความแขงเพมขน ผลจากการทดสอบในแตละกระบวนการสามารถยนยนดวยการวเคราะหทางสถตดวย One-way ANOVA โดยตงสมมตฐานหลก (H0) ใหคาเฉลยความแขงผวอนเนองมาจากการใชเหลกกลาคารบอนตางชนดกน มความแขงผวไมตางกน และใชการเปรยบเทยบคา P-Value ทไดจากการวเคราะหกบระดบนยส าคญ () เทากบ 0.05 หาก P-Value มากกวา จะยอมรบสมมตฐานดงกลาว โดยท าการวเคราะหผลในแตละกระบวนการ พบวาคา P-Value ของชนทดสอบทชบแขงผวดวย CB เทากบ 0.120 เมอเปรยบเทยบคา P-Value กบคาระดบนยส าคญ () เทากบ 0.05 คา P-Value มากกวากจะยอมรบสมมตฐานหลก (H0) ซงสรปไดวาเมอน าชนทดสอบทมปรมาณคารบอนตางกนมาท าการชบแขงผวในแตละกระบวนการ จะไดความแขงผวภายหลงการ ชบแขงไมแตกตางกนอยางมนยส าคญ เชนเดยวกบคา P-Value ของชนทดสอบทชบแขงผวดวย Combined 1 และ CN ซงมคามากกวาคาระดบนยส าคญ คอ 0.302 และ 0.432 ตามล าดบ กสามารถสรปไดในท านองเดยวกน วาความแขงผวภายหลงการอบชบแขงไมแตกตางกนอยางมนยส าคญ จากรปท 4.8 แสดงความสมพนธระหวางคาความแขงผวชนทดสอบกบกระบวนการชบแขงผวในกลมชนทดสอบเหลกกลาผสมทมชนดของธาตผสมตางกน แตปรมาณคารบอนเทากนท 0.4% ผลจากการวดคาความแขงผวพบวาชนทดสอบเมอผานการชบแขงผวดวย CB และCombined 1ใหผลคลายกนคอ ในชนทดสอบเหลกเกรด AISI 4340 ซงมธาตผสมนเกล (Ni) จะมคาความแขงผวลดลง เนองจาก Retained Austenite ทผวชนทดสอบ ดงแสดงในรปท 4.3 และ 4.5 สวนในชนทดสอบทชบแขงผวดวย CN พบวาเหลกกลาผสมทง AISI 4140 (Cr-Mo) และ AISI 4340 (Ni-Cr-Mo) มคาความแขงผวลดลงอยางมาก ซงมสาเหตรวมทงธาตผสมทชวยในการชบแขง และกระบวนการเพมคารบอนทผว ซงจากตารางท 4.3 พบวาชนทดสอบมปรมาณคารบอนทผวสง

69

กวากระบวนการอน สงผลใหโครงสรางผลกเกด Retained Austenite ทผวมากเชนกน (รปท 4.4) สงผลท าใหความแขงผวลดลง นอกจากนยงพบวาชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยกระบวนการรวม จะไดความแขงผวของชนทดสอบภายหลงการอบชบแขงไมแตกตางกนอยางมนยส าคญ ซงมคา P-Value เทากบ 0.285 ซงมากกวาระดบนยส าคญ ()

รปท 4.8 แสดงความสมพนธระหวางความแขงผวกบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

4.3.2 ผลจากการทดสอบความแขงภายใตผวถงแกนกลางของชนทดสอบทผาน

การชบแขงผว กราฟแสดงผลการทดสอบความแขงภายใตผวของชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง แสดงในรปท 4.9 พบวาความแขงภายใตผวของชนทดสอบมแนวโนมลดลงเมอระยะในการวดคาความแขงใกลเขาสแกนกลางชนทดสอบ เนองจากกระบวนการชบแขงผวดงกลาว เปนการเพมธาตคารบอนทบรเวณผวเทานน ปรมาณคารบอนบรเวณแกนกลางชนทดสอบจงมปรมาณคารบอนเทากบกอนผานกระบวนการชบแขง โดยชนทดสอบเหลกกลา AISI 1010 และ 1020 มความแขงนอยเมอเทยบกบชนทดสอบอน สวนความแขงของเหลกกลา AISI 1040, 4140 และ 4340 มความแขงภายใตผวใกลเคยงกน แตใหเหลกกลา AISI 4340 พบวาคาความแขง ภายใตผวชวงตนมคาความแขงคอนขางต า จากการเกด Retained Austenite ทผวชนทดสอบน ซงพบมากกวาเหลกกลาอน

70

รปท 4.9 แสดงความสมพนธระหวางความแขงกบระยะจากผวถงแกนกลางของชนทดสอบ ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

ในรปท 4.10 แสดงคาความแขงภายใตผวของชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง พบวามลกษณะคลายกบการ ชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง แตจะมสวนเบยงเบนมาตรฐานเฉลยนอยกวาการชบแขงผวดวยวธอน ดงแสดงในตารางท 4.4 ซงชนทดสอบเหลกกลาแตละชนดมคาเฉลยใกลเคยงกนอยในชวง 14.3-19.0 แสดงใหเหนวาการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบ แกสคารบไรซง ใหความสม าเสมอในดานความแขงภายใตผวคลายกบงานวจยกอนหนา สวน คาความแขงภายใตผวของชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดงพบวาบรเวณใกลผวชนทดสอบเหลกกลาคารบอนมความแขงมากกวากระบวนการอน เนองจากเกดโครงสราง Fe3C ทผว ซงมสมบตในการเพมความแขงใหกบชนทดสอบ สวนเหลกกลาทมธาตผสมมความแขงลดลงคอนขางมากโดยเฉพาะ AISI 4340 เ นองจาก เกดโครงสราง Retained Austenite ทผว ชนทดสอบจ านวนมาก

71

รปท 4.10 แสดงความสมพนธระหวางความแขงกบระยะจากผวถงแกนกลางของชนทดสอบ ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง

รปท 4.11 แสดงความสมพนธระหวางความแขงกบระยะจากผวถงแกนกลางของชนทดสอบ ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง

72

ตารางท 4.4 แสดงคาสวนเบยงเบนมาตรฐานเฉลยในการทดสอบความแขงภายใตผวชนทดสอบ

Process Average of Standard Deviations

AISI 1010 AISI 1020 AISI 1040 AISI 4140 AISI 4340 CB 45.1 29.0 27.9 23.4 20.1

SN+CB 16.4 18.2 14.3 19.0 18.5 CN 24.5 36.4 37.7 28.2 15.6

4.3.3 ผลจากการวเคราะหคาความลกผวแขงทงหมดของชนทดสอบทผานกระบวนการ

ชบแขงผว

รปท 4.12 แสดงความสมพนธระหวางความลกผวแขงทงหมดกบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาคารบอน

จากรปท 4.12 กราฟแทงแสดงคาความลกผวแขงทงหมดของชนทดสอบเหลกกลา

คารบอนทผานกระบวนการชบแขงผว ซงแสดงถงความสามารถในการแทรกซมหรอแพรเขาไปภายใตผวชนทดสอบของธาตทเตมใหกบชนทดสอบ จากกราฟพบวาชนทดสอบเหลกกลาคารบอนท งหมดทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง (CB) มความลกผวแขงท งหมดนอยกวา การชบแขงดวยวธอน สวนการชบแขงผวทใหคาความลกผวแขงท งหมดมากท สดคอ แกส คารโบไนตรายดง (CN) ซงการชบแขงดวยวธการดงกลาวมการเพมธาตไนโตเจนเขาไปในบรรยากาศการอบชบ เพอเพมความสามารถในการแพรของธาตคารบอนสผวของชนทดสอบ เชนเดยวกบกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงกบแกสคารบไรซง (Combined 1) ซงม

73

ธาตไนโตรเจนอยบรเวณผวชนทดสอบจากกระบวนการแกสซอฟตไนตรายดง จงท าใหธาตคารบอนแพรเขาสชนทดสอบไดดกวา เมอผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

รปท 4.13 แสดงความสมพนธระหวางความลกผวแขงทงหมดกบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

เชนเดยวกน คาความลกผวแขงท งหมดของชนทดสอบเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการชบแขงผว ดงแสดงในกราฟแทงรปท 4.13 พบวาชนทดสอบเหลกกลาผสมทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง (CB) มแนวโนมของคาความลกผวแขงทงหมดนอยกวาการชบแขงดวยวธอน สวนการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง (CN) มแนวโนมของคาความลกผวแขงทงหมดมากกวา นอกจากนผลการวเคราะหทางสถตดวย One-way ANOVA พบวาชนทดสอบทมธาตผสมตางกน เมอท าการชบแขงผวดวยกระบวนการรวม Combine 1 ยงใหคาความลกผวแขงทงหมดเทา ๆ กนดวย

4.4 ผลจากการวเคราะหโครงสรางชนผวขาว จากรปท 4.14 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความหนาชนผวขาวของชนทดสอบกบกระบวนการชบแขงผวในกลมชนทดสอบเหลกกลาคารบอน ซงโครงสรางเปนแถบสขาวท บรเวณผวชนทดสอบ ซงเปนสารประกอบไนโตรเจน ไดแก Fe2-3N (โครงสราง ) และ Fe4N (โครงสราง ’) เกดข นในกระบวนการซอฟตไนตรายดง (SN) และกระบวนการรวมระหวาง CB+SN (Combined 2) ซงท าการชบแขงผวดวยกระบวนการซอฟตไนตรายดงในภายหลง จง ท าใหเกดชนผวขาวทผวชนทดสอบ ผลจากการวดความหนาชนผวขาวพบวาชนทดสอบทม

74

ปรมาณคารบอนตางกน และผานกระบวนชบแขงผวดวย SN และ Combined 2 พบวาความหนา ชนผวขาวของชนทดสอบทผานชบแขงผวดวย SN จะมความหนาเทากน แมจะมปรมาณคารบอนกอนการชบแขงผวตางกน สวนในกระบวนการรวม Combined 2 ปรมาณคารบอนทผวจะม ปรมาณใกลเคยงกน เนองจากผานการชบแขงผวดวย CB มากอน โดยชนทดสอบทผานแตละกระบวนการชบแขวผวดวย SN ของเหลกกลาคารบอนมความหนาชนผวขาวอยทประมาณ 21 ไมโครเมตร มากกวา Combined 2 ทมความหนาชนผวขาวเพยง 15 ไมโครเมตร ซงจากตาราง ท 4.3 แสดงใหเหนวาปรมาณคารบอนทผวจากการชบแขงผวดวย CB สงผลตอการเกดโครงสรางชนผวขาว นอกจากน รปท 4.1 และ 4.3 ซงแสดงผลการตรวจสอบโครงสรางทผวชนทดสอบในชนทดสอบเหลกกลาทยงไมผานกระบวนการชบแขงผว และชนทดสอบทผาน CB ตามล าดบ โดยในชนทดสอบทผาน CB จะพบโครงสราง Retained Austenite ซงเกดจากการมปรมาณของธาตคารบอนสง แตในชนทดสอบทยงไมผานการชบแขงผวพบเพยงโครงสรางเฟอรไรตเทานน ซงเปนเหตผลทจะสรปไดวาหากเหลกกลาคารบอนมปรมาณธาตคารบอนสงมากพอ จนเกด Retained Austenite อาจสงผลตอการเกดโครงสรางชนผวขาวได

รปท 4.14 แสดงความสมพนธระหวาง White layer thickness กบกระบวนการชบแขงผว

ในกลมเหลกกลาคารบอน เชนเดยวกนกบความหนาช นผวขาวของชนทดสอบในกลมเหลกกลาผสมทผานกระบวนการชบแขงผว แสดงในกราฟแทงรปท 4.15 พบวาชนทดสอบเหลกกลาผสมทผานการ ชบแขงผวดวย SN มแนวโนมของความหนาชนผวขาวมากกวาการชบแขงดวย Combined 2 เนองจากสาเหตเดยวกนกบกลมเหลกกลาคารบอน นอกจากนยงพบวาเหลกกลาผสมทมสวนผสม

75

ของธาตนเกล (Ni) คอ AISI 4340 สงผลใหสามารถเกดชนผวขาวทผวไดหนาขนเปนประมาณ 34 และ 21 ไมโครเมตรตามล าดบ

รปท 4.15 แสดงความสมพนธระหวาง White layer thickness กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

4.5 ผลจากการทดสอบแรงดง ชนทดสอบเหลกกลาทมธาตคารบอนแตกตางกน เมอผานกระบวนการชบแขงผวดวยวธการชบแขงผวตาง ๆ ดงแสดงในกราฟแทงรปท 4.16 พบวาคาความแขงแรงสงสด (Ultimate tensile strength) จะเพมตามปรมาณคารบอนของวสด เนองจากบรเวณเนอวสดของชนทดสอบโดยสวนใหญยงคงสภาพเดมอย ท าใหความแขงแรงสงสดแปรผนตามปรมาณคารบอนของวสดทน ามาท าชนทดสอบดวย หากพจารณาทกระบวนการชบแขงผวแตละกระบวนการแลว จะพบวาชนทดสอบเหลกกลาคารบอนทผานการชบแขงผวดวย SN+CB (Combined 1) มแนวโนมของคาความแขงแรงสงสดมากกวาการชบแขงดวยวธการอน ซงมความแขงแรงสงสดมากกวาชนทดสอบทผานการ ชบแขงผวดวย CB เพยงอยางเดยว สวนการชบแขงผวดวย CN ซงเปนการเพมธาตไนโตรเจนชวยในการอบชบ ซงไดคาความแขงผวและคาความลกผวแขงทงหมดสงกวา (หวขอ 4.3) แตใหคา ความแขงแรงสงสดต ากวา เมอพจารณาทลกษณะการอบชบทอณหภมสงเชนกน

76

รปท 4.16 แสดงความสมพนธระหวาง Ultimate tensile strength กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาคารบอน

นอกจากนยงพบวา การชบแขงผวดวย CB กอน SN ในกระบวนการรวมแบบ Combined 2 ชวยใหความแขงแรงสงสดของชนทดสอบทเพมขน เมอเทยบกบการชบแขงผวดวย SN เพยง อยางเดยว เนองจากปรมาณคารบอนทผวทมากกวา (ตารางท 4.3) สงผลตอการเพมขนของความแขงแรงสงสดเชนกน

รปท 4.17 แสดงความสมพนธระหวาง Ultimate tensile strength กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

77

จากรปท 4.17 แสดงใหเหนวาการเพมธาตผสมทคณสมบตชวยเพมความแขงแรงในการ อบชบ ไดแก Cr, Mo และ Ni ท าใหชนทดสอบมความแขงแรงเพมข นในทกกระบวนการ โดยเฉพาะในเหลกกลา AISI 4340 ซงมสวนผสมของ Ni ดวย จะมความแขงแรงสงสดมากกวาเหลกกลาทไมมธาตผสมหรอเหลกกลาท มเพยง Cr และ Mo เปนธาตผสม และเมอพจารณา ทกระบวนการชบแขงผวแตละกระบวนการ พบวาชนทดสอบเหลกกลาผสมมแนวโนมเดยวกนกบเหลกกลาคารบอน (รปท 4.16) คอชนทดสอบเหลกกลาผสมทผานการชบแขงผวดวย Combined 1 มแนวโนมของคาความแขงแรงสงสด (Ultimate tensile strength) มากกวาการชบแขงดวย CB และ CN ตามล าดบ และยงพบขอสงเกตอกประการหนงคอ ในการชบแขงผวดวย Combined 1 มความสามารถในการเพมความแขงแรงสงสดของเหลกกลาผสม AISI 1040 และ 4140 ไดเทากบเหลกกลาผสม AISI 4340 ซงมธาต Ni ชวยในการอบชบ ซงยนยนไดดวยผลการวเคราะหทางสถตคอ คา P-Value เทากบ 0.057 มคามากกวาคาระดบนยส าคญ สวนในกระบวนการรวมแบบ Combined 2 และการชบแขงผวแบบ SN ในเหลกกลาผสม กมลกษณะคลายกบเหลกกลาคารบอนเชนกน คอเหลกกลาผสมทผานการชบแขงผวดวย CB กอน จะใหความแขงแรงสงสดของชนทดสอบทเพมขน เมอเทยบกบการชบแขงผวดวย SN เพยงอยางเดยว

รปท 4.18 แสดงความสมพนธระหวาง Yield strength กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาคารบอน

78

คาความแขงแรง ณ จดคราก (Yield strength) จะเกดข นกบชนทดสอบทมพฤตกรรม การเสยหายแบบวสดเหนยวเทานน ซงเกดขนกบชนทดสอบเหลกกลาทผานการชบแขงดวย SN และ Combined 2 สวนกระบวนการชบแขงผวแบบอน จะมพฤตกรรมการเสยหายแบบวสดเปราะ จากรปท 4.18 แสดงความสมพนธระหวางคาความแขงแรง ณ จดครากกบกระบวนการชบแขงผวทง2 แบบในชนทดสอบกลมเหลกกลาคารบอน ซงมลกษณะคลายกบคาความแขงแรงสงสดของ ชนทดสอบทผานกระบวนการดงกลาว คอ การชบแขงผวดวย CB กอน SN ในกระบวนการรวมแบบ Combined 2 ชวยใหความแขงแรงเพมขน เมอเทยบกบการชบแขงผวดวย SN เพยงอยางเดยว เนองจากปรมาณคารบอนทผวทมากกวา ในท านองเดยวกนคาความแขงแรง ณ จดคราก ทเกดขนในชนทดสอบเหลกกลาผสม กจะมลกษณะคลายกบคาความแขงแรงสงสดของชนทดสอบทผานกระบวนการชบแขงผวดวย SN และ Combined 2 ซงการชบแขงผวดวย Combined 2 ใหคาความแขงแรง ณ จดครากซงมากกวา การชบแขงผวดวย SN เพยงอยางเดยว เชนเดยวกบผลทเกดกบคาความแขงแรงสงสด (รปท 4.19)

รปท 4.19 แสดงความสมพนธระหวาง Yield strength กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

จากรปท 4.20 แสดงเปอรเซนตการยดตว (%Elongation) ของชนทดสอบเหลกกลาคารบอน พบวาในชนทดสอบทมพฤตกรรมการเสยหายแบบวสดเหนยว คอชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวย SN และ Combined 2 มคาเปอรเซนตการยดตวแปรผกผนกบคาความแขงแรงสงสด ซงพบวาชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย SN จะมเปอรเซนตการยดตวสงกวา สวนชนทดสอบทมพฤตกรรมการเสยหายแบบเปราะ ไดแกชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย

79

CB, CN และ Combined 1 จะมเปอรเซนตการยดตวนอย แตจะสงเกตเหนไดวา แมคาความแขงแรงสงสดของชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย Combined 1 จะมแนวโนมมากกวา แตเปอรเซนต การยดตวไมไดลดลงนอยกวา และยงมคาใกลเคยงกนในเหลกกลาคารบอนแตละชนด ซงยนยนไดดวยผลการวเคราะหทางสถตดวย One-way ANOVA พบวาคา P-Value ของชนทดสอบทชบแขงผวเกอบทงหมด มคานอยกวาคาระดบนยส าคญ ยกเวนใน Combined 1 ซงมคาเทากบ 0.442

รปท 4.20 แสดงความสมพนธระหวาง %Elongation กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาคารบอน

รปท 4.21 แสดงความสมพนธระหวาง %Elongation กบกระบวนการชบแขงผว ในกลมเหลกกลาผสม

80

ในกลมเหลกกลาผสมมลกษณะคลายกบกลมเหลกกลาคารบอน ดงแสดงในรปท 4.21 คอ เปอรเซนตการยดตว (%Elongation) ของชนทดสอบเหลกกลาผสม ในชนทดสอบทผานการ ชบแขงผวดวย SN และ Combined 2 พบวาชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย SN จะมเปอรเซนตการยดตวสงกวา แตในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย Combined 2 จะมคาใกลเคยงกน ในเหลกกลาแตละชนด สวนชนทดสอบทมพฤตกรรมการเสยหายแบบเปราะ จะมเปอรเซนต การยดตวนอย และในชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย Combined 1 จะมแนวโนมมากกวา และมคาใกลเคยงกนในเหลกกลาแตละชนด

4.6 ผลจากการศกษาพนผวการแตกหก ชนทดสอบเหลกกลาทผานการชบแขงผวดวยวธการตาง ๆ เมอท าการทดสอบแรงดงแลว จะถกน ามาศกษาพนผวการแตกหก ดวยภาพถายพนผวจากเครอง Scanning Electron Microscope (SEM) ในชนทดสอบทมพฤตกรรมการเสยหายแบบวสดเปราะ ซงไดแกชนทดสอบทผาน การชบแขงผวดวย CB, CN และ Combined 1 (รปท 4.22-4.24) จะมลกษณะพนผวแบงออกเปน 2 ลกษณะ คอสวนทอยบรเวณขอบจะมรอยแตกคอนขางละเอยดกวาสวนทอยบรเวณแกนกลาง โดยสวนแรกจะมระยะจากผวนอกใกลเคยงกบคาความลกผวแขงทงหมด ซงแสดงใหเหนวาบรเวณดงกลาว มการแพรเขาไปของธาตคารบอนหรอไนโตรเจน ท าใหมความแขงมากกวาแกนกลาง และมความเปราะมากกวา นอกจากนยงพบวาชนทดสอบเสยหายจากสวนทมความเปราะกอน คอบรเวณขอบ จากนนสวนทมความเหนยวจงเสยหาย โดยจดก าเนดของรอยแตก (Crack initiation) ในสวนทมความเหนยวจะอยระหวางพนผวทงสองสวน สวนชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย SN (รปท 4.25) และ Combined 2 (รปท 4.26) ซงมพฤตกรรมการเสยหายแบบวสดเหนยว พบวาชนทดสอบทผานการชบแขงผวดวย SN จะมลกษณะการแตกเปนแบบถวยและกรวย (Cup and cone) ซงเกดจากแรงเฉอน โดยจะเหนไดชดเจนในกลมเหลกกลาคารบอน สวนกลมเหลกกลาผสมจะพบวาบรเวณขอบมลกษณะการแตกแบบเปราะซงเกดจากการแพรเขาไปของธาตคารบอนและไนโตรเจนในบรรยากาศการอบชบ แตบรเวณเนอภายในยงคงมลกษณะการแตกแบบเหนยวอย สวนในชนทดสอบเหลกกลาทผานการชบแขงผวดวย Combined 2 จะคลายกบชนทดสอบกลมเหลกกลาผสมของ SN คอบรเวณขอบมลกษณะ การแตกแบบเปราะและภายในแตกแบบเหนยว ซงเกดขนทงเหลกกลาคารบอนและเหลกกลาผสม ซงเกดจากทบรเวณผวมปรมาณธาตคารบอนจ านวนมาก เนองจากการชบแขงผวดวย CB มากอน ท าใหทบรเวณขอบของชนทดสอบมความแขงมากกวาตรงแกนกลาง และมความเปราะมากกวา

81

AISI 1010 AISI 1020

AISI 1040 AISI 4140

AISI 4340

รปท 4.22 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบเหลกกลา

ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

82

AISI 1010 AISI 1020

AISI 1040 AISI 4140

AISI 4340

รปท 4.23 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบเหลกกลา

ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนตรายดง

83

AISI 1010 AISI 1020

AISI 1040 AISI 4140

AISI 4340

รปท 4.24 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบเหลกกลา

ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดง กบแกสคารบไรซง

84

AISI 1010 AISI 1020

AISI 1040 AISI 4140

AISI 4340

รปท 4.25 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบเหลกกลา

ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดง

85

AISI 1010 AISI 1020

AISI 1040 AISI 4140

AISI 4340

รปท 4.26 แสดงภาพถาย SEM บรเวณรอยแตกจากการทดสอบแรงดงของชนทดสอบเหลกกลา

ทผานกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซง กบแกสซอฟตไนตรายดง

86

บทท 5 สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ

5.1 สรปผลการวจย ผลจากการด าเนนงานวจยเรอง การศกษาคณสมบตเหลกกลาทผานกระบวนการชบแขงผวรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง ซงมวตถประสงคเพอศกษาผลกระทบของกระบวนการปรบปรงคณภาพเหลกกลาและเหลกกลาผสมดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง ตอสมบตเชงกล โครงสรางและความแขงผวของเหลกกลาและเหลกกลาผสม ผลจากการวจยสามารถสรปได ดงน 5.1.1 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดง

และแกสคารบไรซงตอสมบตเชงกลของเหลกกลาคารบอน กระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง สามารถปรบปรงสมบตของชนทดสอบเหลกกลาคารบอนทมปรมาณธาตคารบอนตางกนใหมสมบตดขน ทงดานความแขงและการรบแรงดงคอ ใหคาความแขงผวทใกลเคยงกน และความแขงภายใตผวทสม าเสมอกน แมชนทดสอบนจะมปรมาณคารบอนกอนการชบแขงผวตางกนกตาม โดยความแขงผวทไดจะมคาใกลเคยงกนกบการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง นอกจากนยงสามารถปรบปรงสมบตในการรบแรงดงใหแนวโนมสงขนกวาการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงและแกสคารโบไนตรายดง ทงคาความแขงแรงสงสดและเปอรเซนตการยดตว 5.1.2 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดง

และแกสคารบไรซงตอสมบตเชงกลของเหลกกลาผสม ผลตอคาความแขงจากกระบวนการชบแขงดวยวธการน มลกษณะคลายกบกลมของเหลกกลาคารบอน คอใหคาความแขงผวทใกลเคยงกน และความแขงภายใตผวทสม าเสมอ แมชนทดสอบจะถกก าหนดใหปรมาณธาตคารบอนเทากน แตมชนดของธาตผสมซงชวยเพมความสามารถในการชบแขงผวทตางกน นอกจากนยงพบวาไดคาความแขงลกทงหมดทใกลเคยงกนอกดวย สวนในดานสมบตในการรบแรงดงมลกษณะคลายกบกลมของเหลกกลาคารบอนเชนกน คอ มแนวโนมสงกวาการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซงและแกสคารโบไนตรายดง ทงคาความแขงแรงสงสดและเปอรเซนตการยดตว และยงมคาใกลเคยงกนในชนทดสอบเหลกกลาแตละชนด ซงแสดงใหเหนวากระบวนการนสามารถชบแขงผวเหลกกลาคารบอนใหมสมบตดานความแขงและการรบแรงดงไดเทา ๆ กบเหลกกลาทมธาตผสมชวยในการอบชบ

87

5.1.3 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงและแกสซอฟตไนตรายดงตอสมบตเชงกลของเหลกกลาคารบอน

การชบแขงผวดงกลาวสงผลตอปรมาณธาตคารบอนบรเวณผวชนทดสอบ ซงเกดจากการเพมธาตคารบอนทบรเวณผวจากกระบวนการแกสคารบไรซง ท าใหการเกดโครงสรางชนผวขาวบางกวาการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนตรายดงเพยงอยางเดยว แตกระบวนการรวมจะใหคาความแขงแรงสงสดและคาความแขงแรง ณ จดครากในการรบแรงดงสงกวาแกสซอฟต ไนตรายดง 5.1.4 ผลของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงและ

แกสซอฟตไนตรายดงตอสมบตเชงกลของเหลกกลาผสม ผลทเกดขนกบเหลกกลาผสมจะคลายกบเหลกกลาคารบอน คอมโครงสรางชนผวขาวทบางลง แตใหคาความแขงแรงสงสดและคาความแขงแรง ณ จดครากในการรบแรงดงสงขน นอกจากนยงพบขอสงเกตเกยวกบเหลกกลาทมสวนผสมของธาตนเกล ซงชวยเพมความสามารถในการเกดโครงสรางชนผวขาวใหดขนอยางมาก

5.2 ขอเสนอแนะ 5.2.1 จากบทสรปของการอบชบแขงผวดวยกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซง สามารถน าคณสมบตทไดทงในดานความแขงและการรบแรงดงมาประยกตใหในภาคอตกรรมไดคอ กระบวนรวมนมความสามารถในการชบแขงผวเหลกกลาคารบอนใหสมบตเชงกลไดเทา ๆ กบเหลกกลาผสมทปรมาณคารบอนเทากน ซงชวยลดตนทนจากราคาวสดเหลกกลาผสมทมราคาแพงกวาได แตอยางไรกตามกระบวนการรวมดงกลาวใชเวลาในการอบชบมากกวา ซงควรตองพจารณาในสวนนดวยเชนกน และควรมการอบคนตวกอนการน าชนงานไปใช 5.2.2 ถาพจารณาทกระบวนชบแขงผวในแตละครง หากชนงานทน ามาท าการชบแขงผว มชนดของเหลกกลาแตกตางกน แตตองการความแขงหรอความแขงแรงภายหลงการอบชบเทากน เชน งานทดสอบผลตภณฑใหมกอนน าไปผลตจรง สามารถประยกตใชกระบวนการรวมในการชบแขงผวดงกลาวได 5.2.3 จากผลการวจยพบขอดของกระบวนการชบแขงผวดวยกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนตรายดงและแกสคารบไรซงหลายประการ อาจน าไปศกษากบชนงานจรง เชน ชนสวนยานยนต เฟองเกยร เปนตน โดยอาจศกษารวมกบระเบยบวธไฟไนทอลลเมนต เพอเปรยบเทยบผลการจ าลองกบผลการทดสอบจรง

90

ภาคผนวก ก

ผลการวเคราะหความแปรปรวนทางเดยว (One-way ANOVA)

91

ตารางท ก.1 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Carbon-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 2503 1251 2.55 0.120 Error 12 5895 491 Total 14 8398 S = 22.16 R-Sq = 29.80% R-Sq(adj) = 18.11%

ตารางท ก.2 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Carbon-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 1700 850 1.33 0.302 Error 12 7685 640 Total 14 9384 S = 25.31 R-Sq = 18.11% R-Sq(adj) = 4.46%

ตารางท ก.3 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 746 373 0.90 0.432 Error 12 4972 414 Total 14 5718 S = 20.35 R-Sq = 13.05% R-Sq(adj) = 0.00%

92

ตารางท ก.4 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสมทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Alloy-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 18368 9184 9.57 0.003 Error 12 11518 960 Total 14 29886 S = 30.98 R-Sq = 61.46% R-Sq(adj) = 55.04%

ตารางท ก.5 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Alloy-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 3977 1989 1.40 0.285 Error 12 17100 1425 Total 14 21078 S = 37.75 R-Sq = 18.87% R-Sq(adj) = 5.35%

ตารางท ก.6 แสดงผล One-way ANOVA: Surface hardness ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 72196 36098 72.28 0.000 Error 12 5993 499 Total 14 78189 S = 22.35 R-Sq = 92.33% R-Sq(adj) = 91.06%

93

ตารางท ก.7 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Carbon-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 0.1526 0.0763 5.05 0.034 Error 9 0.1359 0.0151 Total 11 0.2884 S = 0.1229 R-Sq = 52.89% R-Sq(adj) = 42.42%

ตารางท ก.8 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Carbon-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.15558 0.07779 26.02 0.000 Error 9 0.02691 0.00299 Total 11 0.18249 S = 0.05468 R-Sq = 85.25% R-Sq(adj) = 81.98%

ตารางท ก.9 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.05470 0.02735 6.60 0.017 Error 9 0.03727 0.00414 Total 11 0.09197 S = 0.06435 R-Sq = 59.47% R-Sq(adj) = 50.47%

94

ตารางท ก.10 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสมทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Alloy-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 0.06295 0.03148 4.74 0.039 Error 9 0.05972 0.00664 Total 11 0.12267 S = 0.08146 R-Sq = 51.32% R-Sq(adj) = 40.50%

ตารางท ก.11 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Alloy-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.01872 0.00936 1.97 0.195 Error 9 0.04267 0.00474 Total 11 0.06139 S = 0.06885 R-Sq = 30.49% R-Sq(adj) = 15.04%

ตารางท ก.12 แสดงผล One-way ANOVA: Total case depth ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.26473 0.13236 16.65 0.001 Error 9 0.07156 0.00795 Total 11 0.33628 S = 0.08917 R-Sq = 78.72% R-Sq(adj) = 73.99%

95

ตารางท ก.13 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาคารบอนทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Carbon-SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 0.13 0.07 0.05 0.955 Error 12 17.20 1.43 Total 14 17.33 S = 1.197 R-Sq = 0.77% R-Sq(adj) = 0.00%

ตารางท ก.14 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CB+SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.93 0.47 0.12 0.891 Error 12 48.00 4.00 Total 14 48.93 S = 2 R-Sq = 1.91% R-Sq(adj) = 0.00%

ตารางท ก.15 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 504.40 252.2 157.63 0.000 Error 12 19.20 1.60 Total 14 523.60 S = 1.265 R-Sq = 96.33% R-Sq(adj) = 95.72%

96

ตารางท ก.16 แสดงผล One-way ANOVA: White layer thickness ในกลมเหลกกลาผสมทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Alloy-CB+SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 141.73 70.87 27.26 0.000 Error 12 31.20 2.60 Total 14 172.93 S = 1.612 R-Sq = 81.96% R-Sq(adj) = 78.95%

ตารางท ก.17 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Carbon-CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 14596 7298 23.49 0.000 Error 9 2797 311 Total 11 17392 S = 17.63 R-Sq = 83.92% R-Sq(adj) = 80.35%

ตารางท ก.18 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 3421.2 1710.6 21.37 0.000 Error 9 720.6 80.1 Total 11 4141.8 S = 8.948 R-Sq = 82.60% R-Sq(adj) = 78.74%

97

ตารางท ก.19 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาคารบอน ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Carbon-SN+CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 59045 29523 152.03 0.000 Error 9 1748 194 Total 11 60793 S = 13.94 R-Sq = 97.13% R-Sq(adj) = 96.49%

ตารางท ก.20 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 18627 9314 43.49 0.000 Error 9 1928 214 Total 11 20555 S = 14.63 R-Sq = 90.62% R-Sq(adj) = 88.54%

ตารางท ก.21 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาคารบอน

ทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CB+SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 16800.6 8400.3 149.29 0.000 Error 9 506.4 56.3 Total 11 17307.0 S = 7.501 R-Sq = 97.07% R-Sq(adj) = 96.42%

98

ตารางท ก.22 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสมทผานการชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Alloy-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 27009 13505 45.83 0.000 Error 9 2652 295 Total 11 29661 S = 17.17 R-Sq = 91.06% R-Sq(adj) = 89.07%

ตารางท ก.23 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 62145 31073 34.84 0.000 Error 9 8026 892 Total 11 70171 S = 29.86 R-Sq = 88.56% R-Sq(adj) = 86.02%

ตารางท ก.24 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Alloy-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 498.6 249.3 4.02 0.057 Error 9 558.5 62.1 Total 11 1057.1 S = 7.878 R-Sq = 47.17% R-Sq(adj) = 35.43%

99

ตารางท ก.25 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสมทผานการชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Alloy-SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 60964.7 30482.4 680.80 0.000 Error 9 403.0 44.8 Total 11 61367.7 S = 6.691 R-Sq = 99.34% R-Sq(adj) = 99.20%

ตารางท ก.26 แสดงผล One-way ANOVA: Ultimate tensile strength ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-CB+SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 18170.0 9085.0 148.42 0.000 Error 9 550.9 61.2 Total 11 18720.9 S = 7.824 R-Sq = 97.06% R-Sq(adj) = 96.40%

ตารางท ก.27 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 4666.2 2333.1 91.03 0.000 Error 7 179.4 25.6 Total 9 4845.7 S = 5.063 R-Sq = 96.30% R-Sq(adj) = 95.24%

100

ตารางท ก.28 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาคารบอนทผานกระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Carbon-CB+SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 22141.5 11070.7 389.55 0.000 Error 9 255.8 28.4 Total 11 22397.2 S = 5.331 R-Sq = 98.86% R-Sq(adj) = 98.60%

ตารางท ก.29 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 118992.4 59496.2 992.30 0.000 Error 9 539.6 60.0 Total 11 119532.1 S = 7.743 R-Sq = 99.55% R-Sq(adj) = 99.45%

ตารางท ก.30 แสดงผล One-way ANOVA: Yield strength ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-CB+SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 21572.5 10786.3 363.86 0.000 Error 9 266.8 29.6 Total 11 21839.3 S = 5.445 R-Sq = 98.78% R-Sq(adj) = 98.51%

101

ตารางท ก.31 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง

One-way ANOVA: Carbon-CB versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 0.3504 0.1752 5.99 0.022 Error 9 0.2632 0.0292 Total 11 0.6136 S = 0.1710 R-Sq = 57.11% R-Sq(adj) = 47.58%

ตารางท ก.32 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.39102 0.19551 28.06 0.000 Error 9 0.06271 0.00697 Total 11 0.45372 S = 0.08347 R-Sq = 86.18% R-Sq(adj) = 83.11%

ตารางท ก.33 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Carbon-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.0928 0.0464 0.90 0.442 Error 9 0.4667 0.0519 Total 11 0.5596 S = 0.2277 R-Sq = 16.59% R-Sq(adj) = 0.00%

102

ตารางท ก.34 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Carbon-SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 94.655 47.327 64.21 0.000 Error 9 6.633 0.737 Total 11 101.288 S = 0.8585 R-Sq = 93.45% R-Sq(adj) = 92.00%

ตารางท ก.35 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาคารบอนทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Carbon-CB+SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 24.552 12.276 50.82 0.000 Error 9 2.174 0.242 Total 11 26.725 S = 0.4915 R-Sq = 91.87% R-Sq(adj) = 90.06%

ตารางท ก.36 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Alloy-CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.5051 0.2525 15.92 0.001 Error 9 0.1428 0.0159 Total 11 0.6479 S = 0.1260 R-Sq = 77.96% R-Sq(adj) = 73.06%

103

ตารางท ก.37 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสมทผาน การชบแขงผวดวยแกสคารโบไนไตรดง

One-way ANOVA: Alloy-CN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 1.6934 0.8467 59.73 0.000 Error 9 0.1276 0.0142 Total 11 1.8210 S = 0.1191 R-Sq = 92.99% R-Sq(adj) = 91.44%

ตารางท ก.38 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

กระบวนการรวมระหวางแกสซอฟตไนไตรดงกบแกสคารบไรซง One-way ANOVA: Alloy-SN+CB versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 0.1004 0.0502 3.20 0.089 Error 9 0.1412 0.0157 Total 11 0.2416 S = 0.1252 R-Sq = 41.56% R-Sq(adj) = 28.57%

ตารางท ก.39 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสมทผาน

การชบแขงผวดวยแกสซอฟตไนไตรดง One-way ANOVA: Alloy-SN versus Sample type

Source DF SS MS F P Sample type 2 121.707 60.854 125.26 0.000 Error 9 4.372 0.486 Total 11 126.08 S = 0.6970 R-Sq = 96.53% R-Sq(adj) = 95.76%

104

ตารางท ก.40 แสดงผล One-way ANOVA: %Elongation ในกลมเหลกกลาผสมทผาน กระบวนการรวมระหวางแกสคารบไรซงกบแกสซอฟตไนไตรดง

One-way ANOVA: Alloy-CB+SN versus Sample type Source DF SS MS F P

Sample type 2 0.084 0.042 0.14 0.873 Error 9 2.739 0.304 Total 11 2.823 S = 0.5517 R-Sq = 2.98% R-Sq(adj) = 0.00%

105

ภาคผนวก ข

บทความทไดรบการตพมพเผยแพร

106

รายชอบทความทไดรบการตพมพเผยแพรในขณะศกษา

Siwadamrongpong, S., Varagul, J., and Suwanta, N. (2013). The effect of combined processes

between gas soft-nitriding and gas carburizing on the hardness of alloy steels.

South East Asian Technical University Consortium SEATUC 2013). Vol. 1: pp. 102-105.

March 4-6, 2013, Bandung, Indonesia.

107

108

109

110

111

ต าแหนงปจจบน

ประวตการท างาน

การศกษา/คณวฒ

ประวตผวจย

somsaksi@sut.ac.th อ. ดร. สมศกด ศวด ารงพงศ Dr. Somsak Siwadamrongpong

ID: 3 9599 00436 89 6

2538 วศวกรรมศาสตรบณฑต (วศ.บ. เครองกล) เกยรตนยมอนดบ 2, จฬาลงกรณมหาวทยาลย 2544 Master of Engineering (M.Eng, Environmental

System Engineering), Nagaoka University of Technology, Japan

2547 Doctor of Engineering (D.Eng, Energy and Environment Science), Nagaoka University of Technology, Japan

อาจารยประจ าสาขาวชาวศวกรรมเครองกล (หลกสตรวศวกรรมการผลต) สาขาวชาวศวกรรมเครองกล ส านกวชาวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร โทร. 044-224-236 แฟกซ. 044-224-613 e-mail. somsaksi@sut.ac.th

พ.ศ. 2538 วศวกร บรษท เอ บ บ เพาเวอร จ ากด พ.ศ. 2539 - 2542 วศวกรโครงการ สวนบ ารงรกษา บรษท สยามยไนเตดสตล (1995) จ ากด พ.ศ. 2548 ผชวยผจดการ ฝายวศวกรรม บรษท สยามยไนเตดสตล (1995) จ ากด พ.ศ. 2549 - 2555 อาจารยประจ าสาขาวชาวศวกรรม เครองกล

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

112

เกยรตประวตทไดรบ

ผลงานวชาการ

งานวจยในปจจบน

พ.ศ.2554-ปจจบน ด ารงต าแหนงหวหนาสาขาวชา วศวกรรมการผลต มหาวทยาลยทคโนโลยสรนาร

พ.ศ.2542 – 2547 ไดรบทนรฐบาลญปนเพอศกษาตอ

ในระดบปรญญาโทและเอก ณ ประเทศญปน

1. Study of comb lift time due to mechanical failure

and chemical/thermal factor แหลงทน บรษท ซเกท เทคโนโลย (ประเทศไทย) จ ากด ต าแหนง หวหนาโครงการ

2. Develop new Gramload calibrator for Gramload tester calibration measurement แหลงทน สวทช / บรษท ฮตาช โกลบอล สตอรเรจ

เทคโนโลยส (ประเทศไทย) จ ากด ต าแหนง หวหนาโครงการ

3. Improvement of Automation Machine for HGST Processing แหลงทน สวทช / บรษท ฮตาช โกลบอล สตอรเรจ

เทคโนโลยส (ประเทศไทย) จ ากด ต าแหนง ผรวมวจย

4. การออกแบบอปกรณจบยดและวางสายการผลตในการประกอบ Chassis รถโดยสาร แหลงทน iTAP / บรษท อเชดชยอตสาหกรรม จ ากด ต าแหนง หวหนาโครงการ

บทความวชาการระดบชาตและนานาชาต S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, 塩素含有ガ

ラス融液の電気伝導度, 8th Asian Symposium on Ecotechnology, December 2001, Toyama Japan.

T. Yoshikawa, S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Diffusion behavior of chloride in glass melts – Simulation with Molecular Dynamics, 8th Asian Symposium on Ecotechnology, December 2001, Toyama Japan.

113

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Electrical conductivity of glass melts containing chloride at high temperature, 15th Fall Meeting of the Ceramic Society of Japan, September 2002, Akita Japan.

N. Kamiyama, K. Matusita, M. Koide and S. Siwadamrongpong, Chemical durability of glasses containing chloride, 15th Fall Meeting of the Ceramic Society of Japan, September 2002, Akita Japan.

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Electrical conductivity of CaO-Al2O3-SiO2 glass melts containing chloride, 9th Asian Symposium on Ecotechnology, December 2002, Toyama Japan.

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Electrical conductivity of glass melts containing chloride, J. Ecotech. Res., 9 (1), 15-20 (2003).

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Chloride solubility in calcium alumino-silicate glasses, XX International Congress on Glass, September 2004, Kyoto Japan.

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Prediction of chloride solubility in CaO-Al2O3-SiO2 glass systems, J. Non-Cryst. Solids, 347, 114-120 (2004).

S. Siwadamrongpong, M. Koide and K. Matusita, Structure of ternary alumino-silicate glasses – condition of the existence of triclusters, J. Ceram. Soc. Japan, 112(11), 590-593 (2004).

C. Subpasupsiri and S. Siwadamrongpong, Development of screw inspection by image processing process, The 2nd International Data Storage Technology Conference “DST-CON 2009”, May 2009, Bangkok Thailand

เฉลมพงศ สรรพทรพยสร, ดวงใจ เชดพดซา และ สมศกด ศวด ารงพงศ, Development Of Screw Inspection By Image Processing Process, การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกล แหงประเทศไทย ครงท 23, พฤศจกายน 2552 จงหวดเชยงใหม

Somsak Siwadamrongpong, Usawadee Ongarjwutichai, Jig Design for Bus Chassis Platform Production, The 6th

114

ผลงานอนๆ

International Conference on Automotive Engineering (ICAE-6), 29 Mar - 2 Apr 2010, Bangkok Thailand

Chaiwinee Laksana, Siwadamrongpong Somsak, Study on Stiffness of Suspension-like Thin Sheet, The 3rd International Data Storage Technology Conference “DST-CON 2010”, May 2010, Bangkok Thailand (Accepted)

สมศกด ศวด ารงพงศ และ ลกษณา ชยวน การศกษาคาความยดหยนเชงกลของโลหะแผนบาง การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 24 จงหวดอบลราชธาน 2553

สมศกด ศวด ารงพงศ และ อษาวด องอาจวฒชย การออกแบบชดจบยดส าหรบการผลตโครงสรางหลกรถโดยสาร การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 24 จงหวดอบลราชธาน 2553

Somsak Siwadamrongpong and Usawadee Ongarjwutichai, Simulation and Design of Production Jigs for Bus Chassis, The 9th International Conference on SYSTEM SCIENCE and SIMULATION in ENGINEERING (ICOSSSE’10), Iwate, Japan

1. ผเชยวชาญในการด าเนนโครงการ “การบรหารการจดการองคกรและปรบปรงกระบวนการผลตใหม” บรษท เอเชย คาบเนต จ ากด จ.สรนทร ภายใตโครงการ CF ของศนยสงเสรมอตสาหกรรมภาค 6 , มกราคม – สงหาคม 2551

2. ผด าเนนโครงการ “E-learning for Seagate” ในการจดสรางระบบฐานขอมลและสอการเรยนอเลกทรอนกสใหกบบรษทซเกท ในดานพนฐานความร การตดตงเครอง และแกไขปญหาของเครองจกรของบรษท

3. วทยากรบรรยายเรอง Hard Disk Drive Manufacturing, Recording Head Manufacturing, TPM ของสถาบน SUT-HDDI Hard Disk Drive Training Center (NECTEC)

4. กรรมการในคณะกรรมการ Technical Program Committee ของการประชมวชาการนานาชาต DST-CON 2009, Bangkok Thailand

5. ประธานฝายวชาการ และคณะกรรมการจดการประชมวชาการ เครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทยครงท 20, จ.นครราชสมา

115

งานวจยทสนใจ

ความเชยวชาญ

1. Heat treatment processes and Material properties

(Metal, Ceramic and Polymers) 2. Reliability of Product, Processes and Parts. 3. Jig & Fixture Design for Manufacturing /

Maintenance 1. การอนรกษพลงงานในโรงงานและอาคาร 2. Maintenance System 3. Productivity Improvement 4. Jig & Fixture Design for Manufacturing /

Maintenance 5. Material Sciences (Glasses)

116

ผลงานวชาการ

การศกษา/คณวฒ

wind.gragoon@gmail.com ณฏฐกฤศ สวรรณทา

Natthakrit Suwanta ระบเลขหมายบตรประจาตวประชาชน 1 3017 00019 75 4

2553 วศวกรรมศาสตรบณฑต (วศวกรรมเครองกล)

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร 2550 วศวกรรมศาสตรบณฑต (วศวกรรมสงแวดลอม) มหาวทยาลยเทคโนโลนสรนาร

2546 มธยมศกษาตอนตน-ปลาย โรงเรยนพทไธสง จ.บรรมย

นกศกษาสาขาวชาวศวกรรมเครองกล (ระดบปรญญาโท) มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

2557 ผสอนปฏบตการของสาขาวศวกรรมเครองกลและวศวกรรม การผลต 2555 ฝกงานและท างานวจยทบรษทไทยโตเคนเทอรโม จ ากด

จงหวด ชลบร 2554 สหกจศกษาในต าแหนงผชวยวศวกรทบรษทซเกทเทคโนโลย

(ประเทศไทย) จ ากด จงหวดนครราชสมา 2551 สหกจศกษาต าแหนงผชวยวศวกรท บรษท เคลยร เอนจเนยรง แอนด คอนซคแตท จ ากด จงหวดนนทบร

S. Siwadamrongpong, N. Suwanta, The effect of combined

Processes between gas soft-nitriding and gas carburizing on The hardness of alloy steels, 7th South East Asian Technical University Consortium, Bandung, Indonesia

Material Properties, process improvement

ต าแหนงปจจบน

ประวตการฝกท างาน

งานวจยทสนใจ