รายงานวจยฉบบสมบรณ

การวเคราะหสมบตทางกลและตนทนของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน

Analysis of Mechanical Properties and Cost of Aluminium 7075 after Heat Treatment Process

คณะนกวจย ผศ.ดร.นภสพร มมงคล หวหนาโครงการ รศ.ดร.เจษฎา วรรณสนธ ผรวมวจย

โครงการวจยนไดรบทนสนบสนนจากเงนงบประมาณแผนดน มหาวทยาลยสงขลานครนทร

ประจ าปงบประมาณ 2556 รหสโครงการ ENG560116S

(2)

สารบญ

หนา

สารบญ (2) สารบญตาราง (4) สารบญรปภาพ (7) บทคดยอ (9) ABSTRACT (10) กตตกรรมประกาศ (11) บทท 1 บทน า 1

1.1 ความส าคญและทมาของปญหา 1

1.2 การส ารวจเอกสาร 2

1.3 วตถประสงค 8

1.4 ขอบเขตของงานวจย 8

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 8

บทท 2 ทฤษฎและเอกสารทเกยวของ 10

2.1 โลหะผสมอะลมเนยม 10

2.2 กระบวนการขนรปโลหะแบบกงของแขง (SEMI-SOLID METAL) 17

2.3 กระบวนการทางความรอน 22

2.4 การตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา 23

2.5 ทฤษฎการทดสอบสมบตเชงกล 24

2.6 การวเคราะหขอมลทางสถต 31

2.7 การค านวณตนทน 38

บทท 3 วธการด าเนนวจย 41

3.1 วสดทใชในงานวจย 42

3.2 เครองมอและอปกรณ 43

3.3 การเตรยมชนงานอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยวธ GISS 47

3.4 การออกแบบการทดลอง 48

3.5 ขนตอนการทดลองกระบวนการทางความรอน 48

3.6 การเตรยมชนงานและตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา 50

3.7 การเตรยมชนงานและการทดสอบความแขง 51

3.8 การเตรยมชนงานและการทดสอบความทนแรงดง 53

3.9 การวเคราะหขอมลคาความแขงและความทนแรงดงดวยวธการทางสถต 56

3.10 การวเคราะหตนทนทเกดขนจากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน58

บทท 4 ผลและการวเคราะหผลการวจย 65

(3)

สารบญ (ตอ)

หนา 4.1 การวเคราะหโครงสรางทางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 65

4.2 การวเคราะหสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปแบบกงของแขงโดยใชเทคนค GISS 68

4.3 การวเคราะหปจจยทมผลตอสมบตเชงกลดวยวธการทางสถต 71

4.4 การวเคราะหสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงผานกระบวนการทางความรอน 80

4.5 การวเคราะหตนทน 85

บทท 5 สรปและขอเสนอแนะ 106

5.1 สรปผลการวจย 106

5.2 ขอเสนอแนะ 108

บรรณานกรม 109

ภาคผนวก ก 113

ภาคผนวก ข 120

ภาคผนวก ค 128

ภาคผนวก ง 137

(4)

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 สมบตเชงฟสกสของอะลมเนยม 11

2.2 สญลกษณทใชแทนอะลมเนยมขนรป 12

2.3 สญลกษณการท า TEMPER 14

2.4 รายละเอยดและสญลกษณทใชในการท า TEMPER ในสภาวะตางๆ ของอะลมเนยม 15

2.5 สเกลการทดสอบความแขงและชนดของหวกดของการวดความแขงแบบรอคเวลล 26

2.6 การวเคราะหหาความแปรปรวนการทดลองเชงแฟกทอเรยล 2 ปจจย 34

3.1 สวนผสมของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 (W.T.%) 42

3.2 อณหภมและเวลาทใชในการทดลอง 48

3.3 รายละเอยดขนาดตางๆ ของชนงานทดสอบ 54

3.4 ล าดบการทดลองของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน 56

3.5 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C 58

3.6 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C 59

3.7 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน 62

4.1 โครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน 67

4.2 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS 69

4.3 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค

GISS 70

4.4 คาความแขงแรงคราก (YIELD STRENGTH) ของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS 70

4.5 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม

(T6) 72

4.6 ตาราง ANOVA FOR HARDNESS (การวเคราะหหาความสมพนธระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายของกระบวนการทางความรอน) 75

4.7 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6) 78

4.8 คาความแขงแรงครากของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6) 79

(5)

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา 4.9 คาเปอรเซนตความยดของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน และการบม

แขงเทยม (T6) 79

4.10 ประเภทของตนทนตามกระบวนการ (PROCESS-BASED COST MODEL) 85

4.11 ขอก าหนดเฉพาะและความตองการของกระบวนการทางความรอน 86

4.12 อตราคาไฟแบบ TIME OF USE (TOU) 88

4.13 ชวงเวลาทใชไฟฟาสองสวางส าหรบการผลต 1 กะ (90,000 ชน/ป) 88

4.14 ตนทนน าประปาในการชบแขงชนงาน 89

4.15 ตนทนคาเครองจกร (คาเสอมของเครองจกร) 90

4.16 คาใชจายในการบ ารงรกษาเครองจกรตามอายการใชงาน 90

4.17 ตนทนบ ารงรกษาเครองจกร 91

4.18 ตนทนอปกรณทใชในกระบวนการทางความรอน 91

4.19 ตนทนคงทของกระบวนการทางความรอน 91

4.20 ตนทนอะลมเนยม 7075 93

4.21 ตนทนแรงงานส าหรบการผลต 1 กะ 94

4.22 คาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของอณหภมอบละลาย 450˚C 95

4.23 คาพลงงานความรอนทใชจรงของของอณหภมอบละลาย 450˚C 96

4.24 ชวงเวลาทเตาอบละลายใชพลงงานไฟฟาในแตละวน 96

4.25 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาอบละลาย 98

4.26 คาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของแตละอณหภมบมแขงเทยม 98

4.27 คาพลงงานความรอนทใชจรงของแตละอณหภมบมแขงเทยม 98

4.28 ชวงเวลาทเตาบมแขงเทยมใชพลงงานไฟฟาในแตละวน 99

4.29 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาบมแขงเทยม 99

4.30 ตนทนคาพลงงานไฟฟาของเงอนไขการทดลองทใชอณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4

ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง 99

4.31 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต

90,000 ชน/ป (1 กะ) 101

4.32 ชวงเวลาทเครองจกรใชพลงงานไฟฟาในแตละวน กรณผลตชนงานวนละ 2 และ 3 ลอต (เฉพาะเงอนไขทใชเวลาอบละลาย 4 ชวโมง) 102

4.33 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาอบละลาย (กรณผลตจ านวน 2 ลอต/วน) 103

4.34 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาบมแขงเทยม (ผลตจ านวน 2 ลอต/วน ส าหรบอณหภมอบละลาย

450˚C) 103

(6)

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา 4.35 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต

180,000 ชน/ป (2 กะ) 104

4.36 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต

270,000 ชน/ป (3 กะ) 105

(7)

สารบญรปภาพ รปท หนา 1.1 แบบจ าลองตนทนของการขนรปดวยกรรมวธกงของแขง 7

2.1 สญลกษณของการแบงประเภทของอะลมเนยมหลอผสมตาม ANSI STANDARD 13

2.2 แผนภาพสมดลอะลมเนยม-สงกะส 17

2.3 โครงสรางจลภาค ก) โครงสรางจลภาคเกรนแบบเดรนไดรท และ ข) โครงสรางจลภาค เกรนแบบกอนกลม 18

2.4 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ THIXOOCASTING 19

2.5 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ RHEOCASTING 20

2.6 เสนทางการเตบโตและการ COARSENING ของอนภาคของแขง 21

2.7 แบบจ าลองกระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส 22

2.8 เสนโคงความเคน-ความเครยด แบบมจดคราก 29

2.9 เสนโคงความเคน-ความเครยด แบบไมมจดคราก 30

2.10 เสนโคงเปรยบเทยบความเคน-ความเครยด ก) วสดเปราะ และ ข) วสดพลาสตก 31

2.11 โครงสรางของตนทนตามกระบวนการ (PBCM) 40

3.1 ขนตอนของการด าเนนงานวจย 41

3.2 โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยเทคนค GISS ก.) ลกษณะทไดจาก การขนรป และ ข.) โครงสรางเกรนแบบกอนกลม 42

3.3 เตาเผาอณหภมต า 43

3.4 เตาบมแขงเทยม 43

3.5 เลอยสายพานแนวนอน 44

3.6 เครองกดแนวตง 44

3.7 เครองขดกระดาษทรายและขดสกหลาด 45

3.8 กลองจลทรรศนแบบใชแสง 45

3.9 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) 46

3.10 เครองทดสอบความทนแรงดง 46

3.11 เครองทดสอบความแขงแบบรอคเวลล 47

3.12 การตดแบงชนงาน ก.) ชนงานทดสอบความทนแรงดง และ ข.) ชนงานทดสอบความแขง 47

3.13 ไดอะแกรมของกระบวนการทางความรอนทใชในงานวจย 49

3.14 การกดผวชนงานเพอตรวจสอบโครงสราง 50

3.15 การขดชนงานดวยกระดาษทรายน า 50

3.16 การขดชนงานดวยโดยใชผาหยาบ (CLOTH PAD) รวมกบผงขดอะลมนา 51

3.17 กดปาดหนาชนงานใหเรยบกอนน าไปวดความแขง 52

3.18 ชนงานส าหรบทดสอบความแขง ก) ชนงานหลงผานการกดปาดผวหนา และ 52

(8)

สารบญรปภาพ (ตอ) รปท หนา 3.19 การตดตงชนงานทดสอบความแขง 53

3.20 การเตรยมชนงานส าหรบทดสอบความทนแรงดง 53

3.21 ชนงานทดสอบความทนแรงดงลกษณะกระดก (DOG BONE) 54

3.22 ชนงานทดสอบแรงดง 54

3.23 การตดตงชนงานทดสอบความทนแรงดง 55

3.24 การเฉลยคาความคลาดเคลอนของคาความแขงในชนงาน 57

3.25 ชนงานทใชทดสอบความทนแรงดง (ใหคา X MPA ตอหนงชน) 58

3.26 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C 61

3.27 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C 61

3.28 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C (การผลต 2 ลอตตอหนงวน) 64

4.1 โครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยกระบวนการกงของแขง โดยใชเทคนค GISS (AS CAST) ก) เกรนกอนกลม และ ข) เกรนดอกกหลาบ 66

4.2 การวเคราะหโครงสรางโดยใชกลอง SEM 68

4.3 กราฟแสดงการวเคราะหความถกตองของตวแบบการทดลอง (คาความแขง) 73

4.4 กราฟความเปนอสระของขอมล (I CHART OF RESIDUALS OF HARDNESS) 73

4.5 กราฟแสดงการกระจายตวแบบปกตของขอมล 74

4.6 การทดสอบความเทากนของความแปรปรวน (ความแขง) 75

4.7 ความสมพนธระหวางความแขงกบอณหภมและเวลาในการอบละลาย 77

4.8 อนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายทสงผลตอความแขง 77

4.9 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง 80

4.10 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง 81

4.11 คาความแขงแรงครากและคาเปอรเซนตการยดของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง 82

4.12 แบบจ าลองแสดงตนทนในกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง 86

(9)

บทคดยอ งานวจยนมวตถประสงคเพอหาเงอนไขของกระบวนการทางความรอน (T6) ในการปรบปรงความแขง ความทนแรงดง และความเหนยวของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 โดยอะลมเนยมเกรด 7075 ทใชผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนคการพนฟองแกส (GISS) ซงปจจยทส าคญของกระบวนการทางความรอน T6 ทมผลตอคณสมบตทางกลเหลาน คอ อณหภมและเวลาในการอบละลาย โดยใชเงอนไขการอบละลายทอณหภม 450 480 และ 510˚C เปนเวลา 4 และ 8 ชวโมง ตามลาดบ หลงจากผานการอบละลายแลวน าชนงานไปบมแขงเทยม สองครง โดยครงท 1 จะใชอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง แลวน าไปบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง โดยคาสมบตเชงกลทดทสด คอ การอบละลายท 450 ˚C เปนเวลา 8 ชวโมง โดยใหความแขงมากกวา 88 HRB คาความทนแรงดงใกลเคยงกบ 336 MPa คาความทนแรงดงสงสดประมาณ 480 MPa และคาเปอรเซนการยดตวประมาณ 7% อยางไรกตามการใชเวลาอบละลายท 8 ชวโมง ใหคาทใกลเคยงกบการใชเวลาอบละลาย 4 ชวโมง ซงจากการทดสอบทางสถต คาสมบตเชงกลทไดจากการอบละลาย ทเวลา 4 และ 8 ชวโมง ใหคาทไมแตกตางตางกน

(10)

ABSTRACT

This study aims to seek favorable T6 heat treatment criteria on the improvement of hardness, strength and ductility of aluminum alloy 7075. Sample parts were produced using gas induced semi-solid (GISS) technique and squeeze casting. Two significant factors in the process affecting these mechanical properties are temperature and time. Three solution temperatures were investigated: 450˚C, 480˚C and 510˚C at two durations of 4 h and 8 h, followed by a two-step artificial aging having the first stage conditions of 120˚C for 2 h, and the second stage of 170˚C for 1.5 h. The most favorable result was obtained from a solution treatment at 450˚C for 8 h, yielding a Rockwell hardness of more than 88 HRB, a yield strength of nearly 336 MPa, an ultimate tensile strength of close to 480 MPa, and an approx. 7% elongation (reported normal AA 7075 has a hardness of approx. 60 HRB, yield strength of approx. 135 MPa, and UTS of 210 MPa). However, results obtained from solution treatment at 8 h were not significantly lower to that conducted at 4 h, and hence solution treatment could well be cut in half.

(11)

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบคณหนวยบรหารงานวจยนวตกรรมและทรพยสนทางปญญา คณะ

วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทสนบสนนเงนทนงานวจย และขอขอบคณ ทมงานของหนวยบรหารงานวจย ทใหความชวยเหลอและค าปรกษาในเรองตางๆ ขอบคณภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทสนบสนนเครองและอปกรณในการท าวจย และขอขอบคณบรษท กสโค จ ากด และทมงานวจยอะลมเนยมหลอกงของแขงทกๆ ทาน ทท าใหงานวจยครงนด าเนนการ ไดอยางราบรนและสมบรณ

1

1

บทท 1 บทน า

1.1 ความส าคญและทมาของปญหา ปจจบนความตองการใชผลตภณฑจากอะลมเนยมเพมมากขนทกปและเปนโลหะทน ามาใชประโยชนเปนอนดบสองรองจากเหลก เนองจากอะลมเนยมมคณสมบตเดนหลายอยาง เชน มน าหนกเบา แขงแรง ทนทาน ยดตวไดงาย มความเหนยวสง ทนทานตอการเกดสนมและการกดกรอน น าไฟฟาและความรอนไดด ทส าคญคองายตอการขนรป จากสมบตดงกลาวท าใหเปนทางเลอกในใชอะลมเนยมเปนวสดหลกของการออกแบบผลตภณฑตางๆ ของนกออกแบบ วศวกรและสถาปนก อะลมเนยมสามารถน าไปใชในอตสาหกรรมไดหลายประเภท ไดแก อต สาหกรรมยานยนต อตสาหกรรมโครงสราง อตสาหกรรมอเลกทรอนกส และอตสาหกรรมบรรจภณฑ ในแตละอตสาหกรรมจะมวธการขนรปอะลมเนยมทแตกตางกน การขนรปอะลมเนยมสามารถขนรปไดหลายวธ เชน การหลอขนรป (casting) การอดรดขนรป (extrusion) การรดขนรป (rolling) การทบขนรป(forging) [1] เปนตน ในการแขงขนเชงธรกจของอตสาหกรรมอะลมเนยมนน การผลตผลตภณฑใหมคณภาพสงและมตนทนในการผลตต าถอเปนเรองส าคญทจะสามารถน าไปแขงขนกบบรษทอนไดกระบวนการขนรปอะลมเนยมสวนใหญนยมใช คอ กระบวนการหลอฉด (die casting) เพราะสามารถผลตไดจ านวนมาก แตมขอเสยหลายอยาง เชน มโพรงอากาศในชนงาน สมบตเชงกลต าและแมพมพทใชมอายการใชงานทสนจงท าใหเกดตนทนในการผลตสงมาก อะลมเนยมทผานการขนรปดวยกระบวนการนไมสามารถน าไปปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนไดโดยตรงเพราะมรพรนในชนงานมาก หากตองการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนจ าเปนตองน าชนงานไปผานกระบวนการอดรดขนรปหรอการรดขนรปเพอลดขนาดและก าจดรพรนจากการศกษาและท าการวจยทผานมาของ J. Wannasin ไดพฒนากระบวนการขนรปทสามารถแกไขขอเสยของวธหลอฉดขน โดยกระบวนการขนรปดงกลาว คอ กระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคโนโลยพนฟองแกส (Gas Induced Semi-Solid; GISS) [2] ซงเปนกระบวนการสรางโลหะกงของแขงทคลายกบวธ New Rheocasting แบบใหม โดยใชการพนฟองแกส (อารกอนหรอไนโตรเจน) ผานแทงกราไฟตพรนทมรพรนขนาดเลกมาก ท าใหเกดการเคลอนทของน าโลหะในขณะแขงตวและท าใหเกดนวคลเอชน (nucleation) ของอนภาคของแขงทมโครงสรางเกรนเปนแบบกอนกลม (spheroidal grain) และอกอยางหนงคอ อะลมเนยมทไดจากการหลอประเภทนจะมรพรนนอยมากจงสามารถน าไปปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนไดโดยตรง โดยไมตองผานกระบวนการอดรดขนรปหรอรดขนรป โลหะอะลมเนยมผสมโดยทวไปมหลายกลมซงกลมทสามารถปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน ไดแก อะลมเนยมผสมกลม 2XXX, 6XXX และ 7XXX อะลมเนยมกลมทมคาสมบตเชงกลสง คอ อะลมเนยมกลม 7XXX ซงสามารถน าไปเปนโครงสรางของอากาศยาน ยานยนตและโครงสรางของอาคารได โดยเกรดทนยมใช คอ เกรด 7075 ซงมสมบตเดน ไดแก มความแขงแรงสงเทยบเทากบเหลกโครงสราง ตานทานตอการกดกรอนไดด

2

2

สามารถปรบปรงคณภาพผวไดหลายวธและความสามารถในการตดกลงดมาก [3] เมอเปรยบเทยบโลหะอะลมเนยมผสมเกรด 7075 กบโลหะอะลมเนยมผสมเกรดอนๆ ทสามารถน าไปผานกระบวนการทางความรอนได เชน เกรด 2XXX และ 6XXX พบวาโลหะอะลมเนยมผสมเกรด 7075 มสมบตทางกล เชน ความแขง (hardness) และความทนแรงดง (tensile strength) มากกวา [4] การปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนมปจจยทส าคญ คอ อณหภมและเวลาทใชในการอบละลายและการบมแขงเทยม ซงสงผลตอการเปลยนแปลงโครงสรางจลภาคและสมบตเชงกล เชน ความแขง (hardness) และความทนแรงดง (tensile strength) หากน าอะลมเนยมเกรด 7075 มาผานกระบวนการทางความรอนกสามารถน ามาใชแทนวสดอนทตองการความแขงแรงสงๆ ในการใชงาน เชน เหลกโครงสราง โดยทอะลมเนยมเกรด 7075 อาจจะเปนอกหนงทางเลอกทจะน าไปประยกตใชกบงานบางอยางไดและยงสามารถน าไปประยกตใชหรอปรบปรงการผลตในอตสาหกรรมอะลมเนยม เพอทจะท าใหผลตอะลมเนยมทมคณภาพ มสมบตเชงกลทสงและสามารถแขงขนในเชงธรกจได 1.2 การส ารวจเอกสาร การส ารวจงานวจยทผานมาพบวาการปรบปรงสมบตของอะลมเนยมจะมปจจยทสงผลตอสมบตเชงกล คอ อณหภมและเวลาทใชในกระบวนการทางความรอน (heat treatment) โดยชวงของอณหภมและเวลาทใชนนจะขนอยกบเกรดของอะลมเนยม ในสวนของการขนรปอะลมเนยมมความส าคญเปนอยางยงเพราะกระบวนการทใชในการขนรปจะตองท าใหชนงานทไดมรพรนขนาดเลกหรอมรพรนนอยทสด เพอไมใหเกดการเสยรปของอะลมเนยมขณะปรบปรงสมบตดวยกระบวนการทางความรอน และอาจเกดการขยายตวของโพรงอากาศ (Blister) ในงานวจยนจะใชวธการขนรปแบบกงของแขง (Semi-Solid Metal) กระบวนการขนรปแบบกงของแขงทใช คอ กระบวนการผลตโลหะกงของแขงโดยกรรมวธการปลอยฟองแกส (GISS) [2] ซงเปนวธทไดรบการพฒนาอยางตอเนองเพอทจะใชในวงการอตสาหกรรมของไทย ในปจจบนการเลอกใชอะลมเนยมจะมองถงสมบตเชงกล ลกษณะของงานทจะน าไปใชและราคา โดยแตละงานจะใชอะลมเนยมเกรดทแตกตางกน หากอะลมเนยมทไดผานการปรบปรงดวยกระบวนการทางความรอนสมบตเชงกลและราคาจะมความแตกตางกน ซ งจะขนอยกบลกคาทจะเลอกซอใหถกกบลกษณะทจะน าไปใชงาน ดงนนในการท างานวจยครงนเพอใหสอดคลองกบลกษณะของงานทท าจงขอน าเสนองานวจยทเกยวของ 3 สวนหลกๆ คอ กระบวนการผลตโลหะกงของแขงโดยกรรมวธการปลอยฟองแกส การปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของอะลมเนยมและการค านวณตนทนในกระบวนการผลต โดยมรายละเอยดของงานวจยในแตละหวขอดงตอไปน

3

3

1.2.1 งานวจยท เกยวของกบเทคโนโลยพนฟองแกสในน าโลหะ (Gas Induced Semi-Solid; GISS) ในอตสาหกรรมการผลตผลตภณฑจากอะลมเนยม ตองการผลตภณฑทมคณภาพสง น าหนกเบา มก าลงวสดตอหนวยน าหนกสงและราคาถก เพอตอบสนองตอการน าไปใชงาน ซงปจจบนมการศกษาและท าการวจยอยางตอเนองเพอหาวธทสามารถผลตอะลมเนยมใหมสมบตดงทไดกลาวมาขางตน จากงานวจยของ J. Wannasin และคณะ ในป ค.ศ. 2006 ไดพฒนากระบวนการขนรปโลหะแบบกงของแขงขน (Semi-Solid Metal Forming ;SSM) กระบวนการดงกลาว คอ กระบวนการผลตโลหะกงของแขงโดยกรรมวธการปลอยฟองแกส (Gas Induced Semi-Solid ;GISS) เปนกระบวนการทใชเทคนคการปลอยแกส (ไนโตรเจนหรออารกอน) ผานแทงกราไฟตพรนทมรพรนขนาดเลกมาก เพอใหเกดโลหะกงของแขงและในขณะทน าโลหะเกดการแขงตวซงจะท าใหเกดนวคลเอชน (nucleation) ของอนภาคของแขงขน หลงจากการแขงตวของโลหะกงของแขงจะท าใหไดโครงสรางจลภาคเปนโครงสรางเกรนแบบกอนกลม [2, 5, 6] กระบวนการ GISS ก าลงถกพฒนาเพอน าไปประยกตใชในงานผลตชนสวนอะลมเนยมในอตสาหกรรมตางๆ โดยการพฒนาเครองจกรทใชส าหรบอตสาหกรรม die casting [5] ซงจะน าเทคนค GISS ไปใช ซงไดท าการออกแบบและตดตงอปกรณไปกบเครองไดคาสตง (die casting) มการปรบเปลยนเครองจกรบางสวนใหเปนขนตอนการผลตแบบอตโนมต ในปจจบนไดน ากระบวนการดงกลาวไปใชขนรปขาเทยมอะลมเนยมแกนในชนดใตเขา เครองมอผาตด และอนๆ หลงจากผานการขนรปดวยกระบวนการ GISS แลว สามารถน าชนงานไปปรบปรงสมบตดวยกระบวนการทางความรอนไดเพราะการขนรปดวยวธนมรพรนนอยมาก ผวของชนงานเรยบกวาเมอเทยบกบกระบวนการขนรปดวยการหลอไดคาสตงแบบเกา กระบวนการนยงถกพฒนาและผลกดนเพอทจะใชในวงการอตสาหกรรมทงในและนอกประเทศอยางตอเนอง 1.2.2 การปรบปรงคณสมบตของอะลมเนยมโดยกระบวนการทางความรอน (Heat treatment) กระบวนการทางความรอน (Heat Treatment) คอ การท าใหเนออะลมเนยมและโครงสรางทางจลภาคเปลยนแปลงไปโดยใชความรอน ท าใหอะลมเนยมทไดมความแขงและความแขงแรงเพมขนจากเดม โดยใชปจจย 2 ปจจยทไดกลาวมาขางตน คอ อณหภมและเวลา อะลมเนยมทสามารถน ามาปรบปรงดวยกระบวนการทางความรอนไดแก อะลมเนยมกลม 2XXX, 5XXX บางตว (สวนมากไมนยมท า), 6XXX และ 7XXX ลกษณะของกระบวนการทางความรอนแบงไดเปน 2 สวนใหญๆ คอ การอบละลายและการบมแขงเทยม ในการบมแขงเทยมสามารถแยกออกไดเปน 2 ประเภท คอ การบมแขงแบบขนตอนเดยว (single aged) [7] และการบมแขงแบบสองขนตอน (double aged) ซงการบมแขงทงสองประเภทนจะใหผลแตกตางกน

4

4

การปรบปรงสมบตเชงกลของอะลมเนยมทผานกระบวนการขนรปดวยวธใหมๆ ยงมใหเหนในงานวจยตางๆ เชน การขนรปอะลมเนยมดวยวธการหลอไดคาสตงแรงดนสงแบบโลหะกงของแขง (Semi-Solid Metal High Pressure Die Casting) ซง H. Möller ไดพสจนวาการอบละลายโลหะผสมอะลมเนยม A356 ทดจะตองอบทอณหภม 540˚C โดยจะท าใหไดคาความแขงสงสดหลงจากการบมแขงเทยม 1 ชวโมง [6] การอบละลายในชวงเวลาทสนจะท าใหเกดการละลายทสมบรณของโลหะผสม ในขณะทยงคงรกษาโครงสรางเดมไว ซงเปนการแขงตวอยางมนยส าคญทอณหภมหองของอะลมเนยมเกรด A356 หลงจากการอบละลายท 540˚C แลวตามดวยการท าใหเยนตวดวยน า ความแขงสงสดทไดรบจะตองผานการบมแขงเทยมท 160-190˚C ซงตรงกบท Rosso และ Actis Grande [8] ไดกลาวไววา เวลาทสนทสดส าหรบกระบวนการอบละลายของอะลมเนยม A356 ทขนรปโดย Rheocast ทอณหภม 540˚C เวลา 1 ชวโมง จะใหความแขงสงสด ในบางงานวจยมการหาปจจยทสงผลตอสมบตเชงกลและการเปรยบเทยบกระบวนการทางความรอนทใช เชน L. XiWu ไดศกษาอทธพลของการบมแขงเทยมครงเดยวทมผลตอโครงสรางจลภาคและสมบตของโลหะผสมอะลมเนยม–สงกะส–แมกนเซยม–คอปเปอร–เซอรโคเนยม [9] โดยน ามาอบละลายทอณหภม 475˚C เปนเวลา 50 นาทและชบเยนในน าทอณหภมหอง จากนนท าการบมแขงเทยมทอณหภม 100 120 140 และ 160˚C เปนเวลาถง 88 ชวโมง ผลปรากฏวากระบวนการบมมอทธพลตอสมบตทางกลและการน าไฟฟา อณหภมการบมแขงเทยมทสงขนจาก 100 ถง 160˚C สงผลใหคาความทนแรงดงลดลงในขณะทคาความแขงแรงครากเพมขนและการน าไฟฟาของโลหะมคาเพมขนหลงจากบมทอณหภม 120˚C เปนเวลา 24 ชวโมง มคาเปอรเซนตการยดตวสงสดถง 16.5% คาความทนแรงดงและคาความแขงทจดครากเทากบ 591 และ 541 MPa ตามล าดบ เมอท าการบมทอณหภม 140˚C เปนเวลา 14 ชวโมง คาความแขงแรงดงลดลง 1% เทานน สวนการเปรยบเทยบระหวางการบมแขงเทยมแบบขนตอนเดยวกบการบมแขงเทยมแบบสองขนตอน โดย M. Chemingui ไดท าการศกษาการบมแขงเทยมโลหะผสมอะลมเนยม-สงกะส-แมกนเซยม โดยใชการบมแขงเทยมสองขนตอนทอณหภม 70˚C และ 135˚C ทเวลาตางๆ กน [10] ซงจะน าโลหะผสม 7020 มาท าการอบละลายทอณหภม 475˚C เปนเวลา 24 ชวโมง และชบเยนใน 3 ตวกลาง ไดแก น าใสน าแขง (0˚C) น าเยน (10˚C) และอากาศ จากนนท าการบมแขงเทยมตามธรรมชาตเปนเวลา 84 ชวโมง ผลปรากฏวาการชบในน าเยนจะใหคาความแขงสงสดหลงจากบมแขงเทยมหนงครงทอณหภม 135˚C เปนเวลา 2 ชวโมง ชนงานมเปอรเซนตการยดตว 18.82% คาความแขงครากเทากบ 362.32 MPa และพรซพเทตมขนาดเลก สวนการบมแขงเทยมสองขนตอนทอณหภม 70˚C เปนเวลา 12 ชวโมงและทอณหภม 135˚C เปนเวลา 8 ชวโมง มปรมาตรสดสวนของพรซพเทตสงขน คาความแขงครากเพมขนเทากบ 392.78 MPa และชนงานมเปอรเซนตการยดตว 18.60% ซงยงคงความเหนยวไว พรซพเทตมความหนาแนนสง ท าใหการเคลอนทของดสโลเคชนต าและความเคนสง ความแขงครากสง [11] ทไดจากการบมแขงเทยมสองขนตอนมคามากกวาการบมครงเดยว และในป ค.ศ. 2009 S. Emani ไดท าการเปรยบเทยบการบมแขงเทยมสองขนตอน (double aging) กบ thermomechanical ของโลหะผสมอะลมเนยมอดขนรป 7075 ขนาด 5.08x0.635 cm2 ทไดมาจากการอดขนรป โดยการน าชนงานทกชนมาท าการอบละลายทอณหภม 490°C เปนเวลา 30 นาท และชบเยนในน า ส าหรบการบมแขงเทยมสองขนตอนจะท าการบมครงแรก

5

5

ทอณหภม 121°C เปนเวลา 4-240 นาท และชบเยนในน า จากนนท าการบมแขงเทยมครงทสองท 177°C ทเวลาตางๆ กน ส าหรบ thermomechanical จะท าการบมแขงเทยมสองขนตอนและรดใหเปลยนรป 5, 25 และ 50% ผลปรากฏวาทอณหภม 121°C การเพมเวลาบมในชวงแรกเปน 55 นาท จะไดคาความแขงสงสด 191 HV และเวลาการบมมากกวา 55 นาท ทอณหภม 121°C คาความแขงจะลดลงเปน 182 HV สวนอทธพลของ thermomechanical จะมความแขงครากและความทนแรงดงมากกวาการบมครงเดยว [10, 1] หรอการบมสองขนตอนเนองมาจากการรดเยน อยางไรกตามการบมแขงเทยมสองขนตอนจะมความแขงทจดครากและความทนแรงดงต า แตใหคาความเหนยวสงสดตอมา D. Wang ไดศกษาโครงสรางจลภาคและการกดกรอนรวมกบความเคนของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทเกดจากอทธพลของ pre-strain และการบมแขงเทยมสองขนตอน โดยการน าโลหะ 7075 [12] มาใหความรอนท 470°C เปนเวลา 48 ชวโมง และชบเยนในน าทอณหภมหองจากนนน ามารดรอนทอณหภม 430°C แลวจงน ามาท าการอบละลายทอณหภม 470 °C เปนเวลา 1 ชวโมง โดยแชในอางเกลอในเตาเผาและชบน าเยนในน า หลงจากนนน าชนงานมาท า T6 (470°C/1 ชม. + 120°C/24 ชม.), T651 (470°C/1 ชม. + 5% pre-strain + 120°C/24 ชม.), T76 (470°C/ 1 ชม. + 120°C/6 ชม. + 165°C/16 ชม.) และ HTA (470°C + 5% pre-strain + 200°C/5-30 นาท + 120°C/24 ชม.) ผลปรากฏวาความทนแรงดงของตวอยางทท า T651 เพมขนเมอเทยบกบตวอยางทท า T6 การท า pre-strain กอนบมจะท าใหเกดดสโลเคชนในตวอยางและพรซพเทตภายในเกรนหลงจากการบมท 120˚C เปนเวลา 24 ชวโมง ความทนแรงดงของตวอยางทท า HTA0.5 และ HTA1 ต ากวาตวอยาง T651 แตมากกวา T6 ในขณะทตวอยาง HTA5 มคาความทนแรงดงมากกวา T76 และมเปอรเซนตการยดตว 9.6% 1.2.3 การค านวณตนทนของกระบวนการ (cost analysis) ในการค านวณตนทนของกระบวนการผลตสามารถค านวณไดหลายรปแบบ เชน การค านวณตนทนกจกรรม การค านวณตนทนตามกระบวนการ เปนตน ซงไดมการศกษางานวจยทเกยวของดงตอไปน S. Akamphon [13] ศกษาตนทนของกระบวนการชบสงกะสโดยใชวธทตางกนในการชบ คอ การชบแบบเดม ICG-eletroplate และ ICG-electroless โดยจะวเคราะหตนทนรวมทงหมดทเกดจากกระบวนการชบ ซงมการเปลยนตวแปรตางๆ ในการชบ เชน พนทผวในการชบ ราคาสงกะสและความหนาของนกเกลของเหลกทชบ จากการวจยและทดลองพบวาตนทนรวมของกระบวนการทท าใหตนทนนอยทสด คอ ICG-eletroplate การวเคราะหตนทนของกระบวนการดงกลาวจะแยกเปนขนตอนในการผลต Bloch and Ranganathan [14] ท าการศกษาแบบจ าลองตนทนตามกระบวนการในอตสาหกรรมอเลกทรอนกสเพอใชในการตดสนใจเลอกเทคโนโลยบรรจภณฑทมประสทธภาพเพอประเมนคาในรปแบบทแตกตางกนของอปกรณในการประกอบชนสวนและพนททดสอบ แนวคดการออกแบบส าหรบการผลตเปนการพยายามเพมการวเคราะหตนทนทงหมดของผลตภณฑตงแตเรมตนจนไดเปนผลตภณฑทสมบรณและทดสอบมาตรฐานโดยการประเมนทางเลอก

6

6

ซงจะวเคราะหตนทนโดยเขาถงบญชของแตละขนตอนในกระบวนการตามล าดบ และสงเกตสงตางๆ ทมอทธพลตอตนทนทงหมดในขนตอนทแตกตางกน โดยน าผลทไดรบจากกระบวนการในแบบจ าลองมาประเมนคาสวนประกอบทแตกตางกนของตนทนตามเกณฑ จากการวเคราะหแบบจ าลองพบวา ผลตภณฑจากกระบวนการท 1 และกระบวนการท 2 มความแตกตางกน โดยผลตภณฑกระบวนการท 1 ซงไมมการซอมแซมผลตภณฑมตนทนและอตราการเกดของเสยต ากวาผลตภณฑจากกระบวนการท 2 ซงมการซอมแซมผลตภณฑ Johnson and Kirchain [15] ท าการพฒนาและประเมนคาทวไปของผลตภณฑโดยการประยกตใชแบบจ าลองตนทนตามกระบวนการ เพอตอบสนองความตองการในลกษณะ ตนทนการแขงขน โดยวดผลกบเปาหมายของการประเมนในการลดตนทน การพฒนากระบวนการผลตและตนทนการผลตผลตภณฑ ศกษาทงทเปนผลตภณฑเดยวและการใชผลตภณฑซงใชแผงคานรถยนตเปนผลตภณฑในการท าการศกษา เครองมอทใชในการวเคราะห คอ การวเคราะหการถดถอยแบบเชงเสนเพอแสดงใหเหนวา เมอเปรยบเทยบกบคาใชจายทงหมดจะประหยดคาใชจายตอชนลงเทาใด และการลงทนในการผลตถวงน าหนกมคา R2 สงกวาตนทนแบบถวงน าหนก เมอความสมพนธตนทนคงทของการลงทนการผลตถวงน าหนกตวชวด ไดคา R2 สงสด (0.62) ทระดบนยส าคญท 0.025 สามารถประหยดตนทนคงทไดเมอท าการประเมนประสทธภาพผลตภณฑตามปรมาณทตองการ Koslowske [16] ท าการศกษาความสมพนธระหวางกจกรรมกบตนทนทเกดขน โดยท าการศกษาขนตอนการผลตเซรามคหลายชนของเซลลเชอเพลงออกไซดของแข ง (SOFCs) ในโรงงานตนแบบ ซงในงานวจยนน าเสนอถงกระบวนการปรบปรงรปแบบคาใชจาย โดยออกแบบจ าลองตนทนตามกระบวนการเพอเปรยบเทยบตนทนการผลต Anode Supported และกระบวนการผลต Electrolyte Supported จากการวจยพบวา Anode Supported มราคาตนทนตอหนวยเทากบ $119.83 และ Electrolyte Supported มราคาตนทนตอหนวยเทากบ $8.97 เมอมขนาดก าลงผลต 700,000 ชนตอป Johnson and Kirchain [17] ท าการศกษาพฒนาตนทนจากการออกแบบแผงคานรถยนต ในการออกแบบผลตภณฑตองมการประเมนคาระหวางประสทธภาพ คณลกษณะและคาใชจาย ซงวสดทางเลอกมบทบาทส าคญในการตดสนใจเกยวกบกระบวนการ วสดมผลกระทบตอผลตภณฑหลายดาน จงไดตรวจสอบความสมพนธระหวางวสดและกระบวนการและมการออกแบบขนตอนผานการประยกตใชแบบจ าลองตนทนตามกระบวนการกอนท าการผลตจรง ในแบบจ าลองจะแสดงผลการเลอกวสดและตนทนในการประกอบผลตภณฑ ในงานวจยนใชวสดส าหรบการหลอผลตภณฑ 2 ชนดทแตกตางกนคอ เหลกและแมกนเซยม จากการวจยพบวา การประกอบชนสวนจากการออกแบบวสดโดยใชแมกนเซยมใหตนทนต ากวาการประกอบชนสวนจากการออกแบบวสดโดยใชเหลก Chen and Lin [18] ไดศกษาและอธบายถงความตองการในการน าแบบจ าลองตนทนทางเทคนคไปประยกตใชเพอพฒนาธรกจของกระบวนการผลตโลหะ แบบจ าลองตนทนเปนวธการทใชในการจ าแนกตนทนออกเปนสวนยอยๆ และใชส าหรบประมาณการตนทนทจะเกดขน ส าหรบเทคโนโลยใหมๆ การทสามารถกระจายตนทนออกตามแหลงทท าใหเกดตนทน นบวา

7

7

เปนความส าเรจของธรกจ แบบจ าลองตนทนดานอตสาหกรรมทดตองสามารถพยากรณตนทนวตถดบ ตนทนแรงงาน และตนทนคาใชจายในโรงงานอนๆ ทเกดขนในกระบวนการผลตสามารถแบงไดเปน 4 ขนตอน คอ ขนตอนแรกนยามกระบวนการผลตเปนขนตอนทส าคญตองนยามใหชดเจน ขนตอนทสองสรางแบบจ าลองตามกรอบทตงไว ส าหรบกระบวนการผลตแบบกงของแขงแสดงดงรปท 1.1 ขนตอนทสามเกบรวบรวมขอมลความสมพนธของขอมลเปนขนตอนทยากทสดของการท าแบบจ าลองตนทน และขนตอนสดทายคอตรวจสอบความถกตองของแบบจ าลองเปนขนตอนทส าคญทสด

รปท 1.1 แบบจ าลองตนทนของการขนรปดวยกรรมวธกงของแขง

(ทมา : Y.M. Chen and J. J. Lin) [18]

โดยในงานวจยครงนจะค านวณตนทนในระดบโรงงานขนาดเลก ซงจะอางองการค านวณตนทนตามกระบวนการ (Process-Based cost model) เพอใหทราบตนทนของชนงานทผานกระบวนการทางความรอนในแตละสภาวะ ดงนนในงานวจยนจงท าการศกษาอณหภมและเวลาในการอบละลายและการบมแขงเทยมเพอทจะท าใหอะลมเนยมเกรด 7075 มสมบตเชงกลเพมขน โดยปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และวเคราะหตนทนเบองตนในระดบหองปฏบตการของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกล สมมตฐานของงานวจยหลงจากการปรบปรงสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 แลวสมบตเชงกลทไดจะมคาทสงขนและสงเทยบเทากบเหลกโครงสราง

8

8

1.3 วตถประสงค 1) เพอปรบปรงสมบตทางกลใหกบโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปดวยเทคนค Gas induced semi-solid โดยจะปรบปรงสมบตเชงกลในดานความแขงและความทนแรงดง 2) เพอวเคราะหตนทนทเกดขนในกระบวนการการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของโลหะผสมอะลม เนยมเกรด 7075 ในระดบหองปฏบตการ (Laboratory scale) 1.4 ขอบเขตของงานวจย 1) การปรบปรงสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 โดยใชกระบวนการทางความรอนแลวท าการบมแขงเทยมสองครง (double aged) เมอน าอะลมเนยมทผานการขนรปดวยเทคนค Gas Induced Semi-Solid แลวปลอยใหชนงานเยนตวลง จากนนน าไปอบละลายทอณหภม 450 480 และ 510˚C เปนเวลา 4 และ 8 ชวโมง (จากงานวจยทผานมา พบวา ชวงของอณหภมอบละลายท 450-510˚C และเวลาในการอบละลาย 1-8 ชวโมง เปนชวงทเกดการเปลยนแปลงโครงสรางจลภาคไดดทสด) แลวจงท าชนงานใหเยนตวดวยน าทอณหภมหอง ซงเงอนไขการอบละลายมทงหมด 6 เงอนไข หลงจากผานการอบละลายแลวน าชนงานไปบมแขงเทยมสองครง โดยครงท 1 จะใชอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง จากนนชบชนงานใหเยนตวดวยน าทอณหภมหอง แลวจงน าไปบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง (จากงานวจยทผานมาพบวาชวงของอณหภมบมแขงเทยมท 120-170˚C และเวลาในการบมแขงเทยม 30 นาท ถง 12 ชวโมง จะมการเปลยนแปลงสมบตเชงกลทดทสด) และตามดวยการท าใหชนงานเยนตวดวยน าทอณหภมหองอกครง 2) หลงจากผานกระบวนการปรบปรงทางความรอนแลว น าชนงานมาทดสอบสมบตเชงกล โดยจะทดสอบความแขงแบบรอกเวลล สเกล B ตามมาตรฐาน ASTM E18-03 และทดสอบคาความทนแรงดงของชนงานตามมาตรฐาน ASTM E8-04 และศกษาโครงสรางทางจลภาคทเปลยนแปลงไป 3) วเคราะหตนทนเบองตนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ในระดบโรงงานขนาดเลก 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ ผลจากการวจยในครงนคาดวาจะมประโยชนตออตสาหกรรมอะลมเนยมและผทสนใจ ดงน 1) ท าใหทราบถงอณหภมและเวลาทท าใหคาสมบตเชงกลมคาสงเมอเทยบกบเหลกโครงสรางเพอทเปนทางเลอกในการเลอกใชวสด

9

9

2) ท าใหทราบถงโครงสรางจลภาคทเปลยนแปลงไปหลงจากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ซงโครงสรางจลภาคเปนสวนทสงผลตอสมบตเชงกลในดานของความแขง (hardness) และความทนแรงดง (tensile strength) 3) สามารถน าผลทไดจากการวจยไปใชในอตสาหกรรมและทางพาณชย เชน การเลอกใชอะลมเนยมเพราะอะลมเนยมมน าหนกเบา มความเงางาม มสมบตเชงกลทสงเมอเทยบกบเหลกโครงสราง เปนตน

10

10

บทท 2 ทฤษฎและเอกสารทเกยวของ

งานวจยเรองการปรบปรงสมบตเชงกลของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 โดยใชกระบวนการทางความรอน จะท าการศกษาทฤษฎในเรองสมบตเชงกล โครงสรางทางวทยาหลงผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง (double aged) และการวเคราะหตนทนทเกดขนในกระบวนการ ดงนนในงานวจยนจงไดท าการศกษาทฤษฎและเอกสารทเกยวของ ดงตอไปน 2.1 โลหะผสมอะลมเนยม ในสวนของทฤษฎทเกยวของกบโลหะผสมอะลมเนยมทจะกลาวถง คอ ลกษณะทวไปและสญลกษณทใชแทนโลหะผสมอะลมเนยม ซงในหวขอนจะกลาวถงรายละเอยดของกลมโลหะผสมอะลมเนยมทน ามาใชในงานวจย คอ กลม 7XXX และมรายละเอยดของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ในดานตางๆ 2.1.1 ลกษณะทวไปของโลหะผสมอะลมเนยม อะลมเนยมเปนโลหะนอกกลมเหลกทมปรมาณการใชงานมากเปนอนดบสองรองจากเหลกและเปนวสดทเปนทตองการของอตสาหกรรมตางๆ เนองจากอะลมเนยมมคณสมบตเดนหลายประการดงน 1) มความหนาแนนนอย น าหนกเบาและมก าลงวสดตอน าหนกสง จงนยมน ามาท าเปนเครองใช ตลอดจนชนสวนของยานยนต เครองบน จรวจ ขปนาวธ ผลตภณฑบรรจภณฑ ชนสวนอเลกทรอนกส เปนตน 2) มความเหนยวมาก สามารถขนรปดวยกระบวนการตางๆ ไดงาย โดยไมเสยงตอการแตกหก 3) จดหลอมเหลวต า สามารถหลอมละลายไดงายและมอตราการไหลตวสง 4) มคาการน าไฟฟาสง (International Association of Classification Societies; IACS) 5) เปนโลหะทไมมพษตอรางกายและไมมคาการน าความรอนสงในภาชนะหงตมอาหาร ทนทานตอการกดกรอนและการเกดสนมไดด 6) เปนโลหะทสามารถพฒนาไดอยางไมหยดยง เชน กระบวนการในการขนรป การปรบเปนสวนผสมของธาตตางๆ ในอะลมเนยม เปนตน

11

11

2.1.2 สมบตเชงฟสกสของอะลมเนยม

สมบตเชงฟสกส คอ สมบตของธาต สารหรอวสดทสามารถสงเกตไดจากลกษณะภายนอกหรอจากการทดลองทไมเกยวของกบปฏกรยาเคม เชน สถานะ เนอสาร ส กลน รส ความหนาแนน จดเดอด ฯลฯ รายละเอยดของสมบตเชงฟสกสของอะลมเนยม แสดงดงตารางท 2.1 ตารางท 2.1 สมบตเชงฟสกสของอะลมเนยม ล าดบ สมบตเชงฟสกส คา หนวย

1 หมายเลขอะตอม 13 2 น าหนกอะตอม 26.97 3 วาเลนซ 3 4 โครงสรางผลก F.C.C 5 มตของแลตทส 4.049 °A 6 ความหนาแนนท 20 °C 2.6989 3/ mmg 7 จดหลอมเหลว 660.2 °C 8 จดเดอด 2450 °C 9 การหดขณะแขงตว 6.6 % 10 ความรอนแฝงของการหลอมละลาย 94.4 gcal / 11 ความรอนแฝงของการเปนไอ 2260 gcal / 12 ความรอนจ าเพาะท 100 °C 0.224 gcal / 13 การน าความรอนท 20 °C 0.57 gcal / 14 การสะทอนแสงจากหลอดทงสเตน 90 % 15 การสะทอนแสง 2000 - 2500 °A 86-87 % 16 การสะทอนแสง 10000 °A 96 % 17 ส ขาวเงน

ทมา : วจตร พงษบณฑต (2542) 2.1.3 สญลกษณทใชแทนอะลมเนยมขนรป การก าหนดสญลกษณท ใชแทนอะลม เนยมขนรป ซงก าหนดโดยสมาคมอะลมเนยมแหงอเมรกา (The Aluminum Association of America) ในป ค.ศ. 1954 โดยท าการแบงโลหะผสมอะลมเนยมขนรปออกเปนกลมๆ ซงใชสวนผสมของธาตเคมตางๆ เปนเกณฑและใชระบบตวเลข 4 หลกในการระบเกรดของโลหะผสมอะลมเนยม ตวเลขหลกทหนง เปนสญลกษณทส าคญทสดในการแบงกลมโลหะผสม ซงจะบงบอกถงสวนผสมหลก ดงตารางท 2.2 เชน 1XXX แทนโลหะผสมอะลมเนยมทม อะลมเนยมบรสทธไมนอยกวา 99.0% ผสมอย เปนตน

12

12

ตวเลขหลกทสอง เปนสญลกษณบงบอกวามการเปลยนแปลงสวนผสมของโลหะใหแตกตางไปจากโลหะมาตรฐาน โดยทตวเลข 0 คอ โลหะมาตรฐาน ตวเลขหลกทสามและส เปนสญลกษณทบงบอกถงชนดของธาตรองอนๆ ทผสมอยในอะลมเนยม เชน อะลมเนยมเกรด 7075 มความหมายตามสญลกษณดงน ตวเลขหลกทหนง เลข 7 หมายถง มสงกะสเปนสวนผสมหลก ตวเลขหลกทสอง เลข 0 หมายถง อะลมเนยมทมสวนผสมตามมาตรฐานดงเดม ตวเลขหลกทสามและส เลข 75 หมายถง มธาตอนๆ เปนสวนผสมรอง คอ สงกะส แมกนเซยม ทองแดง โครเมยม เหลก ซลกอน แมงกานส ไทเทเนยม เปนตน นอกจากนยงมขอยกเวนเฉพาะอะลมเนยมในกลม 1XXX ตวเลขหลกทสามและส จะแสดงปรมาณอะลมเนยมทเปนจดทศนยมสองต าแหนงทปรากฏภายหลง 99% เชน เกรด 1060 เกรด 1080 หมายถง อะลมเนยมขนรปทมอะลมเนยมผสมอย 99.60% และ 99.80% ตามล าดบ ตารางท 2.2 สญลกษณทใชแทนอะลมเนยมขนรป

สญลกษณ ธาตทเปนสวนผสมหลกในอะลมเนยม 1XXX อะลมเนยมบรสทธไมนอยกวา 99.0% 2XXX ทองแดง (Copper, Cu) 3XXX แมงกานส (Manganese, Mn) 4XXX ซลกอน (Silicon, Si) 5XXX แมกนเซยม (Magnesium, Mg) 6XXX แมกนเซยมและซลกอน (Magnesium, Mg and Silicon, Si) 7XXX สงกะส (Zinc, Zn) 8XXX ธาตอนๆ (Other Element) 9XXX ยงไมมการน าไปใช (Unused Series)

ทมา : วจตร พงษบณฑต (2542) อยางไรกตามยงมการก าหนดและแบงประเภทของอะลมเนยมหลอผสม โดย American Aluminum Association Casting Alloy ไดก าหนดมาตรฐานและแยกประเภทของอะลมเนยมหลอผสมโดยไดจดทะเบยนไวกบส านกงานมาตรฐานแหงชาตของสหรฐอเมรกา (American Nation Standard Institute) หรอ ANSI Standard แตยงคงแบงกลมออกเปน 9 กลมเหมอนกบ ASM (America Society of Metals) โดยสญลกษณของการแบงประเภทของอะลมเนยมหลอผสมตาม ANSI Standard แสดงดงรปท 2.1 โดยมรายละเอยดดงน

13

13

รปท 2.1 สญลกษณของการแบงประเภทของอะลมเนยมหลอผสมตาม ANSI Standard [20]

A : อกษรตวแรก หมายถง สมาชกของ Alloys ทเหมอนกนอยในกลมเดยวกน (หมายถง Aluminum Alloy) แมวาสวนผสมจะแตกตางกน O : Alloy group หมายถง ตวก าหนดธาตหลกของ Alloy หรอ Major Alloying จะแสดงเปนตวเลขหนงหลกโดยเรมจาก 1 ถง 9 OO : Alloys designation หมายถง ความแตกตางของสมาชกในกลม Alloys เดยวกน ความหมายของตวเลขทก าหนดเหมอนกบ Major Alloy โดยก าหนดเปนตวเลข 2 หลก นอกจากนในบางครงตวเลข 2 หลก คอ ปรมาณเปอรเซนต ไมนอยกวาของ Al ทผสมอย เชน 190.X เทากบวา ม Al ผสมอย 99.90% .O : หมายถง รปแบบการผลตหรอ Product form แสดงเปนตวเลขหนงหลก หลงจดทศนยมดงน .0 : คอ Casting specification .1 : คอ Ingot specification .2 : คอ Ingot specification ทควบคมสวนผสมนอยกวา .1 Ingot specification A : Temper designation หมายถง เปนตวก าหนดแทนกรรมวธ Temper ของกระบวนการทางความรอนทใชกบโลหะผสมทสามารถผานกระบวนการทางความรอนได (Heat treatable Alloy) มสญลกษณดงน F : As Cast Condition หมายถง งานทผานการหลอโดยไมตองใชกรรมวธใดๆ ควบคมภายหลงการหลอขนรป H : Strain Hardened หมายถง สภาพของงานทแขงตวเนองจากความเครยดจากการท า Cold working เชน งานรดขนรปตางๆ เปนตน O : Anneal หมายถง การอบออน ใชกบงานหลอทตองการน าไปอบออน เพอสามารถปรบปรงขนาดหรอรปรางใหคงท (stability) ขณะใชงาน นอกจากนยงสามารถเพมความเหนยว (ductility) ใหกบชนงานไดหลงจากผานกระบวนการดงกลาว

14

14

W : Solution Heat Treat หมายถง การอบเพอเปลยนโครงสรางของธาตใหเปนสารละลายของแขงเฟสเดยวใชกบ Alloys ทสามารถชบแขงดวยตวเองได ท าในบรรยากาศปกต (อณหภมหอง) หลงการท า Heat treatment T : หมายถง การอบดวยความรอนโดยก าหนดกรรมวธ Temper ทแนนอนดกวา F หรอ O การก าหนดกรรมวธ “F”, “O” และ “T” ทกกระบวนการทมาจากการหลอดวยแบบทรายและแบบเหลก OOO : Temper Sub-designation หมายถง ตวเลขทระบกรรมวธการท า Temper ทมการระบอณหภมและชวงเวลาทใช โดยสามารถแยกออกเปนประเภทได 10 ประเภทซงจะเรมจาก T1 ถง T10 แสดงดงตารางท 2.3 ตารางท 2.3 สญลกษณการท า Temper สญลกษณ รายละเอยด

T1 การปลอยใหชนงานเยนตวในบรรยากาศปกต (อณหภมหอง) และท าการบมแขงโดยธรรมชาตซงสภาพงานไมเปลยนแปลง

T2 การปลอยใหชนงานเยนตวในบรรยากาศปกต (อณหภมหอง) ความแขงจะเกดขนจากการใชงานทอณหภมปกตโดยธรรมชาต

T3 การอบละลายแลวปลอยใหเยนตวลง หลงจากนนท าการบมแขงโดยธรรมชาต ซงจะทงชนงานไวในบรรยากาศปกต (อณหภมหอง) จะเกดความแขง

T4 การอบละลายและการบมแขงโดยธรรมชาต เพอใหเกดความแขงคงตว

T42 การอบละลายจาก “O” และ “F” Temper เพอปรบสภาพของชนงานหลอกอนบมแขงโดยธรรมชาต เพอใหความแขงคงตว

T5 การปลอยชนงานใหคอยๆ เยนตวลงในสภาพเดม แลวน าไปบมแขงเทยม (Artificially Aged) โดยน างานทท าการชบแขงแลวกลบมาอบอกครงในชวงอณหภมไมเกน 200˚C เพอท าใหเกดเฟสใหมทใหความแขงไดสงสด

T52 การขจดความเคนตกคางโดยท าการกดอดขนงาน ภายกลงจากการอบละลาย หรอหลงจากการปลอยใหเยนตวจากสภาพเดม

T54 การขจดความเคนตกคางโดยใชแรงดงและแรงอดชนงาน ภายหลงจากการรดขนรป

T6 การอบละลาย การชบแขง และท าการบมแขงเทยม ตามล าดบ

T61 การอบละลายแลวท าการชบแขงกอนท าการบมแขงเทยมเพอใหไดความแขงและความแขงแรงสงสด

T62 การท าการอบละลายจาก “O” และ “F” Temper จากนนน าไปชบแขงกอนแลวท าการบมแขงเทยม

T7 การอบละลายและอบคงสภาพ (stabilized) มการท า overage เพอปรบปรงขนาดใหคงทมความเสถยรแตไมสญเสยสมบตเชงกล

15

15

ตารางท 2.3 สญลกษณการท า Temper (ตอ) สญลกษณ รายละเอยด

T71 การอบละลายและอบคงสภาพ (การยดระยะเวลาและอณหภม) ท า overage เพอลดความเครยดและปรบปรงใหมขนาดคงทมความเสถยรแตสมบตเชงกลจะลดลง

T8 การอบละลาย การขนรปเยนและการบมแขงเทยม ตามล าดบ T9 การอบละลาย การบมแขงเทยมและการขนรปเยน ตามล าดบ T10 การท าใหชนงานเยนตวตามปกต การขนรปเยนและการบมแขงเทยม ตามล าดบ

ทมา : วจตร พงษบณฑต (2542) รายละเอยดและสญลกษณทใชในการท า Temper ในสภาวะตางๆ ของอะลมเนยมของประเทศองกฤษ ยโรป และอเมรกา แสดงดงตารางท 2.4

ตารางท 2.4 รายละเอยดและสญลกษณทใชในการท า Temper ในสภาวะตางๆ ของอะลมเนยม

สภาวะของอะลมเนยม องกฤษ ยโรป อเมรกา As cast Stress relieved, annealed Controlled cooling after casting, naturally aged Solution heat treated & naturally aged Solution heat treated & stabilized Artificially aged (precipitation treated) Solution treated & Artificially aged Solution treated & Artificially underaged Solution treated & stabilized Solution treated, Artificially aged & stabilized

M TS -

TB TB7 TE TF - -

TF7

F O T1 T4 -

T5 T6 T64 T7 -

F O -

T4 -

T5 T6 -

T7 -

ทมา : วจตร พงษบณฑต (2542) จากตารางท 2.4 รายละเอยดและสญลกษณทใชในการท า Temper ในสภาวะตางๆ ของอะลมเนยม โดยแตละสภาวะมความหมายดงน As Cast หมายถง อะลมเนยมทผานการหลอ Annealed หมายถง ไดรบการอบออนเปนการอบเพอก าจดความเคนตกคางเชนเดยวกบการอบคลายความเคนตกคาง Controlled cooling after casting หมายถง งานหลอภายหลงการหลอจะมการควบคมอตราการเยนตวใหชาลง มแนวคดคลายลกษณะของการน างานหลอกลบไปอบซ า แตเปนการท าใหตอเนองในขนตอนเดยว Naturally Aged หมายถง การบมโดยธรรมชาตดวยการปลอยใหอะลมเนยม- ผสมมการปรบสภาพดวยตวเองโดยใชเวลาตามทก าหนด

16

16

Artificially Aged หรอ precipitation treated หมายถง งานทผานการบม- แขงเทยม คอ การอบใหเกดผลเชนเดยวกบการบมแขง ซงท าใหเกดการตกตะกอนลกษณะเดยวกนกบทเกดจากการบมแขง Solution treated หมายถง การอบละลาย Stabilized หมายถง โลหะอะลมเนยมผสมผานการอบคงสภาพ สญลกษณการท า Temper TB/T4 หมายถง การบมแขงนานอยางนอย 6 วน เพอชวยใหโครงสรางภายในทไดคงสภาพในระดบโครงสรางจลภาค สญลกษณการท า Temper TE/T5 หมายถง การอบทเกยวของกบการชบหรอเปนการท าใหงานหลอเยนตวอยางรวดเรวในน าทนทภายหลงจากการน างานทแขงตวออกจากแมพมพ สญลกษณการท า Temper TF/T6 หมายถง การอบเพอใหไดความแขงแรง ในระดบสงสดพรอมทงความสามารถในการยดตว (Ductility) อยในระดบทยอมรบได 2.1.4 โลหะผสมอะลมเนยมกลม 7XXX แผนภาพสมดลอะลมเนยม-สงกะส ในรปท 2.2 จะพบวา สงกะส (Zn) มอณหภมการหลอมละลายต ากวาอะลมเนยม (Al) คอ อณหภมท 419.5°C โครงสรางผลกของสงกะสเปนแบบ Hexagonal ซงแตกตางจากอะลมเนยม การผสมสงกะส 4-8% และแมกนเซยม 1-3% ในอะลมเนยม ใชในการผลตอะลมเนยมผสมทแปรรปเยนสามารถใชกระบวนการทางความรอนในการปรบปรงสมบตเชงกลได อะลมเนยมในกลม 7XXX บางเกรดสามารถพฒนาสมบตเชงกล เชน ความแขงและความแขงแรงสงสด อะลมเนยมผสมสงกะสและแมกนเซยมทงสองธาตมความสามารถในการละลาย ในสภาวะสารละลายของแขงสง นอกจากนการเพมทองแดง 1-2% ลงในกลม 7XXX ท าใหมคณสมบต ดานความแขงแรงของอะลมเนยมผสมสงกะสและแมกนเซยมสงขน จะนยมน าไปใชงานทางดานการอากาศยาน ทมความตองการ ความแขงแรงสง

17

17

รปท 2.2 แผนภาพสมดลอะลมเนยม-สงกะส [21]

2.1.5 โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 มธาตผสมตางๆ ไดแก สงกะส (Zn) แมกนเซยม (Mg) ทองแดง (Cu) โครเมยม (Cr) เหลก (Fe) ซลกอน (Si) แมงกานส (Mn) ไทเทเนยม (Ti) และอะลมเนยม (Al) โดยทมสวนผสมของสงกะสประมาณ 1 ถง 8% ซงเปนธาตหลกและเมอท าการรวมกบแมกนเซยมในปรมาณเลกนอย ท าใหอะลมเนยมมความทนแรงดงตงแตระดบปานกลางจนถงสงมาก สวนธาตอนๆ เชน ทองแดง และโครเมยม ทถก เตมเขาไปในปรมาณเลกนอย อะลมเนยม 7075 สามารถตดกลงงายสามารถชบอะโนไดซแขงได นยมใชท าแมพมพเปาขวดพลาสตก แมพมพ ฉดพลาสตก อปกรณชนสวนเครองจกรกล โตะเครองมอ แผนรองสแตมปง โครงสรางล าตวของ อปกรณมอถอ และชนสวนทมความเคนสง โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 จะลดความตานทานตอการแตกราวเนองจากการกดกรอนภายใตแรงเคน (stress-corrosion cracking) และถกใชใน temper ทมอายเกนมาเลกนอย เพอใหไดการรวมกนของความทนแรงดง ความตานทานการกดกรอนและคาความตานทานการแตกหก 2.2 กระบวนการขนรปโลหะแบบกงของแขง (Semi-Solid Metal) กระบวนการขนรปโลหะแบบกงของแขง [22] เปนการขนรปโดยใชกระบวนการหลอในขณะทน าโลหะเหลวแขงตวบางสวน โดยทน าโลหะทแขงตวแลวนนจะมโครงสรางไมเปนเดรนไดรท (Non-dendritic grain) (ลกษณะของโครงสรางเกรนแบบเดรนไดรท แสดงดงรปท 2.3 ก))

18

18

หรออาจจะเรยกวาเกรนแบบกอนกลม (Spheroidal หรอ Globular grain) ดงรปท 2.3 ข) ซงเกรนกอนกลมทลอยตวอยในน าโลหะเหลวนนจะท าใหอะลมเนยมหลอกงของแขง มความหนดมากกวาน าโลหะเหลวหลายเทาและโครงสรางเกรนแบบกอนกลมท าใหมความหนดนอยกวาโลหะในสถานะกงแขงกงเหลวทมโครงสรางแบบเดนไดรท

ก) ข)

รปท 2.3 โครงสรางจลภาค ก) โครงสรางจลภาคเกรนแบบเดรนไดรท และ ข) โครงสรางจลภาค เกรนแบบกอนกลม

(ทมา : J. Wannasin, R.A. Martinez, and M.C. Fleming) [2], [22] ในกระบวนการขนรปโลหะแบบกงของแขงมหลายวธโดยการสราง Solid Particles ในปรมาณทเหมาะสม ในขณะทน าโลหะก าลงแขงตวท าใหเกดการเคลอนทของน าโลหะ (Forced Convection) เพอใหเกดการแตกตวของเกรนเดนไดรทหรอมการเกด Nucleation มากขน [23, 24] การท าใหเกดการเคลอนทของน าโลหะนนสามารถท าไดหลายวธ เชน การใชวตถแขงรปรางเหมอน ไมพายกวนน าโลหะ การใชพลงงานสนามแมเหลก (Electro-magnetic) [25] โดยบางสวนทเรมแขงตวจะถกกระตนดวยการกวน โครงสรางเดนไดรทกจะแตกตว การกวนและการเทใหน าโลหะเกดการเคลอนท ใชการสนโดยแรงอลตราโซนค (Ultrasonic vibration) ในการควบคมการแขงตวและเวลาทเหมาะสมท าใหไดโครงสรางเกรนแบบกอนกลม อยางไรกตามการเตมสารบางชนดทเพมการเกด Nucleation ในการอบโลหะทอณหภมในชวงกงแขงเปนเวลานานๆ นน จะท าใหเกดโลหะกงของแขงไดดวยเหมอนกน ซงกระบวนการขนรปกงของแขงสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภท คอ กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Thixocasting และ Rheocasting โดยมรายละเอยดของวธการขนรปดงน 2.2.1 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Thixocasting กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Thixocasting เปนเทคนคการขนรปชนงานทมรปรางใกลเคยงรปรางสดทาย (Near net shape) จากวสดตงตนทมโครงสรางแบบไมเปนเดน-ไดรทภายในแมพมพโลหะ ซงการขนรปชนงานภายในแมพมพแบบปดเรยกวา Thixocasting ในขณะทการขนรปในแมพมพแบบเปดเรยกวา Thixoforging ดงรปท 2.4 ซงกระบวนการขนรปแบบ

19

19

Thixocasting สามารถแบงออกไดเปน 2 ขนตอนคอ ขนตอนการอบใหความรอนกบวสดตงตนและท าใหเกดการหลอมเหลวบางสวน ซงเปนขนตอนส าคญในการควบคมสดสวนของแขงรปรางกลมทมความละเอยดทกระจายตวอยในโลหะหลอมเหลวและขนตอนการขนรปในแมพมพเพอใหไดชนงานส าเรจ

รปท 2.4 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Thixoocasting [26]

2.2.1 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting คอกระบวนการทใชในการผลตโลหะกงแขงโดยการใหแรงเฉอนระหวางการแขงตว จากนนสงผานน าโลหะกงแขงทไดสแมพมพเพอใชในการขนรปโดยตรง ซงสามารถใชเทคโนโลยการผลต เชน การกวนดวยแรงทางกลหรอ การใชแรงทางแมเหลกไฟฟาไดเชนเดยวกบการผลตวสดตงตน แตการขนรปชนงานดวยกระบวนการเหลานยงมขอจ ากดเนองจากความไมสม าเสมอของโครงสรางภายในชนงาน ซงตองแกไขดวยการใหความรอนคงทเปนระยะเวลานาน รวมถงปญหาจากความซบซอนในการควบคมกระบวนการผลต อยางไรกตามการผลตดวยเทคนคเหลานยงมความนาสนใจเนองจากมความคมคาในภาพรวมของ กระบวนการผลตและมประสทธภาพในการจดการพลงงาน ท าใหปจจบนการพฒนากระบวนการผลตทเกดขนเปนไปตามหลก Slurry-on-demand ซงถอเปนกระบวนการ New Rheocasting process (NRC) ดงรปท 2.5 โดยท าการหลอมโลหะและควบคมการแขงตวใหเกดน าโลหะกงแขงดวยเทคนค ทกลาวมาขางตนและท าการใหความรอนอกครงเพอควบคมอณหภมทงชนงานใหสม าเสมอ จากนนจงสงเขาสแมพมพเพอท าการขนรปตอไป

20

20

รปท 2.5 กระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting [26]

กระบวนการขนรปแบบกงของแขง (Semi-Solid Metal) นกวจยท าการพฒนาและประยกตใชในอตสาหกรรมผลตชนสวนยานยนต ชนสวนขาเทยม หรอแมกระทงอปกรณ ทางการแพทยตางๆ แตกยงไมมความแพรหลายท าใหขอไดเปรยบและประโยชนของ SSM ไมสามารถน ามาใชไดอยางเตมท การพฒนากระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting เปนการลดตนทนในกระบวนการผลตแบบ SSM โดยการน าวธนไปใชในกระบวนการหลอแบบ Die casting จะท าใหสามารถลดตนทนในการผลตได ซงท าใหไดคณภาพและสมบตเชงกลทดกวา ในการลดตนทนการผลตสามารถลดไดจากปจจยตางๆ เชน การลดเวลาในการผลตตอชน (Cycle time) การลดของเสย (Defective) การเพมอายการใชงานของแมพมพและการลดตนทนใน กระบวนการทางความรอน เปนตน ปจจบนนนมกระบวนการทสามารถสรางโครงสรางเกรนแบบกอนกลมไดหลากหลายวธดวยกน เชน กรรมวธการกวนทางกล (Mechanical Stirring) การกวนดวยแมเหลก ไฟฟา (Electromagnetic Stirring) การสนดวยอลตราโซนค (Ultrasonic vibrations) เปนตน ซงกระบวนการดงกลาวจะตองอาศยตวกลางเพอใหเกดการเคลอนทไหลวน (Agitation) โดยในกระบวนการกวนทางกลจะใชใบพดหรอแทงทรงกระบอกเพอท าใหเกดการเคลอนทไหลวนของน าโลหะ การกวนดวยแมเหลกไฟฟาจะอาศยแรงทางไฟฟาเปนตวพาใหเกดการไหลวนของน าโลหะ เหลว สวนการสนกท าใหเกดการเคลอนทไหลวนของน าโลหะเหลวไดเชนกน แตกระบวนการเหลาน กยงมขอเสยหลายอยาง เชน มราคาสงและการเกดไมโครเซกกรเกรชน เนองจากการกวนทสดสวนของแขงสงๆ ซงหลกการเกดเกรนแบบกอนกลมเกดจากการแตกตวของกงเดนไดรทจะตองท าใหเกดการเคลอนทไหลวนในชวงกอนทจะมการแขงตวเทานน โดยจะเปนชวงทมกงเดนไดรททเลกมากๆ และอยในสถานะทไมเสถยรเนองจากอตราสวนระหวางพนทผวตอปรมาตรสง ตอมานกวจยไดพฒนากระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting อยางตอเนอง ท าใหเกดกระบวนการขนรปใหมๆ เกดขนมา [27] เชน New Rheocasting (NRCTM) Semi-Solid Rheocast (SSRTM) Sub Liquidus Casting (SLCTM) กระบวนการ CSIR และ Advanced Rheo-diecast Technique (ART) Gas Induced Semi-Solid (GISS) เปนตน

21

21

2.2.2 กลไกของกระบวนการขนรปกงของแขงแบบ Rheocasting การเกดของอนภาคของแขง (Solid Particles) [24] จากการศกษาและท าวจยของนกวจยทผานมา พบวา สวนเลกๆ ทมรปรางแบบ Equiaxed จ านวนมาก โดยอาจจะเกดจากกระบวนการ Nucleation and Growth หรอ กระบวนการการแตกของเดนไดรท (Dendrite Fragmentation) หรออาจจะเปนผลมาจากทงสองกระบวนการทเกดขนในขณะทโลหะเกด การแขงตว โดยอนภาคของแขงเหลานจะโตดวยการกระจายของอะตอม หรอ Coarsening ท าใหเกรนทมรปรางแบบ Equiaxed เปลยนเปนเกรนแบบกอนกลม อนภาคของแขงทเกดขนเรมเกดนนมขนาดเลกและมปรมาณมาก เกรนกอนกลมจะเกดไดโดยตรงจากเกรน Equiaxed ตามกลไกววฒนาการอนภาคของแขง ดงรปท 2.6 โดยเรมจาก (ก) ไป (ก2) ถาหากอนภาคมขนาดใหญเกนไปการเกดเกรนกอนกลมกจะไปตามเสนทางจาก (ก) ไป (จ) และหากสภาวะไมเปนตามทก าหนดกจะไมเกดเกรนแบบกอนกลม ซงจะแสดงในเสนทางจาก (ข) ไป (ข2)

รปท 2.6 เสนทางการเตบโตและการ Coarsening ของอนภาคของแขง (ทมา : M.C. Flemings and W.L. Johnson.) [24]

2.2.3 กระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส กระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส (Gas Induced Semi-Solid) [22] เปนกระบวนการสรางโลหะกงของแขงโดยใชเทคนคการพนฟองแกสผานแทงกรา-ไฟตพรน ซงเปนเทคนคแบบใหมส าหรบการผลตโลหะกงของแขงทมหลกการคลายกบกระบวนการ

22

22

หลอแบบ Rheocasting ทท าใหไดโครงสรางเกรนแบบกอนกลม โดยสมบตของโลหะกงของแขงมหลายประการ ไดแก อณหภมต ากวาโลหะหลอมเหลว โลหะทเรมแข งตวบางสวน ในขณะทเทใสแมพมพจะมความหนดสงกวาน าโลหะ มความเคนขณะเคลอนตวต ากวาโลหะทแขงตวแลว เปนตน จากสมบตดงกลาวท าใหมขอดหลายอยางทสามารถน าไปประยกตใชไดหลากหลายในกระบวนการผลต เชน ลดการเกดของเสยจากปฏกรยาระหวางออกซเจนในขนตอน การหลอโลหะลงในแมพมพและลดการเกดโพรงหดตว (shrinkage) และยงสามารถชวยยดอาย การใชงานของแมพมพไดอกดวยกระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส แสดงดงรปท 2.7

รปท 2.7 แบบจ าลองกระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส

(ทมา : เจษฎา วรรณสนธ) [22]

2.3 กระบวนการทางความรอน กระบวนการทางความรอนเปนกระบวนการทท าใหสมบตเชงกลของอะลมเนยมเปลยนแปลงไป โดยอะลมเนยมทสามารถใชกระบวนการทางความรอนปรบปรงสมบตเชงกลได ไดแก อะลมเนยมกลม 2XXX, 4XXX, 6XXX และ 7XXX สวนอะลมเนยมกลม 1XXX, 3XXX, 4XXX (บางเกรด) และ 5XXX ไมสามารถใชกระบวนการนในการปรบปรงสมบตเชงกลได 2.3.1 การอบละลาย (Solution Treatment) อณหภมในการอบละลายจะมความใกลเคยงกบการเกดสารประกอบยเทคตกดงนนในกระบวนการหลอมจงตองควบคมอณหภมอยางเขมงวด การอบละลายโดยทวไป เปนการท าใหอะลมเนยมเกดเปนสารละลายภายในเตาอบทมแรงอดอากาศและมการกระจาย อณหภมภายในเตาอยางสม าเสมอ งานหลอทไดรบความรอนอยางสม าเสมอทวทงชนงานดวยระบบการวนอากาศภายในเตา ซงหากเปนเตาขนาดใหญอาจจะตองมการตดตงพดลมเพอหลกเลยงการเกดปญหา การม

23

23

ความรอนสงเกนไปในบางบรเวณของชนงาน ซงความรอนเฉพาะจดดงกลาวนสามารถท าใหเกด การหลอมเหลวเฉพาะจดในบรเวณเลกๆ นอกจากนในปจจบนการอบใหเกดการละลายของโครงสรางโดยสวนใหญจะใชเตาไฟฟาทสรางความรอนจากขดลวดความตานทาน ในขณะทเตาอบแบบใชแกสพนเปลวไฟใหความรอนเปนวธทท าใหเกดปญหากบงานหลอประเภทอะลมเนยม แตกสามารถใชงานไดเชนกน 2.3.2 การชบเยน (Quenching) การชบเยนเปนกระบวนการลดอณหภมหรอท าใหเยนตวอยางรวดเรว ในสภาวะสารละลายของแขงอมตวยงยวด โดยการจมลงในตวกลางตางๆ เชน น า น ามน น าเกลอ หรอสารละลายพอลเมอร เปนตน (ตวกลางทใชในงานวจยน คอ น า) เพอใหเกดการเปลยนเฟสและเพมความแขงของโลหะ การชบเยนสามารถท าไดหลงจากการผานขนตอนการอบละลายแลว 2.3.3 การบมแขง (Aging) กระบวนการนท าใหเกดการตกตะกอนของเฟสกงโลหะทมความละเอยดมากและชวยเพมความแขงได การบมอาจท าไดหลายวธ แตวธทนยมใช ไดแก การบมแขงธรรมชาต (Natural aging) เปนการวางชนงานไว ณ อณหภมหอง และการบมแขงเทยม (Artificial aging) เปนการน าเอาชนงานไปอบทอณหภมทเหมาะสมส าหรบการตกตะกอนโดยอณหภมของการบมนขนอยกบเกรดของโลหะผสมและเวลาของการบมทใหความแขงสงสดขนอยกบอณหภมของการบม 2.4 การตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา การตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา เปนการตรวจสอบลกษณะทางกายภาพและขนาดของเกรนทเกดจากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน (Heat treatment) ซงการตรวจสอบดงกลาวจะท ารวมกบการตรวจสอบทางสายตาโดยจะดทงโครงสรางมหาภาคและโครงสรางจลภาค โดยการตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยาสามารถตรวจสอบโครงสรางโดยใชกลองจลทรรศน ซงมรายละเอยดดงตอไปน 2.4.1 กลองจลทรรศนแบบใชแสง (Optical Microscope ;OM) การตรวจสอบโครงสรางโดยใชกลองจลทรรศนแบบใชแสงนน ชนงานทใชตรวจสอบจะตองเตรยมโดยการกดผวชนงานใหเรยบ จากนนน าชนงานไปขดกบกระดาษทรายน าเบอรตางๆ ทก าหนดไว ตามดวยการกดกบผาสกหลาดดวยผงอะลมนา แลวจงใชสารละลายเจอจาง Keller’s reagent กดผวชนงาน หลงจากนนน าไปลางท าความสะอาดและใชไดรทเปาใหชนงานแหงกอนน าชนงานไปตรวจสอบโครงสราง

24

24

2.4.2 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope ;SEM) การตรวจสอบโครงสรางโดยใชกลองจลทรรศนอเลกตอนแบบสองกราดจะตองเตรยมชนงานกอนการตรวจสอบโครงสรางโดยน าชนงานไปผานการกดผวใหเรยบแลวจงน าชนงานไปตรวจสอบ 2.4.3 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบทรานสมสชน (Transmission Electron Microscopy ;TEM) การตรวจสอบโครงสรางดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบทรานสมสชนจะตองเตรยมชนงานใหอยในรปฟลมบางในระดบไมโครเมตร (ประมาณ 50-100 µm) เพอใหสญญาณอเลกตรอนจาก primary beam สามารถทะลผานและเดนทางเขาสดเทคเตอรทอยดานลางได ดงนนในกรณนจงจ าเปนทจะตองเพมขนตอนการตดหรอเฉอนชนงานออกมาเปนฟลมบางๆ ดวยเทคนคทเรยกวา microtoming หรอ sectioning โดยใชเครองมอทเรยกวา microtome ในการตดชนงาน จดประสงคของการตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยาเพอดพฤตกรรมการเปลยนแปลงของเนอโลหะหลงจากผานกระบวนการทางความรอน โดยดลกษณะการกระจายตวของธาตตางๆ และลกษณะของเกรนทเปลยนแปลงไป โดยในงานวจยครงนจะตรวจสอบโครงสรางดวยกลองจลทรรศน 2 ชนด คอ กลองจลทรรศนแบบใชแสง (OM) และกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) 2.5 ทฤษฎการทดสอบสมบตเชงกล สมบตเชงกล (Mechanical properties) เปนสมบตทเกยวของกบปฏกรยาทเกดขนของวสด เมอมแรงจากภายนอกมากระท าตอวสด ไดแก ความแขง (Hardness) ความทนแรงดง (Tensile strength) ความสามารถในการยดตว (Elongation) ความเคน-ความเครยด (Stress-Strain) เปนตน ซงในงานวจยนจะกลาวถงสมบตเชงกลของวสดทางดานความแขงและความทนแรงดง โดยมรายละเอยด ดงตอไปน 2.5.1 การทดสอบความแขง (Hardness test) วสดแตละชนดมสมบตเชงกลทแตกตางกน เนองจากอทธพลของธาตตางๆ ทผสมอยในวสดตงแตกระบวนการผลต กระบวนการแปรรป รวมไปถงสมบตโดยธรรมชาตของวสดนนๆ อยางไรกตามสมบตทางกลดานความแขงของวสดจงเปนดชนชวดตวหนงทนยมใชตรวจสอบ

25

25

ในทางโลหะวทยา ซงโดยทวไปการวดความแขงของวสดในแตละประเภทนนจะมขอควรพจารณาตางๆ ทแตกตางกน เชน วสดและอปกรณทใชในการวด กระบวนการในการวดหรอขอจ ากดบางอยางของวสดนนๆ เปนตน ซงสงเหลานมความส าคญและควรมความเขาใจเพอทจะสามารถเลอกใชงานไดอยางเหมาะสมและไมเกดความผดพลาด นยามของความแขง คอ ความตานทานตอแรงกดหรอการขดสของวสด ซงโดยทวไปสามารถทดสอบไดโดยใชการทดสอบแบบท าลาย ดงนนการทดสอบความแขง จงสามารถท าไดหลายวธ แตในทางโลหะวทยา การวดความแขงนนจะเปนการทดสอบความสามารถของโลหะในการตานตอการเปลยนรปถาวร (Plastic deformation) เมอถกแรงกดจากหวกดกระท าลงบนพนผวของวสดทดสอบ โดยในทนจะกลาวถงการทดสอบความแขงทนยมใชในปจจบนโดยมรายละเอยด ดงตอไปน 2.5.1.1 การทดสอบความแขงแบบบรเนลล (Brinell hardness test) เปนการวดความแขงโดยอาศยแรงกดคงทกระท าผานลกบอลทรงกลมลงบนผวชนงานทดสอบ ซงลกบอลทใชในการทดสอบนน คอ เหลกกลาชบแขงหรอทงสเตนคารไบด โดยทวไปมขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร คาความแขงสามารถค านวณจากแรงกดทกระท าตอหนงหนวยพนทผวโดยพนทผวมลกษณะเปนผวโคง โดยจะใชวธการ คอ ใชบอลเหลกกลาทผานการชบแขงมาอยางด หรอทงสเตนคารไบด กดลงบนผวชนงานทจะทดสอบ (ผวชนงานตองมความเรยบ) โดยใชแรง 3,000 กโลกรมส าหรบวสดแขง และ 500 กโลกรมส าหรบวสดออน โดยใชเวลาในการกด 30 วนาทเปนมาตรฐาน จากนนวดเสนผานศนยกลางของรอยบม (Indentation) และค านวณโดยใชสมการท 2.1

22 dDD D

2PHB

π

(2.1)

เมอ HB คอ คาความแขง Brinell (kg/mm2) P คอ แรงกดทกระท า (kg) D คอ เสนผานศนยกลางของหวกด (mm) d คอ เสนผานศนยกลางของรอยกด (mm) โดยมเงอนไขในการทดสอบชนงาน ดงน 1) ผวชนงานทดสอบจะตองมหนาตดเรยบ ปราศจากออกไซดหรอวสด ชนดอนๆ เชน สารหลอลนทกชนด 2) ความหนาของชนงานทดสอบจะตองเพยงพอทจะไมท าใหเกดรอยใตผวชนงานทดสอบ โดยทวไปมการก าหนดความหนาต าสดเทากบ 1.5 เทาของขนาดเสนผานศนยกลางของรอยกด (d) 3) อณหภมททดสอบอยระหวาง 10˚C ถง 35˚C

26

26

4) ระยะหางระหวางรอยกดในเหลกกลา ทองแดง และทองเหลอง ควรมระยะหางอยางนอยทสด 3 เทาของความยาวเฉลยของเสนทแยงมมรอยกด แตส าหรบโลหะเบา เชน ดบก ตะกว อะลมเนยม ควรมระยะหางอยางนอยทสด 6 เทาของความยาวเฉลยของเสนทแยงมมรอยกด 2.5.1.2 การทดสอบความแขงแบบรอคเวลล (Rockwell hardness test) หลกการในการทดสอบมความคลายคลงกบการทดสอบแบบบรเนลล แตมขอแตกตางกน คอ ใชหวกดทมขนาดเลกกวาและแรงทใชกดนอยกวาคาของแรงทใชกดและขนาดของหวกดสามารถเปลยนไดขนอยกบสเกลของความแขงทจะเลอกใชใหเหมาะสมกบชนดของวสดทใชทดสอบ การอานคาความแขงจะอานโดยตรงจากเครอง วธการทดสอบจะใชแรงกระท าเพยงเลกนอย คอ 10 กโลกรม จากนนจะเพมแรงกระท าขนเรอยๆ ซงอาจมตงแต 60-100 กโลกรม ขนอยกบขนาดและชนดของหวกด นอกจากนยงขนอยกบชนดของวสดทใชในการทดสอบ โดยการใชหวกดประเภทตางๆ ของการวดความแขงแบบรอคเวลล แสดงดงตารางท 2.5 ตารางท 2.5 สเกลการทดสอบความแขงและชนดของหวกดของการวดความแขงแบบรอคเวลล

สเกล ประเภทหวกด แรงกด (Kgf.)

การใชงาน

A หวกดเพชร 60 ซเมนตคารไบด เหลกกลาทมขนาดบางและเหลกกลา ชบแขงผวไมลก

B ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( ) 100

โลหะผสมทองแดง (Copper alloys) เหลกกลาทไมแขงมาก (Soft steels) โลหะผสมอะลมเนยม (Aluminum alloys) และเหลกออนอบเหนยว

C หวกดเพชร 150 เหลกกลา เหลกหลอทมความแขงสง เหลกออนอบเหนยวชนดเพอรรตก ไทเทเนยม เหลกกลาชบแขงทผวลก และวสดอนๆ ทมความแขงมากกวา 100 HRB

D หวกดเพชร 100 เหลกกลาทมขนาดบาง เหลกกลาชบแขงทผวและเหลกหลออบเหนยวชนดเพอรรตก

E ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( )

100 เหลกหลอ โลหะผสมของอะลมเนยม โลหะผสมของ แมกนเซยม และโลหะส าหรบผลตแบรง

F ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( )

60 โลหะผสมของทองแดงทผานการอบออน โลหะ แผนบางทไมแขง

G ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( )

150 บรอนซผสมฟอสฟอรส โลหะผสมทองแดงเบอรเลยม เหลกหลออบเหนยว

H ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( )

60 อะลมเนยม สงกะส และตะกว

27

27

ตารางท 2.5 สเกลการทดสอบความแขงและชนดของหวกดของการวดความแขงแบบรอคเวลล (ตอ)

สเกล ประเภทหวกด แรงกด (Kgf.)

การใชงาน

K ลกบอลเหลกกลาชบแขง 150 โลหะส าหรบผลตแบรงและวสดอนๆ ทบางและออน โดยเลอกใชลกบอลเหลกกลาชบแขงขนาดเลกและใช แรงกดสงเพอปองกนผลของ Anvil effect

L ลกบอลเหลกกลาชบแขง 60 โลหะส าหรบผลตแบรงและวสดอนๆ ทบางและออน โดยเลอกใชลกบอลเหลกกลาชบแขงขนาดเลกและใช แรงกดสงเพอปองกนผลของ Anvil effect

หมายเหต Kgf (Kilogram force) หมายถง หนวยของแรงทใชในการกด นอกจากนเมอพจารณาการทดสอบดวยวธการแบบรอคเวลล พบวาสามารถใชวดความแขงของวสดตางๆ ไดหลายระดบและมขนตอนไมซบซอน โดยสามารถวดความแขงของวสดทการทดสอบแบบบรเนลลวดไมได การใชงานสะดวกและอานคาไดรวดเรวเพราะอานโดยตรงจากเครอง รวมไปถงรอยกดทบมลงไปในชนงานมขนาดเลกจงไมท าลายผวของชนทดสอบ ซงวธการดงกลาวมขอควรพจารณาในการทดสอบดงน 1) ผวของวสดทน ามาทดสอบนนตองมหนาตดเรยบไดระนาบตงฉากกบหวกด รวมไปถงไมมสงแปลกปลอม เชน น ามนหรอเศษวสดทตดมาเพราะจะท าให คาทไดเกดความผดพลาด 2) ความหนาของวสดทใชทดสอบตองมความหนาเปน 8 เทาของความลกรอยกด 3) ต าแหนงของรอยกดตางๆ ควรมระยะหางระหวางกนโดยวดจากเสนผานศนยกลางของรอยบมไมนอยกวา 4 เทา 4) ขณะทหวกดก าลงกดลงในวสดทดสอบตองไมมแรงสนสะเทอนจากแทนวางวสดทดสอบหรอจากภายนอกซงสงเหลานจะมผลท าใหคาทอานไดมความผดพลาด การอานคาความแขงทไดจากเครองนน จะมสญลกษณทจะตองอาน 2 สวน คอ ตวเลขคาความแขงทวดไดและสญลกษณของสเกลทใชวดความแขง (แสดงถงลกษณะหวกดทใชวดคาและแรงกดทใช) ตวอยางการอานคาความแขงสามารถอานไดดงน ตวอยางท 1 เชน 65.0 HRC หมายความวา ตวเลขความแขงทอานไดเทากบ 65.0 ดวยการวดแบบ Rockwell สเกล C ทใชหวกดแบบเพชรและมคาของแรงกดเทากบ 150 Kgf ตวอยางท 2 เชน 70.0 HRB หมายความวา ตวเลขความแขงทอานไดเทากบ 70.0 ดวยการวดแบบ Rockwell สเกล B ทใชหวกดแบบลกบอลเหลกกลาชบแขงและมคาของ แรงกดเทากบ 100 Kgf

28

28

2.5.1.3 การทดสอบความแขงแบบวคเกอร (Vickers hardness test) การทดสอบแบบวคเกอรคลายกบการวดความแขงแบบบรเนลลในแงทวาคาทไดเปนอตราสวนระหวางแรงทใชตอพนทของรอยกด แตแตกตางกนทหวกดท ใชเปนเพชรรปพระมด แรงทใชมตงแต 5-120 กโลกรม ขนอยกบความแขงของวสด เนองจากหวกดเปนเพชรซงมความแขงสงมากๆ ดงนนในการใชงานจงสามารถวดคาความแขงไดตงแตโลหะทออนมาก (HV ประมาณ 5) จนถงโลหะทแขงมากๆ (VHN ประมาณ 1,500) โดยไมตองเปลยนหวกดจะเปลยนเฉพาะแรงกดเทานน ทงนขนอยกบวสดทใชในการทดสอบโดยวสดทใชทดสอบจะตอง มลกษณะดงน 1) ผวชนงานทดสอบจะตองมหนาตดเรยบ ปราศจากออกไซดหรอวสดชนดอนๆ เชน สารหลอลนทกชนด 2) ความหนาของชนงานทดสอบจะตองเพยงพอทจะไมท าใหเกดรอยใตผวชนงานทดสอบ โดยทวไปมการก าหนดความหนาต าสด เทากบ 1.5 เทาของเสนทแยงมมรอยกด 3) อณหภมททดสอบอยระหวาง 10˚C ถง 35˚C 4) ระยะหางระหวางรอยกดในเหลกกลา ทองแดง และทองเหลอง ควรมระยะหางอยางนอยทสด 3 เทาของความยาวเฉลยของเสนทแยงมมรอยกด แตส าหรบโลหะเบา เชน ดบก ตะกว อะลมเนยม ควรมระยะหางอยางนอยทสด 6 เทาของความยาวเฉลย จากการวดความแขงทง 3 วธทกลาวมานน มขอสงเกตวาการทดสอบความแขงแบบรอคเวลลเปนวธการทมความเหมาะสมส าหรบการทดสอบวสดทกประเภท ตงแตวสดออนจนถงวสดทมความแขงมาก ซงคาทอานไดมคาทคอนขางแมนย ากวาการทดสอบดวยวธการอนๆ ตลอดจนขนตอนการเตรยมชนงานกอนการทดสอบท าไดงายไมซบซอน ดงนนการทดสอบความแขงทใชในงานวจยครงน คอ การทดสอบความแขงแบบรอคเวลล โดยใชสเกลมาตรฐานแบบสเกล B ในการทดสอบความแขงของชนงานภายหลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 เพอใหไดคาทมความถกตองและแมนย าเพอการวเคราะหตอไป 2.5.2 การทดสอบความทนแรงดง (Tensile test) วธการทดสอบความทนแรงดงสามารถท าไดโดยการน าวสดตวอยางทจะทดสอบมาท าการดงชาๆ ดวยแรงและอตราเรวคงทแลวบนทกคาของความเคนและความเครยดแลวน ามาพลอตเปนกราฟเสน เรยกวา เสนโคงความเคน-ความเครยด (Stress-Strain Curve) ดงรปท 2.8 โดยในการทดสอบวสดนนจะมมาตรฐานของขนาดวสดทดสอบก าหนดไว ซงจะขนอยกบชนดของวสดนนๆมาตรฐานของการทดสอบทนยมใช ไดแก มาตรฐานของ ASTM (American Society of Testing and Materials), JIS (Japanese Industrial Standards), BS (British Standards) หรอ มอก. (มาตรฐานผลตภณฑอตสาหกรรมไทย) โดยไดก าหนดขนาดและรปรางของวสดทดสอบไว ทงนเพอใหผลของการทดสอบเชอถอได พรอมกบการก าหนดความเรวในการเพมแรงกระท าเอาไวดวย

29

29

รปท 2.8 เสนโคงความเคน-ความเครยด แบบมจดคราก

(ทมา : การทดสอบแรงดง (Tension Test)) [28]

จากการศกษาเสนโคงความเคน-ความเครยด พบวา เกดคาตางๆ ขนดงน จด A เรยกวา พกดสดสวน (Proportional limit) เกดขนหลงจากดงชนทดสอบอยางชาๆ ชนงานทดสอบจะคอยๆ ยดออก ท าใหไดกราฟทเปนเสนตรง ตามกฎของฮค (Hook's law) ซงกลาววา ความเคนเปนสดสวนโดยตรงกบความเครยดและภายใตพกดสดสวนน วสดจะแสดงพฤตกรรมการคนรปแบบอลาสตก (Elastic behavior) นนคอ เมอปลอยแรงกระท าชนงานทดสอบจะกลบไปมขนาดเทาเดม จด B เรยกวา พกดยดหยน (Elastic limit) เปนจดก าหนดคาความเคนสงสดทจะไมท าใหเกดการแปรรปถาวร (Permanent Deformation or Offset) กบวสดนนเกดขนหลง จากเพมแรงกระท าตอไปจนเกนพกดสดสวน เมอผานจดนไปแลววสดจะมการเปลยนรปอยางถาวร (Plastic deformation) จด C เรยกวา จดคราก (Yield Point) เปนจดทเกดการเปลยนรปแบบพลาสตกและคาของความเคนทจดนเรยกวา ความเคนจดคราก หรอ Yield Strength ซงคา ดงกลาวเปนจดแบงระหวางพฤตกรรมการคนรปกบพฤตกรรมการคงรปและในกรณของโลหะจะเปนคาความแขงแรงสงสดทใชประโยชนไดโดยไมเกดการเสยหาย จด D เรยกวา ความเคนแรงดง (Ultimate Tensile Strength) หรอความแขงแรง (Strength) ของวสด ซงเปนคาความเคนสงสดทวสดจะทนไดกอนทจะขาดออกจากกน (Fracture) จด E เรยกวา จดทวสดเกดการแตกหรอขาดออกจากกน (Fracture) หรออาจเรยกวา คาความเคนประลย (Rupture Strength) ส าหรบโลหะบางชนด เชน เหลกกลาคารบอนต าหรอโลหะเหนยวมคาต ากวาความเคนสงสด สวนโลหะอนๆ เชน โลหะทผานการขนรปเยน (cold work) มกจะแตกหกทจดความเคนสงสด

30

30

วสดหลายชนด เชน อะลมเนยม ทองแดง จะไมแสดงจดครากอยางชดเจนแตสามารถหาความเคนจดครากไดโดยวธการก าหนดความเครยดท 0.10 -0.20 เปอรเซนตของความยาวเดม (Original Gage Length) จากนนลากเสนขนานกบกราฟชวงแรกไปตดเสนกราฟ ทโคงไปทางดานขวาดงรปท 2.9 ซงคาความเคนทจดตดนสามารถน ามาใชแทนคาความเคนจดครากได ความเคนทจดนบางครงเรยกวา ความเคนพสจน (Proof Stress) หรอความเคน 0.1 หรอ 0.2 เปอรเซนต Offset

รปท 2.9 เสนโคงความเคน-ความเครยด แบบไมมจดคราก

(ทมา : การทดสอบแรงดง (Tension Test)) [28] ทจดสดทาย (จด E) ของกราฟเปนจดทวสดทดสอบจะเกดการแตกหรอขาดออกจาก

กน (Fracture) ส าหรบโลหะบางชนด เชน เหลกกลาคารบอนต าหรอโลหะเหนยว คาความเคนประลย (Rupture Strength) นจะต ากวาความเคนสงสด เพราะเมอเลยจด D ไปแลวพนทภาคตดขวางของวสดทดสอบจะลดลง ท าใหพนทจะตานทานแรงดงลดลงดวย ในขณะทยงสามารถค านวณคาของความเคนจากพนทหนาตดเดมของวสดกอนทจะท าการทดสอบแรงดง ดงนนคาของความเคนจงลดลงสวนโลหะอนๆ เชน โลหะทผานการขนรปเยน (cold work) มาแลวจะแตกหกทจดความเคนสงสดโดยไมมการลดขนาดพนทภาคตดขวาง ดงรปท 2.10 ก) ท านองเดยวกบพวกวสดเปราะ (Brittle Materials) เชน เซรามค ทมการเปลยนรปอยางพลาสตกนอยมากหรอไมมเลย สวนกรณของวสดทเปนพลาสตกจะเกดแตกหกโดยทตองการความเคนสงขน ดงรปท 2.10 ข)

31

31

รปท 2.10 เสนโคงเปรยบเทยบความเคน-ความเครยด ก) วสดเปราะ และ ข) วสดพลาสตก (ทมา : การทดสอบแรงดง (Tension Test)) [28]

2.6 การวเคราะหขอมลทางสถต การน าสถตมาใชในการวเคราะหขอมลเพอใหผลลพธและขอสรปทเกดขนเปนไปตามวตถประสงคของการทดลอง เปนเครองมอในการตดสนใจทมประสทธภาพท าใหขอสรปทไดมเหตผลสนบสนนและมความนาเชอถอมากยงขน เชน ในการวเคราะหการทดสอบความแขงของชนงาน การบนทกผลสถตทใชในงานวจยซงตองใชการวเคราะหคาทดสอบของชนงานทใชใน งานวจย คอ สถตพรรณนา (Descriptive statistic) เพอหาคาเฉลย คาสงสด คาต าสด สวนสถตเชง อนมาน (Inferential statistic) ใชในการหาคาความแปรปรวนและอทธพลของปจจยทเกยวของ 2.6.1 การก าหนดขนาดของกลมตวอยาง การก าหนดขนาดของกลมตวอยาง เปนการหาคากลมตวอยางเพอทจะน าไปแทนประชากรไดอยางเพยงพอและมความเหมาะสมทจะท าใหเกดประสทธภาพในงานวจย ไมมความสนเปลองในเรองตางๆ เชน แรงงาน เวลา งบประมาณ ฯลฯ โดยการหาขนาดตวอยางในงานวจยน จะใชขนาดของกลมตวอยาง จากการทดลองในลกษณะเดยวกน ซงใชคาทไดรบการแนะน าใหใช (ในกรณนจะใชกลมตวอยางโดยการอางองงานทดลองในลกษณะเดยวกนและจากมาตรฐาน ASTM) เนองจากตนทนของวสดในการทดลองมราคาสง จงก าหนดขนาดตวอยางดวยวธนเพอประหยดตนทนและเวลาในการทดลอง

2.6.2 การออกแบบการทดลองแบบแฟกทอเรยล การออกแบบการทดลองแบบแฟกทอเรยล 2 ปจจย (ปจจยทมผลตอการทดลอง) คอ ปจจย A และปจจย B โดยในแตละปจจยจะประกอบไปดวย a และ b ระดบ ซงทก

ก) ข)

32

32

เงอนไขการทดลองจะอยในรปของการออกแบบแฟกทอเรยล คอ ในการทดลองแตละซ าประกอบไปดวย การทดลองรวมระหวางปจจยทงหมด a×b การทดลอง โดยปกตมจ านวนการท าซ าทงหมด n ครง ซงจะก าหนดให i..y เปนผลรวมของขอมลทไดจากการทดลองทระดบ i ของปจจย A .j.y เปนผลรวมของขอมลทไดจากการทดลองทระดบ j ของปจจย B ij.y เปนผลรวมของ

ขอมลทไดจากการทดลองทงหมด ณ ต าแหนง ij ของปจจย A และ ...y เปนผลรวมของขอมลทงหมดท

ไดจากการทดลอง โดยการหาคาเฉลยของ ij..j.i..

y,y,y และ ...y สามารถค านวณได จากสมการ

ดงตอไปน

a

1i

n

1kijki.. yy

bn

yy i..

i.. a1,2,...,i (2.2)

b

1j

n

1kijk.j. yy

an

yy .j.

.j. b1,2,...,j (2.3)

n

1kijkij. yy

n

yy ij.

ij. b1,2,...,j

a1,2,...,i

(2.4)

a

1i

b

1j

k

1kijk... yy

abn

yy ...

... (2.5)

เมอก าหนดให ijky คอ ผลทไดจากการสงเกตเมอปจจย A อยทระดบ i (i = 1, 2, ..., a) และปจจย B อยทระดบ j (j=1, 2, ..., b) ส าหรบการท าซ าท k (k = 1, 2, ..., n) รปแบบสมการทวไปของการออกแบบแฟกทอเรยล 2 ปจจย เนองจากล าดบในการสงเกตทง n b a ครง โดยการทดลองแตละเงอนไขจะถกเลอกมาอยางสม (Randomness) ซงเปนการออกแบบสมบรบรณ (Completely randomized design) แบบจ าลองคณตศาสตรของแฟกทอเรยล แสดงดงสมการท 2.6

1,2,...ck

1,2,...bj

a1,2,...,i

)(y ijkijjiijk ετββτμ (2.6)

โดยท μ คอ ผลเฉลยทงหมด iτ คอ ผลทเกดจากระดบท i ของปจจย A jβ คอ ผลทเกดจากระดบท j ของปจจย B ij)(τβ คอ ผลทเกดจากอนตรกรยาระหวาง iτ และ jβ

33

33

ijkε คอ องคประกอบของความผดพลาดแบบสม (ปจจยทงคทคาตายตว (Fixed) และผลตอการทดลอง (Treatment Effect) หมายถง สวนเบยงเบนจากคาเฉลยทงหมด)

ดงนนจะไดวา 0a

1ii

τ และ 0b

1jj

β และในท านองเดยวกนอนตรกรยามคา

ตายตวและก าหนดให 0)()(b

1jij

a

1iij

τβτβ เนองจากการทดลองมจ านวนการท าซ า n ครง ดงนน

จ านวนขอมลทเกบไดมคาเทากบ n b a ขอมล ในการทดลองเชงแฟกทอเรยล 2 ปจจย คอ อณหภมในการอบละลาย (A) และเวลาในการอบละลาย (B) โดยใหทงสองปจจยมคาความส าคญเทากน ผลทเกดจากอณหภมในการอบละลาย 0...:H a210 τττ 0:H i1 τ At least one i ผลทเกดจากเวลาในการอบละลาย 0...:H b210 βββ 0:H j1 β At least one j

ผลของอนตรกรยาทเกดระหวางอณหภมในการอบละลายและเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 τβ for all i,j

0)(:H ij1 τβ At least one i,j

ซงในการทดสอบสมมตฐานทงสามนจะใชการวเคราะหความแปรปรวน 2 ปจจย ในการทดสอบเพอหาปจจยทสงผลตอการทดลอง ในการค านวณคาของผลรวมของแตละปจจย (Sum of Square) สามารถหาคาไดโดยใชสมการดงตอไปน

a

1i

b

1j

n

1k

2...2

ijkTotal abn

yySS (2.7)

a

1i

2...2

i..A abn

yy

bn

1SS (2.8)

abn

yy

an

1SS

2...

b

1j

2.j.B

(2.9)

a

1i

b

1j

2...2

ij.Subtotal abn

yy

n

1SS (2.10)

34

34

BASubtotalAB SSSSSSSS (2.11) BAABTE SSSSSSSSSS (2.12) หรอ SubtotalTE SSSSSS (2.13)

โดยท SSTotal คอ ผลรวมของก าลงสองของความแตกตางระหวางคาเฉลยใน แตละระดบกบคาเฉลยรวม SSA คอ ผลรวมของก าลงสองทเกดจากปจจย A SSB คอ ผลรวมของก าลงสองทเกดจากปจจย B SSAB คอ ผลรวมของก าลงสองทเกดจากอนตรกรยาระหวางปจจย A และปจจย B SSE คอ ผลรวมของก าลงสองทเกดเนองจากความผดพลาด SSSubtotal คอ ผลรวมของก าลงสองครงหนงของความแตกตางระหวาง คาเฉลยในแตละระดบกบคาเฉลยรวม จากสมการท 2.6 เปนแบบจ าลองทใชในการวเคราะหหาความแปรปรวนของการทดลองเชงแฟกทอเรยล 2 ปจจย ซงเปนแบบจ าลองทเหมาะสมในการวเคราะห โดยในการทดสอบจะใชการทดสอบการกระจายตวของขอมลแบบ F โดยอาศยการใชตารางวเคราะหความแปรปรวน ดงตารางท 2.6 ตารางท 2.6 การวเคราะหหาความแปรปรวนการทดลองเชงแฟกทอเรยล 2 ปจจย [29]

Source of Variation

Sum of Square

Degrees of Freedom

Mean Square F0

A treatments SSA 1a 1a

SSMS A

A

E

A0 MS

MSF

B treatments SSB 1b 1b

SSMS B

B

E

B0 MS

MSF

Interaction SSAB 1)1)(b(a 1)1)(b(a

SSMS AB

AB

E

AB0 MS

MSF

Error SSE 1)ab(n 1)ab(n

SSMS E

E

Total SST 1abn

35

35

2.6.3 สมมตฐานในการทดลอง ปจจยทถกก าหนดในการทดลองวามอทธพลตอการทดลองหรอไมโดยการตงสมมตฐานหลกและความสมพนธของปจจย สามารถตรวจสอบผลดวยวธการทางสถตดงตอไปน 1) การพจารณา Main Effect ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของ ปจจย A 0:H 10 ส าหรบทกระดบ อทธพลของปจจย A ไมแตกตางกน

0:H 11 ส าหรบทกระดบ อทธพลปจจย A แตกตางกน ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของ ปจจย B 0:H 10 β ส าหรบทกระดบ อทธพลของปจจย B ไมแตกตางกน 0:H 11 ส าหรบทกระดบ อทธพลของปจจย B แตกตางกน 2) การพจารณา 2 Factor Interaction Effect ทดสอบอนตรกรยา (Interaction) ระหวางอณหภมในการอบละลายและเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 for all i, j ทกระดบ ไมมอทธพลของ Interaction (i=1,

2, ..., n ; j=1, 2,...m) 0)(:H ij1 At least one i, j โดยมบาง i, j มอทธพลของ

Interaction (i=1, 2, ..., n ; j=1, 2,...m) 2.6.4 การทดลองคาเฉลยทไดจากกลมตวอยาง 2 กลม การทดสอบสมมตฐานเพอเปรยบเทยบความแตกตางของคาเฉลยสองกลมนนโดยใชขอมลทรวบรวมไดจากกลมตวอยาง ในแตละกลมนนเปนขอมลในอนตรภาคหรออตราสวน โดยน าคาเฉลย ( x ) ทไดจากการค านวณจากกลมตวอยางทงสองกลมนนมาเปรยบเทยบกน ทงนเพอน าไปสการสรปวา คาเฉลยของประชากร 2 กลมนน แตกตางกนหรอไม โดยจะแบงไดเปน 2 กรณ คอ 1) กลมตวอยางมขนาดใหญ 30)(n หมายถง กลมตวอยางของ n1 และ n2 ซงมจ านวนของขอมลแตละกลมมากกวาหรอเทากบ 30 ขอมล ดงนนในการทดสอบทางสถตจะทดสอบโดยใช Z-test โดยสามารถค านวณคา Z ไดจากสมการ 2.14

2

22

1

21

21

nn

Zxx

(2.14)

36

36

ซงในทางปฏบตอาจจะไมสามารถหาคา 21 และ 2

2 ได โดยจะสามารถ

ใชคา 21S และ 2

2S แทนได ซงสามารถค านวณไดจากสมการ 2.15

2

22

1

21

21

n

S

n

SZ

xx

(2.15)

2) กลมตวอยางขนาดเลก 30)(n หมายถง กลมตวอยางของ n1 และ n2 ซงมจ านวนของขอมลแตละกลมนอยกวา 30 ขอมล ดงนนในการทดสอบทางสถตจะทดสอบโดยใช t-test โดยตองค านงถงองศาเสร (Degree of Freedom ; DF) จะแยกออกเปน 2 กรณ คอ ก. ไมทราบคาความแปรปรวนของประชากรทง 2 กลม และตงขอ

ตกลง (Assume) คาความแปรปรวนของประชากรทงสองกลมเทากน )( 22

21 โดยหาคา t และ

องศาเสร จากสมการท 2.16 และ 2.17

2121

222

211

21

n

1

n

1

2nn

1)S(n1)S(nt

xx (2.16)

DF = n1 + n2 - 2 (2.17)

ข. ไมทราบคาความแปรปรวนของประชากรทง 2 กลม และตงขอ ตกลง (Assume) คาความแปรปรวนของประชากรทงสองกลมไมเทากน )( 2

221 โดยหาคา t

และองศาเสร จากสมการท 2.18 และ 2.19

2

22

1

21

21

n

S

n

St

xx

(2.18)

1n

n

S

1n

n

S

n

S

n

S

DF

2

2

2

22

1

2

1

21

2

22

1

21

(2.19)

37

37

2.6.5 การเปรยบเทยบพหคณ (Multiple Comparison) ปกตการทดสอบ F-Test จะพบวาเปนการทดสอบโดยรวม (over all test) โดยเปนการทดสอบวามคาเฉลยแตกตางกนหรอไม ถาแตกตางกนอยางมนยส าคญทางสถต (Significant) กจะบอกวามคาเฉลยแตกตางกนอยางนอย 1 ค เทานน โดยไมสามารถบอกไดวาคใดเปนคทเกดความแตกตาง ซงจ าเปนตองท าการทดสอบหลงการวเคราะหโดยวธการเปรยบเทยบพหคณ ในทนจะอธบายการเปรยบเทยบพหคณเฉพาะเงอนไขความเทากนของ ความแปรปรวนและบางวธทนยมใช โดยประกอบไปดวย 3 วธ ดงน 1) Least-Signifant Different (LSD) วธ Least-Signifant Different หรอ LSD หรอ Fisher's Least-Signifant Different เปนเทคนคท Fisher ไดพฒนาเพอเปรยบเทยบคาเฉลยประชากรครงละหลายคซงใชสมการท 2.20 ในการค านวณ

n

MSaN,tLSD E

/ 2 (2.20)

คา MSE ไดจากการค านวณหาคาความแปรปรวนจากตาราง ANOVA ซงขนตอนในการค านวณคาเปรยบเทยบคาเฉลยในแตละค ดงตอไปน (1) ค านวณคา LSD โดยใชสมการท 2.20 (2) ค านวณความแตกตางระหวางคาเฉลย ji xx

(3) น าคา ji xx มาเปรยบเทยบกบคา LSD

ก. ถา ji xx ≤ คา LSD แสดงวา 21

ข. ถา ji xx > คา LSD แสดงวา 21

2) Turkey’s Honestly Significant Different (HSD) วธ Turkey’s Honestly Significant Different หรอ HSD เปนการ เปรยบเทยบภายใตเงอนทมจ านวนของขนาดตวอยางแตละกลมเทากน โดยใชสมการท 2.21 ในการค านวณ

n

MSf)(a,qT E

αα (2.21)

จากสมการท 2.21 คาของ q หาไดจากตารางคาวกฤตของ Studentized Rough

38

38

Statistic โดยมขนตอนในการค านวณคาเปรยบเทยบคาเฉลยในแตละค ดงตอไปน (1) ค านวณคา HSD โดยใชสมการท 2.21 (2) ค านวณความแตกตางระหวางคาเฉลย ji xx

(3) น าคา ji xx มาเปรยบเทยบกบคา HSD

ก. ถา ji xx ≤ คา HSD แสดงวา 21

ข. ถา ji xx > คา HSD แสดงวา 21

3) The Sheffe's Post hoc Comparison (Sheffe') วธ The Sheffe's Post hoc Comparison นสามารถเปรยบเทยบคาเฉลยของกลมตวอยางทมขนาดเทากนหรอไมเทากนกได โดยใชสมการท 2.22 ในการค านวณ

)n

1

n

1)(1)(F*)(MS(KCV

jiwd (2.22)

F* คอ คา F ทเปดจากตารางคาวกฤตของ F โดยม df1 = K-1, dfL = N-K MSW คอ คาทไดจากการค านวณความแปรปรวนภายในกลมซงไดจากตารางการวเคราะห ANOVA ซงมขนตอนในการค านวณคาเปรยบเทยบคาเฉลยในแตละค ดงตอไปน (1) ค านวณคา CVd โดยใชสมการท 2.22 (2) ค านวณความแตกตางระหวางคาเฉลย ji xx

(3) น าคา ji xx มาเปรยบเทยบกบคา CVd

ก. ถา ji xx < คา CVd แสดงวา 21

ข. ถา ji xx ≥ คา CVd แสดงวา 21

ในงานวจยจะใชการเปรยบเทยบพหคณ (Multiple Comparison) โดยวธ Turkey’s Honestly Significant Different (HSD) เนองจากในแตละกลมตวอยางมขนาดของตวอยางทเทากน 2.7 การค านวณตนทน ในงานวจยนเปนการค านวณตนทนในระดบโรงงานขนาดเลกโดยจะค านวณตนทนทเกดขนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลโดยใชกระบวนการทางความรอน (Heat treatment) ซงเปนการค านวณเพอใหทราบถงตนทนทใชในกระบวนการ โดยมนยามของตนทนมดงน ตนทน (cost) หมายถง คาใชจายในการด าเนนกจกรรมตางๆ

39

39

ตนทนการผลต (production cost) หมายถง คาใชจายในการด าเนนกจกรรมทางการผลตเพอใหไดมาซงผลตภณฑทด มคณภาพ ตามความตองการของลกคา ในการค านวณตนทนนนจ าเปนทจะตองแบงตนทนออกเปนประเภทเพอใหงายตอการค านวณ ในทนจะใชการวเคราะหตนทนตามกระบวนการ (Process-Based Cost Model) ซงสามารถแบงประเภทของตนทนออกเปน 2 ประเภท ใหญๆ คอ ตนทนคงท (Fixed costs) และตนทนผนแปร (Variable costs) โดยมรายละเอยดดงตอไปน 2.8.1 ตนทนคงท (Fixed costs) ตนทนคงท คอ ตนทนรวมทไมไดเปลยนแปลงไปตามระดบของการผลตในชวงของการผลต แตตนทนคงทตอหนวยจะเปลยนแปลงในทางลดลงถาปรมาณการผลตเพมมากขน ซงประกอบดวยตนทน ดงตอไปน 1) ตนทนคาใชจายโรงงาน (overhead cost) คาใชจายทางออมเปนผลรวมของคาใชจาย คาวสดทางออม คาไฟสองสวาง คาน าประปา คาใชจายในการขายและบรหาร 2) ตนทนคาเครองจกร (equipment cost) ตนทนคาเครองจกรจะคดจากคาเสอมของเครองจกรและอปกรณ ในชวงของการผลตเทาๆ กน ซงจะท าการประเมนคาเสอมราคาในลกษณะเสนตรง โดยก าหนดใหมอายการใชงานเครองจกรและอปกรณ 3) ตนทนคาอปกรณ (tooling cost) ตนทนคาอปกรณจะคดจากตนทนการรกษาสภาพเครองจกรใหสามารถใชงานไดตลอดเวลา โดยครอบคลมไปถงการซอมแซมและการบ ารงรกษาเครองจกรตามอายการใชงาน 4) ตนทนการกอสราง (building cost) คอ ตนทนทลงทนส าหรบสงกอสรางทเกยวกบการผลต เชน ตก อาคารส านกงาน เปนตน 2.7.2 ตนทนผนแปร (Variable costs) ตนทนผนแปร หมายถง ตนทนทเปลยนแปลงไปตามสดสวนของการเปลยนแปลงในระดบกจกรรมหรอปรมาณในกระบวนการผลต ตนทนผนแปรของตนทนตอหนวยจะเทาๆ กน ทกหนวย ประกอบดวยตนทน ดงตอไปน 1) ตนทนวตถดบ (material cost) คอ วตถดบทใชในกระบวนการ ผลต 2) ตนทนแรงงาน (labor cost) คอ คาใชจายหรอคาตอบแทนใหแก พนกงานหรอลกจางหรอคนท างานทท าหนาทเกยวของกบกระบวนการผลต 3) ตนทนพลงงาน (energy cost) คอ ตนทนคาไฟฟาทใชใน กระบวนการผลต ค านวณโดยใชอตราคาไฟแบบ Time of Use (TOU) ซงเปนการคดอตราการใชงาน ทแตกตางตามชวงเวลาทใชงาน

40

40

จากขอมลขางตนสามารถแสดงโครงสรางของตนทนไดดงรปท 2.11

รปท 2.11 โครงสรางของตนทนตามกระบวนการ (PBCM)

ตนทนการผลต

ตนทนคงท ตนทนผนแปร

ตนทนคาใชจายโรงงาน ตนทนวตถดบ

ตนทนคาเครองจกร ตนทนแรงงาน

ตนทนพลงงาน ตนทนคาอปกรณ

ตนทนการกอสราง

41

41

บทท 3 วธการด าเนนวจย

การด าเนนการวจยเพอปรบปรงสมบตเชงกลของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 แบบกงของแขงโดยใชกระบวนการทางความรอน ซงจะท าการตรวจสอบสมบตเชงกลทเพมขนหลงจากการปรบปรงสมบตเชงกล ไดแก สมบตดานความแขงและความทนแรงดง สวนกระบวนการทางความรอนทใช คอ กระบวนการทางความรอน T6 หลงจากนนท าการค านวณตนทนทเกดขนของกระบวนการในระดบโรงงานขนาดเลก โดยมขนตอนการด าเนนการวจย แสดงดงรปท 3.1

รปท 3.1 ขนตอนของการด าเนนงานวจย

ออกแบบการทดลอง (Experimental Design)

กระบวนการทางความรอน T6 (Heat treatment T6)

การอบละลาย : 450 480 และ 510°C เปนเวลา 4 และ 8 ชวโมง การบมแขงเทยม : ครงท 1 ทอณหภม 120°C เปนเวลา 2 ชวโมง

ครงท 2 ทอณหภม 170°C เปนเวลา 1.5 ชวโมง

ตรวจสอบโครงสรางจลภาค (Metallurgical)

ทดสอบสมบตเชงกล (Mechanical property)

วเคราะหตนทน (Cost analysis)

วเคราะหผลการทดลอง (Analysis of experiment)

สรปผล (Report)

42

42

3.1 วสดทใชในงานวจย งานวจยนใชโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 เปนวสดทน ามาใชในการทดลองซงมสวนผสมของธาตตางๆ ดงตารางท 3.1 จากตารางพบวามสงกะส (Zn) เปนธาตผสมหลกและแมกนเซยม (Mg) เปนธาตผสมรองลงมา ธาตเหลานชวยท าใหอะลมเนยมเกรดดงกลาวมความแขงแรงสง (high strength) ทนตอการกดกรอน (corrosion resistance) โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทใชในการทดลองผานการขนรปดวยเทคนคกระบวนการผลตโลหะกงของแขง โดยกรรมวธการปลอยฟองแกส (Gas Induced Semi-Solid ;GISS) เทคนคดงกลาวเปนกระบวนการหลอโลหะกงของแขงแบบ Rheocasting เทคนคการผลตโลหะกงของแขงแบบ GISS นนจะท าการหลอมอะลมเนยมทอณหภม 700˚C จากนนตกน าโลหะอะลมเนยมหลอมเหลวประมาณ 0.5 กโลกรมและรออณหภมของน าโลหะอะลมเนยมลดลงถง 645˚C จากนนใชแกสไนโตรเจนพนผานแทงกราไฟตพรนซงใชความดนแกสในชวง 4-5 บาร และอตราการไหลของแกสเทากบ 5 ลตร/นาท เพอสรางโลหะกงของแขงทเปนเกรนแบบกอนกลมทเกดจากการนวคลเอชนหรอเกดจากการแตกหกของเดนไดรท เนองจากกระแสไหลวนของน าโลหะแลวจงน าสเลอรรกงของแขงเทลงสแมพมพโดยมอณหภมของแมพมพ 300˚C แลวอดขนรปโดยใชความดน 1,500 psi ชนงานทไดจากการขนรปโดยใชเทคนค GISS มขนาด 100 x 100 x 15 cm3 แสดงดงรปท 3.2 ก.) และโครงสรางทเกดใหมจากกระบวนการขนรปดวยเทคนคการผลตโลหะกงของแขงแบบ GISS เปนโครงสรางเกรนแบบกอนกลมดงรปท 3.2 ข.) ตารางท 3.1 สวนผสมของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 (W.T.%)

Zn Mg Cu Cr Fe Si Al 6.08 2.50 1.93 0.19 0.46 0.4 Bal.

หมายเหต Bal. คอ สดสวนของธาตอะลมเนยมทนอกเหนอจากสวนผสมทางเคมดงตาราง

ก.) ข.) รปท 3.2 โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยเทคนค GISS ก.) ลกษณะทไดจาก

การขนรป และ ข.) โครงสรางเกรนแบบกอนกลม

43

43

3.2 เครองมอและอปกรณ เครองมอและอปกรณทใชในงานวจย เรองการปรบปรงสมบตเชงกลของโลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 โดยใชกระบวนการทางความรอน มดงตอไปน 3.2.1 เตาเผาอณหภมต า ส าหรบท า Solid Solution เตาเผาอณหภมต า (เตาอบละลาย) ทใชในงานวจย ยหอ Nabertherm รน SN278509 แสดงดงรปท 3.3 สามารถตงอณหภมในการเผาไดตงแต 25 ถง 1100˚C โดยในงานวจยใชอณหภมในการอบละลายทอณหภม 450, 480 และ 510˚C และใชเวลาในการอบละลาย 4 และ 8 ชวโมงตามล าดบ

รปท 3.3 เตาเผาอณหภมต า

3.2.2 เตาอบ ส าหรบ Aging เตาอบทใชในงานวจย ยหอ Memmart รน UNE600 แสดงดงรปท 3.4 โดยใชในกระบวนการบมแขงเทยม ซงในงานวจยใชอณหภมในการบมแขงเทยม 2 ครง โดยทครงท 1 ใชอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และครงท 2 ใชอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง ตามล าดบ

รปท 3.4 เตาบมแขงเทยม

44

44

3.2.3 เลอยสายพานแนวนอน เลอยสายพานแนวนอนทใชในงานวจย ยหอ Carif รน Carif 260 ซงใชในการตดแบงชนงานใหมขนาดตามทก าหนด (ขนาดทใชในการทดสอบความแขงและความทนแรงดง) กอนผานกระบวนการทางความรอน แสดงดงรปท 3.5

รปท 3.5 เลอยสายพานแนวนอน

3.2.4 เครองกดแนวตง เครองกดแนวตงทใชในงานวจย ยหอ HELLER ใชในการกดปาดหนาและกดขนรปชนงานใหมลกษณะ dog bone ของอะลมเนยมเกรด 7075 ใหมพนผวเรยบและไดขนาด เพอใชในการทดสอบสมบตเชงกลดานความแขงและความทนแรงดง แสดงดงรปท 3.6

รปท 3.6 เครองกดแนวตง

3.2.5 เครองขดกระดาษทรายและขดสกหลาด เครองขดกระดาษทรายและขดสกหลาด ยหอ FRECONix ใชในการขดผว ชนงานกอนน าชนงานไปตรวจสอบโครงสรางจลภาค แสดงดงรปท 3.7

45

45

รปท 3.7 เครองขดกระดาษทรายและขดสกหลาด

3.2.6 น ายาและสารเคมทใชในการเตรยมชนงาน ไดแก ก. สารละลายเจอจาง Keller’s reagent ข. กรดไฮโดรฟลออรก ความเขมขน 48% 2 ml ค. กรดไฮโดรคลอรก เขมขน 3 ml ง. กรดไนตรกส 5 ml จ. น า 190 ml 3.2.7 กลองจลทรรศนแบบใชแสง (Optical Microscope ;OM) กลองจลทรรศนแบบใชแสง (OM) ยหอ Olympus ทใชในงานวจยมก าลงขยายตงแต 20 50 100 200 และ 500 เทา ตามล าดบ ซงใชส าหรบการตรวจสอบโครงสรางทางวทยา แสดงดงรปท 3.8

รปท 3.8 กลองจลทรรศนแบบใชแสง

46

46

3.2.8 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope ;SEM) กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) เปนกลองจลทรรศนอเลกตรอนทมก าลงขยายไมสงเทากบเครอง TEM การเตรยมตวอยางเพอทจะดดวยเครอง SEM น ตวอยางไมจ าเปนตองมขนาดบางเทากบเมอดดวยเครอง TEM การสรางภาพท าไดโดยการตรวจวดอเลกตรอนทสะทอนจากพนผวหนาของตวอยางทท าการส ารวจ ซงภาพทไดจากเครอง SEM นจะเปนภาพลกษณะของ 3 มต ดงนนเครอง SEM จงถกน ามาใชในการศกษาสณฐานและรายละเอยดของลกษณะพนผวของตวอยางแสดงดงรปท 3.9

รปท 3.9 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM)

3.2.9 เครองทดสอบความทนแรงดง เครองทดสอบความทนแรงดง ยหอ Instron รน 5528 เปนเครองทใชทดสอบความทนแรงดง แสดงดงรปท 3.10 มวธการคอ น าตวอยางทดสอบทผานการกดใหมขนาดตามมาตรฐาน ASTM-E8 มาดงอยางชาๆ จะใหคาความเคนและความเครยด ซงสามารถมาหาคาความตานทานแรงดงได

รปท 3.10 เครองทดสอบความทนแรงดง

47

47

3.2.10 เครองทดสอบความแขงแบบรอคเวลล (Rockwell hardness test) เครองทดสอบความแขง แสดงดงรปท 3.11 หนวยทใชทดสอบความแขงคอ HRB จะใชแรงกระท า (Load force) 100 กโลกรม หวกดทใชเปนลกบอลเหลกซงจะอานคาไดจากหนาจอบนตวเครองโดยตรง โดยชนงานททดสอบจะตองมพนผวทเรยบ ไมขรขระหรอเปนหลมเพอทจะท าใหคาทวดไดเปนคาทแทจรงและเพอยดอายในการใชงานของหวกด

รปท 3.11 เครองทดสอบความแขงแบบรอคเวลล

3.3 การเตรยมชนงานอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยวธ GISS โลหะผสมอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปดวยวธ GISS แลวนน (ขนาด 100 x 100 x15 mm3. ดงรปท 3.2 ก.) ) จะตองน ามาตดดวยเครองเลอยสายพานแนวนอนใหม ขนาด 6 x 100 x 15 mm3 เพอน าไปเปนชนงานส าหรบทดสอบความทนแรงดงและตดใหมขนาด 10 x 40 x 15 mm3 เพอน าไปเปนชนงานทดสอบความแขง โดยการแบงชนงานในการทดสอบความทนแรงดงและการทดสอบความแขงแสดงดงรปท 3.12 ก) ข) รปท 3.12 การตดแบงชนงาน ก.) ชนงานทดสอบความทนแรงดง และ ข.) ชนงานทดสอบความแขง

48

48

3.4 การออกแบบการทดลอง

การออกแบบการทดลองจะยดตาม ASTM E8 และ ASTM E18 ในการปรบปรง สมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน ซงมปจจยทสงผลตอสมบตเชงกล คอ อณหภม (temperature) และเวลา (time) จากการศกษาเอกสารทเกยวของในเรองของการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน พบวาอณหภมทสงผลตอสมบตเชงกลและโครงสรางของ อะลมเนยมเกรด 7075 โดยแบงอณหภมออกเปน 2 ประเภท คอ อณหภมทเหมาะสมในการอบละลาย อยในชวง 450-510 องศาเซลเซยส และอณหภมทเหมาะสมในการบมแขงเทยมอยในชวง 120-170 องศาเซลเซยส แสดงดงตารางท 3.2 จ านวนชนงานตวอยางในการทดสอบความแขงจะใชจ านวน 2 ตวอยาง และจ านวนท าซ าทงหมด 3 ครงตอหนงเงอนไข สวนจ านวนชนงานตวอยางในการทดสอบ ความทนแรงดงจะใชจ านวน 2 ตวอยางและจ านวนท าซ าทงหมด 3 ครงตอหนงเงอนไข

ตารางท 3.2 อณหภมและเวลาทใชในการทดลอง

การอบละลาย การบมแขงเทยมสองครง

บมครงท 1 บมครงท 2

450˚C 4 hrs.

120˚C 2 hrs. 170˚C 1.5 hrs.

8 hrs.

480˚C 4 hrs. 8 hrs.

510˚C 4 hrs. 8 hrs.

3.5 ขนตอนการทดลองกระบวนการทางความรอน การปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนสามารถท าไดหลายวธ โดยขนอยกบเกรดและประเภทของวสดทใช ในงานวจยน เลอกใช การปรบปรงสมบตเชงกลดวย กระบวนการทางความรอนโดยใช T6 โดยทกระบวนการดงกลาวจะตองน าอะลมเนยมผสมเกรด 7075 ทขนรปดวยกระบวนการกงของแขงโดยใชเทคนค GISS ไปผานการอบละลาย (solution heat treatment) การชบ (quenching) และการบมแขงเทยม (artificial aging) ตามล าดบ กระบวนการ ทางความรอนทใชในงานวจยแสดงดงรปท 3.13 และมรายละเอยดดงน

49

49

รปท 3.13 ไดอะแกรมของกระบวนการทางความรอนทใชในงานวจย 1) การอบละลาย (Solution heat treatment) เปนการอบละลายโครงสราง ซงจะท าใหธาตผสมละลายเขาเปนเนอเดยวกนกบอะลมเนยมโดยการใหความรอนซงในทนจะใช อณหภม 450, 480 และ 510˚C โดยแตละอณหภมจะปลอยทงไวเปนเวลา 4 และ 8 ชวโมงตามล าดบ จากนนท าใหเกดการเยนตวอยางรวดเรวโดยการชบลงในน าทนทหลงจากครบเวลาอบละลาย ซงจากกระบวนการนจะสงผลใหอะลมเนยมผสมเกดเฟสใหมทท าใหธาตทผสมอยเกดความเสถยรและพลงงานจลนลดลงในระดบโครงสรางจลภาค 2) การชบ (Quenching) เปนการลดอณหภมลงหรอท าใหเกดการเยนตวอยางรวดเรว ขณะทวสดอยในชวงอณหภมสงโดยการจมลงในของเหลวทท าหนาทเปนตวกลางในการดดซบพลงงานความรอนทแตกตางกน เชน น า น ามน หรอน าเกลอ เพอท าใหเกดการแปลงเฟสผลลทธทตามมาจากกระบวนการดงกลาว คอ ความแขงของอะลมเนยมผสมเพมสงขน ซงในงานวจยนตวกลางในการเยนตวทใช คอ น าทอณหภมหอง 3) การบมแขงเทยม (Artificial Aging) เปนการใชพลงงานความรอนทเหมาะสม เพอใหอะตอมของธาตผสมทละลายอยในเนออะลมเนยมผสมทผานการอบละลายมาเกดการตกตะ -กอนหรอตกผลกของเฟสใหมทมความสมดลมากขน ซงท าใหผลทไดจากกระบวนการน คอ วสด เกดการตานแรงกระท าไดสงขน มความแขงแรงมากขน ซงในงานวจยนจะท าการบมแขงเทยมสองครงทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และ 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง ตามล าดบ นอกจากนหลงจากกระบวนการทางความรอนเสรจสนในทกๆ เงอนไขการทดลอง จะตองน าชนงานไปเกบรกษาไวทอณหภม 1-5˚C เพอรกษาสมบตของโครงสรางใหคงสภาพเดม ทงนเนองจากอณหภมทลดต าลงจะสงผลใหตานทานตอการเปลยนของเฟสหรอการเคลอนทของอะตอมใหเกดการเปลยนแปลงนอยทสด

Solution Heat treatment

Double Aged

Time

Temp. (˚C)

120˚C, 2 hrs.

170˚C, 1.5 hrs.

50

50

3.6 การเตรยมชนงานและตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา การเตรยมชนงานส าหรบการตรวจสอบโครงสรางทางวทยา มวธการเตรยมชนงาน ดงตอไปน 1) น าชนงานทผานกระบวนการทางความรอนไปกดผวชนงานใหเรยบ โดยใชเครองกดแนวตง แสดงดงรปท 3.14 (ขนาดของชนงานทดสอบเทากบขนาดของชนงานทดสอบความแขง)

รปท 3.14 การกดผวชนงานเพอตรวจสอบโครงสราง

2) น าชนงานทผานการกดผวใหเรยบแลว ไปขดหยาบดวยกระดาษทรายน า เบอร 320 โดยวธการขดจะตองขดชนงานไปในทศทางเดยวกนจนกระทงรอยขดขวนและรอยขด หมดไปแลวหมนชนงานไปเปนมมฉากและขดชนงานอกครงจนกระทงรอยขดทมอยเดมหายไปหมด โดยท าซ าในขนตอนขางตนเรอยๆ โดยเพมความละเอยดของกระดาษทรายเปน 600 800 และ 1200 ตามล าดบ แสดงดงรปท 3.15

รปท 3.15 การขดชนงานดวยกระดาษทรายน า

51

51

3) หลงจากนนน าชนงานไปขดผวใหละเอยดจนไมเหนรอยขดขวนบนผวชนงาน โดยใชผาหยาบ (Cloth pad) รวมกบผงขดอะลมนา (Alumina Powder) ขนาด 5 1 และ 0.3 ไมโครเมตร ตามล าดบ โดยมวธการขดเหมอนกบการขดดวยกระดาษทรายน า แสดงดงรปท 3.16

รปท 3.16 การขดชนงานดวยโดยใชผาหยาบ (Cloth pad) รวมกบผงขดอะลมนา

4) น าชนงานไปเปาใหแหงแลวน าไปกดกรดโดยใชระยะเวลาในการกดประมาณ 5-7 วนาท แลวลางออกดวยน าเปลา กอนน าไปสองดโครงสรางดวยกลองจลทรรศนแบบใชแสงและท าการวเคราะหโครงสรางในขนตอนถดไป 5) สวนการตรวจสอบโครงสรางดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) นน สามารถน าชนงานทผานการกดปาดผวหนาชนงานไปทดสอบไดเลย โดยทไมตองผาน ขนตอนการเตรยมชนงานในขอท 2-4 ในการเกบรกษาชนงานในการตรวจสอบโครงสรางจะตองใสถงซปลอกเพอไมให ชนงานท าปฏกรยากบอากาศและจ าเปนทจะตองเกบไวในทมอณหภมทเยน เนองจากหากโลหะไดรบความรอนอะตอมภายในจะเกดการเคลอนทตลอดเวลา เพอการลดการเคลอนทของอะตอมจงจ าเปนทจะตองรกษาชนงานทดสอบไวในอณหภมทมความเยน 3.7 การเตรยมชนงานและการทดสอบความแขง การเตรยมชนงานส าหรบการทดสอบความแขง (hardness test) จะใชชนงานทมขนาด 15 x 10 x 40 mm3 (ซงเปนขนาดทมความเหมาะสมกบการทดสอบ กลาวคอ การมความหนาและพนทหนาตดทพอเพยงตอการทหวกดสมผสตอบรเวณทใชทดสอบ) ทผานกระบวนการ ทางความรอนไปกดปาดหนาชนงานใหเรยบกอนน าไปวดความแขง ดงรปท 3.17 เพอเปนการยดอายการใชงานของหวกดและใหไดคาความแขงทถกตองทสด

52

52

รปท 3.17 กดปาดหนาชนงานใหเรยบกอนน าไปวดความแขง

หลงจากกดปาดผวชนงาน จะไดชนงานแสดงดงรปท 3.18 ก) โดยในการวดความแขงของชนงานจะวดความแขงทงหมด 15 จด เพอหาคาความแขงเฉลยของชนงานแตละชน แสดงดงรปท 3.18 ข)

ก) ข)

รปท 3.18 ชนงานส าหรบทดสอบความแขง ก) ชนงานหลงผานการกดปาดผวหนา และ

ข) ต าแหนงในการวดความแขงบนชนงาน ในการทดสอบความแขงนนจะใชเครองวดความแขงแบบรอคเวลล (Rockwell hardness test) โดยใชหวกดบอลเหลกกลาชบแขง (สเกล B) ในการวดจะตงคาแรงกดท

เครองวดความแขงเทากบ 100 Kgf. ตามมาตรฐานการตรวจวด ASTM E18 ลกษณะการตดตงชนงานและการทดสอบการกดแสดงดงรปท 3.19

40 mm

15 mm

53

53

รปท 3.19 การตดตงชนงานทดสอบความแขง

3.8 การเตรยมชนงานและการทดสอบความทนแรงดง การเตรยมชนงานส าหรบการทดสอบความทนแรงดง (tensile test) จะใชชนงานทไดมาตรฐานตาม ASTM E8 โดยหลงจากชนงานผานกระบวนการทางความรอนแลวจะตองน าชนงานไปผานการกดใหมลกษณะเปนชนงานทดสอบแบบ dog bone ดงรปท 3.20

รปท 3.20 การเตรยมชนงานส าหรบทดสอบความทนแรงดง

โดยชนงานทน าไปกดมขนาด 6 x 15 x 100 mm3 ซงจะกดชนงานใหมลกษณะดงรปท 3.21 และมรายละเอยดของขนาดชนงานทดสอบดงตารางท 3.3

ต าแหนงการวางชนงาน

คาความแขงทวดได

ปมตงคาแรงกด

54

54

รปท 3.21 ชนงานทดสอบความทนแรงดงลกษณะกระดก (Dog bone) ตารางท 3.3 รายละเอยดขนาดตางๆ ของชนงานทดสอบ

Nominal width Dimension (mm) Grip section 30 Overall length 100 Width of grip section 10 Distance between shoulders 40 Gage length 25 0.1 DIA. Or width 6 0.1 Radius 6 Reduced section 32 Thickness 4 หลงจากการกดชนงานใหมรปรางเปนชนงานทดสอบแบบ dog bone และมขนาดตาม ASTM E8 แลวจะตองน าชนงานมาตรวจสอบดวยตาเพอหารอยแตกหรอรอยบนบนชนงานเพราะถาหากชนงานทมลกษณะดงกลาวจะไมสามารถน าไปทดสอบแรงดงได ซงถาน าชนงานไปทดสอบกจะใหคาความทนแรงดงทไมตรงตามความเปนจรงและไมสามารถน าขอมลมาวเคราะหไดชนงานทผานการกดเปนรป dog bone แสดงดงรปท 3.22

รปท 3.22 ชนงานทดสอบแรงดง

Thickness

R

55

55

ในการทดสอบความทนแรงดง กอนการทดสอบจะตองตดตงชนงานเขากบปากตวจบดานลางกอนแลวคอยๆ เคลอนปากจบดานบนลงมาใหพอดทปากจบชนงานสามารถจบไดความเรวในการทดสอบความทนแรงดงนนสามารถค านวณไดจากสมการ 3.1

1000

60GV

(3.1)

เมอ V คอ ความเรวในการทดสอบแรงดง G คอ Gage Length หนวยของความเรวในการทดสอบ คอ เมตร/วนาท ซงในการทดสอบจะใชความเรวในการทดสอบจากการค านวณจากสมการขางตนไดคาความเรว เทากบ

1.51000

6025V

เมตร/วนาท

หลงจากปอนคาและตรวจสอบคาตางๆ แลวใหท าการตรวจสอบอกครง จากนนเรมท าการทดสอบไดโดยตดตงชนงานทดสอบดงรปท 3.23 เมอชนงานขาดออกจากกนแลวใหเกบขอมลทไดจากเครองทดสอบเพอทจะน าไปวเคราะหตอไป

รปท 3.23 การตดตงชนงานทดสอบความทนแรงดง

ปากจบบน

ปากจบลาง ต าแหนงของชนงานทดสอบ

56

56

3.9 การวเคราะหขอมลคาความแขงและความทนแรงดงดวยวธการทางสถต ในการวเคราะหขอมลคาความแขงและความทนแรงดงจ าเปนทจะตองก าหนดขนาดของตวอยางและการท าซ าเพอสรางความนาเชอถอใหกบขอมลทไดจากการทดลอง ในงานวจยนใชวธการก าหนดตวอยางและการท าซ าดวยการอางองจากมาตรฐาน ASTM ของการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของอะลมเนยมและอางองจากงานวจยทมลกษณะใกลเคยงทไดมการวจยทผานมา เนองจากตนทนของวสด (Al 7075) ในการทดลองมราคาสงโดยก าหนดใหมขนาดตวอยางเทากบ 2 ตวอยางและมการท าซ าจ านวน 3 ซ า การวเคราะหทางสถตจะใชการวเคราะหแบบแฟกทอเรยล 2 ปจจย โดยไมมการบลอคปจจย ซงในการท าการทดลองจะท าการสมการทดลองแตละเงอนไขโดยใชโปรแกรมวเคราะหทางสถตในการก าหนดล าดบการทดลองเพอใหขอมลทไดเปนขอมลทไดมาอยางสม ซงแสดงรายละเอยดดงตารางท 3.4 ตารางท 3.4 ล าดบการทดลองของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน StdOrder RunOrder PtType Block Sol. HT. Time Sol. HT Temp.

1 1 1 1 450 4 2 2 1 1 450 8 7 3 1 1 450 4 15 4 1 1 480 4 14 5 1 1 450 8 3 6 1 1 480 4 17 7 1 1 510 4 16 8 1 1 480 8 12 9 1 1 510 8 6 10 1 1 510 8 8 11 1 1 450 8 5 12 1 1 510 4 11 13 1 1 510 4 10 14 1 1 480 8 1 15 1 1 450 4 4 16 1 1 480 8 18 17 1 1 510 8 9 18 1 1 480 4

การเกบขอมลของคาความแขงและคาความทนแรงดงมลกษณะการเกบดงตอไปน

57

57

3.9.1 การเกบขอมลคาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ลกษณะและการเกบขอมลของคาความแขงทไดจากการวด มขนตอน ดงตอไปน 1) ในการวดความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 จ านวน 1 ชน จะท าการวดทงหมด 15 จด ซงใหแตละจดแทนดวย 15321 x,...,x,x,x จากการวดความแขง 1 ชน จะไดคาเฉลย

คอ 1x ของชนท 1 (เปนการเฉลยคาความคลาดเคลอนของคาความแขงในชนงาน) ในการทดลองแตละซ าจะประกอบไปดวยชนงานทน ามาวดความแขง 2 ชน และจะไดคาความแขงของชนท 2 จะไดคาเฉลย 2x แสดงดงรปท 3.24

ชนท 1 1x15

x...xxx 15321 ชนท 2

215321 x

15

x...xxx

รปท 3.24 การเฉลยคาความคลาดเคลอนของคาความแขงในชนงาน

2) น าคาเฉลย 1x และ 2x มาหาคาเฉลยคาความคลาดเคลอนของคาความแขงระหวางชนงาน ซงจะไดคา x ส าหรบการทดลองแตละซ า โดยหนงเงอนไขการทดลองจะมการทดลอง 3 ซ า และจะใหคา x ทงหมด 3 คาตอหนงเงอนไขการทดลอง 3) น าคา x ทไดทงหมดไปวเคราะหทางสถต โดยใชการวเคราะหแบบแฟกทอเรยล 2 ปจจย 3.9.2 การเกบขอมลคาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ลกษณะและการเกบขอมลของคาความทนแรงดงทไดจากการวด มขนตอน ดงตอไปน 1) ในการทดสอบคาความทนแรงดง 1 ชน จะใหคาความทนแรงดง 1 คาซงจะใหแทนเปนคา X ของแตละชน แสดงดงรปท 3.25 ในการทดลองหนงซ าจะใหคา X สองคาจากนนน าคา X ทงสองคามาหาเฉลยคาความคลาดเคลอนของคาความทนแรงดงระหวางชนงาน จะไดเปน x ของแตละซ า โดยหนงเงอนไขการทดลองจะมการทดลอง 3 ซ า และจะใหคา x ทงหมด 3 คาตอหนงเงอนไขการทดลอง

58

58

รปท 3.25 ชนงานทใชทดสอบความทนแรงดง (ใหคา X MPa ตอหนงชน)

2) น าคา x ทไดทงหมดไปวเคราะหทางสถตโดยใชการวเคราะหแบบแฟกทอเรยล 2 ปจจย

3.10 การวเคราะหตนทนทเกดขนจากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน ในการวเคราะหตนทนของการปรบปรงสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 นนจะแบงการวเคราะหตนทนออกเปน 2 สวน คอ อะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการอบละลาย 4 ชวโมงและอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการอบละลาย 8 ชวโมง ซงในการวเคราะหตนทนจ าเปนตองทราบกระบวนการในแตละขนตอนของการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนและเวลาทใชในแตละขนตอน โดยรายละเอยดและเวลาแตละขนตอนแสดงดงตารางท 3.5 (การอบละลาย 4 ชวโมง) และตารางท 3.6 (การอบละลาย 8 ชวโมง) ตารางท 3.5 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 450˚C 90* 08:00 09:30 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย 5 09:30 09:35 3 เวลาอบละลาย 240 09:35 13:35 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C 40** 14:55 13:35

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า

10 13:35 13:45

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 5 13:45 13:50 7 บมแขงเทยมครงท 1 120 13:50 15:50

8 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 15:50 16:00

9 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C 20** 16:00 16:20 10 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 5 16:20 16:25

59

59

ตารางท 3.5 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C (ตอ)

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

11 บมแขงเทยมครงท 2 90 16:25 17:55

12 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 17:55 18:05

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min

จากตารางท 3.5 เปนเวลาและขนตอนของการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C โดยใชเวลาตลอดกระบวนการทงหมด 645 นาท ซงการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทอณหภม 480˚C และ 510˚C ใชเวลาตลอดกระบวนการเทากบ 651 และ 657 นาทตามล าดบ โดยเวลาทใชตลอดกระบวนการมความแตกตางกนเพราะเวลาทใชในการอนเตาอบละลายไมเทากน (อณหภม 450˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 90 นาท อณหภม 480˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 96 นาท และอณหภม 510˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 106 นาท)

ตารางท 3.6 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C ล าดบ

ท ขนตอน

เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 450˚C 90* 08:00 09:30 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย 5 09:30 09:35 3 เวลาอบละลาย 480 09:35 17:35 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C 40** 16:55 17:35

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า

10 17:35 17:45

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 5 17:45 17:50 7 บมแขงเทยมครงท 1 120 17:50 19:50

8 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 19:50 20:00

9 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C 20** 20:00 20:20 10 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 5 20:20 20:25 11 บมแขงเทยมครงท 2 90 20:25 21:55

12 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 21:55 22:05

60

60

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min.

จากตารางท 3.6 เปนเวลาและขนตอนของการปรบปรงสมบตเชงกลดวย กระบวนการทางความรอนโดยใชเวลาการอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C โดยใชเวลาตลอดกระบวนการทงหมด 885 นาทซงการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทอณหภม 480˚C และ 510˚C ใชเวลาตลอดกระบวนการเทากบ 891 และ 897 นาท ตามล าดบ โดยเวลาทใชตลอดกระบวนการมความแตกตางกนเพราะเวลาทใชในการอนเตาอบละลายไมเทากน (อณหภม 450˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 90 นาท อณหภม 480˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 96 นาท และอณหภม 510˚C ใชเวลาอนเตาเทากบ 106 นาท)

จากตารางท 3.5 และ 3.6 สามารถเขยนแผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของ กระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนไดดงรปท 3.26 (ใชเวลาการ อบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C) และรปท 3.27 (ใชเวลาการอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C)

61

เตาอบละลาย

เตาบมแขงเทยม

รปท 3.26 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C

เตาอบละลาย

เตาบมแขงเทยม

รปท 3.27 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C

หมายเหต แสดงการท างานของเครองจกร แสดงการท างานของคน

08:00 09:00 11:00 10:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 19:00 18:00 22:00 20:00 21:00 23:00

1 2 3

4

5

6 7 8 9 10 11 12

1 2 3

4

5

6 7 8 9 10 11 12

08:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 10:00 11:00 12:00 13:00 09:00

62

62

จากรปท 3.26 และรปท 3.27 พบวาในการคดคาจางแรงงานจ าเปนตองจางแรงงาน 2 กะหรอจางแบบ OT ซงการจาง 2 กะ จะท าใหคาจางแรงงานถกกวาจางแบบ OT ส าหรบการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง สามารถท าการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนได 2 ลอตตอหนงวน เพอเปนการใชเครองจกรและแรงงานไดอยางมประสทธภาพ โดยสามารถแสดงรายละเอยดขนตอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน 2 ลอตตอหนงวน ไดดงตารางท 3.7 ตารางท 3.7 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 450˚C (1) 90* 08:00 09:30 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (1) 5 09:30 09:35 3 เวลาอบละลาย (1) 240 09:35 13:35 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C (1) 40** 13:05 13:45

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (1)

10 13:35 13:45

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (1) 5 13:45 13:50 7 บมแขงเทยมครงท 1 (1) 120 13:50 15:50 8 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (2) 5 13:50 13:55 9 เวลาอบละลาย (2) 240 13:55 17:55

10 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า (1)

10 15:50 16:00

11 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (1) 20** 16:00 16:20 12 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (1) 5 16:20 16:25 13 บมแขงเทยมครงท 2 (1) 90 16:25 17:55

14 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า (1)

10 17:55 18:05

15 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 18:05 18:15

15 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 18:05 18:15

16 รอเตาบมแขงเทยมอณหภมลดลง ถงอณหภม 120˚C (2)

20** 18:05 18:25

17 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (2) 5 18:25 18:30

63

63

ตารางท 3.7 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 4 ชวโมง ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน (ตอ)

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

18 บมแขงเทยมครงท 1 (2) 120 18:30 20:30

19 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า (2)

10 20:30 20:40

20 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (2) 20** 20:40 21:00 21 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (2) 5 21:00 21:05 22 บมแขงเทยมครงท 2 (2) 90 21:05 22:35

23 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า (2)

10 22:35 22:45

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min. (1) ลอตท 1 (2) ลอตท 2 จากตารางท 3.7 สามารถเขยนแผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนใหมไดดงรปท 3.28 (ใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C) โดยแผนภาพนจะแสดงการผลตแบบ 2 ลอตตอหนงวน ซงใชเวลาทงหมด 1,180 นาท สวนการอบละลายทอณหภม 480˚C และ 510˚C จะใชเวลาเทากบ 1,186 นาท และ 1,192 นาท ตามล าดบ

64

เตาอบละลาย

เตาบมแขงเทยม

รปท 3.28 แผนภาพแสดงขนตอนและเวลาของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนทใชเวลาการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 450˚C (การผลต 2 ลอตตอหนงวน)

หมายเหต ลอตท 1 แสดงการท างานของเครองจกร แสดงการท างานของคน ลอตท 2 แสดงการท างานของเครองจกร แสดงการท างานของคน

ความกวาง 1 ชอง เทากบเวลา 1 ชวโมง ซงเรมการท างาน 08:00-22:45 น

08:00 09:00 11:00 10:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 19:00 18:00 22:00 20:00 21:00 23:00

1 2 3

4

5

6 7 10 11 12 13 14

8 9 15

16 17 18 19 20 21 22 23

65

65

บทท 4 ผลและการวเคราะหผลการวจย

งานวจยนเปนการศกษาหาคาสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงผานกระบวนการทางความรอนโดยใชกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง (double aged) ซงในบทท 2 และ 3 ไดกลาวถงทฤษฎและวธการด าเนนงานวจย ในบทนจะกลาวถงผลทไดจากการวจยซงในการทดลองครงนจะแบงผลการทดลองและการวเคราะหออกเปน 3 สวน คอ การหาคาความแขงสงสด การหาคาความทนแรงดงสงสด คาก าลงครากและคา %elongation ของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงผานกระบวนการทางความรอน T6 ในสภาวะตางๆ การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคและการวเคราะหตนทนเบองตนในระดบหองปฏบตการ (Laboratory scale) เพอใหทราบถงตนทนทใชในกระบวนการผลตตอชน โดยมรายละเอยดดงตอไปน 4.1 การวเคราะหโครงสรางทางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 โครงสรางจลภาคเปนสวนส าคญทท าใหคาสมบตเชงกลของโลหะเพมขน การเปลยนแปลงโครงสรางจลภาคของโลหะสามารถท าไดหลายวธ เชน การชบผวแขง การปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน (heat treatment process) เปนตน โดยการตรวจสอบโครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 นน เพอดการเปลยนแปลงของโครงสรางหลงจากผานกระบวนการทางความรอนแตละเงอนไขและเปรยบเทยบกบโครงสรางเดมกอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน ซงมรายละเอยดดงตอไปน 4.1.1 วเคราะหโครงสรางจลภาคกอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการ ทางความรอน T6 (as cast) ลกษณะของโครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS จะมลกษณะเปนเกรนแบบกอนกลม ดงรปท 4.1 ก) ซงเกดจากการท าใหน าโลหะแขงตวบางสวนกอนการขนรป โดยการปลอยฟองแกสไปรบกวนเพอใหเกรนแบบกงไมแตกตวและเกดเปนเกรนแบบกอนกลมขนและบางบรเวณเกรนทไดจะเปนเกรนดอกกหลาบ (rosett grian) ดงรปท 4.1 ข) โดยทโครงสรางทางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทไดจากกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS จะประกอบดวยเฟส α-Al ซงมลกษณะโครงสรางแบบกอนกลมทลอมรอบดวยเฟสยเทคตก (α-Al+ Mg(Zn,Cu,Al)2) [30] และพบวาบรเวณทเฟสยเทคตดมเฟส intermetallic [31] ซงเฟสนเปนการฟอรมตวของธาต Fe, Cu และ Al

66

66

ก) ข) รปท 4.1 โครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยกระบวนการกงของแขง

โดยใชเทคนค GISS (as cast) ก) เกรนกอนกลม และ ข) เกรนดอกกหลาบ 4.1.2 การวเคราะหโครงสรางจลภาคหลงผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง หลงจากน าเอาอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการขนรปดวยกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใขเทคนค GISS ไปผานการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน ท าใหโครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเปลยนแปลงไป โดยเฟสยเทคตกจะละลายและรวมตวกบ เฟส α-Al ซงมผลท าใหสมบตเชงกลของอะลมเนยมมคาเพมขน โดยโครงสรางจลภาคทเปลยนแปลงไป แสดงดงตารางท 4.1 ซงจะแสดงโครงสรางจลภาคของแตละเงอนไขการทดลอง โดยทกเงอนไขผานการบมแขงเทยมสองขนตอน โครงสรางทางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนจะสงเกตเหนวารปรางของเกรนจะไมมความแตกตางไปจากโครงสรางกอนปรบปรง สมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน โดยสามารถสรปไดวาการศกษาโครงสรางจลภาคกอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 โครงสรางจลภาคจะมอะลมเนยมเปนเฟส α มลกษณะเปนกอนกลมกระจายตวอยรวมกบสงกะสทมสกษณะเปนเสนเมอน าอะลมเนยมเกรด 7075 ผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมแบบสองขนตอน พบวามการละลายและการกอตวของเฟสใหมขนมา โดยพบวาเฟสยเทคตกมความบางลงเนองจากการอบละลายท าใหเกดการรวมตวเขากบเฟส α และพบวามเฟส intermetallic phase เพมขน (Cu2FeAl7) [31]

α-Al

Eutectic

67

67

ตารางท 4.1 โครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน อณหภม

อบละลาย

เวลาอบละลาย

4 ชวโมง 8 ชวโมง

450˚C

480˚C

510˚C

ซงการใชกลองจลทรรศนแบบใชแสงไมสามารถแยกไดวาเปนการรวมตวของธาตใดโดยในการวเคราะหการกระจายตวของธาตตางๆ จะตองน าเอาชนงานไปตรวจสอบดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) โดยจะการวเคราะหโครงสรางของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอนทอณภม 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และผานการบมแขงเทยมสองครง แสดงดงรปท 4.2 จากรปจะวเคราะหธาตทงหมด 5 ธาต คอ Al, Mg, Zn Cu และ Fe ซงพบวาธาต Al มการกระจายตวไดมากทสด ธาต Mg และ Zn มการกระจายตว ไดนอยกวาธาต Al สวนธาต Cu และ Fe มการกระจายตวไดนอยและยงมการเกาะกลมของธาต ดงกลาวอยดวยกน

68

68

รปท 4.2 การวเคราะหโครงสรางโดยใชกลอง SEM

4.2 การวเคราะหสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปแบบกงของแขงโดยใชเทคนค GISS

ในการวเคราะหสมบตเชงกลจ าเปนทจะตองมการทดสอบความแขงและความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 เพอหาคาความแขงและความทนแรงดงเรมตนของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปแบบกงของแขงโดยใชเทคนค GISS เพอน าคาทไดไปเปรยบเทยบดความเปลยนแปลงหลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง โดยมรายละเอยดดงตอไปน 4.2.1 คาความแขง (Hardness) ของชนงานอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) ในการทดสอบคาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) จะใชอะลมเนยมทผานการขนรปโดยกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS และตดเปนชนงานทดสอบใหมขนาด 40 x 15 x10 mm3 ซงใชชนงานในการวดคาความแขงเรมตนกอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยมแบบสองขนตอนจ านวนทงหมด 3 ชน ในแตละชนจะวดคาความแขงดวยเครองทดสอบความแขงแบบรอคเวลลและใชหวกดสเกล B (ลกบอลเหลกกลาชบแขง ( )) ในการวดคาความแขงจะท าการวดคาความแขงทวทงชนงานจ านวน 15

จด/ชน คาความแขงของชนงานแตละชนแสดงดงตารางท 4.2

69

69

ตารางท 4.2 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS

ต าแหนงท ชนงานตวอยาง (HRB)

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 3 1 59.3 60.4 62.3 2 62.9 57.8 60.4 3 62.3 60.2 61.5 4 67.2 64.0 62.2 5 59.7 54.9 58.7 6 60.2 63.1 59.5 7 58.9 62.6 60.1 8 60.3 60.2 62.5 9 62.6 60.9 61.6 10 64.5 59.7 59.0 11 62.4 63.1 58.4 12 63.0 62.3 62.5 13 59.9 62.8 64.2 14 64.2 59.6 60.3 15 61.3 64.2 61.2 X 61.9 61.1 61.0

จากตารางท 4.2 พบวาคาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS มคาความแขงเฉลยเทากบ 61.3 HRB โดยเมอเปรยบเทยบกบการขนรปโดยใชโลหะเหลวในงานทดลองของ นพพล เหลองอกษร และ นฤมล ปลมจตต. พบวา คาความแขงทไดมคามากกวากระบวนการขนรปแบบใชโลหะเหลว โดยคาความแขงของการขนรปโดยใชน าโลหะเหลวใหคาความแขงเทากบ 60 HRB [32] 4.2.2 คาความทนแรงดง (Tensile strength) ของชนงานอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) ในการทดสอบคาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) จะใชอะลมเนยมทผานการขนรปโดยกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS และตดเปนชนงานทดสอบใหมขนาด 6 x 15 x100 mm3 ซงจะใชชนงานในการวดคาความทนแรงดงเรมตนกอนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยมแบบสองขนตอนจ านวนทงหมด 3 ชน คาความทนแรงดงทไดแตละชนดงตารางท 4.3

70

70

ตารางท 4.3 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 3 x คาความทนแรงดง (MPa) 212.12 206.99 215.87 211.66 จากตารางท 4.3 พบวาคาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS มคาความทนแรงดงเฉลยเทากบ 211.66 MPa โดยเมอเปรยบเทยบกบการขนรปโดยใชโลหะเหลวในงานทดลองของ นพพล เหลองอกษร และ นฤมล ปลมจตต. พบวา คาความทนแรงดงทไดมคามากกวาคาความทนแรงดงทใชการขนรปโดยใชโลหะเหลวโดยคาความทนแรงดงทไดจากกระบวนการขนรปโดยใชโลหะเหลวใหคาเทากบ 195.00 MPa [32] 4.2.3 คาความแขงแรงคราก (Yield strength) และ คาเปอรเซนตความยด (%Elongation) ของชนงานอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) คาความแขงแรงครากและเปอรเซนตความยดของอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) ทผานการขนรปโดยกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS ไดจากการทดสอบคาความทนแรงดง ซงคาความแขงแรงครากของอะลมเนยมเปนจดแบงระหวางพฤตกรรมการคนรปกบพฤตกรรมการคงรปและในกรณของโลหะจะเปนคาความแขงแรงสงสดทใชประโยชนได โดยไมเกดการเสยหายสวนคาเปอรเซนความยด คอคาการยดตวของวสดซงจากการทดสอบคาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 (as cast) ใหคาความแขงแรงครากและคาเปอรเซนความยดดงตารางท 4.4 ตารางท 4.4 คาความแขงแรงคราก (Yield strength) ของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 3 x คาความแขงแรงคราก (MPa) 148.48 144.89 151.11 148.16 เปอรเซนความยด (%) 2.7 3.4 2.9 3 จากตารางท 4.4 พบวาคาความแขงแรงครากและคาเปอรเซนความยดของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS มคาเฉลยเทากบ 148.16 MPa และ 3% ตามล าดบ

71

71

4.3 การวเคราะหปจจยทมผลตอสมบตเชงกลดวยวธการทางสถต จากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของอะลมเนยมเกรด 7075 ในงานวจยนจะใชขนาดตวอยางในการทดลองเทากบ 3 ซ า โดยอางองจากการทดลองจากASTM และการทดลองทผานมา 4.3.1 การวเคราะหคาความแขง (Hardness) การวเคราะหขอมลคาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมแบบสองขนตอนจะท าการวเคราะหคากลางของขอมล สมมตฐานการทดลอง การวเคราะหตวแบบการทดลอง ซงจะใชโปรแกรมสถตในการวเคราะห โดยมรายละเอยดดงตอไปน 4.3.1.1 การตงสมมตฐานการทดลอง การตงสมมตฐานการทดลองเพอพสจนวาอณหภมและเวลาในการอบละลายมผลตอความแขงหรอไม โดยการก าหนดให คอ อณหภมในการอบละลาย และ คอ เวลาในการอบละลาย โดยใชสมมตฐานดงตอไปน 1) การพจารณา Main Effect ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของอณหภมในการอบละลาย (ปจจย A) 3210 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของอณหภมใน การอบละลายไมแตกตางกน 3 2, 1,i ; 0 one least at:H i1 ส าหรบทกระดบ อทธพลของอณหภมในการอบละลายแตกตางกน ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของเวลาในการอบละลาย (ปจจย B) 210 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของเวลาในการ อบละลายไมแตกตางกน 211 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของเวลาในการ อบละลายแตกตางกน 2) การพจารณา 2 Factor Interaction Effect ทดสอบอนตรกรยา (Interaction) ระหวางอณหภมในการอบละลาย และเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 for all i, j ทกระดบ ไมมอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) 0)(:H ij1 At least one i, j โดยมบาง i, j มอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2)

72

72

4.3.1.2 การวเคราะหคากลางของขอมล การวเคราะหคากลางของขอมลจะท าการวเคราะหคากลาง คอ คาเฉลย เพอทจะตรวจสอบความถกตองของตวแบบ (Model Adequacy Checking) โดยใชโปรแกรมค านวณทางสถต ซงจะใชขอมลของคาความแขงเฉลยในการวเคราะห แสดงดงตารางท 4.5 ตารางท 4.5 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6)

ล าดบ สภาวะของการทดลอง ความแขงเฉลย (HRB)

x อณหภมอบละลาย

เวลาอบละลาย

Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

1 450˚C 4 hrs. 87.12 86.00 89.57 87.56 2 450˚C 8 hrs. 88.97 89.71 86.99 88.56 3 480˚C 4 hrs. 84.71 86.96 85.45 85.71 4 480˚C 8 hrs. 85.44 87.70 86.50 86.55 5 510˚C 4 hrs. 80.90 83.76 83.62 82.76 6 510˚C 8 hrs. 84.83 83.40 85.60 84.61

หมายเหต ทกสภาวะการทดลองจะผานการบมแขง 2 ครง 4.3.1.3 การวเคราะหความถกตองของตวแบบการทดลอง จากขอมลทไดจากการทดลองโดยจะน าไปค านวณดวยโปรแกรมการวเคราะหทางสถต ซงไดผลการค านวณดงตอไปน โดยเปนการวเคราะหขอมลเพอพสจนวาขอมลมลกษณะแบบสมเปนเสนตรงและการกระจายตวเปนลกษณะใดเพอใหมนใจวาคาของความแปรปรวนของเงอนไขในการทดลองทงหมดอยภายใตการควบคม แสดงดงรปท 4.3 ซงจะพจารณาดงน

73

73

3.01.50.0-1.5-3.0

99

90

50

10

1

Residual

Pe

rce

nt

88868482

2

1

0

-1

-2

Fitted Value

Re

sid

ua

l

210-1-2

4.8

3.6

2.4

1.2

0.0

Residual

Fre

qu

en

cy

18161412108642

2

1

0

-1

-2

Observation OrderR

esid

ua

l

Normal Probability Plot Versus Fits

Histogram Versus Order

Residual Plots for Hardness

รปท 4.3 กราฟแสดงการวเคราะหความถกตองของตวแบบการทดลอง (คาความแขง)

1) พจารณาความเปนอสระของขอมลโดยจะดจากกราฟ Residual Versus the Order of the Data จากรปท 4.3 (Model Adequacy Checking) เปนการพจารณาวา ขอมลมลกษณะสมอยภายใตพกดควบคมหรอไม จากการพจารณาจดในรปดงกลาวไมพบความผดปกตของเสนกราฟขอมล แสดงวาขอมลทไดจากการทดลองมลกษณะเปนแบบสม ความเปนอสระของขอมล สามารถพจารณาจากกราฟ Residual โดยกราฟทไดไมมจด ทอยนอกควบคม (Out of Control) ไมมการรน (Run) ของขอมล และไมเกดแนวโนม (Trend) ของขอมล ดงแสดงในรปท 4.4 สามารถสรปไดวา ขอมลมความเปนอสระตอกน (ขอมลมลกษณะ แบบสม)

1715131197531

94

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ua

l V

alu

e

_X=85.96

UCL=92.87

LCL=79.05

I Chart of Hardness

รปท 4.4 กราฟความเปนอสระของขอมล (I Chart of Residuals of hardness)

74

74

2) พจารณาการกระจายตวของขอมลเปนเสนตรงหรอไม โดยพจารณาจากรปท 4.3 (Model Adequacy Checking) จะเหนวาขอมลมลกษณะเปนเสนตรง แตมบางจดกระจายตวออกนอกเสน ท าใหตองทดสอบการกระจายตวของขอมลโดยใช Normal Probability ในการทดสอบแสดงดงรปท 4.5 จากขอก าหนด Alpha ( ) = 0.05 ซงสามารถอานคา P-value = 0.890 ท าใหมขอมลสนบสนนวา ขอมลทไดจากการทดลองมการกระจายตวแบบปกตอยางมนยส าคญทระดบ = 0.05

92908886848280

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Hardness

Pe

rce

nt

Mean 85.96

StDev 2.286

N 18

AD 0.187

P-Value 0.890

Probability Plot of HardnessNormal

รปท 4.5 กราฟแสดงการกระจายตวแบบปกตของขอมล

3) พจารณาขอมลรอบคาศนย ลกษณะการกระจายตวอยในแนวเดยวกนโดยมความผนแปรสม าเสมอรอบคาศนย (Model Adequacy Checking) แสดงดงรปท 4.3 ลกษณะของของมล Residuals versus the fitted values ทไดจะมคาบางคาทจะกระจายตวออกหางจากศนยกลางไมสม าเสมอ ท าใหไมมนใจในความแปรปรวนของเงอนไขของการทดลองซงจะตองมการทดสอบสอบความเทากนของความแปรปรวนในแตละเงอนไขการทดลอง ในรปท 4.6 แสดงชวงของความเชอมน ความเบยงเบนมาตรฐานของความแขงจากเงอนไขตางๆ มความเหลอมกน แสดงใหเหนวาความเบยงเบนมาตรฐานในการทดลอง 6 เงอนไขการทดลองนนไมมความแตกตางกน ซงสามารถทดสอบไดดงน การทดสอบความแตกตางของความแปรปรวนโดยใชสมมตฐานการทดลองซงจะก าหนดให 6 ..., 3, 2, 1, i ; 2

i คอ ความแปรปรวนของแตละเงอนไขการทดลอง

26

35

24

23

22

210 :H ความแปรปรวนของ

เงอนไขการทดลองทง 6 เทากน 6 ..., 3, 2, 1,i ; 0 one least at:H 2

i1 ความแปรปรวนของเงอนไขการทดลองทง 6 ไมเทากน

75

75

โดยท าการทดสอบสมมตฐานการทดลองดงกลาว ทระดบนยส าคญ 0.05

จาก Bartlett's Test แสดงผลการค านวณคาความแปรปรวนแสดงดงรปท 4.6 นนคอ ยอมรบ 0H เนองจากคา P-value = 0.980 ซงมคามากเมอเทยบกบคา 0.05 จงสามารถสรปไดวาความแปรปรวนของเงอนไขการทดลองทง 6 เงอนไขนนมคาเทากนหรอมคาแตกตางกนอยางไมมนยส าคญ

Solution temp. Solution time

510

480

450

8

4

8

4

8

4

302520151050

95% Bonferroni Confidence Intervals for StDevs

Test Statistic 0.76

P-Value 0.980

Test Statistic 0.09

P-Value 0.993

Bartlett's Test

Levene's Test

Hardness Test for Equal Variances

รปท 4.6 การทดสอบความเทากนของความแปรปรวน (ความแขง)

จากขอมลคาความแขงในตารางท 4.5 สามารถวเคราะหขอมลของคาความแขงในเงอนไขการทดลองตางๆ แสดงดงตารางท 4.6 ตารางท 4.6 ตาราง ANOVA for Hardness (การวเคราะหหาความสมพนธระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายของกระบวนการทางความรอน)

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P-Value Temp. 2 57.680 57.680 28.840 14.73 0.001 Time 1 6.783 6.783 6.783 3.46 0.087 Temp.*Time 2 0.889 0.889 0.444 0.23 0.800 Error 12 23.502 23.502 1.958 Total 17 88.854 S = 1.39945 R-Sq = 73.55% R-Sq(adj) = 80.74% จากตารางท 4.6 ไดคาสมประสทธการตดสนใจ R2 เทากบ 73.55% นนคอ ความผนแปรตางๆ ของการทดลองทสามารถความคมได (Controllable) เชน เครองมอ อปกรณ

76

76

หรอปจจยตางๆ ทก าหนดใหคงทในการทดลองมคาเทากบ 73.55% สวนทเหลอประมาณ 26.45% เกดจากปจจยตางๆ ทไมสามารถความคมได (Uncontrollable) ดงนนในการออกแบบการทดลองครงนเปนการทดลองทถอวาอยในระดบทยอมรบได 4.3.1.4 ทดสอบสมมตฐาน การทดสอบสมมตฐานในงานวจยน จะท าการพจารณาผลทไดจากผลกระทบหลก (main effects) และผลกระทบ 2 ปจจย (interaction) ซงแสดงการทดสอบดงน พจารณาผลกระทบหลก (main effects) 1) ทดสอบสมมตฐานของอทธพลของอณหภมอบละลาย (Factor A)

3210 :H ส าหรบทกระดบอทธพลของอณหภมอบละลายไมแตกตางกน

3 2, 1,i ; 0 one least at:H i1 ส าหรบบางระดบอทธพลของอณหภมอบละลายแตกตางกน จากตารางท 4.6 ท าใหปฏเสธ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.001 ซงมคานอยเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวาอทธพลของอณหภมอบละลายหรอ (Factor A) มผลตอคาความแขงทระดบความเชอมน 95% 2) ทดสอบสมมตฐานของอทธพลของเวลาอบละลาย (Factor B)

210 :H ส าหรบทกระดบอทธพลของเวลาอบละลายไมแตกตางกน

211 :H ส าหรบบางระดบอทธพลของเวลาอบละลายแตกตางกน

จากตารางท 4.6 ท าใหยอมรบ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.087 ซงมคามากเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวาอทธพลของเวลาอบละลายหรอ (Factor B) ไมมผลตอคาความแขงทระดบความเชอมน 95% พจารณา 2 Factor Interaction Effect ทดสอบอนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 for all i, j ทกระดบ ไมมอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) 0)(:H ij1 At least one i, j โดยมบาง i, j มอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) จากตารางท 4.6 ท าใหยอมรบ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.800 ซงมคามากเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวาอทธพลของอนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายไมมผลตอคาความแขงทระดบความเชอมน 95%

77

77

อณหภมของการอบละลายเปนปจจยทมผลตอคาความแขง ซงพบวาการเพมขนของอณหภมจาก 450˚C เปน 480˚C และ 510˚C ท าใหคาของความแขงเฉลยของแตละอณหภมในการอบละลายนนลดลงและการใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง พบวาเวลาทเพมขนท าใหความแขงของอะลมเนยมเพมขนตามไปดวย แสดงดงรปท 4.7

510480450

88

87

86

85

84

84

Solution temp.

Me

an

Solution time

Main Effects Plot for HardnessData Means

รปท 4.7 ความสมพนธระหวางความแขงกบอณหภมและเวลาในการอบละลาย

และผลของทดสอบอนตรกรยาระหวางความอณหภมและเวลาในการอบละลายทสงผลตอความแขง แสดงดงรปท 4.8

84

89

88

87

86

85

84

83

82

Solution time

Me

an

450

480

510

temp.

Solution

Interaction Plot for HardnessData Means

รปท 4.8 อนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายทสงผลตอความแขง

78

78

4.3.2 การวเคราะหคาความทนแรงดง (Tensile strength) จากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของอะลมเนยมเกรด 7075 ในงานวจยนจะใชขนาดตวอยางในการทดลองเทากบ 3 ซ า โดยอางองจากการทดลองจาก ASTM และการทดลองทผานมา โดยจะท าการทดสอบสมมตฐานและทดสอบขอมลทางสถตเชนเดยวกบคาความแขง โดยคาความทนแรงดงเฉลยในการวเคราะห แสดงดงตารางท 4.7 ตารางท 4.7 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6)

ล าดบ สภาวะของการทดลอง ความทนแรงดงเฉลย (MPa)

x อณหภมอบละลาย

เวลาอบละลาย

Rep. 1 Rep. 2 Rep. 3

1 450˚C 4 h. 467.87 479.39 484.69 477.32 2 450˚C 8 h. 491.99 487.98 459.88 479.95 3 480˚C 4 h. 440.93 477.95 450.95 456.61 4 480˚C 8 h. 460.85 467.90 474.71 467.82 5 510˚C 4 h. 433.00 397.00 416.00 415.33 6 510˚C 8 h. 427.60 439.36 410.91 425.96

หมายเหต ทกสภาวะการทดลองจะผานการบมแขง 2 ครง ซงผลจากการทดสอบสมมตฐานและขอมลทางสถตพบวา อทธพลของอณหภมอบละลายมผลตอคาความทนแรงดง อทธพลของเวลาอบละลายและอทธพลของอนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายไมมผลตอคาความทนแรงดง (ระดบความเชอมน 95%) ซงวเคราะหในลกษณะเดยวกนกบคาความแขง (ภาคผนวก ค) 4.3.3 การวเคราะหคาความแขงแรงคราก (Yield strength) และ เปอรเซนตการยด (%Elongation) การวเคราะหคาความแขงแรงครากและเปอรเซนตการยดเปนคาทไดจากการทดสอบความทนแรงดง ซงจะน ามาวเคราะหขอมลทไดดงตอไปน 4.3.3.1 การวเคราะหคาความแขงแรงคราก (Yield strength) การวเคราะหคาความแขงแรงคราก ซงไดจากการทดสอบความทนแรงดงจงน าขอมลทไดมาวเคราะหหาคากลางของขอมลจะท าการวเคราะหคากลาง คอ คาเฉลย เพอทจะตรวจสอบความถกตองของตวแบบ (Model Adequacy Checking) โดยใชโปรแกรมค านวณทางสถตซงจะใชขอมลของคาก าลงครากเฉลยในการวเคราะห แสดงดงตารางท 4.8

79

79

ตารางท 4.8 คาความแขงแรงครากของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6)

ล าดบ สภาวะของการทดลอง คาก าลงคราก (MPa)

x อณหภมอบละลาย

เวลาอบละลาย

Rep. 1 Rep. 2 Rep. 3

1 450˚C 4 h. 327.58 335.57 339.28 333.99 2 450˚C 8 h. 344.40 341.59 321.92 335.97 3 480˚C 4 h. 308.65 334.56 315.66 319.62 4 480˚C 8 h. 322.59 327.53 332.30 327.47 5 510˚C 4 h. 303.10 277.90 291.2 290.73 6 510˚C 8 h. 299.32 307.56 287.64 289.17

หมายเหต ทกสภาวะการทดลองจะผานการบมแขง 2 4.3.3.1 การวเคราะหเปอรเซนตการยด (%Elongation) การวเคราะหคาเปอรเซนตความยด ซงในทนไดคาเปอรเซนตความยดจากการทดสอบความทนแรงดง จากนนน าขอมลทไดมาวเคราะหหาคากลางของขอมลจะท าการวเคราะหคากลาง คอ คาเฉลย เพอทจะตรวจสอบความถกตองของตวแบบ (Model Adequacy Checking) โดยใชโปรแกรมค านวณทางสถต ซงจะใชขอมลของคาเปอรเซนตความยดเฉลยในการวเคราะห แสดงดงตารางท 4.9 ตารางท 4.9 คาเปอรเซนตความยดของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน และการบมแขงเทยม (T6)

ล าดบ สภาวะของการทดลอง เปอรเซนตความยด (%)

x อณหภมอบละลาย

เวลาอบละลาย

Rep. 1 Rep. 2 Rep. 3

1 450˚C 4 hrs. 6.90 7.00 6.85 6.92 2 450˚C 8 hrs. 6.15 5.95 5.90 6.00 3 480˚C 4 hrs. 5.60 6.10 5.45 5.72 4 480˚C 8 hrs. 4.95 4.80 5.60 5.12 5 510˚C 4 hrs. 5.15 5 4.85 5.00 6 510˚C 8 hrs. 4.75 4.6 4.3 4.55

หมายเหต ทกสภาวะการทดลองจะผานการบมแขง 2 ครง

80

80

ซงลกษณะการทดสอบทางสถตของคาความแขงแรงคราก (Yield strength) และเปอรเซนตการยด (%Elongation) จะทดสอบขอมลเหมอนกบสมบตเชงกลทางดานความแขงและความทนแรงดง ซงจากการทดสอบใหผลการทดสอบเชนเดยวกนกบคาความทนแรงดง 4.4 การวเคราะหสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงผานกระบวนการทางความรอน คาสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง โดยในงานวจยนจะเปรยบเทยบคาความแขงและความทนแรงดงของแตละเงอนไขการทดลองเพอใหเหนคาของสมบตเชงกลทเปลยนแปลงไป ซงผลการทดลองทไดมรายละเอยดดงน 4.4.1 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง แสดงดงรปท 4.9 จะเหนวา คาความแขงสงสดมคาเทากบ 88.56 HRB โดยคาความแขงทไดมาจากเงอนไขการทดลอง คอ การอบละลายทอณหภม 450˚C เปนเวลา 8 ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง ครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และการบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง ซงจากรปจะเหนวาหากใชเวลาในการอบละลาย 8 ชวโมงจะใหคาความแขงสงกวาเวลาอบละลาย 4 ชวโมง ซงอณหภมทใหคาความแขงสงทสดทงสองชวงเวลา คอ อณหภม 450˚C และความแขงจะลดลงตามล าดบ เมอใชอณหภมในการอบละลาย 480˚C และ 510˚C ตามล าดบ

รปท 4.9 คาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และ

การบมแขงเทยมสองครง

81

81

4.4.2 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง การทดสอบความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการ ทางความรอนทกอณหภม พบวาความทนแรงดงสงสดมคาเทากบ 479.95 MPa (คาก าลงครากเทากบ 335.97 MPa และ %Elongation เทากบ 6.92) โดยใหคาความทนแรงดงสงสดทเงอนไขการทดลองเดยวกนกบคาความแขงสงสด ซงอณหภมทใหคาความทนแรงดงสงสดแตละชวงเวลาอบละลาย คอ อณหภม 450˚C และลดลงเมออณหภมเพมขนเปน 480˚C และ 510˚C แสดงดงรปท 4.10

รปท 4.10 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผานกระบวนการทางความรอน

T6 และการบมแขงเทยมสองครง สวนคาความแขงแรงครากและคาเปอรเซนตการยดทไดจากการทดสอบความทนแรงดง แสดงดงรปท 4.11

82

82

รปท 4.11 คาความแขงแรงครากและคาเปอรเซนตการยดของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงจากผาน

กระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง

จากสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง (อณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง ครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และการบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง) เมอน าสมบตเชงกลทไดไปเปรยบเทยบกบงานวจยของ N.Mahathaninwong ซงเปนการใชกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมหนงครงในการปรบปรงสมบตเชงกล [30] (อณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมหนงครงทอณหภม 120˚C เปนเวลา 24 ชวโมง) โดยใหคาความทนแรงดงทไดจากกระบวนการเทากบ 477.32 และ 455 MPa ตามล าดบ คาความแขงมคาเทากบ 87.56 และ 87.8 HRB ตามล าดบ และคา %Elongation มคาเทากบ 6.92 และ 4 ตามล าดบ จากคาความทนแรงดง คาความแขง พบวาการบมแขงเทยมสองครงใหคาความทนแรงดงมากกวาการบมแขงเทยมหนงครง สวนคาความแขงใหคาทใกลเคยงกนและใชเวลาในกระบวนการนอยกวาซงท าใหมตนทนการผลตทถกลง คาสมบตเชงกลทไดจากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง มคาทใกลเคยงกน เมอท าการเปรยบเทยบทอณหภมเดยวกน และเวลาอบละลายตางกน จงจ าเปนตองทดสอบหาความแตกตางระหวางกระบวนการทใชเวลา ในการอบละลาย 4 และ 8 ชวโมง ดวยวธการ การเปรยบเทยบพหคณดวยวธ Turkey’s Honestly Significant Different (HSD) เพอเปนตวชวยในการตดสนใจในการผลตของผประกอบการ หรอการตดสนใจเลอกซอขอผบรโภค

83

83

4.4.3 การเปรยบเทยบพหคณดวยวธ Turkey ’s Honestly Significant Different (HSD) การเปรยบเทยบพหคณดวยวธ Turkey เพอตองการเปรยบเทยบระหวาง อณหภมอบละลายท 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง มความแตกตางกนหรอไมแตกตางกน โดยวเคราะหจากคาเฉลยของคาความแขง (hardness) และคาความทนแรงดง (tensile strength) ทไดจากการทดลอง โดยก าหนดให 1 และ 2 คอ สภาวะของกระบวนการทางความรอน ทใชเวลาในการอบละลาย 4 และ 8 ชวโมง ตามล าดบ ซงสามารถตงสมมตฐานไดดงน 210 :H คาเฉลยของการทดลองทใชเวลาในการอบละลายทง 2 สภาวะ (ท อณหภมเดยวกน) ไมแตกตางกน 211 :H คาเฉลยของการทดลองทใชเวลาในการอบละลายทง 2 สภาวะ (ท อณหภมเดยวกน) แตกตางกน ในการวเคราะหความแตกตางของสภาวะทใชอณหภมอบละลายเดยวกน ทเวลา อบละลาย 4 และ 8 ชวโมง นน จะแบงการวเคราะหออกเปน 2 สวน คอ การวเคราะหคาความแขง (hardness) และคาความทนแรงดง (tensile strength) โดยมรายละเอยด ดงตอไปน 4.4.3.1 การวเคราะหคาความแขง โดยใชการเปรยบเทยบพหคณดวยวธ Turkey สามารถค านวณไดจากสตรค านวณท 2.21 ซงจะตองค านวณคา MSE แตในทนจะใชคา MSE จากตารางท 4.6 แลวน ามาแทนคาลงในสตร โดยท α = 0.05, a = 2, f = 12, n = 3 และ MSE = 1.958 ซงสามารถค านวณคาไดดงน

n

MSf)(a,qT E

αα

3

1.95812) (2,qT 0.050.05

(0.81) 3.08T0.05

2.490.05T ค านวณคาความแตกตางระหวางคาเฉลย ji XX โดยน าคาเฉลยจากตารางท

4.5 มาวเคราะห โดยมรายละเอยดดงน

84

84

1) สภาวะทใชอณหภมอบละลายท 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง hrs. 8 C, 450hrs. 4 C, 450 XX แทนคา 1.00 88.5687.56

น าคา ji XX เปรยบเทยบกบคา HSD โดยท คาของ ji XX > คา

HSD แสดงวา 21 แตถา ji XX ≤ คา HSD แสดงวา 21 ผลจากการเปรยบเทยบ

คาเฉลยระหวางเวลาอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง ทอณหภม 450˚C พบวา Do not reject H0 หมายความวา คาเฉลยของการทดลองทใชเวลาในการอบละลายทง 2 สภาวะ (ทอณหภมเดยวกน) ไมแตกตางกนทระดบความเชอมน 95% 2) สภาวะทใชอณหภมอบละลายท 480˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง hrs. 8 C, 480hrs. 4 C, 480 XX แทนคา 0.84 86.5585.71

น าคา ji XX เปรยบเทยบกบคา HSD โดยท คาของ ji XX > คา

HSD แสดงวา 21 แตถา ji XX ≤ คา HSD แสดงวา 21 ผลจากการเปรยบเทยบ

คาเฉลยระหวางเวลาอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง ทอณหภม 480˚C พบวา Do not reject H0

หมายความวา คาเฉลยของการทดลองทใชเวลาในการอบละลายทง 2 สภาวะ (ทอณหภมเดยวกน) ไมแตกตางกนทระดบความเชอมน 95% 3) สภาวะทใชอณหภมอบละลายท 510˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง hrs. 8 C, 510hrs. 4 C, 510 XX แทนคา 1.85 84.6182.76

น าคา ji XX เปรยบเทยบกบคา HSD โดยท คาของ ji XX > คา

HSD แสดงวา 21 แตถา ji XX ≤ คา HSD แสดงวา 21 ผลจากการเปรยบเทยบ

คาเฉลยระหวางเวลาอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง ทอณหภม 510˚C พบวา Do not reject H0 หมายความวา คาเฉลยของการทดลองทใชเวลาในการอบละลายทง 2 สภาวะ (ทอณหภมเดยวกน) ไมแตกตางกนทระดบความเชอมน 95% ผลจากการวเคราะหความแตกตางของคาความแขงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการอบละลายและการบมแขงเทยมสองครง พบวาคาความแขงของอะลมเนยม ทไดจาก

85

85

การใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง มคาความแขงทไมแตกตางกน ในทกอณหภมอบละลายทระดบความเชอมน 95% และการจากวเคราะหความแตกตางของ คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานการอบละลายและการบมแขงเทยมสองครง (ท าการวเคราะหในลกษณะเดยวกนกบการวเคราะหคาความแขง) พบวาคาความทนแรงดง ของอะลมเนยมทไดจากการใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง มคาความทนแรงดงทไมแตกตางกนในทกอณหภมอบละลายทระดบความเชอมน 95% 4.5 การวเคราะหตนทน การวเคราะหตนทนเปนการวเคราะหเพอการตดสนใจในการก าหนดทางเลอกของ การด าเนนงาน โดยในงานวจยนมการวเคราะหตนทนของกระบวนการผลต ท าใหทราบถงจดทม ตนทนการผลตทสง รวมถงสาเหตและทมาทท าใหตนทนการผลตมคาสง ในการวเคราะหตนทนครงน จะใชวธการวเคราะหตนทนตามกระบวนการ (Process-Based Cost Model ;PBCM) ซงจะแยก ประเภทของตนทนออกเปน 2 ประเภทใหญๆ คอ ตนทนคงท (fixed costs) และตนทนผนแปร (variable costs) โดยมรายละเอยดงตารางท 4.10 ตารางท 4.10 ประเภทของตนทนตามกระบวนการ (Process-Based Cost Model) ประเภทของตนทน ล าดบ รายละเอยด หมายเหต

ตนทนคงท

1 ตนทนคาใชจายโรงงาน 2 ตนทนคาเครองจกร 3 ตนทนคาอปกรณ 4 ตนทนการกอสราง ไมน ามาค านวณ

ตนทนผนแปร 5 ตนทนวตถดบ 6 ตนทนแรงงาน 7 ตนทนพลงงาน

ในทนจะวเคราะหตนทนของกระบวนการทางความรอนส าหรบโรงงานขนาดเลกทม เตาอบละลายและเตาบมแขงเทยมอยางละ 1 เตา ซงมขนาดความจภายในเตาเปน 10 เทาของเตาทใชส าหรบงานทดลองในหองปฏบตการ (36 x 36 x 48 in3) [33] โดยการวเคราะหตนทนสามารถเขยนแบบจ าลองแสดงตนทนของกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ไดดงรปท 4.12

86

86

รปท 4.12 แบบจ าลองแสดงตนทนในกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง

จากการวเคราะหความแตกตางของสมบตเชงกลทไดจากกระบวนการทางความรอนทใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง ดวยการทดสอบสมมตฐานและการเปรยบเทยบพหคณโดยใชวธการ Turkey’s Honestly Significant Different (HSD) พบวาสมบตเชงกลทไดไมแตกตางกน ซงการวเคราะหตนทนของกระบวนการทางความรอนในงานวจยครงนจะค านวณตนทนของกระบวนการทางความรอนทผานการอบละลายเปนเวลา 4 ชวโมงทระดบก าลงการผลตตางๆ คอ 90,000 (1 กะ) 180,000 (2 กะ) และ 270,000 (3 กะ) ชน/ป (ก าลงการผลตสงสดของเตาเทากบ 300 ชน/กะ) โดยยดขอก าหนดเฉพาะตางๆ และความตองการของกระบวนการทางความรอน T6 ทจ าเปนตอกระบวนการผลตอนไดแก ก าลงการผลต จ านวนชวโมงการท างานตอกะ เวลาในการท างานตอป ฯลฯ จาก GISSCO COMPANY LIMITED และอตราการใชสาธารณปโภคตางๆ แสดงดงตารางท 4.11 ตารางท 4.11 ขอก าหนดเฉพาะและความตองการของกระบวนการทางความรอน ล าดบท รายการ จ านวน/คา หนวย

1 ขนาดของชนงานทผานการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS

100x100x15 mm

2 ความจเตาเผาสงสดตอกะ 300 ชน 3 ราคาวตถดบตอชน 750 บาท 4 จ านวนชวโมงการท างานตอกะ 8 ชวโมง

อะลมเนยมเกรด 7075 (GISS) ตนทนวตถดบ

ก าลงการผลต จ านวนเครองจกร

จ านวนแรงงาน

ปรมาณพลงงาน

ตนทนคาเครองจกร

ตนทนคาอปกรณ

ตนทนแรงงาน

ตนทนพลงงาน

น า (ชบแขง) ตนทนคาใชจายโรงงาน

87

87

ตารางท 4.11 ขอก าหนดเฉพาะและความตองการของกระบวนการทางความรอน (ตอ) ล าดบท รายการ จ านวน/คา หนวย

5 วนท างานตอป 300 วน 6 จ านวนคนงานตอกะ 1 คน 7 อตราคาจางแรงงานปกต 300 บาท 8 ปรมาณน าทใชตอวน (ชบแขง) 0.3 m3 9 ก าลงไฟของเตาอบละลาย 40 kW 10 ก าลงไฟของเตาบมแขงเทยม 33 kW

ทมา : GISSCO COMPANY LIMITED การไฟฟาและการประปา การวเคราะหตนทนระดบโรงงานขนาดเลกของการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง จะยกตวอยางการค านวณโดยแสดงรายละเอยดตางๆ ในเงอนไขการทดลองทใชอณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและการบมแขงเทยมสองครง ครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และการบมแขงเทยม ครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง ซงใชแรงงาน 1 กะ ก าลงการผลต 90,000 ชน/ป (ผลตวนละ 300 ชน เนองจากความจเตาสงสด) โดยมวนท างาน 300 วน/ป แสดงรายละเอยดดงตอไปน 4.5.1 ตนทนคงท (Fixed costs) ตนทนคงท คอ ตนทนรวมทไมไดเปลยนแปลงไปตามระดบของการผลตในชวงของการผลต แตตนทนคงทตอหนวยจะเปลยนแปลงในทางลดลงถาปรมาณการผลตเพมมากขน โดยในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน สามารถค านวณตนทนคงท ไดจากสมการท 4.1

buildingtoolingequipmentoverhead CCCCFC (4.1)

เมอ overheadC คอ ตนทนคาใชจายโรงงาน (บาท/ป)

equipmentC คอ ตนทนคาเครองจกร (บาท/ป)

toolingC คอ ตนทนคาอปกรณ (บาท/ป)

buildingC คอ ตนทนการกอสราง (บาท/ป)

โดยการค านวณตนทนคงท จะแบงออกเปน 4 ประเภทดงน

88

88

4.5.1.1 ตนทนคาใชจายโรงงาน ตนทนคาใชจายโรงงานหรอคาโสหยการผลต โดยมตนทนทเกยวของกบการบรหาร (เงนเดอน) การขาย การพฒนาของกระบวนการ การอบรมพนกงาน คาสงเสรมการตลาด คาใชจายเบดเตลด คาสาธารณปโภค (คาโทรศพท คาไฟฟาสองสวาง คาน า) ฯลฯตนทนคาใชจายโรงงาน ในทนจะค านวณเฉพาะคาไฟฟาสองสวางและคาน าเทานน เนองจากการค านวณตนทนในครงนเปนการค านวณตนทนทใชในกระบวนการทางความรอนเทานน 1) ตนทนคาไฟฟาสองสวาง ค านวณโดยใชอตราคาไฟแบบ Time of Use (TOU) ซงเปนการคดอตราการใชงานทแตกตางตามชวงเวลาทใชงาน แสดงดงตารางท 4.12 ตารางท 4.12 อตราคาไฟแบบ Time of Use (TOU)

ระดบแรงดน คาพลงงานไฟฟา

(บาท/หนวย) คาบรการ (บาท/เดอน) On-peak Off-peak

แรงดน 22-33 กโลโวลต 4.5827 2.1495 312.24 แรงดนต ากวา 22 กโลโวลต 5.2674 2.1872 46.16 หมายเหต on-peak : 09:00-22:00 น. วนจนทร-ศกร Off-peak : 22:00-09:00 น. วนจนทร-ศกร และ 00:00-24:00 น. วนเสาร-อาทตย และวนหยดราชการปกต ไฟฟาสองสวางจะใชหลอดไฟจ านวน 8 หลอด (อางองจากหองปฏบตการ) ซงเปนหลอดฟลออเรสเซนตขนาด 47 นว ซงมความตองการไฟฟา 36 W (รวมบาลาสตอก 10 W รวมเปน 46 W) โดยมรายละเอยดการเปด-ปดการใชงานไฟฟาสวาง ดงตารางท 4.13 ตารางท 4.13 ชวงเวลาทใชไฟฟาสองสวางส าหรบการผลต 1 กะ (90,000 ชน/ป) เงอนไขการทดลอง เวลาเปดการใชงาน เวลาปดการใชงาน จ านวนเวลาทใช (นาท)

450˚C, 4 ชวโมง 18:00 18:30 30 480˚C, 4 ชวโมง 18:00 18:30 30 510˚C, 4 ชวโมง 18:00 18:30 30 จากตารางท 4.13 สามารถคดคาไฟฟาไดจากสมการ 4.2

yelectricitWD/yearhr./dayyelectricit PNNPWC (4.2)

เมอ PW คอ พลงงานทใช (kw)

89

89

hr./dayN คอ จ านวนชวโมงท างานตอวน (hrs./day)

WD/yearN คอ จ านวนวนท างานตอป (วน)

yelectricitP คอ อตราคาไฟตอหนวย (บาท/หนวย)

การค านวณตนทนไฟฟาของไฟฟาสองสวางใชก าลงไฟฟา 46 W (0.046 kW) ท างานวนละ 0.5 ชวโมง/วน เนองจากการค านวณคาไฟฟาของไฟฟาสองสวางจะตองคดคาไฟ on-peak ซงสามารถค านวณได ดงน

yelectricitWD/yearhr./dayyelectricit PNNPWC

5.2674300)(0.58)(0.046C yelectricit

บาท/ป 290.76C yelectricit

2) ตนทนน าประปา ในสวนของโรงงานขนาดเลก 1 วน สามารถผลตไดจ านวน 300 ชน (ทระดบก าลงการผลต 90,000 ชน/ป) ซงใชน าส าหรบการชบแขงทงหมด 300 ลตร/ลอต (0.3 m3/วน หรอ 90 m3/ป) โดยราคาน าประปาตอหนวยเทากบ 16.0 บาท (อตราคาน าประปาของราชการและธรกจขนาดเลก) และมคาบ ารงรกษาคาบรการรายปเทากบ 600 บาท (ขอมลขางตนอางองจากการประปาสวนภมภาค) สามารถค านวณคาน าประปาจากสมการท 4.3 และมรายละเอยดดงตาราง 4.14

waterwater PVcharge serviceC (4.3)

เมอ V คอ ปรมาณทใชตอป (m3/year) waterP คอ ราคาคาน าประปาตอหนวย (บาท/หนวย) ตารางท 4.14 ตนทนน าประปาในการชบแขงชนงาน

รายละเอยด จ านวน หนวย คาบรการตอป 600 บาท ปรมาณน าทใชตอวน 0.3 3m ปรมาณน าทใชตอป 90 3m คาน าประปาตอลกบาศกเมตร 16 บาท

ตนทนน าประปา 2,040 บาท/ป ทมา : การประปาสวนภมภาค (Provincial waterworks authority)

90

90

ดงนน ตนทนคาใชจายโรงงานหรอคาโสหยการผลต เทากบ 290.76 + 2,040 = 2,330.76 บาท/ป 4.5.1.2 ตนทนคาเครองจกร ตนทนคาเครองจกรจะคดจากคาเสอมของเครองจกรและอปกรณในชวงของการผลตเทาๆ กน ซงจะท าการประเมนคาเสอมราคาในลกษณะเสนตรงโดยก าหนดใหมอายการใชงานเครองจกรและอปกรณ 10 ป (คดมลคาซากของเครองจกรเปน 40% ของราคาเครองจกร) แสดงรายละเอยดดงตารางท 4.15 ตารางท 4.15 ตนทนคาเครองจกร (คาเสอมของเครองจกร) ล าดบท รายการ ราคาเครองจกร มลคาซาก คาเสอมราคา หนวย

1 เตาเผาอณหภมต า 1,200,000 480,000 72,000 บาท 2 เตาบมแขงเทยม 700,000 280,000 42,000 บาท

ดงนน ตนทนคาเครองจกร (คาเสอมของเครองจกร) เทากบ 72,000 + 42,000 = 114,000 บาท/ป 4.5.1.3 ตนทนคาอปกรณ ตนทนคาอปกรณจะคดจากตนทนการรกษาสภาพเครองจกรใหสามารถใชงานได ตลอดเวลา โดยครอบคลมไปถงการซอมแซมและการบ ารงรกษาเครองจกรตามอายการใชงาน ซงในทนจะค านวณเปอรเซนตการบ ารงรกษาเครองจกรจากอายของเครองจกร ดงตารางท 4.16 (เครองจกรทใชเปนเครองจกรใหมจงคดท 2% ของราคาเครองจกร) ตารางท 4.16 คาใชจายในการบ ารงรกษาเครองจกรตามอายการใชงาน [34]

อายเครองจกร (ป) เปอรเซนตการบ ารงรกษา 0-5 2% 6-10 5% 11-15 8% 16-20 11% 20-25 14%

จากตารางท 4.16 สามารถค านวณคาบ ารงรกษาเครองจกรไดดงตารางท 4.17

91

91

ตารางท 4.17 ตนทนบ ารงรกษาเครองจกร

ล าดบท รายการ อายการใช

งาน ราคาเครองจกร

คาบ ารงรกษา

หนวย

1 เตาเผาอณหภมต า 0-5 1,200,000 24,000 บาท 2 เตาบมแขง 0-5 700,000 14,000 บาท

ตนทนอปกรณยงรวมไปถงอปกรณทใชในกระบวนการทางความรอนและคาใชจายอนๆ ทเกยวของกบกระบวนการผลต โดยในทนจะคดคาวสดสนเปลองทใชภายในโรงงาน เชน ถงมอผา ถงซป ผาปดจมก คมจบชนงาน เปนตน ซงมรายละเอยดอปกรณทใชดงตารางท 4.18 ตารางท 4.18 ตนทนอปกรณทใชในกระบวนการทางความรอน ล าดบท รายละเอยด จ านวน หนวยละ (บาท) มลคา (บาท)

1 ถงมอผาทอ 4 โหล 50 200 2 ถงมอหนง 2 ค 250 500 3 ผาปดจมก 10 โหล 40 400 4 ถงซปคละขนาด 200 5 คมจบชนงาน ขนาด 25 นว 3 700 2,100 6 กระดาษทรายขดเหลกคละเบอร 400

ตนทนอปกรณทใชในกระบวนการทางความรอน 3,800 ดงนน ตนทนอปกรณ เทากบ 24,000 + 14,000 + 3,800 = 41,800 บาท/ป 4.5.1.4 ตนทนคากอสราง ตนทนทเกยวกบสงปลกสรางอาคาร โรงงาน รวมถงคาเสอมของการใชงานของสงปลกสราง แตยกเวนทดนเพราะทดนไมมการเสอมราคา ตนทนคากอสรางจะไมน ามาค านวณเนองจากเปนการวเคราะหตนทนทใชในกระบวนการทางความรอนเทานน จากการค านวณตนทนคงททง 4 ประเภท โดยสามารถค านวณตนทนคงท โดยใชสมการ 4.1 ซงมรายละเอยดตนทนคงท ดงตารางท 4.19 ตารางท 4.19 ตนทนคงทของกระบวนการทางความรอน

ล าดบท รายละเอยด จ านวน หนวย 1 ตนทนคาใชจายโรงงาน 2,330.76 บาท/ป 2 ตนทนคาเครองจกร คาเสอมราคาของเตาเผาอณหภมต า 72,000 บาท/ป คาเสอมราคาของเตาบมแขง 42,000 บาท/ป 3 ตนทนคาอปกรณ

92

92

ตารางท 4.19 ตนทนคงทของกระบวนการทางความรอน (ตอ) ล าดบท รายละเอยด จ านวน หนวย

ตนทนบ ารงรกษาเตาเผาอณหภมต า 24,000 บาท/ป ตนทนบ ารงรกษาเตาบมแขง 14,000 บาท/ป ตนทนอปกรณทใชในกระบวนการทางความรอน 3,800 บาท/ป 4 ตนทนการกอสราง N/A ชน/ป

ตนทนคงทของกระบวนการทางความรอน 158,130.76 บาท/ป ดงนน ตนทนคงทของกระบวนการทางความรอนเทากบ 158,130.76 บาท/ป 4.5.2 ตนทนผนแปร (Variable costs) ตนทนผนแปร หมายถง ตนทนทเปลยนแปลงไปตามสดสวนของการเปลยนแปลงในระดบกจกรรมหรอปรมาณในกระบวนการผลต ตนทนผนแปรของตนทนตอหนวยจะเทาๆ กน ทกหนวย โดยสามารถค านวณตนทนผนแปรไดจากสมการท 4.4

VC = Cmaterial + Clabor + Cenergy (4.4)

เมอ Cmaterial คอ ตนทนวตถดบ (บาท/ป) Clabor คอ ตนทนแรงงาน (บาท/ป) Cenergy คอ ตนทนพลงงาน (บาท/ป) โดยการค านวณตนทนผนแปร จะแบงออกเปน 3 ประเภทดงน 4.5.2.1 ตนทนวตถดบ ตนทนวตถดบเปนคาใชจายทเกยวของกบคาวตถดบทน าไปผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ในทนจะหมายถงวสดทใชในงานวจย คอ อะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยเทคนคการพนฟองแกส (GISS) โดยตนทนของวตถดบสามารถค านวณไดจากสมการท 4.5

Cmaterial = PAl x N (4.5) เมอ PAl คอ ราคาอะลมเนยม GISS (บาท/ชน) N คอ จ านวนทใชตอป (ชน/ป)

93

93

ตนทนอะลมเนยม 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนคการพนฟองแกส (GISS) โดยมรายละเอยดของตนทนอะลมเนยม 7075 ดงตารางท 4.20 ตารางท 4.20 ตนทนอะลมเนยม 7075 ล าดบท รายละเอยด ปรมาณ หนวย

1 ราคาวตถดบ 750 บาท 2 ก าลงการผลต 90,000 ชน/ป

ตนทนวตถดบ 67,500,000 บาท/ป ทมา : GISSCO COMPANY LIMITED ดงนน ตนทนวตถดบของกระบวนการทางความรอน เทากบ 67,500,000 บาท/ป 4.5.2.2 ตนทนแรงงาน คอ คาใชจายหรอคาตอบแทนใหแกพนกงานหรอลกจางหรอคนท างานทท าหนาทเกยวของกบกระบวนการผลต โดยตนทนแรงงานสามารถค านวณได 2 วธ คอ การค านวณคาแรงปกตและการค านวณคาแรง OT (Over time) โดยระยะเวลาในการท างานปกตเทากบ 8 ชวโมง และ OT เทากบ 3 ชวโมง ส าหรบกรณทท าการผลตจ านวน 1 ลอต (9,000 ชน/ป และใชวนในการท างาน 300 วน) ดงสมการท 4.6 และ 4.7 และรายละเอยดของตนทนแรงงาน แสดงดงตารางท 4.21

Clabor = Plabor x WD (4.6)

เมอ Plabor คอ คาแรงปกตตอวน (บาท/วน) WD คอ วนท างาน (workday) (วน/ป)

OThrs.(OT)hrs.(WD)

laborlaborOT WDN1.5

N

PC

(4.7)

เมอ Nhrs.(WD) คอ ชวโมงการท างานตอวน Nhrs.(OT) คอ ชวโมงการท างาน OT ตอวน OTWD คอ วนท างาน (workday)

94

94

ตารางท 4.21 ตนทนแรงงานส าหรบการผลต 1 กะ รายละเอยด จ านวน หนวย

จ านวนคนงานตอกะ 1 คน อตราคาแรงงาน 300* บาท วนในการท างาน 300 กะ คาแรงงานปกตตอป 90,000 บาท ชวโมงท างานปกตตอวน 8 ชวโมง ชวโมง OT ตอวน 3 ชวโมง คาแรง OT ตอวน 168.75 บาท คาแรง OT ตอป 50,625 บาท ตนทนแรงงาน (กรณไมม OT) 90,000 บาท/ป ตนทนแรงงาน (กรณม OT) 140,625 บาท/ป ทมา : กระทรวงแรงงาน (Ministry of labor) คาแรงขนต าของจงหวดสงขลา ดงนน ตนทนแรงงานของกระบวนการทางความรอน เทากบ 140,625 บาท/ป 4.5.2.3 ตนทนพลงงาน คอ ตนทนคาไฟฟา ค านวณโดยใชอตราคาไฟแบบ Time of Use (TOU) ซงเปนการคดอตราการใชงานทแตกตางตามชวงเวลาทใชงานจาก ตารางท 4.12 โดยการคดตนทนคาไฟฟาจะแยกคดเปน 2 กรณ เนองจากในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครงจะตองใชเตา 2 ชนด คอ เตาอบละลายและเตาบมแขงเทยม ในการใชงานเตาอบละลายและเตาบมแขงเทยมจ าเปนทจะตองค านวณคาพลงงานความรอนทตองใชเพอทจะน าไปค านวณตนทนพลงงานไฟฟาได เพราะในแตละอณหภมมการใชพลงงานความรอนทแตกตางกนสามารถค านวณพลงงานความรอนทใชไดสมการท 4.8 [35]

)T(TCq iesp, (4.8)

โดยท q คอ พลงงานความรอนทตองการ (J/kg) Cp,s คอ ความจความรอนจ าเพาะของโลหะในสภาวะของแขง (J/kg ˚C) Te คอ อณหภมสดทายของเตา (ทตองการ) (◦C) Ti คอ อณหภมเรมตนของเตา (◦C) จากสมการท 4.8 เปนการค านวณพลงงานความรอนทตองการทางทฤษฎ ซงในการค านวณพลงงานความรอนทใชจรงจะตองใชประสทธภาพการใชงานของเครองจกรซงในทนหมายถงเตาอบละลายและเตาบมแขงเทยมโดยเตาทใชเปนระบบปด โดยสามารถก าหนดใหคาของ

95

95

ประสทธภาพการใชงานเทากบ 0.9 (หรอ 90%) เนองจากมการสญเสยของความรอน ออกนอกระบบมนอย สามารถค านวณพลงงานทใชจรงไดจากสมการท 4.9

100ใชจรงพลงงานท

ทฤษฎตองการตามพลงงานทพการใชงานประสทธภา (4.9)

ในการค านวณตนทนของพลงงานกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวน-การทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง จะตองค านวณคาพลงงานความรอนทตองการของเตาอบละลายและเตาบมแขงเทยม โดยแบงเปน 2 กรณดงน 1) การค านวณพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของเตาเผาอณหภมต าโดยใชสมการท 4.8 ซงก าหนดให Cp,s ของอะลมเนยมเทากบ 1,190 J/kg [34] อณหภมเรมตนของเตา (Ti) เทากบ 25˚C ในทนจะแสดงการค านวณคาพลงงานความรอนทตองการของอณหภมอบละลาย 450˚C โดยมรายละเอยดดงน

)iTe(Tsp,Cq

25)(450 1,190q

J/kg505,750

จากการค านวณขางตนเปนพลงงานความรอนท ใชในการอบละลายอะลมเนยมทอณหภม 450˚C จ านวน 1 กโลกรม ซงในการอบละลายแตละครงจะอบละลายอะลมเนยมจ านวน 300 ชน หรอ 150 กโลกรม (ความจเตาสงสด) โดยพลงงานความรอนทตองการในการอบละลายอะลมเนยม จ านวน 150 กโลกรม/ลอต แสดงคาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎ ดงตารางท 4.22 ตารางท 4.22 คาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของอณหภมอบละลาย 450˚C คาพลงงานความรอน พลงงานความรอนทตองการ (J/kg) 505,750 พลงงานความรอนทตองการ (J) (ก าลงการผลต 300 ชน) 75,862,500 จากตารางท 4.22 เปนคาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของเตาอบละลายซงสามารถค านวณคาพลงงานทใชจรงไดจากสมการท 4.9 ก าหนดใหประสทธภาพการใชงานเทากบ 0.9 (หรอ 90%) ซงมรายละเอยดการค านวณดงน

100ใชจรงพลงงานท

ทฤษฎตองการตามพลงงานทพการใชงานประสทธภา

96

96

100ใชจรงพลงงานท

75,862,5000.9

1000.9

75,862,500ใชจรงพลงงานท

J666.678,429,166,ใชจรงพลงงานท

พลงงานทใช 1 J เทากบ 0.00027778 kW hr. ซงสามารถค านวณพลงงานทใชจรงตอชวโมงไดดงน hr.kW 2,341.44ใชจรงพลงงานท จากการค านวณพลงงานความรอนทใชจรง แสดงคาดงตารางท 4.23 ตารางท 4.23 คาพลงงานความรอนทใชจรงของของอณหภมอบละลาย 450˚C คาพลงงานความรอน พลงงานความรอนทใชจรง (J) 8,429,166,666.67 พลงงานความรอนทใชจรง (kW·hr.)* 2,341.44 พลงงานความรอนทใชจรง (kW·hr.)** 234.14 หมายเหต * คาพลงงานความรอนทใชจรงในชวงของการอนเตาแตละอณหภมอบละลาย ** คาพลงงานความรอนทใชจรงในชวงของการอบละลายซงคดท 10% ของชวงการอนเตาเพราะชวงนเปนชวงทมความผนแปรเลกนอยจากอณหภมอบละลายทก าหนด โดยในแตละเงอนไขจะใชเวลาในกระบวนการทแตกตางกน ซงรายละเอยดของ ระยะเวลาการใชพลงงานไฟฟาของเตาอบละลาย แสดงดงตารางท 4.24 ตารางท 4.24 ชวงเวลาทเตาอบละลายใชพลงงานไฟฟาในแตละวน

เงอนไขการทดลอง ลกษณะการท างาน เตาอบละลาย

ชวง on-peak (นาท) ชวง off-peak (นาท)

450˚C, 4 hrs. อนเตา 30 60 อบชนงาน 240 -

รวมเวลา 270 60

480˚C, 4 hrs. อนเตา 36 60 อบชนงาน 240 -

รวมเวลา 276 60

510˚C, 4 hrs. อนเตา 42 60 อบชนงาน 240 -

รวมเวลา 282 60

97

97

จากตารางท 4.24 สามารถคดคาไฟฟาไดจากสมการ 4.2

yelectricitWD/yearhrs./dayyelectricit PNNPWC

เมอ PW คอ พลงงานทใช (kW·hr.) Nhrs./day คอ จ านวนชวโมงท างานตอวน NWD/year คอ จ านวนวนท างานตอป Pelectricity คอ อตราคาไฟตอหนวย (บาท/หนวย) ในการค านวณจะแบงการค านวณออกเปน 2 ชวง คอ ชวงการอนเตาอบละลาย และชวงการอบละลาย ซงมรายละเอยดการค านวณดงน ก) การค านวณคาไฟฟาในชวงการอนเตาอบละลาย ในชวงนจะคดคาไฟฟา 2 แบบ คอ ชวง on-peak 30 นาท (0.5 ชวโมง) และชวง off-peak 60 นาท (1 ชวโมง) โดยอตราคาไฟตอหนวยน ามาจากตาราง 4.12 ซงมรายละเอยดการค านวณดงตอไปน

yelectricitWD/yearhrs./dayyelectricit PNNPWC

2.1872)3001(2,341.445.2674)3000.52,341.44(C yelectricit

บาท/ป 473,386,347.C yelectricit

ข) การค านวณคาไฟฟาในชวงการอบละลาย ในชวงนจะคดคาไฟฟาเฉพาะชวง on-peak 240 นาท (4 ชวโมง) ซงพลงงานความรอนทใชในชวงนคดเปน 10% ของชวงการอนเตาอบละลาย หรอเทากบ 234.14 โดยมรายละเอยดการค านวณดงตอไปน

yelectricitWD/yearhrs./dayyelectricit PNNPWC

5.2674)3004(234.14C yelectricit

บาท/ป 081,479,993.C yelectricit

ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาอบละลายทอณหภมอบละลาย 450˚C ทงสองชวง แสดงดงตารางท 4.25

98

98

ตารางท 4.25 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาอบละลาย

ตนทนพลงงานไฟฟา อณหภมอบละลาย (˚C)

450 ชวงการอนเตาอบละลาย 3,386,347.47 ชวงการอบละลาย 1,479,993.08

รวม 4,866,340.55 2) การค านวณพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของเตาบมแขงเทยม จากสมการท 4.8 สามารถค านวณพลงงานความรอนทตองการ โดยก าหนดให Cp,s ของอะลมเนยมเทากบ 1,190 J/kg [35] อณหภมเรมตนของเตา (Ti) เทากบ 25˚C และในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนความจของเตาสามารถจได 300 ชน (150 กโลกรม) ซงคาพลงงานความรอนทตองการของแตละอณหภมของการบมแขงเทยมแสดงดงตารางท 4.26 โดยลกษณะการค านวณจะเหมอนกบการค านวณพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของเตาเผาอณหภมต า ตารางท 4.26 คาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎของแตละอณหภมบมแขงเทยม อณหภมบมแขงเทยม (˚C)

120 170 พลงงานความรอนทตองการ (J/kg) 113,050 172,550 พลงงานความรอนทตองการ (J) (ก าลงการผลต 300 ชน) 16,957,500 25,882,500 จากตารางท 4.27 เปนคาพลงงานความรอนทตองการตามทฤษฎซงสามารถค านวณคาพลงงานทใชจรงของเตาบมแขงเทยมไดจากสมการท 4.9 ผลจากการค านวณแสดงดงตารางท 4.27 ตารางท 4.27 คาพลงงานความรอนทใชจรงของแตละอณหภมบมแขงเทยม อณหภมบมแขงเทยม (˚C)

120 170 พลงงานความรอนทใชจรง (J) 1,884,166,667 2,875,833,333 พลงงานความรอนทใชจรง (kW·hr.)* 523.38 798.84 พลงงานความรอนทใชจรง (kW·hr.)** 52.34 79.88 หมายเหต * คาพลงงานความรอนทใชจรงในชวงของการอนเตาแตละอณหภมบมแขงเทยม ** คาพลงงานความรอนทใชจรงในชวงของการบมแขงเทยมซงคดท 10% ของชวงการอนเตาเพราะชวงนเปนชวงทมความผนแปรเลกนอยจากอณหภมบมแขงเทยมทก าหนด โดยในแตละเงอนไขจะใชเวลาในกระบวนการทแตกตางกน ซงรายละเอยดของระยะเวลาการใชพลงงานไฟฟาของเตาบมแขงเทยม แสดงดงตารางท 4.28

99

99

ตารางท 4.28 ชวงเวลาทเตาบมแขงเทยมใชพลงงานไฟฟาในแตละวน

เงอนไขการทดลอง ลกษณะการท างาน เตาบมแขงเทยม

ชวง on-peak (นาท) ชวง off-peak (นาท)

450˚C, 4 hrs. อนเตา 60 - อบชนงาน 210 -

รวมเวลา 270 0

480˚C, 4 hrs. อนเตา 60 - อบชนงาน 210 -

รวมเวลา 270 0

510˚C, 4 hrs. อนเตา 60 - อบชนงาน 210 -

รวมเวลา 270 0 จากตารางท 4.28 ซงเปนชวงเวลาทเตาบมแขงเทยมใชพลงงานไฟฟาในแตละวน โดยสามารถน ามาค านวณคาไฟฟาไดจากสมการ 4.2 โดยแสดงรายละเอยดดงตารางท 4.29 ตารางท 4.29 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาบมแขงเทยม

ตนทนพลงงานไฟฟา อณหภมบมแขงเทยม (˚C) 120 170

ชวงการอนเตาอบละลาย (บาท) 551,369.97 420,782.35 ชวงการอบละลาย (บาท) 165,410.99 189,352.06

รวม 716,780.96 610,134.40 ดงนนตนทนคาพลงงานไฟฟาของกระบวนการในเงอนไขการทดลองทใชอณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและการบมแขงเทยมสองครง (ครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปน เวลา 2 ชวโมง และการบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง) ส าหรบการผลต 1 กะ แสดงดงตารางท 4.30 ตารางท 4.30 ตนทนคาพลงงานไฟฟาของเงอนไขการทดลองทใชอณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง

รายละเอยด จ านวน หนวย คาบรการตอป 553.92 บาท คาไฟของเตาอบละลายตอป 4,866,340.55 บาท/ป คาไฟเตาบมแขงเทยมตอป 1,326,915.37 บาท/ป

คาไฟรวมทงป 6,193,809.84 บาท/ป

100

100

ดงนนตนทนพลงงานของกระบวนการทางความรอนเทากบ 6,193,809.84 บาท/ป จากสมการท 4.4 สามารถค านวณตนทนผนแปรตอปได ดงตอไปน energylabormaterial CCCVC

846,193,809.140,625 67,500,000VC บาท/ป .8473,834,434VC ตนทนรวมของกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ในเงอนไขการทดลองทใชอณหภมอบละลาย 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและการบมแขงเทยมสองครง ครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และการบมแขงเทยม ครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง โดยการผลตอะลมเนยมเกรด 7075 ได 90,000 ชน/ป ซงสามารถค านวณตนทนตอหนวยไดจากสมการท 4.10

piece/yearcost/unit N

VCFCC (4.10)

เมอ FC คอ ตนทนคงท (บาท/ป) VC คอ ตนทนผนแปร (บาท/) Npiece/year คอ จ านวนผลตตอป (ชน)

90,000

8473,834434.158,130.76Ccost/unit

บาท/ชน 822.14cost/unitC ในการค านวณตนทนตอหนวยของเงอนไขการทดลองดงกลาวมตนทนตอหนวยเทากบ 822.14 บาท/ชน โดยจะแยกเปนตนทนคงทตอหนวยเทากบ 1.76 บาท และตนทนผนแปรตอหนวยเทากบ 820.38 บาท และการค านวณตนทนในเงอนไขอนๆ ทมก าลงการผลต 90,000 ชน/ป แสดงรายละเอยดดงตารางท 4.31

101

101

ตารางท 4.31 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต 90,000 ชน/ป (1 กะ)

รายการ เวลาอบละลาย 4 ชวโมง

450˚C 480˚C 510˚C ตนทนคงท

ตนทนคาใชจายโรงงาน 2,330.76 2,330.76 2,330.76 ตนทนคาเครองจกร 114,000 114,000 114,000 ตนทนคาอปกรณ 41,800 41,800 41,800 ตนทนการกอสราง N/A N/A N/A ตนทนคงทตอหนวย (บาท) 1.76 1.76 1.76

ตนทนผนแปร ตนทนวตถดบ 67,500,000 67,500,000 67,500,000 ตนทนแรงงาน ตนทนแรงงานปกต 90,000 90,000 90,000 ตนทนแรงงาน OT 50,625 50,625 50,625 ตนทนพลงงาน 6,193,809.84 6,933,432.02 7,725,289.26 ตนทนผนแปรตอหนวย (บาท) 820.38 828.60 837.39 ตนทนรวม (บาท) 73,992,565.60 74,732,189.54 75,524,046.78 รวมตนทนตอหนวย (บาท) 822.14 830.36 839.15 จากตารางท 4.31 พบวาตนทนตอหนวยของกระบวนการทางความรอน T6 ทใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง ทอณหภมอบละลาย 450, 480 และ 510˚C ใหคาของตนทนตอหนวยเทากบ 822.14 830.36 และ 839.15 บาท ตามล าดบ จากรปท 3.26 (บทท 3) เปนแผนภาพแสดงการระยะเวลาของกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง ทอณหภม 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง พบวา ยงสามารถใชงานเครองจกรและคนไดไมเตมประสทธภาพ ซงสามารถท าการผลตชนงานไดจ านวน 2 ลอต/วน หรอ 180,000 ชน/ป (2 กะ) และ 3 ลอต/วน หรอ 270,000 ชน/ป (3 กะ) ซงในการค านวณตนทนใหมนสวนทแตกตางไปจากเดมคอ ตนทนพลงงานและตนทนคาใชจายโรงงาน โดยตารางเวลาแสดงการใชไฟฟาของกระบวนการผลตในกระบวนการทางความรอนโดยการผลต 2 และ 3 ลอต/วน แสดงดงตารางท 4.32 ในสวนของการค านวณตนทนพลงงานและตนทนคาใชจายโรงงาน ของกระบวนการทางความรอนทใชเวลาอบละลาย 4 ชวโมง โดยการผลตจ านวน 2 และ 3 ลอต/วน มรายละเอยดการค านวนดงน

102

ตารางท 4.32 ชวงเวลาทเครองจกรใชพลงงานไฟฟาในแตละวน กรณผลตชนงานวนละ 2 และ 3 ลอต (เฉพาะเงอนไขทใชเวลาอบละลาย 4 ชวโมง)

เงอนไขการทดลอง ลกษณะการ

ท างาน

กรณผลต 2 ลอต (2 กะ) กรณผลต 3 ลอต (3 กะ) เตาอบละลาย เตาบมแขงเทยม เตาอบละลาย เตาบมแขงเทยม

ชวง on-peak (นาท)

ชวง off-peak (นาท)

ชวง on-peak (นาท)

ชวง off-peak (นาท)

ชวง on-peak (นาท)

ชวง off-peak (นาท)

ชวง on-peak (นาท)

ชวง off-peak (นาท)

450˚C, 4 ชวโมง อนเตา 30 60 80 - 30 60 100 20 อบชนงาน 480 - 385 35 705 15 385 245

รวมเวลา 510 60 465 35 735 75 485 265

480˚C, 4 ชวโมง อนเตา 36 60 80 - 36 60 100 20 อบชนงาน 480 - 379 41 705 15 379 251

รวมเวลา 516 60 459 41 741 75 479 271

510˚C, 4 ชวโมง อนเตา 42 60 80 - 42 60 100 20 อบชนงาน 480 - 373 47 705 15 373 298

รวมเวลา 522 60 453 47 747 75 473 318

103

103

ก) การค านวณตนทนพลงงานของกระบวนการทางความรอนทใชอณหภมอบละลาย 450˚C และเวลาอบละลาย 4 ชวโมง ในการผลตจ านวน 2 ลอต/วน ซงมวธการค านวณเหมอนกบทระดบก าลงการผลต 90,000 ชน/ป โดยมรายละเอยดดงน

การค านวณคาไฟฟาของเตาเผาอณหภมต า แสดงดงตารางท 4.33

ตารางท 4.33 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาอบละลาย (กรณผลตจ านวน 2 ลอต/วน)

ตนทนพลงงานไฟฟา อณหภมอบละลาย (˚C)

450 480 510 ชวงการอนเตาอบละลาย (บาท) 3,386,347.47 4,021,499.55 4,708,886.69 ชวงการอบละลาย (บาท) 2,959,986.17 3,168,926.37 3,377,866.57

รวม 6,346,333.63 7,190,425.92 8,086,753.26 การค านวณคาไฟฟาของเตาบมแขงเทยม แสดงดงตารางท 4.34

ตารางท 4.34 ตนทนพลงงานไฟฟาของเตาบมแขงเทยม (ผลตจ านวน 2 ลอต/วน ส าหรบอณหภมอบละลาย 450˚C)

ตนทนพลงงานไฟฟา อณหภมบมแขงเทยม (˚C) 120 170

ชวงการอนเตาอบละลาย (บาท) 551,369.97 841,564.69 ชวงการอบละลาย (บาท) 330,821.98 335,643.70

รวม 882,191.96 1,177,208.40 ตนทนพลงงานตอป เทากบ 8,406,287.90 บาท (รวมคาบรการรายป 553.92 บาท)

ข) การค านวณตนทนคาใชจายโรงงาน โดยแยกเปน คาน าประปาในการชบแขงและคาไฟฟาสองสวาง ซงจากการประมาณการใชน าประปาตอวนเทากบ 0.6 3m ซงเปน 2 เทา ของการการผลตจ านวน 1 ลอต/วน โดยสามารค านวณคาน าประปาไดจากสมการท 4.2 โดยมรายละเอยด ดงน waterwater PVcharge serviceC

= 600 + {0.6 × 300 × 16} = 3,480 บาท/ป

104

104

สวนตนทนคาไฟฟาสองสวางมการเปดใชงานไฟฟาสองสวางตงแตเวลา 18:00 - 23:00 น. ซงรวมทงหมดเปนเวลา 5 ชวโมง สามารถคดคาไฟฟาสองสวางไดดงน yelectricitWD/yearyelectricit PNPWC

5.2674300)(58)(0.046C yelectricit

บาท/ป 2,907.60C yelectricit

รายละเอยดตนทนของกระบวนการผลตท 180,000 ชน/ป (วนท างาน 300 วน) โดยใชพนกงานจ านวน 1 คน/กะ และมกะการท างานจ านวน 2 กะ โดยมรายละเอยดของตนทน ดงตารางท 4.35

ตารางท 4.35 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต 180,000 ชน/ป (2 กะ)

รายการ เวลาอบละลาย 4 ชวโมง

450˚C 480˚C 510˚C ตนทนคงท ตนทนคาใชจายโรงงาน 6,387.60 6,387.60 6,387.60 ตนทนคาเครองจกร 114,000 114,000 114,000 ตนทนคาอปกรณ 41,800 41,800 41,800 ตนทนการกอสราง N/A N/A N/A ตนทนคงทตอหนวย (บาท) 0.9 0.9 0.9 ตนทนผนแปร ตนทนวตถดบ 135,000,000 135,000,000 135,000,000 ตนทนแรงงาน ตนทนแรงงานกะท 1 90,000 90,000 90,000 ตนทนแรงงานกะท 2 90,000 90,000 90,000 ตนทนพลงงาน 8,406,287.90 9,242,998.41 10,131,943.96 ตนทนผนแปรตอหนวย (บาท) 797.70 802.35 807.29 ตนทนรวม (บาท) 143,748,475.50 144,585,186.01 145,474,131.56 รวมตนทนตอหนวย (บาท) 798.60 803.25 808.19 จากตารางท 4.35 สามารถค านวณตนทนตอหนวยของกระบวนการทางความรอน T6 ทใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมงและการบมแขงเทยมสองครง ทอณหภม 450 480 และ

105

105

510˚C โดยการผลตจ านวน 180,000 ชน/ป ใหคาของตนทนตอหนวยเทากบ 798.60 803.25 และ 808.19 บาท ตามล าดบ สวนทระดบก าลงการผลต 270,000 ชน/ป (วนท างาน 300 วน) จะมการค านวณตนทนตางๆ เหมอนกบระดบก าลงการผลตท 180,000 ชน/ป โดยใชพนกงานจ านวน 1 คน/กะ และมกะการท างาน 3 กะ โดยมรายละเอยดของตนทนตางๆ ดงตารางท 4.36 ตารางท 4.36 ตนทนในกระบวนการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน กรณทผลต 270,000 ชน/ป (3 กะ)

รายการ เวลาอบละลาย 4 ชวโมง

450˚C 480˚C 510˚C ตนทนคงท ตนทนคาใชจายโรงงาน 9,517.87 9,517.87 9,517.87 ตนทนคาเครองจกร 114,000 114,000 114,000 ตนทนคาอปกรณ 41,800 41,800 41,800 ตนทนการกอสราง N/A N/A N/A ตนทนคงทตอหนวย (บาท) 0.61 0.61 0.61 ตนทนผนแปร ตนทนวตถดบ 202,500,000 202,500,000 202,500,000 ตนทนแรงงาน ตนทนแรงงานกะท 1 90,000 90,000 90,000 ตนทนแรงงานกะท 2 90,000 90,000 90,000 ตนทนแรงงานกะท 3 90,000 90,000 90,000 ตนทนพลงงาน 10,154,222.61 11,091,585.05 12,182,521.79 ตนทนผนแปรตอหนวย (บาท) 788.61 792.08 796.12 ตนทนรวม (บาท) 213,089,540.48 213,089,540.48 215,117,839.66 รวมตนทนตอหนวย (บาท) 789.22 792.69 796.73

จากตารางท 4.36 ตนทนตอหนวยของกระบวนการทางความรอน T6 ทใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมงและการบมแขงเทยมสองครง ทอณหภม 450 480 และ 510˚C โดยการผลตจ านวน 270,000 ชน/ป ใหคาของตนทนตอหนวยเทากบ 789.22 792.69 และ 796.73 บาท ตามล าดบ

106

106

บทท 5 สรปและขอเสนอแนะ

สรปผลและขอเสนอแนะแสดงถงผลการทดลองและการวเคราะหผลทไดจากการด าเนนงานตามวตถประสงคของงานวจยทงหมดและขอเสนอแนะเพมเตมทไดจากการท าวจย ซงจะกลาวถง 2 หวขอหลกๆ ดงตอไปน 5.1 สรปผลการวจย ผลจากการตรวจสอบโครงสรางจลภาค สมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ทงทผานและไมผานการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยมทเงอนไขการทดลองตางๆ และการวเคราะหตนทนตอหนวยในระดบในระดบโรงงานขนาดเลก มรายละเอยด ดงน 5.1.1 การตรวจสอบโครงสรางทางจลภาค จากการตรวจสอบโครงสรางทางจลภาค พบวา กอนปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยมสองครง โครงสรางจลภาคของอะลมเนยมเกรด 7075 มลกษณะเปนเฟส α ซงมลกษณะโครงสรางเปนเกรนกอนกลมและมเฟสยเทคตกลอมรอบ เมอผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยมสองครงทสภาวะตางๆ จะเหนวาขอบเกรนมการละลายและท าใหขอบเกรนมความบางลง ซงธาตดงกลาวจะละลายและรวมตวกบธาตอนๆ เพอเกดการรวมตวของเฟสใหม โดยจากการตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (SEM) ของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนทอณภม 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมสองครง ผลจากการตรวจสอบพบวามการเกดการฟอรมตวของเฟสใหมขนมา คอ เฟส Cu2FeAl7 หรอเรยกวา intermetallic phase 5.1.2 สมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ในงานวจยจะศกษาสมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 ซงไดแก สมบตเชงกลทางดานความแขง (hardness) ความทนแรงดง (tensile strength) ความแขงแรงคราก (Yield strength) และเปอรเซนตความยด (%Elongation) ทงกอนและหลงการปรบปรงสมบตเชงกล ดวยกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมแบบสองขนตอนในสภาวะทแตกตางกน

107

107

5.1.2.1 สมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 กอนผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองขนตอน คาความแขง คาความทนแรงดง ความแขงแรงครากและเปอรเซนตความยดของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS มคา 61.3 HRB 211.66 MPa 148.16 MPa และ 3% ตามล าดบ เนองจากอะลมเนยมทผานกระบวนการขนรปดงกลาวสงผลใหมคาสมบตเชงสงเพราะมโครงสรางจลภาคเปนเกรนกอนกลมและสามารถน าไปปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนไดโดยไมตองผานกระบวนการรดเพอลดรพรนเหมอนกบการหลอขนรปแบบเกา (Conventional Liquid Cast) เนองจากกระบวนการขนรป โดยการหลอแบบเกานน มรพรนในชนงานมากท าใหไมสามารถน ามาผานกระบวนการทางความรอนไดโดยตรงเพราะจะท าใหเกดการเสยรปของชนงาน 5.1.2.2 สมบตเชงกลของอะลมเนยมเกรด 7075 หลงผานกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองขนตอน เงอนไขทใหสมบตเชงกลทสงของกระบวนการทางความรอน คอ อณหภมอบละลาย 450˚C เวลา 8 ชวโมง และการบมแขงเทยมครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และบมแขงเทยมครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง จะใหความแขง ความทนแรงดง คาความแขงแรงครากและเปอรเซนตความยด เทากบ 88.56 HRB และ 479.95 MPa 335.97 MPa และ 6% ตามล าดบ ซงจะมคาสงกวากอนปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอน (61.3 HRB 211.66 MPa 148.16 MPa และ 3% ตามล าดบ) 5.1.3 การวเคราะหตนทนตอหนวยในระดบโรงงานขนาดเลก จากการวเคราะหตนทนตอหนวยของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการขนรปกงของแขงโดยใชเทคนค GISS และกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง โดยค านวณตนทนการผลตทก าลงการผลต 90,000 180,000 และ 270,000 ชน/ป ซงตนทนตอหนวยต าสดจะตองผลตทก าลงการผลต 270,000 ชน/ป (3 กะ) โดยมตนทนตอหนวย 789.22 792.69 และ 796.73 บาท ส าหรบอณหภมอบละลาย 450 480 และ 510˚C ตามล าดบ ส าหรบตนทนตอหนวยต าสดของแตละกะจะตองใชอณหภมอบละลาย 450˚C เวลา 4 ชวโมง และการบมแขงเทยมครงท 1 ทอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 ชวโมง และบมแขงเทยม ครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 ชวโมง ซงใหคาตนทนตอหนวยเทากบ 822.14 798.60 และ 789.22 บาท ตามล าดบ ส าหรบก าลงการผลตท 90,000 180,000 และ 270,000 ชน/ป

108

108

5.2 ขอเสนอแนะ 5.2.1 ในการวเคราะหตนทนเปนการวเคราะหใหเหนคาประมาณของตนทนตอหนวย ซงในกรณทใชในโรงงานจรงอาจจะตองเพมตนทนในสวนของคาใชจายโรงงานและตนทนคากอสรางรวมดวย 5.2.2 คาของตนทนทงหมดเปนการค านวณตนทนทใชเกณฑของความตองการตางๆ จากหองปฏบตการ

109

109

บรรณานกรม [1] S. Emani, Benedyk, J. Nash, and D. Chen. “Double aging and thermo-

mechanical heat treatment of AA7075 aluminum alloy extrusion.” J. Mater Sci, vol.44, pp.6384-6391, 2009.

[2] J. Wannasin and M. Flemings. “Grain refinement of an aluminum alloy by introducing gas bubbles during solidification.” Scripta, vol. 55, pp. 115-118, 2006.

[3] EverySpec. “Data Sheet AMS QQA 200/11 7075.” Internet : http://www.everyspec.com/FED_SPECS/Q/_QQ-A-200_11E_41159 [Nov 1, 2013].

[4] Thai-German. “Aluminium Alloys” Internet : http://www.thai-germansteel.com [Nov 1, 2013].

[5] S. Thanabumrungkul, S. Janudom, R. Burapa, P. Dulyapraphant and J. Wannasin. “Industrial development of gas induced semi-solid process.” Transaction of Nonferrous Metal Society of China, vol. 20, pp. s1016-s1021, 2010.

[6] H. Möller, G. Govender, and Stumpf. “The T6 Heat Treatment of Semi-Solid Metal Processed Alloy A356.” Open Material Science Journal, vol. 2, pp. 6-10, 2008.

[7] S. Kim, Kim D.Y., Kim, W.G., and Woo, K.D. “The study on characteristics of heat treatment of direct squeeze cast 7075 wrought Al alloy.” Materials Science and Engneering, pp. 721-726, 2001.

[8] M. Rosso and M. Actis Grande. "Optimization of heat treatment cycles for automotive parts produced by rheocasting process." Solid State Phenom 2006, pp. 116-117, 2006.

[9] L. XiWu, BaiQing, XIONG., YongAn, ZHANG., Cheng HUA., Feng WANG., BaoHong, ZHU., and HongWei. “Effect of one-step aging on microstructure and properties of a novel Al-Zn-Mg-Cu-Zr alloy.” Science in China Series E : Technological Science, vol. 52, pp. 67-71, 2009.

[10] M. Chemingui, M. Khitouni, K. Jozwiak, Gérard Mesmacque, andAbdelwahebKolsi. “Characterization of the mechanical properties changes in an Al–Zn–Mg alloy aftera two-step ageing treatment at 70 and 135 ˚C.” Material and Design, vol. 31, pp. 3134-3139, 2010.

110

110

บรรณานกรม (ตอ)

[11] S. Toros, F. Ozturk. “Modeling uniaxial temperature and strain rate dependent behavior of Al–Mg alloys.” Computational Materials Science, 2010.

[12] D. Wang, Ni, D.R., and Ma, Z.Y. “Effect of pre-strain and two-step aging on microstructure and stress corrosion cracking of 7050 alloy.” Materials Science and Engineering, vol.A494, pp.360-366, 2008.

[13] S. Akamphon, S. Sukkasi. “Reduction of zinc consumption with enhanced corrosion protection in hot-dip galvanized coatings: A process-based cost analysis.” Resources, Conservation and Recycling, 2012.

[14] C. Bloch and R. Ranganathan. “Process-Based Cost Modeling.” Journal of hybrid and Manufacturing Technology, vol. 15, pp. 288-294, 2007.

[15] M.D. Johnson and R. Kirchain. “Developing and Assessing Commonality Metrics for product Families : A Process-Based cost modeling Approach.” Journal of Engineering Management, vol.57, pp. 1-15, 2009.

[16] M. Koslowske. “A process based cost model for muti-layer ceramic manufacturing of solid oxide fuel cell.” Materials science, 2007.

[17] M.D. Johnson and R. Kirchain. “Quantifying the effects of part consolidation and development cost on material selection decision : A process-based costing approach.” International Journal of Production Econamic, vol.119, pp.174-186, 2009.

[18] Y.M. Chen and J. J. Lin. “Cost effective design for injection molding.” Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, vol.15, pp. 1-21, 2009.

[19] วจตร พงษบณฑต. "การหลอมละลายและการปรบปรงทางโลหะวทยาของอะลมเนยมผสม." เทคโนโลยการหลอโลหะ ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต , กรงเทพมหานคร, 2542.

[20] สญลกษณของการแบงประเภทของอะลมเนยมหลอผสมตาม ANSI Standard. [ออนไลน]. เขาถงไดจาก : http://www.aluminiumlearning.com/html/index_casting.html (วนทคนขอมล 12 ธนวาคม 2556).

[21] แผนภาพสมดลอะลม เนยม-สงกะส. [ออนไลน]. เขาถงไดจาก : http://www.aluminiumlearning.com/html/index_casting.html (วนทคนขอมล 12 ธนวาคม 2556).

111

111

บรรณานกรม (ตอ) [22] เจษฎา วรรณสนธ. "เทคโนโลยการหลออะลมเนยมไดคาสตงแบบกงของแขง ." ประชม

วชาการงานหลอไทย ครงท 3, หนา 1-12, 2549. [23] S. Nafisi and R Gomashchi. "Combined grain refining and medication of

conventional and rheocast A356 Al-Si alloy." Material characterization 57, pp. 377-378, 2006.

[24] M.C. Flemings and W.L. Johnson. "High viscosity liquid and semi-solid metal casting: Process and products." Plenary lecture word foundry conferance 2002, 2002.

[25] C.G. Kang, J.W. Bea and B.M. Kim. "The grain size control of A356 aluminum alloy by horizontal electromagnatic stirring for rheology forging." Materials processing technology 2007, pp. 187-188, 2007.

[26] Semi-Solid Metal Forming [ออนไลน]. เขาถงไดจาก : http://www.rheomet.com/ technology-en.asp?BigClassID=2 (วนทคนขอมล 31 มนาคม 2557)

[27] G. Hong-min and Y. Xiang-jie. "Preparation of semi-solid slurry containing fine and globular particles for wrought aluminum alloy 2024." Trans. Nonferrous Met. Soc. China 17, pp. 799-804, 2007.

[28] การทดสอบแรงดง (Tension Test). [ออนไลน]. เขาถงไดจาก : http://orddept-crma-tensiontest.blogspot.com/2008_09_01_archive.html (วนทคนขอมล 1 มนาคม 2557).

[29] Douglas C. Montgomery. "Design and Analysis of Experiments." Eight edition, John Wiley & Sons, Ins, 2013.

[30] N Mahathaninwong. " Microstructure and Properties of Semi-Solid Al Alloy 7075 after Heat Treatment." Ph.D. Thesis of Prince of Songkla University, Engineering in Materials Engineering, 2012.

[31] A. Venugopal, R. Panda, S. Manwatkar and et al. “Effect of Microstructure on the Localized Corrosion and Stress Corrosion Behaviours of Plasma-Electrolytic-OxidationTreated AA7075 Aluminum Alloy Forging in3.5wt.% NaCl Solution.” International Journal of Corrosion, 2012.

[32] นพพล เหลองอกษร และ นฤมล ปลมจตต. "การศกษาสมบตทางกลของอะลมเนยม ผสมเกรด 6061 ทผานกระบวนการกงของแขงและกระบวนการทางความรอน T6." โครงงานนกศกษามหาวทยาลยสงขลานครนทร, ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร, 2555.

112

112

บรรณานกรม (ตอ) [33] Heat Treat Ovens & Draw and Temper Furnaces. [ออนไลน]. เขาถงไดจาก :

http://www.wisovenm.com/batch-ovens/heat-treat-tempering-oven (วนทคนขอมล 14 กรกฎาคม 2558).

[34] สนน เถาชาร. "กลยทธการบ ารงรกษาเครองจกรกล". วารสารสมาคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย-ญปน), vol. 9, pp. 12-14, 2552.

[35] เจษฎา วรรณสนธ. "การหลอโลหะส าหรบวศวกร". ภาควชาวศวกรรมเหมองแรและวสด คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร, 2553.

113

113

ภาคผนวก ก

114

114

ตารางท ก.1 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 480˚C

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 480˚C 96* 08:00 09:36 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย 5 09:36 09:41 3 เวลาอบละลาย 240 09:41 13:41 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C 40** 13:11 13:51

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยน ดวยน า

10 13:41 13:51

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 5 13:51 13:56 7 บมแขงเทยมครงท 1 120 13:56 15:56

8 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 15:56 16:06

9 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C 20** 16:06 16:26 10 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 5 16:26 16:31 11 บมแขงเทยมครงท 2 90 16:31 18:01

12 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 18:01 18:11

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min.

115

115

ตารางท ก.2 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 510˚C

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 510˚C 102* 08:00 09:42 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย 5 09:42 09:47 3 เวลาอบละลาย 240 09:47 13:47 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C 40** 13:17 13:47

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยน ดวยน า

10 13:47 13:57

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 5 13:57 14:02 7 บมแขงเทยมครงท 1 120 14:02 16:02

8 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 16:02 16:12

9 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C 20** 16:12 16:32 10 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 5 16:32 16:37 11 บมแขงเทยมครงท 2 90 16:37 18:07

12 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า

10 18:07 18:17

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min.

116

116

ตารางท ก.3 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 480˚C ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 480˚C (1) 96* 08:00 09:36 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (1) 5 09:36 09:41 3 เวลาอบละลาย (1) 240 09:41 13:41 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C (1) 40** 13:11 13:51

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (1)

10 13:41 13:51

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (1) 5 13:51 13:56 7 บมแขงเทยมครงท 1 (1) 120 13:56 15:56 8 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (2) 5 13:56 14:01 9 เวลาอบละลาย (2) 240 14:01 18:01

10 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยน ดวยน า (1)

10 15:56 16:06

11 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (1) 20** 16:06 16:26 12 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (1) 5 16:26 16:31 13 บมแขงเทยมครงท 2 (1) 90 16:31 18:01

14 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยน ดวยน า (1)

10 18:01 18:11

15 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 18:11 18:21

16 รอเตาบมแขงเทยมอณหภมลดลง ถงอณหภม 120˚C (2)

20** 18:11 18:31

17 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (2) 5 18:31 18:36 18 บมแขงเทยมครงท 1 (2) 120 18:36 20:36

19 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยน ดวยน า (2)

10 20:36 20:46

20 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (2) 20** 20:46 21:06

117

117

ตารางท ก.3 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 4 ชวโมง ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน (ตอ)

ล าดบท

ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

21 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (2) 5 21:06 21:11 22 บมแขงเทยมครงท 2 (2) 90 21:11 22:41

23 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าให เยนดวยน า (2)

10 22:41 22:51

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min. (1) ลอตท 1 (2) ลอตท 2

118

118

ตารางท ก.4 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใชการอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 510˚C ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

1 อนเตาอบละลายใหไดอณหภม 510˚C (1) 106* 08:00 09:42 2 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (1) 5 09:42 09:47 3 เวลาอบละลาย (1) 240 09:47 13:47 4 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 120˚C (1) 40** 13:17 13:57

5 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (1)

10 13:47 13:57

6 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (1) 5 13:57 14:02 7 บมแขงเทยมครงท 1 (1) 120 14:02 16:02 8 น าชนงานเขาเตาอบละลาย (2) 5 14:02 14:07 9 เวลาอบละลาย (2) 240 14:07 18:07

10 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยนดวยน า (1)

10 16:02 16:12

11 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (1) 20** 16:12 16:32

12 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (1) 5 16:32 16:37 13 บมแขงเทยมครงท 2 (1) 90 16:37 18:07

14 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยนดวยน า (1)

10 18:07 18:17

15 น าชนงานออกจากเตาอบละลายแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 18:17 18:27

16 รอเตาบมแขงเทยมอณหภมลดลง ถงอณหภม 120˚C (2)

20** 18:17 18:37

17 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 1 (2) 5 18:37 18:42 18 บมแขงเทยมครงท 1 (2) 120 18:42 20:42

19 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 20:42 20:52

119

119

ตารางท ก.4 ขนตอนและเวลาทใชในการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนโดยใช การอบละลาย 4 ชวโมง ทอณหภม 510˚C ผลตจ านวน 2 ลอตตอหนงวน (ตอ)

ล าดบท ขนตอน เวลาทใช (นาท)

เวลาเรม เวลาสนสด

20 อนเตาบมแขงเทยมใหไดอณหภม 170˚C (2) 20** 20:52 21:12 21 น าชนงานเขาเตาบมแขงเทยมครงท 2 (2) 5 21:12 21:17 22 บมแขงเทยมครงท 2 (2) 90 21:17 22:47

23 น าชนงานออกจากเตาบมแขงเทยมแลวท าใหเยนดวยน า (2)

10 22:47 22:57

หมายเหต * อตราการเพมของอณหภมของเตาอบละลาย คอ อณหภมเพมขน 5˚C/min. ** อตราการเพมของอณหภมของเตาบมแขงเทยม คอ อณหภมเพมขน 3˚C/min. (1) ลอตท 1 (2) ลอตท 2

120

120

ภาคผนวก ข

121

121

ตารางท ข.1 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 450˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 89.3 85.9 84.2 87.2 89.9 91.5 2 88.3 84.3 86.3 82.3 86.4 87.8 3 82.5 87.3 84.9 87.2 90.6 90.7 4 80.2 86.9 87.5 85.8 86.7 92.3 5 86.3 90.2 90.3 91.2 90.3 87.6 6 88.7 89.4 83.5 82.2 88.8 86.4 7 84.3 83.7 88.6 88.9 92.9 89.5 8 87.9 87.2 80.1 89.1 87.6 90.9 9 80.2 92.9 81.2 83.4 87.6 89.4 10 89.3 88.9 82.2 88.9 92.9 87.4 11 86.6 85.9 88.7 90.1 89.7 89.3 12 85.9 92.3 82.1 90.9 92.9 92.5 13 90.4 94.8 80.2 85.2 86.4 92.5 14 82.3 87.9 80.4 90.3 86.3 91.9 15 85.3 88.4 84.4 92.7 90.9 87.5 X 85.83 88.40 84.31 87.69 89.33 89.81

122

122

ตารางท ข.2 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 480˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 88.3 80.7 87.2 86.4 82.3 87.4 2 84.9 82.6 85.3 81.7 86.2 88.9 3 82.7 85.9 79.9 88.9 89.3 87.5 4 83.8 82.6 88.1 89.1 81.6 86.4 5 89.2 78.9 88.3 90.2 88.2 87.3 6 82.4 88.6 87.4 89.4 80.9 89.2 7 83.7 85.3 86.4 88.3 84.9 87.4 8 82.4 86.5 88.9 79.2 88.3 82.1 9 85.7 82.5 89.1 80.4 85.6 86.3 10 85.4 83.6 89.9 86.7 78.5 85.4 11 79.9 84.3 82.3 90.9 83.5 78.3 12 83.3 86.7 88.1 89.5 89.6 86.4 13 85.6 89.7 85.3 87.3 86.4 86.9 14 79.7 88.5 87.1 88.9 83.5 81.2 15 89.2 88.6 88.9 89.7 87.3 86.7 X 84.41 85.00 86.81 87.11 85.07 85.83

123

123

ตารางท ข.3 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 510˚C เปนเวลา 4 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 78.8 80.3 85.4 86.5 85.1 80.4 2 80.1 85.2 85.1 82.9 88.7 81.7 3 83.4 79.5 84.3 88.5 78.9 88.6 4 84.3 80.2 87.4 86.5 80.1 84.3 5 75.5 80.4 79.5 83.6 84.6 79.6 6 84.3 84.3 80.2 83.4 86.2 83.6 7 80.1 81.1 83.7 81.9 83.4 86.1 8 80.4 84.4 85.1 79.4 84.5 85.3 9 78.6 88.4 80.6 85.6 86.1 80.4 10 84.3 79.1 78.8 84.3 84.3 84.3 11 79.4 78.5 79.4 79.5 80.5 88.6 12 78.9 80.1 83.3 83.6 81.9 83.5 13 79.8 81.4 85.3 84.2 83.5 88.3 14 80.1 76.7 87.1 84.6 80.7 79.7 15 79.1 80.4 84.3 88.7 85.1 80.5 X 80.47 81.33 83.30 84.21 83.57 83.66

124

124

ตารางท ข.4 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 450˚C เปนเวลา 8 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 94.2 90.2 88.4 86.5 87.9 86.5 2 88.8 95.3 85.7 88.7 90.3 87.4 3 90.3 90.3 88.9 91.9 84.7 90.1 4 89.4 87.6 86.5 86.7 88.5 83.4 5 90.3 90.4 88.3 89.6 85.7 81.5 6 90.2 88.5 87.9 90.6 85.4 87.4 7 90.5 87.2 90.3 93.5 87.2 84.5 8 88.4 86.5 91.7 89.3 90.5 90.4 9 87.5 80.5 86.7 88.7 93.5 85.6 10 84.4 87.3 88.7 90.6 84.6 88.4 11 84.6 88.3 93.4 93.4 85.7 85.6 12 91.8 89.8 95.4 93.9 90.1 86.2 13 83.6 89.9 89.6 89.7 88.6 87.6 14 90.1 90.4 90.3 85.7 87.6 85.4 15 88.6 94.3 90.9 89.9 80.3 89.1 X 88.85 89.10 89.51 89.91 87.37 86.61

125

125

ตารางท ข.5 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 480˚C เปนเวลา 8 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 85.3 85.4 88.5 89.4 85.4 87.7 2 88.2 80.1 83.5 88.7 84.8 86.6 3 82.5 84.3 87.7 87.9 82.9 88.5 4 84.5 85.3 86.6 89.2 85.9 87.2 5 85.3 87.4 85.7 89.4 88.6 84.9 6 82.4 84.5 84.4 88.7 87.5 88.5 7 85.3 80.1 84.5 87.5 88.5 87.7 8 85.4 88.5 87.8 89.2 89.8 88.6 9 85.3 87.5 85.6 88.4 85.9 87.9 10 88.1 84.6 82.3 90.2 84.8 87.4 11 88.6 87.5 89.8 88.4 85.6 80.3 12 88.6 84.5 89.6 86.7 87.9 84.5 13 82.3 86.5 88.3 89.6 89.4 84.5 14 84.4 86.4 87.7 88.3 80.6 88.8 15 85.3 89.2 90.1 87.3 88.5 85.8 X 85.43 85.45 86.81 88.59 86.41 86.59

126

126

ตารางท ข.6 คาความแขงของกระบวนการอบละลายทอณหภม 510˚C เปนเวลา 8 ชวโมงและผานการบมแขงเทยมสองครง

ต าแหนงท Rep. 1 Rep 2 Rep. 3

ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 ชนท 1 ชนท 2 1 82.1 85.5 80.4 79.5 84.3 85.4 2 85.7 89.4 83.2 82.2 86.5 86.2 3 83.2 84.5 86.4 87.5 86.2 85.3 4 87.2 86.4 79.6 82.4 83.4 81.5 5 88.8 88.4 81.2 83.2 87.1 86.6 6 84.2 87.3 84.5 86.5 85.1 79.8 7 84.3 83.5 85.5 83.2 84.4 85.3 8 83.4 85.3 79.5 80.5 85.8 86.5 9 87.5 85.4 87.5 82.5 84.3 85.8 10 85.4 86.4 83.5 79.4 87.1 86.3 11 80.6 79.6 88.2 86.5 88.9 84.3 12 79.4 85.4 80.1 85.3 87.4 85.4 13 80.4 82.9 83.3 85.4 85.3 87.9 14 87.4 85.9 86.2 86.3 86.3 85.4 15 82.8 86.5 82.5 80.1 85.9 88.4 X 84.16 85.49 83.44 83.37 85.87 85.34

127

127

ตารางท ข.7 คาความทนแรงดงของกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง Solution Temp.

450˚C 480˚C 510˚C 450˚C 480˚C 510˚C

Solution Time

4 ชวโมง 8 ชวโมง

Rep.1/1 465.12 438.98 428.62 499.87 463.12 423.98 Rep.1/2 469.51 442.87 437.38 484.11 458.57 431.21 Rep.2/1 475.09 475.92 390.10 484.2 465.73 436.61 Rep.2/2 483.69 479.97 403.90 491.76 470.07 442.11 Rep.3/1 486.66 454.22 419.98 466.36 469.76 418.93 Rep.3/2 482.72 447.67 412.02 453.40 479.66 402.89 ตารางท ข.8 คาก าลงครากของกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง Solution Temp.

450˚C 480˚C 510˚C 450˚C 480˚C 510˚C

Solution Time

4 ชวโมง 8 ชวโมง

Rep.1/1 325.58 307.29 300.03 349.91 324.18 296.79 Rep.1/2 328.66 310.01 306.17 338.88 321.00 301.85 Rep.2/1 332.56 333.14 273.07 338.94 326.01 305.63 Rep.2/2 338.58 335.98 282.73 344.23 329.05 309.48 Rep.3/1 340.66 317.95 293.99 326.45 328.83 293.25 Rep.3/2 337.90 313.37 288.41 317.38 335.76 282.02 ตารางท ข.9 คาเปอรเซนตการยดของกระบวนการทางความรอน T6 และการบมแขงเทยมสองครง

Solution Temp.

450˚C 480˚C 510˚C 450˚C 480˚C 510˚C

Solution Time

4 ชวโมง 8 ชวโมง

Rep.1/1 7.0 5.4 5.2 6.1 5.1 4.4 Rep.1/2 6.8 5.8 5.1 6.2 4.8 5.1 Rep.2/1 6.5 6.0 4.9 5.8 4.9 4.5 Rep.2/2 7.5 6.2 5.1 6.1 4.7 4.7 Rep.3/1 6.2 5.4 5.0 5.9 5.3 4.5 Rep.3/2 7.5 5.5 4.7 5.9 5.9 4.1

128

128

ภาคผนวก ค

129

129

การวเคราะหคาความทนแรงดง (Tensile strength) จากการปรบปรงสมบตเชงกลดวยกระบวนการทางความรอนของอะลมเนยมเกรด 7075 ในงานวจยนจะใชขนาดตวอยางในการทดลองเทากบ 3 ซ า โดยอางองจากการทดลองจาก ASTM และการทดลองทผานมา การตงสมมตฐานการทดลอง การตงสมมตฐานการทดลอง เพอพสจนวาอณหภมและเวลาในการอบละลายมผลตอความทนแรงดงหรอไม โดยการก าหนดให คอ อณหภมในการอบละลาย และ คอ เวลาในการอบละลาย โดยใชสมมตฐานดงตอไปน 1) การพจารณา Main Effect ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของอณหภมในการอบละลาย (ปจจย A) 3210 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของอณหภมในการอบละลายไมแตกตางกน 3 2, 1,i ; 0 one least at:H i1 ส าหรบทกระดบอทธพลของอณหภมในการอบละลายแตกตางกน ทดสอบสมมตฐาน อทธพลของเวลาในการอบละลาย (ปจจย B) 210 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของเวลาในการอบละลายไมแตกตางกน 211 :H ส าหรบทกระดบ อทธพลของเวลาในการอบละลายแตกตางกน 2) การพจารณา 2 Factor Interaction Effect ทดสอบอนตรกรยา (Interaction) ระหวางอณหภมในการอบละลายและเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 for all i, j ทกระดบ ไมมอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) 0)(:H ij1 At least one i, j โดยมบาง i, j มอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) การวเคราะหคากลางของขอมล การวเคราะหคากลางของขอมลจะท าการวเคราะหคากลาง คอ คาเฉลย เพอทจะตรวจสอบความถกตองของตวแบบ (Model Adequacy Checking) โดยใชโปรแกรมค านวณทางสถต ซงจะใชขอมลของคาความทนแรงดงเฉลยในการวเคราะห แสดงดงตารางท ค.1

130

130

ตารางท ค.1 คาความทนแรงดงของอะลมเนยมเกรด 7075 ทผานกระบวนการทางความรอนและการบมแขงเทยม (T6)

ล าดบ สภาวะของการทดลอง ความทนแรงดงเฉลย (MPa)

x อณหภมอบละลาย

เวลาอบละลาย

Rep. 1 Rep. 2 Rep. 3

1 450˚C 4 h. 467.87 479.39 484.69 477.32 2 450˚C 8 h. 491.99 487.98 459.88 479.95 3 480˚C 4 h. 440.93 477.95 450.95 456.61 4 480˚C 8 h. 460.85 467.90 474.71 467.82 5 510˚C 4 h. 433.00 397.00 416.00 415.33 6 510˚C 8 h. 427.60 439.36 410.91 425.96

หมายเหต ทกสภาวะการทดลองจะผานการบมแขง 2 ครง คอ ครงท 1 ใชอณหภม 120˚C เปนเวลา 2 h. สวนครงท 2 ทอณหภม 170˚C เปนเวลา 1.5 h. ตามล าดบ การวเคราะหความถกตองของตวแบบการทดลอง จากขอมลทไดจากการทดลอง โดยจะน าไปค านวณดวยโปรแกรมการวเคราะหทางสถต ซงไดผลการค านวณดงตอไปน เปนการวเคราะหขอมลเพอพสจนวาขอมลมลกษณะแบบสม เปนเสนตรงและการกระจายตวเปนลกษณะใด เพอใหมนใจวาคาของความแปรปรวนของเงอนไขในการทดลองทงหมดอยภายใตการควบคม ซงจะพจารณาดงน 1) พจารณาความเปนอสระของขอมล โดยจะดจากกราฟ Residual Versus the Order of the Data จากรปท ค.1 (Model Adequacy Checking) เปนการพจารณาวา ขอมลมลกษณะสมอยภายใตพกดควบคมหรอไม จากการพจารณาจดในรปดงกลาวไมพบ ความผดปกตของเสนกราฟขอมล แสดงวาขอมลทไดจากการทดลองมลกษณะเปนแบบสม

131

131

30150-15-30

99

90

50

10

1

Residual

Pe

rce

nt

480465450435420

20

10

0

-10

-20

Fitted Value

Re

sid

ua

l

20100-10-20

4

3

2

1

0

Residual

Fre

qu

en

cy

18161412108642

20

10

0

-10

-20

Observation OrderR

esid

ua

l

Normal Probability Plot Versus Fits

Histogram Versus Order

Residual Plots for Tensile

รปท ค.1 กราฟแสดงการวเคราะหความถกตองของตวแบบการทดลอง (ความทนแรงดง)

ความเปนอสระของขอมล สามารถพจารณาจากกราฟ Residual โดยกราฟทไดไมมจดทอยนอกควบคม (Out of Control) ไมมการรน (Run) ของขอมลและไมเกดแนวโนม (Trend) ของขอมล ดงแสดงในรปท ค.2 สามารถสรปไดวาขอมลมความเปนอสระตอกน (ขอมลมลกษณะแบบสม)

1715131197531

550

500

450

400

Observation

Ind

ivid

ua

l V

alu

e

_X=453.8

UCL=528.7

LCL=379.0

I Chart of Tensile

รปท ค.2 กราฟความเปนอสระของขอมล (I Chart of Residuals of Tensile strength)

2) พจารณาการกระจายตวของขอมลเปนเสนตรงหรอไม โดยพจารณาจากรปท ค.1 (Model Adequacy Checking) จะเหนวาขอมลมลกษณะเปนเสนตรง แตมบางจดกระจายตวออกนอกเสน ท าใหตองทดสอบการกระจายตวของขอมลโดยใช Normal Probability ในการ

132

132

ทดสอบ แสดงดงรปท ค.3จากขอก าหนด Alpha ( ) = 0.05 ซงสามารถอานคา P-value = 0.442 ท าใหมขอมลสนบสนนวา ขอมลทไดจากการทดลองมการกระจายตวแบบปกตอยางมนยส าคญทระดบ = 0.05

525500475450425400

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Tensile

Pe

rce

nt

Mean 453.8

StDev 28.42

N 18

AD 0.346

P-Value 0.442

Probability Plot of TensileNormal

รปท ค.3 กราฟแสดงการกระจายตวแบบปกตของขอมล (ความทนแรงดง)

3) พจารณาขอมลรอบคาศนย ลกษณะการกระจายตวอยในแนวเดยวกน โดยมความผนแปรสม าเสมอรอบคาศนย (Model Adequacy Checking) แสดงดงรปท ค.1 ลกษณะของของมล Residuals versus the fitted values ทไดจะมคาบางคาทจะกระจายตวออกหางจากศนยกลางไมสม าเสมอท าใหไมมนใจในความแปรปรวนของเงอนไขของการทดลอง ซงจะตองมการทดสอบสอบความเทากนของความแปรปรวนในแตละเงอนไขการทดลอง ในรปท ค.4 แสดงชวงของความเชอมน ความเบยงเบนมาตรฐานของความทนแรงดงจากเงอนไขตางๆ มความเหลอมกน แสดงใหเหนวาความเบยงเบนมาตรฐานในการทดลอง 6 เงอนไขการทดลองนน ไมมความแตกตางกน ซงสามารถทดสอบไดดงน การทดสอบความแตกตางของความแปรปรวน โดยใชสมมตฐานการทดลองซงจะก าหนดให 6 ..., 3, 2, 1, i ; 2

i คอ ความแปรปรวนของแตละเงอนไขการทดลอง

26

35

24

23

22

210 :H ความแปรปรวนของ

เงอนไขการทดลองทง 6 เทากน 6 ..., 3, 2, 1,i ; 0 one least at:H 2

i1 ความแปรปรวนของเงอนไขการทดลองทง 6 ไมเทากน โดยท าการทดสอบสมมตฐานการทดลองดงกลาว ทระดบนยส าคญ

0.05

133

133

จาก Bartlett's Test แสดงผลการค านวณคาตวามแปรปรวนแสดงดงรปท ค.4 นนคอ ยอมรบ 0H เนองจากคา P-value = 0.782 ซงมคามากเมอเทยบกบคา 0.05 จงสามารถสรปไดวาความแปรปรวนของเงอนไขการทดลองทง 6 เงอนไขนน มคาเทากนหรอมคาแตกตางกนอยางไมมนยส าคญ

Solution temp. Solution time

510

480

450

8

4

8

4

8

4

300250200150100500

95% Bonferroni Confidence Intervals for StDevs

Test Statistic 2.46

P-Value 0.782

Test Statistic 0.30

P-Value 0.904

Bartlett's Test

Levene's Test

Tensile Test for Equal Variances

รปท ค.4 การทดสอบความเทากนของความแปรปรวน (ความทนแรงดง)

จากขอมลคาความทนแรงดงในตารางท 4.7 สามารถวเคราะหขอมลของคาความทนแรงดงในเงอนไขการทดลองตางๆ แสดงดงตารางท ค.2

ตารางท ค.2 ตาราง ANOVA for Tensile strength (การวเคราะหหาความสมพนธระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายของกระบวนการทางความรอน)

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P-Value Temp. 2 10720.5 10720.5 5360.8 24.30 0.000 Time 1 299.3 299.3 299.3 1.36 0.267 Temp.*Time 2 68.9 68.9 34.4 0.16 0.857 Error 12 2646.9 2646.9 220.6 Total 17 13735.7 S = 14.8518 R-Sq = 80.73% R-Sq(adj) = 72.70% จากตารางท ค.2 ไดคาสมประสทธการตดสนใจ 2R เทากบ 80.73% นนคอ ความผนแปรตางๆ ของการทดลองทสามารถความคมได (Controllable) เชน เครองมอ อปกรณ

134

134

หรอปจจยตางๆ ทก าหนดใหคงทในการทดลองมคาเทากบ 80.73% สวนทเหลอประมาณ 19.27% เกดจากปจจยตางๆ ทไมสามารถความคมได (Uncontrollable) ดงนนในการออกแบบการทดลองครงนเปนการทดลองทถอวาอยในระดบทยอมรบได ทดสอบสมมตฐาน การทดสอบสมมตฐานในงานว จยน จะท าการพจารณาผลทไดจากผลกระทบหลก (main effects) และผลกระทบ 2 ปจจย (interaction) ซงแสดงการทดสอบดงน พจารณาผลกระทบหลก (main effects) 1) ทดสอบสมมตฐานของอทธพลของอณหภมอบละลาย (Factor A)

3210 :H ส าหรบทกระดบอทธพลของอณหภมอบละลายไมแตกตางกน

3 2, 1,i ; 0 one least at:H i1 ส าหรบบางระดบอทธพลของอณหภมอบละลายแตกตางกน จากตารางท 4.8 ท าใหปฏเสธ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.000 ซงมคานอยเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวา อทธพลของอณหภม อบละลาย หรอ (Factor A) มผลตอคาความทนแรงดงทระดบความเชอมน 95% 2) ทดสอบสมมตฐานของอทธพลของเวลาอบละลาย (Factor B)

210 :H ส าหรบทกระดบอทธพลของเวลาอบละลายไมแตกตาง กน

211 :H ส าหรบบางระดบอทธพลของเวลาอบละลายแตกตางกน

จากตารางท ค.2 ท าใหยอมรบ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.267 ซงมคามากเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวา อทธพลของเวลา อบละลาย หรอ (Factor B) ไมมผลตอคาความทนแรงดงทระดบความเชอมน 95% พจารณา 2 Factor Interaction Effect ทดสอบอนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลาย 0)(:H ij0 for all i, j ทกระดบ ไมมอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2) 0)(:H ij1 At least one i, j โดยมบาง i, j มอทธพลของ Interaction (i=1, 2, 3 ; j=1, 2)

135

135

จากตารางท ค.2 ท าใหยอมรบ 0H เนองจากคาของ P-value = 0.857 ซงมคามากเมอเปรยบเทยบกบคา 0.05 ท าใหมขอมลมาสนบสนนวา อทธพลของอนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลาย ไมมผลตอคาความทนแรงดงทระดบความเชอมน 95% อณหภมของการอบละลายเปนปจจยทมผลตอคาความทนแรงดง ซงพบวาการเพมขนของอณหภมจาก 450˚C เปน 480˚C และ 510˚C ท าใหคาของความทนแรงดงเฉลยของแตละอณหภมในการอบละลายนนลดลงและการใชเวลาในการอบละลาย 4 ชวโมง และ 8 ชวโมง พบวาเวลาทเพมขนท าใหความทนแรงดงเฉลยของอะลมเนยมเพมขนตามไปดวย แสดงดงรปท ค.5

510480450

480

470

460

450

440

430

420

84

Solution temp.

Me

an

Solution time

Main Effects Plot for TensileData Means

รปท ค.5 ความสมพนธระหวางความทนแรงดงกบอณหภมและเวลาในการอบละลาย

และผลของทดสอบอนตรกรยาระหวางความอณหภมและเวลาในการอบละลายทสงผลตอความทนแรงดง แสดงดงรปท ค.6

136

136

84

480

470

460

450

440

430

420

410

Solution time

Me

an

450

480

510

temp.

Solution

Interaction Plot for TensileData Means

รปท ค.6 อนตรกรยาระหวางอณหภมและเวลาในการอบละลายทสงผลตอความทนแรงดง

137

137

ภาคผนวก ง