LOGO

1

CAST IRON กรรมวธทางความ

รอนส าหรบเหลกหลอ

2

1. White and Gray Cast Irons (เหลกหลอสขาวและเหลกหลอสเทา) โดยทวๆ ไป คารบอนทมอยใน Cast Iron จะมอย 2 ลกษณะ

คอ เปนคารบอนทจบตวอยกบสารอนหรอกคอ Cementite มสตร Fe3C หรอ เปนคารบอนอสระหรอกคอ Graphite ซงสลายมาจาก Cementite ดงสมการ

Fe3C (Cementite) Fe (Ferrite) + C (Graphite) ในกรณทคา รบอนท มอ ย จบตวอยกบสารอน เ ชน เปน

Cementite เหลกทไดจะแขงเปราะและน ามากดกลงไมได รอยหกจะมลกษณะสขาว ดงนนจงเรยกวาเปนพวก White Cast Iron

3

1. White and Gray Cast Irons (ตอ)

ในกรณทคารบอนทมอยเปนอสระ เชน เปน Graphite เหลกทไดจะมลกษณะออนกวา สามารถน ามากดหรอกลงได รอยหกจะมลกษณะสเทา จงเรยกวาเปนพวก Gray Cast iron

ในกรณท Cementite ทมอยประมาณครงหนงเปลยนมาเปน Graphite รอยหกจะมลกษณะเปนลาย ดงนนจงเรยกเปน Mottled Iron

4

2. Malleable Cast Iron (เหลกหลอเหนยว) ผลตไดจาก White Cast Iron โดยน ามาท า Annealing แลวจง

ท าใหเยนตวโดยควบคมอตราการเยนตวใหเปนไปตามตองการ ระยะเวลาทใชในการท า Annealing ประมาณ 40 – 100 ชวโมง ขนอยกบองคประกอบและความหนาบางของชนงานและขนกบวธการ Annealing ทใชดวย เหลกหลอเหนยวทรจกกนดมอย 2 ชนด คอ Whiteheart และ Blackheart

โดยทวๆ ไป ชนด Blackheart จะมลกษณะเนอโลหะเปน Ferrite แตอยางไรกตามอาจจะควบคมใหมเนอโลหะเปน Pearlite ได

5

2. Malleable Cast Iron (ตอ) เหลกหลอเหนยว ใชท าชนสวนโครงสรางเลกๆ ของรถยนต

เชน ท าดมลอรถบรรทก ท าทรดแหนบ ท ากงหามลอ ท าทเหยยบคนเรงและทเหยยบเบรค ท าคนโยกรถยนต ท าบานพบประตรถยนต นอกจากนยงใชท า ชนสวนเลกๆ ในเครองจกรทางการเกษตร และเครองจกรในอตสาหกรรมเสนใย ท าหวเผาทงแกส และน ามน และเครองใชอนๆ ในระบบประปา

6

3. Inoculated High Duty Cast Iron การหลอใหไดโลหะทม Graphite เปนแผนบางกระจายทวไป

ในเนอโลหะ สามารถท าไดโดยการเตม Graphitising Inoculant จ านวนเลกนอยลงในโลหะเหลวกอนเทเขาแบบหลอ Inoculant ทใชไดแก Calcium Silicide ส าหรบขบวนการ Meehanite Process ไดแก เมดนกเกล และ Ferro – Silicon ส าหรบขบวนการ Ni – Tensyl Process องคประกอบของโลหะเหลวทใชในขบวนการดงกลาวขางตนจะเหนวาเปนองคประกอบทวๆ ไปทใชผลต White Iron ผลของ Inoculant ทมตอเนอโลหะจะไมเกดขนอกถาเราน าโลหะนนมาหลอมเหลวใหม เนอโลหะชนดนจะเปน Pearlite ละเอยดๆ

7

4. Spheroidal Graphite Cast Iron การหลอเหลกเพอใหเนอโลหะม Graphite อยในลกษณะเมด

กลมเลกๆ อาจท าไดโดยเตมแมกนเซยมลงเลกนอย แมกนเซยมทเตมลงนจะอยในรปโลหะผสมของนกเกลและแมกนเซยมซงจะเตมลงในโลหะเหลวกอนเทลงแบบโดยเตมลงประมาณ 2% เนอเหลกทน ามาหลอมเหลวนกมองคประกอบทวไป เชนเดยวกบ White Cast Iron ซง Spheroidal Graphite Cast Iron อาจแยกออกไดเปน 2 ชนดใหญๆ เปน ชนด Cast และชนด Annealed

8

4. Spheroidal Graphite Cast Iron (ตอ) ประเดนทพจารณา Cast Annealed

ลกษณะโครงสราง เปน Pearlite + Graphite ถาหนามากกวา 50 มม. เนอโ ลหะจ ง อ า จปร า กฏ เ ป น Pearlite และ Ferrite

เปน Ferrite + Graphite Annealed ทอณหภม 900 องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 -3 ชวโมงหลงจากนนจงท าใหเยนตวลงโดยควบคมอณหภม

คณสมบตเชงกลอนๆ

ความเคนแรงดง นวตน/มม2 540 - 700 420 -540

% การยดตว 1 – 5 10 – 25

ความเคนแรงอด 65 – 80 45 – 58

HB 230 – 280 140 – 180

คา Izod 4 12

9

5. Alloy Cast Irons

ธาตทส าคญทมผสมอยในโลหะชนดนคอ นกเกล โครเมยม ทองแดง และโมลปดนม ธาตทส าคญทสด คอ นกเกล ซงมผลตอโลหะผสมหลายอยาง คอ

1. ชวยใหเกดการจบตวของ Graphite

2. ชวยใหเนอโลหะมเกรนทดขน

3. ชวยใหอตราการเยนตววกฤตและชวงวกฤตมคาต าลง

LOGO

10

HEAT - TREATMENT กรรมวธ

ทางความรอน

11

ท าไมตองมการอบชบโลหะ

สงทพงปรารถนาท สดในการใชชนสวนตางๆ ทางวศวกรรมคอ การทชนสวนนนๆมอายการใชงานไดนานทสด ฉะนน นอกจากการออกแบบรปราง ลกษณะของชนงานทถกตองแลว เนอโลหะหรอโครงสรางจลภาคของชนงานนน กควรจะไดรบการพจารณาอยางรอบคอบดวย โครงสรางจลภาคทเหมาะสมกบการใชงานจะชวยเพมคณสมบตทางกลของชนงานและยงสามารถเพมอายการใชงานใหยาวนานขนดวย

12

ท าไมตองมการอบชบโลหะ (ตอ)

โดยทวไปเหลกทมความแขงสงมกจะมความเปราะสง และเหลกทมความเหนยวสงมกจะมความนมสงเชนกน แตขอพงสงเกตคอ เรามกจะตองการเหลกทมทงความแขงและความเหนยวในชนงานเดยวกน สงทจะมาชวยแกปญหานไดกคอ การอบชบโลหะนนเอง

13

วธการในการท า Heat -Treatment

แบงออกไดเปน 4 วธ คอ

การอบออน (Annealing)

การอบปกต (Normalizing)

การชบแขง (Quenching หรอ Hardening)

การอบคลายความแขง (Tempering)

14

การอบออน (Annealing)

คอ การท าใหโลหะออนตวลง โดยการเผาเหลกกลาทอณหภมสงจนกลายเปนออสเตนไนทใหนานพอสมควรแลวปลอยใหเยนตวลงชาๆ ในเตา การอบเชนนจะท าใหเหลกกลาเหมาะทจะน าไปแปรรป รด เจาะ กลง ไส เปนตน ซงสามารถแยกออกไดเปน 3 แบบ คอ 1. Process Annealing 2. Full Annealing 3. Spheroidising Annealing

15

การอบออน (Annealing) (ตอ)

1. Process Annealing เปนการลดความเครยดภายในแผนเหลก หรอลวดเหลกประเภท Low Carbon Steel ซงผานการท า Cold Working มา และเปนการท าใหโลหะดงกลาวออนตวลงโดยน ามาอบใหมอณหภมประมาณ 550 – 650 องศาเซลเซยส ในกรณท อบนานเกนไปหรออบอณหภมสง เกนไป Cementite ทมอยใน Pearlite จะเกดจบตวกนเปนกอนกลม และขนาดเกรนของ Ferrite จะขยายใหญขน ซงจะท าใหคาความเคนแรงดงและความแขงลดต าลง ดงนนจงตองควบคมทงอณหภมและเวลาในการท า Process Annealing อยางใกลชด

16

การอบออน (Annealing) (ตอ)

2. Full Annealing เปนการท าใหเหลกหลอทผานการท า Hot Working มาแลวมขนาดเกรนละเอยดและมความเหนยว โลหะทผานการท ากระบวนการนจะมลกษณะออนกวา และสามารถน าไปกลงไดดกวาโลหะทผานการท า Normalizing

17

การอบออน (Annealing) (ตอ)

3. Spheroidising Annealing เหลกกลาประเภท High – Carbon เราอาจจะท าใหออนตวไดโดยน าไปอบทอณหภม 650 – 700 องศาเซลเซยส จน Cementite ทมอยใน Pearlite จบตวเปนกอนกลม ลกษณะโครงสรางจะเหนเปนจดกลมๆ เลกๆ ของ Cementite อยในเนอ Ferrite เนอเหลกกลาทมลกษณะโครงสรางดงกลาวจะสามารถน าไปกดกลงตางๆ ไดด อยางไรกด ถา Cementite มขนาดเปนจดกลมใหญจะท าใหน าไปกดกลงไดยาก และผวไมสวยงามถงแมจะมลกษณะออนตวมากขนกตาม

18

การอบปกต (Normalizing)

คอ การเผาเหลกใหมอณหภมสงกวาอณหภมวกฤตของเหลกกลานนประมาณ 30 – 50 องศาเซลเซยส และใหคงทอณหภมนไวระยะหนง แลวจงปลอยใหเยนตวในอากาศ การอบปกตจะเพมความเหนยวและความแขงแรงใหกบเหลกกลา ท าใหเกรนสม าเสมอและมขนาดละเอยดขน นอกจากนยงชวยลดความเคนตกคางภายในดวย

19

เตรยมชนงาน

เผาชนงานทอณหภม 845 0C ประมาณ 30 นาท

ขนตอนการทดลอง (Annealingและ Normalizing)ขนตอนการทดลอง (Annealingและ Normalizing)

เยนตวในเตา (Annealing) เยนตวในอากาศ (Normalizing)

20

ตวอยาง การอบออน ทใชในอตสาหกรรม

1. เหลกมวนรดเยน ก าลงรอเขากระบวนการอบออน

2. เรยงเหลกมวนรดเยนซอนกนเปนชนๆ แลวครอบดวยเตาอบ

21

3. แสดงชนสวนภายในเตาอบ

ตวอยาง การอบออน ทใชในอตสาหกรรม (ตอ)

22

4. รปแสดงชวงอณหภมทเหมาะสมในการอบปกต (Normalizing)

4. รปแสดงชวงอณหภมทเหมาะสมในการอบปกต (Normalizing)

ตวอยาง การอบออน ทใชในอตสาหกรรม (ตอ)

23

การชบแขง (Quenching หรอ Hardening) คอ การเผาเหลกกลาจนกระทงโครงสรางจลภาคกลายเปนออสเตนไนททงหมด แลวท าใหเยนตวอยางรวดเรวจนถงอณหภมหอง ดวยอตราเรวทสงกวาอตราวกฤตของเหลกกลานน ขณะทเปนเฟสออสเตนไนทนน เหลกคารไบดจะละลายไดอะตอมของเหลกและคารบอน อะตอมคารบอนจะแพรเขาไปในเนอของออสเตนไนท ซงออสเตนไนทมความสามารถในการละลายคารบอนไดมากกวาเฟอรไรทหลายเทาตว เมอท าใหเหลกกลาเยนตวลงอยางรวดเรว คารบอนจะไมมเวลาพอทจะแพรผานออกมาจากเนอพน(matrix) ซงพยายามจะเปลยนเปนเฟสเฟอรไรท ผลทไดกคอ เกดการบดเบยวของเนอพนขน จนกลายเปนโครงสรางจลภาคชนดมารเทนไซด มความแขงและความแขงแรงสงมาก แตกเปราะมากดวย ดงนนกอนน าไปใชงานจงตองน าชนงานไปอบคลายความแขง (Tempering) เสยกอน

24

การอบคลายความเครยด (Tempering)

คอ การเผาเหลกกลาซงเปนมารเทนไซตทอณหภมคอนขางต า ประมาณ 2 ชวโมงเพอใหมารเทนไซตแตกตว เหลกกลาจะมความแขงลดลง แตมความเหนยวเพมมากขน ถาอบทอณหภมระหวาง 100 – 200 องศาเซลเซยส มารเทนไซตจะคลายความเคนภายใน ถาอบทอณหภมระหวาง 200 – 450 องศาเซลเซยส มารเทนไซตจะกลายเปนซเมนไตทและเฟอรไรทเกรนละเอยด แตถาเผาสงกวา 450 องศาเซลเซยส โครงสรางจลภาคทไดจะเปน เฟอรไรทและเพรลไลท ซงความแขงสดทายทไดจะลดลงมาก

25

ขนตอนการทดลอง (Quenchingและ Tempering)ขนตอนการทดลอง (Quenchingและ Tempering)

เตรยมชนงาน

เผาชนงานทอณหภม 830 0C ประมาณ 45 นาท

อบเหลก 205 0C (Tempering)

จมน าหรอน าเกลอ (Quenching)

อบเหลก 315 0C (Tempering)

อบเหลก 540 0C (Tempering)

26 1. ในอตสาหกรรมจรง เราสามารถท ากระบวนการ Quenching และ Tempering ตอเนองกนไดเลย1. ในอตสาหกรรมจรง เราสามารถท ากระบวนการ Quenching และ Tempering ตอเนองกนไดเลย

การอบคลายความเครยด (Tempering) (ตอ)

27

2. ตวอยางชนงานทใชในการชบแขง

การอบคลายความเครยด (Tempering) (ตอ)

28

ออสเตนไนท (Austenite) หรอ เหลกแกมมา (γ)ออสเตนไนท (Austenite) หรอ เหลกแกมมา (γ)

คอ Solid Solution ของเหลกกบคารบอนซงคารบอนสามารถละลายในเหลกมากทสด ถง 2% ทอณหภม 1130 0C มระบบผลกเปน FCC

ระบบผลก FCC

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค

29

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค (ตอ)

เฟอรไรท (Ferrite) หรอ เหลกแอลฟา (α) เฟอรไรท (Ferrite) หรอ เหลกแอลฟา (α)

คอ Solid Solution ของเหลกกบคารบอนซงคารบอนสามารถละลายในเหลกมากทสด ถง 0.0025% ทอณหภม 7230C มระบบผลกเปน BCC

ระบบผลก BCC

30

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค (ตอ)

ซเมนไตต (Cementite) หรอ เหลกคารไบด (Fe3C)ซเมนไตต (Cementite) หรอ เหลกคารไบด (Fe3C)

เปน Intermetallic compound ระหวางเหลกกบคารบอน มความแขงสงแตเปราะ

31

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค (ตอ)

เพรลไลท (Pearlite)เพรลไลท (Pearlite)

เพรลไลท (Pearlite) คอ ผลกรวมระหวางเฟอรไรท กบ ซเมน ไตต ทเกดจากปฏกรยา ยเทคตอยด ในขณะทเยนตวชาๆเกดสลบกนเปนแถบยาว ดงนน เพรลไลท จงม 2 เฟส และถกเรยกวา โครงสราง 2 เฟส

32

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค (ตอ)

33

มารเทนไซต (Martensite)มารเทนไซต (Martensite)

โครงสรางทไดจากการเยนตวอยางรวดเรวของ ออสเตนไนท ดวยกระบวนการชบแขง

ศพทเทคนคเกยวกบโครงสรางจลภาค (ตอ)