สมบัติด้านกระบวนการทางความร้อน

What is the hardening process?

การชุบแข็ง คือ การอบชุบความร้อนวิธีหนึ่งเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้าคาร์บอนในด้านความแข็งและความต้านทานการขัดสี. กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่โครงสร้างเปลี่ยนเป็นออสเทนไนท์ ปล่อยทิ้งไว้ในเตาจนกระทั่งได้โครงสร้างออสเทนไนท์ที่สม่ำเสมอ แล้วทำให้เย็นตัวด้วยอัตราเร็วพอที่ทำให้เกิดโครงสร้างมาร์เทนไซท์ หรืออัตราการเย็นตัววิกฤต (Critical cooling rate).เพื่อที่จะให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์ที่สม่ำเสมอ ปัจจัยที่เกี่ยวข้องมีดังต่อไปนี้

1. ปริมาณของธาตุคาร์บอน : เหล็กกล้าที่มีปริมาณร้อยละของธาตุคาร์บอนยิ่งสูง จะทำให้มีโอกาสในการเกิดโครงสร้างมาร์เทนไซท์มากขึ้น นอกจากนั้น ธาตุผสมอื่น เช่น นิเกิล โครเมียม และโมลิบดินั่ม ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) โดยการลดอัตราการเย็นตัววิกฤตอีกด้วย

2. อัตราการเย็นตัว : อัตราการเย็นตัวที่ต้องการเพื่อให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์นั้น ไม่ควรต่ำกว่าอัตราการเย็นตัววิกฤต และมีปัจจัยที่เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้
– ผิวของชิ้นงานจะมีอัตราการเย็นตัวมากกว่าใจกลางเสมอ นอกจากนั้นยิ่งชิ้นงานมีขนาดใหญ่ อัตราเร็วการเย็นตัวตลอด ชิ้นก็จะต่ำลงด้วย ด้วยเหตุนี้ที่สภาวะเดียวกัน ชิ้นงานที่ยิ่งเล็กจะยิ่งมีโอกาสที่จะได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์ที่สมบูรณ์
– ตัวกลางการเย็นตัวที่ต่างกัน จะให้อัตราเร็วการเย็นตัวที่ต่างกันด้วย เช่น น้ำ และน้ำเกลือ (น้ำที่มีโซเดียมคลอไรด์หรือแคลเซียมคลอไรด์ละลายอยู่ด้วยปริมาณหนึ่ง) จะให้อัตราการเย็นตัวที่รวดเร็วกว่าน้ำมัน. นอกจากนั้นการปั่นกวนสารตัวกลางยังเป็นการเพิ่มอัตราการเย็นตัวอีกวิธีหนึ่งด้วย

อ้างอิงจาก: 1.Donald R. Askeland.,The Science and Engineering of Materials, 3rd editionn,PWS Publishing company (1994)