35 เหล็กกล้าโครงสร้าง, เหล็กกล้ามาราจิง, เหล็กกล้าเครื่องมือ

5.3.2.2 เหล็กกล้าโครงสร้างที่ผ่านการชุบแข็ง และอบคืนตัว

      เหล็กกล้าโครงสร้างที่ผ่านการชุบแข็ง และการอบคืนตัว มีความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ และมีความทนทานแรงกระแทกที่ดี ณ อุณหภูมิต่ำกว่า เหล็กกล้าประเภทนี้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี และคุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่ดีกว่าเหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ ลักษณะของมันจะมีดังนี้

Ø มีความแข็งแกร่งมากกว่าเหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ

Ø คุณสมบัติที่ดีกว่าเหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ

Ø มีราคาแพงมากกว่าเหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ

Ø นำไปใช้ในงานโครงสร้าง

รูปภาชนะความดันสร้างจากเหล็กกล้าโครงสร้างชุบแข็ง และผ่านการอบคืนตัว

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

วิดีโอการผลิตภาชนะความดัน

รูปเรือดำน้ำที่ตัวถังทำมาจากเหล็กกล้าโครงสร้างที่ผ่านการชุบแข็ง และอบคืนตัว

วิดีโอเรือดำน้ำ

      เหล็กกล้าโครงสร้างที่ผ่านการชุบแข็ง และอบคืนตัว จะนำมาใช้ในงานด้าน ภาชนะความดัน (Pressure vessels), ตัวถังเรือดำน้ำ ฯลฯ ราคาของเหล็กจะมีราคาแพง แต่เมื่อเทียบกับสิ่งที่ได้มาคือ ความแข็งแกร่ง และความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่มีมาก ก็ถือว่ามีความคุ้มค่า

5.3.2.3  เหล็กกล้ามาราจิง

       เหล็กกล้ามาราจิง เป็นเหล็กกล้าที่มีส่วนผสมของนิกเกิลเป็นหลัก และมีคาร์บอนผสมอยู่ด้วย โดยทั่วไปแล้วจะมีนิกเกิลผสมอยู่ระหว่าง 18%-25% ทำให้มันมีความแข็งแกร่งมาก (อาจมากถึง  1.723´10⁹Pa (250,000 psi)) และยังรักษาความเหนียวได้ดี อีกทั้งมีความทนทาน

   ชิ้นงานที่ทำมาจากเหล็กกล้ามาราจิงสามารถยืดขยายได้ถึง 11% จากขนาดเดิมก่อนที่มันจะแตกหัก ลักษณะของเหล็กกล้ามาราจิงมีดังนี้  

·       มีนิกเกิลผสม 18-25%

·       มีคาร์บอนผสมอยู่น้อย

·       มีความแข็งแกร่งสูง

·       มีความยืดหยุ่นมาก

·       ความทนทานสูง

รูปปีกอวกาศยานรวมไปถึงท้องยานทำมาจากเหล็กกล้ามาราจิง

วิดีโอยานอวกาศดิสคัฟเวอรี่กับภารกิจสุดท้าย

      เหล็กกล้ามาราจิง ส่วนมากถูกนำมาทำชิ้นส่วนเครื่องยนต์เจ็ท, เครื่องยนต์จรวด และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวกับอากาศยาน และอวกาศยาน ที่ต้องสามารถทนทานอยู่ในสภาวะความกดดัน, ความเค้นความเครียด และอุณหภูมิที่สูง

      ดังนั้นความแข็งแกร่ง, ความทนทาน และความเหนียวที่สูงเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อชิ้นส่วนเหล่านี้ แต่ก็มีที่นำมาใช้ผลิตชิ้นส่วนเครื่องกลที่ใช้งานหนัก เช่น เฟือง และชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่ทำงานหนัก

รูปเฟืองที่ทำมาจากเหล็กกล้ามาราจิง

รูปหัวไม้กอล์ฟก็ทำมาจากเหล็กกล้ามาราจิง

นอกจากจะมีนิกเกิลผสมเป็นหลักแล้ว ในเหล็กกล้ามาราจิงก็ยังมีธาตุอื่น ๆ ผสมอยู่ด้วย ได้แก่

ตารางที่ 5.6 ธาตุที่นำมาผสมในเหล็กกล้ามาราจิง

5.3.2.4 เหล็กกล้าเครื่องมือ

       เหล็กกล้าเครื่องมือ มีการใช้งานกันอย่างกว้างขวาง เป็นกลุ่มเหล็กกล้าที่แตกต่างจากเหล็กกล้าทั่วไป เหล็กกล้าเครื่องมือถูกนำไปใช้งานหลายประเภทเช่น เครื่องมือตัด (Cutting tool), แม่พิมพ์กดขึ้นรูป (Die), แม่พิมพ์ฉีด (Injection mold) ซึ่งใช้กับพลาสติก หรืออลูมิเนียม

      ถูกใช้ทำเป็นชิ้นส่วนเครื่องกลบางชนิด ซึ่งจะให้ความแข็งแกร่งที่สูง, ทานทานต่อการสึกหรอ และขนาดชิ้นงานเปลี่ยนแปลงได้น้อยเมื่อถูกเสียดสี  

รูปแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

ชนิดของเหล็กกล้าเครื่องมือ

      เหล็กกล้าเครื่องมือมีอยู่หลายประเภทโดยแบ่งออกเป็นเกรด ซึ่งแบ่งไปตามลักษณะของงานที่นำไปใช้งาน โดยปกติจะแบ่งออกได้เป็น 11 ชนิดนี้

1) เหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งด้วยน้ำ (Water hardening) เป็นเหล็กกล้าที่ผสมคาร์บอน และโครเมียม หรือวาเนเดียม มีความสามารถทนทานต่อการสึกหรอ เหล็กกล้าชุบแข็งด้วยน้ำจะมีราคาถูกกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดอื่น ๆ และสามารถนำไปทำการกลึงไสได้ง่ายกว่า ข้อเสียของการชุบแข็งด้วยน้ำก็คือ อาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน หรือแตกร้าวได้ง่าย และความทนทานต่อความร้อนมีน้อย จึงไม่เหมาะสำหรับนำไปใช้กับงานตัดที่มีการทำงานหนัก รุนแรง หรือทำงานซ้ำ ๆ จนเกิดความร้อนขึ้นที่ตัวเหล็ก เหล็กกล้าเครื่องมือชนิดนี้เหมาะที่จะนำไปใช้งานกับไม้ อลูมิเนียม เกรดของเหล็กกล้ากลุ่มนี้ก็คือ W1, W2 และ W5

รูปมีดกลึงงานทองเหลืองที่เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือ W1

2) เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำมัน (Oil hardening) สามารถทนทานต่อความสึกหรอที่สูง และมีความแข็งที่สูง ซึ่งเป็นผลมาจากมีปริมาณคาร์บอนผสมสูง มีธาตุโครเมียม, โมลิบดีนัม และทังสเตน ผสมอยู่ด้วย ทำให้สามารถชุบแข็งด้วยน้ำมันได้ดี การบิดเบี้ยวของชิ้นงานหลังการชุบแข็งจะน้อยกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำมาก

      ตัวอย่างการใช้งานของเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดนี้ได้แก่ ดอกสว่าน, ใบมีดตัด, แม่พิมพ์เจาะรู, แม่พิมพ์พลาสติก ฯลฯ เกรดของเหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งด้วยน้ำมัน เช่น O1, O6, O7  

รูปบล็อกแม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปโดยใช้เหล็กกล้าเครื่องมือ O1

3) เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยอากาศ (Air hardening) มีปริมาณคาร์บอน และธาตุผสมอยู่ปานกลาง การชุบแข็งด้วยอากาศจะทำให้ชิ้นงานเกิดการบิดเบี้ยว หรือแตกร้าวน้อย การใช้งานสามารถนำไปใช้งานเช่นเดียวกับเหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งด้วยน้ำมัน เกรดที่ใช้เช่น A2, A6, A8, A10

รูปใบมีดกบไสไม้ทำจากเหล็กกล้าเครื่องมือ A2

4) เหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งด้วยอากาศ หรือน้ำมัน เป็นเหล็กกล้าที่มีการผสมคาร์บอน, โมลิบดีนัม และโครเมียมสูง คุณสมบัติทนทานต่อการสึกหรอ และการเสียดสีสูง ทำให้สามารถรักษาสภาพความแข็งได้ดี แต่ความสามารถในการนำมากลึงไสทำได้ยาก และมีความเหนียวน้อยเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดอื่น นิยมนำเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดนี้มาใช้กับงานขึ้นรูปเย็น (Cold working) เช่น งานแม่พิมพ์ต่าง ๆ, ใบมีด, ชิ้นส่วนที่ต้องการความทนทานต่าง ๆ เกรดของเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดนี้ก็คือ D2, D3, D4, D7

รูปมีดพกที่เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือ D2

5) เหล็กกล้าเครื่องมือทนทานต่อแรงกระแทก (Shock resisting) เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผ่านการพัฒนา เพื่อให้เกิดความเหนียว ความแข็งแกร่ง และทนทานต่อการสึกหรือสูง จึงเหมาะกับงานที่ต้องรับแรงกระแทกซ้ำ ๆ กัน เช่น ค้อนลม (Air hammer), หัวเจาะกระแทกซีเมนต์, แม่พิมพ์กระแทกขึ้นรูป, หัวกด (Punch) ฯลฯ เกรดที่นิยมใช้งานได้แก่ S1, S2, S5, S7

รูปชุดค้อนลมหัวกระแทกทำมาจากเหล็กกล้าเครื่องมือ S1

6) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานขึ้นรูปร้อน (Hot working) ในงานบางชนิดต้องใช้ความร้อนในการขึ้นรูป เช่น งานแม่พิมพ์หล่อฉีด (Die casting), งานตีขึ้นรูป (Forging), งานอัดขึ้นรูปร้อน (Hot extrusion) ฯลฯ เครื่องมือที่นำมาใช้กับงานเหล่านี้จะต้องคงคุณสมบัติความแข็งเมื่อต้องทำงานในที่อุณหภูมิสูง, ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ดี มีส่วนผสมของโครเมียม โมลิบดีนัม และทังสเตน เกรดที่ใช้งานเช่น H10, H11, H12, H13, H14

รูปชิ้นงานในงานตีขึ้นรูปทำจากเหล็กกล้าเครื่องมือ เป็นงานขึ้นรูปร้อน

7) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานรอบสูง (High speed) (ผสมโมลิบดีนัมเป็นหลัก) เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูง รักษาความแข็งของคมตัดที่อุณหภูมิสูงกว่าปกติไว้ได้แม้ตัวเหล็กจะร้อนจนเป็นสีแดง ทนทานต่อการแตกร้าว เหมาะในการใช้งานลักษณะร้อนสลับเย็น ในการนำไปชุบแข็งต้องระวังในการสูญเสียคาร์บอนขณะชุบ และนำไปกระแทกแรง ๆ เพราะเหล็กกล้าประเภทนี้จะมีความเปราะสูง เหล็กกล้ารอบสูงมักนำไปใช้ในงานเครื่องมือตัด เช่น ดอกสว่าน HSS, ใบเลื่อย, ดอกกัด (Milling cutters) ฯลฯ เกรดที่ใช้งาน เช่น M1, M2, M4, M34, M42

รูปมีดกัดทำจากเหล็กกล้ารอบสูงผสมโมลิบดีนัม

8) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานรอบสูง (ผสมทังสเตนเป็นหลัก) คุณสมบัติคล้ายกับเหล็กกล้ารอบสูงผสมโมลิบดีนัม มีปริมาณของทังสเตนผสมประมาณ 12-20% ทำให้เพิ่มความแข็งที่อุณหภูมิสูง ธาตุคาร์บอน และธาตุอื่นที่นำมาผสมทำให้มีความสามารถในการชุบแข็ง เมื่อชุบแข็งแล้วจะมีปริมาณคาร์ไบด์ที่มีไม่สลายตัวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งทำให้ต้านทานต่อความสึกหรอ นอกจากนี้ยังมีส่วนผสมของวาเนเดียมซึ่งจะเพิ่มความสามารถในด้านโครงสร้าง ให้กับเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูงนี้อีกด้วย เกรดที่ใช้งาน เช่น T1, T2, T15 ราคาจะสูงกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูงที่ผสมโมลิบดีนัม เพราะราคาของทังสเตนมีราคาสูงกว่าโมลิบดีนัมมาก

รูปเหล็กกล้ารอบสูงที่เป็นทังสเตนคาร์ไบน์

9) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานพิเศษ L เป็นเหล็กกล้าผสมต่ำ เกรด L เช่น L1, L2, L6 ซึ่งให้ความทนทานที่สูงอย่างมาก

10) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานพิเศษ F เป็นเหล็กกล้าผสมคาร์บอน ทังสเตน เกรด F เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผ่านการชุบแข็งด้วยน้ำ สามารถทนทานต่อการสึกหรอเพิ่มมากกว่าเหล็กกล้าเกรด W ตัวอย่างเหล็กกล้าเกรดนี้ เช่น F1, F3

11) เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในงานแม่พิมพ์ฉีด เป็นเหล็กกล้าสำหรับใช้ทำแม่พิมพ์ (mold steels) พลาสติก ตะกั่ว สังกะสี หรืออลูมิเนียม เป็นเหล็กที่นำไปใช้งานในช่วงอุณหภูมิ 175-200°C ภายใต้ความดันสูง ที่มีการกัดกร่อนของสารเคมี และต้องรับแรงเสียดทานกับผงพลาสติก ดังนั้นคุณสมบัติจะแตกต่างจากเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดอื่น ๆ   มีความสามารถต่อการกลึงไส ต้านทานแรงอัด มีความแข็งที่ผิวสูง ขนาดไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการชุบแข็ง เกรดที่ใช้งาน เช่น P4, P5, P6, P20, P21

รูปแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกทนต่อการกัดกร่อน

วิดีโอแสดงการผลิตแม่พิมพ์

ประเภทของเหล็กกล้าเครื่องมือสามารถดูได้จากตารางที่ 5.7  

ตารางที่ 5.7 ชนิดของเหล็กกล้าเครื่องมือ

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“อันตรายที่สุดสำหรับชีวิตคนเรา คือ การคาดหวัง”