38 เหล็กหล่อสีขาว, เหล็กหล่อมัลลีเบิล, เหล็กหล่อเหนียว, เหล็กบริสุทธิ์ (จบบทที่ 5)

5.4.3.2 เหล็กหล่อสีขาว 

      เหล็กหล่อสีขาว ใช้งานไม่กว้างขวางเหมือนเหล็กหล่อสีเทา คุณสมบัติที่เด่นของมันก็คือมันมีความแข็งกว่า แต่ก็มีความเปราะมาก มีคาร์บอนผสมอยู่ในรูปของเหล็กคาร์ไบน์ (Carbide) หรือซีเมนไทต์ (Cementile: Fe₃ C (จะได้กล่าวถึงรายละเอียดในภายหลัง)) 

      มันมีความแข็งมาก ทำให้การใช้เครื่องมือกลตัดเฉือนทำได้ยากกว่า แต่ทนทานต่อแรงกระแทกได้น้อย ที่เรียกว่าเหล็กหล่อสีขาว ก็มาจากเมื่อหักเหล็กหล่อให้แตก แล้วดูรอยแตกจะเห็นเป็นสีขาว เหตุที่เป็นเช่นนี้ ก็เพราะว่า มีการหลอมเหล็กเข้าแม่พิมพ์ แล้วทำการปล่อยให้เย็นเป็นไปอย่างรวดเร็ว

รูปชุดเฟอนิเจอร์ที่ทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      เพราะคุณสมบัติด้านความแข็งที่ดีของเหล็กหล่อสีขาว ทำให้มันเป็นเหล็กที่ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในงานบางอย่าง เช่น ในงานที่ต้องทนต่อการเสียดสี งานแม่พิมพ์เครื่องดัดเหล็กดัดท่อ, การใช้ในเครื่องบดโม่หิน (ต้องการความแข็งมากเพื่อใช้ในการทำลายหิน) และบดวัสดุอื่น ๆ, ล้อรถบดถนน (Road roller tire)

รูปเครื่องดัดโลหะลูกกลิ้งดัดมักทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

รูปรถบดถนนล้อบดด้านหน้าทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

คุณสมบัติของเหล็กหล่อสีขาวมีดังนี้

§  มีความแข็งสูง

§  มีความเปราะสูง

§  ทนแรงกระแทกได้น้อย

§  ทนต่อการเสียดสีได้ดี

      นอกจากนี้เหล็กหล่อสีขาว ยังเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเหล็กหล่อมัลลีเบิลอีกด้วย เมื่อนำเหล็กหล่อสีขาวมาส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์ สังเกตดี ๆ จะพบความแตกต่างกันของเหล็กหล่อสีขาว และเหล็กหล่อสีเทา

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อสีขาว

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อสีขาว 

วิดีโอเครื่องดัดท่อแม่พิมพ์ดัดทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

5.4.3.3 เหล็กหล่อมัลลีเบิล

       เหล็กหล่อมัลลีเบิล หรืออีกชื่อก็คือ เหล็กหล่ออบเหนียว มีคุณสมบัติพิเศษมากมายที่เหนือกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว

      โดยเหล็กหล่อมัลลีเบิลมีความเหนือกว่าในด้าน มีความเหนียว และทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี มีความยืดหยุ่นคล้ายกับเหล็กกล้า มีค่าความแข็งแกร่งในการดึงสูงกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว แต่ต่ำกว่าเหล็กหล่อที่มีแกรไฟต์เป็นก้อนเม็ดกลม (เหล็กหล่อเหนียว) เล็กน้อย แน่นอนราคาก็ย่อมจะสูงกว่าเหล็กหล่อทั้งสองชนิดที่กล่าวมา

รูปอุปกรณ์จับยึดซีแคล็ม ที่ตัวซีทำมาจากเหล็กหล่อมัลลีเบิล

      เหล็กหล่อมัลลีเบิล ปรับปรุงสภาพมาจากเหล็กหล่อสีขาว โดยการนำเหล็กหล่อสีขาวมาอบเพิ่มอุณหภูมิความร้อนให้สูงเพื่อปรับปรุงโครงสร้างให้ดีขึ้น จนเกิดการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอน และธาตุเหล็กอิสระไปเป็น คาร์ไบน์ คาร์บอนจะสะสมอยู่ในอนุภาคของเนื้อเหล็กเป็นเม็ดหยาบ ที่เรียกว่า อนุภาคคาร์บอนแข็ง (Temper carbon particles)

รูปโครงสร้างทางจุลภาค อนุภาคคาร์บอนแข็งของเหล็กหล่อมัลลีเบิล

รูปโครงสร้างทางจุลภาค อนุภาคคาร์บอนแข็งของเหล็กหล่อมัลลีเบิล อีกหนึ่งรูป

การก่อรูปแบบของอนุภาคแบบนี้ ส่งผลให้เหล็กหล่อมัลลีเบิลมีความเหนียวมากกว่า และสามารถนำไปใช้งานได้โดยที่ไม่ทำให้ความแข็งแกร่งต่อการอัดตัวลดลง การใช้งานดูที่รูป

รูปข้อต่อรูปแบบต่าง ๆ ของท่อประปาที่ทำมาจากเหล็กหล่อมัลลีเบิล มีคุณสมบัติเด่นด้านความเหนียว

คุณสมบัติของเหล็กหล่อมัลลีเบิล

Ø ความเหนียวมีมากกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว

Ø มีความแข็งเพิ่มมากกว่าเหล็กหล่อสีขาว

Ø สามารถยืดตัวได้มากขึ้น

Ø ทนทานต่อการกระแทกได้ดีกว่า

Ø นำไปชุบผิวแข็งได้ดี

5.4.3.4 เหล็กหล่อเหนียว

      เหล็กหล่อเหนียว มีอีกชื่อเรียกว่า เหล็กหล่อโนดูล่า (Nodular cast iron) หรือ เหล็กหล่อแกรไฟต์ก้อนกลม (Spheroidal cast iron) สาเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เพราะอนุภาคแกรไฟต์ มีรูปร่างเป็นเม็ดกลม (หรือโนดูล่า (เม็ดตุ่ม)) ตกผลึกอยู่ในเนื้อเหล็กหล่อ

      ซึ่งมีความแตกต่างจากอนุภาคคาร์บอนของเหล็กหล่อมัลลีเบิล เม็ดตุ่มที่เกิดขึ้นในเหล็กหล่อเหนียวเกิดจากการตกตะกอนจากการหลอมเหล็กหล่อโดยตรง ทำให้มันมีความเหนียว และรับแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็กหล่อสีเทาเป็นอย่างมาก

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อเหนียว

      การผสมธาตุซีเรียม หรือแมกนีเซียม ลงไปในเหล็กหล่อทำให้มันเกิดแกรไฟต์เม็ดกลม โดยธาตุคาร์บอนที่มีอยู่ในเนื้อเหล็กตกตะกอนแตกตัว ออกมารวมกลุ่มกัน ในรูปร่างของแกรไฟต์เม็ดกลม

      ที่เราเรียกว่า เหล็กหล่อเหนียว มาจากมันมีความเหนียว และทนทานต่อแรงดึงมากกว่า เมื่อเทียบกับเหล็กหล่อมัลลีเบิล 

      การนำไปใช้งานจะทนทานกว่าเหล็กหล่อสีเทามาก จึงมีการนำไปใช้งานหนัก อาทิเช่น เพลาหมุน (Spindle) ของเครื่องกลึง, เพลาข้อเหวี่ยง (Crank shaft) ของเครื่องยนต์ดูได้ในรูป

รูปเพลาหมุนของเครื่องกลึง

รูปการประกอบเพลาข้อเหวี่ยงที่ทำมาจากเหล็กหล่อเหนียว

คุณสมบัติของเหล็กหล่อเหนียว

v ทนแรงดึงได้ประมาณ 540 – 700 N/mm²

v อัตรายืดตัวประมาณ 1 – 5%

v สามารถนำไปชุบแข็ง อบอ่อนเพื่อลดความเครียด หรือนำไปชุบผิวแข็งได้

v นำไปผ่านกระบวนการทางเครื่องมือกลได้ง่าย

v ทนทานต่อการสึกหรอ

v ทนความร้อนได้ดี

v สามารถนำไปดีขึ้นรูปได้

v รับแรงกระแทกได้ดี

รูปท่อเหล็กหล่อเหนียว

วิดีโอการแสดงกระบวนการผลิตท่อที่ทำมาจากเหล็กหล่อเหนียว

5.4.3.5 เหล็กหล่อผสมชนิดพิเศษ

       เหล็กหล่อส่วนมาก จะมีส่วนประกอบพื้นฐานที่ผสมเข้าไปในเนื้อเหล็ก นั่นก็คือคาร์บอน และซิลิกอน แต่เหล็กหล่อผสมชนิดพิเศษจะมีการผสมธาตุต่าง ๆ เพิ่มเข้าไปทั้งนี้ก็เพื่อการนำไปใช้งานเฉพาะทาง  

      เหล็กหล่อผสมพิเศษจะแบ่งเป็นเกรดไป ธาตุที่นำมาผสมมีมากมาย ยกตัวอย่างเช่น นิกเกิล, ทองแดง, โครเมียม และธาตุผสมอื่น ๆ

      ถ้าเหล็กหล่อผสมพิเศษ มีส่วนผสมของ นิกเกิล, ทองแดง และโครเมียม เหล็กหล่อผสมพิเศษนี้จะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้เป็นอย่างดี ส่วนเหล็กหล่อผสมพิเศษอื่น ๆ ก็มีการพัฒนาให้มีความแข็งแกร่งขึ้น และมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง

เหล็กหล่อผสมพิเศษนิยมนำไปใช้ในการทำกระบอกสูบ, ลูกสูบ, แหวนลูกสูบ และใบพัดกังหันแก๊ส

รูปแหวนลูกสูบเครื่องยนต์ที่ทำมาจากเหล็กหล่อผสมพิเศษ

รูปกังหันเทอร์ไบน์ทำมาจากเหล็กหล่อผสมพิเศษ

ตาราง 5.10 การเปรียบเทียบคุณสมบัติต่าง ๆ ของเหล็กหล่อ

5.5 เหล็กบริสุทธิ์

      เหล็กบริสุทธิ์ หรือเหล็กดัด (Wrought Iron) มีความแตกต่างจากเหล็กหล่ออย่างมาก เหล็กบริสุทธิ์เกือบจะไม่มีสารเจือปน มันมีคาร์บอนผสมเป็นองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

      เหล็กบริสุทธิ์มีความแข็งแกร่ง และความแข็งต่ำมาก เนื่องมาจากมีปริมาณคาร์บอนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ดี มันจะมีความเหนียว และความทนทานต่อการกัดกร่อนมาก ก่อนประมาณปี พ.ศ. 2400 เหล็กบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในงานโครงสร้าง และงานโลหะ เป็นโลหะที่สำคัญมากที่สุดในสมัยนั้น

      ต่อมาเมื่อการวิจัยทางด้านโลหะวิทยา ได้พัฒนาขึ้น งานด้านโลหะเหล็กบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้น้อยลง แต่ยังคงมีใช้งานอยู่บ้างในงานโครงสร้าง

รูปตัวอย่างประตูเหล็กดัดที่ทำจากเหล็กบริสุทธิ์

      คุณสมบัติที่สำคัญสำหรับเหล็กบริสุทธิ์ที่มีอยู่ทุกวันนี้ คือมันมีความสามารถต้านทานต่อการกัดกร่อนที่ดี โดยมีการเสริมเส้นใยของกากแร่ (เป็นกากซิลิกอน) จำนวนมากกระจายไปทั่วเหล็กบริสุทธิ์

      ถ้ามีการกัดกร่อนเกิดขึ้นในเนื้อเหล็ก จนมันจะเจอกับเส้นใยกากแร่ที่เนื้อเหล็ก การกัดกร่อนก็จะชะลอ หรือหยุดลง เพราะกากแร่จะปกคลุม แล้วป้องกันสัณฐานของเหล็ก กากแร่จึงทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันการกัดกร่อนที่เกิดขึ้น

ภาพขยายของเหล็กบริสุทธิ์ จะเห็นเส้นใจกากแร่อยู่จำนวนมาก ดังแสดงในรูป

รูปเหล็กบริสุทธิ์มีส่วนประกอบของเส้นไยกากแร่ ตามแนวยาว เส้นไย ประกอบด้วยเหล็กออกไซด์ และซิลิกอน

นอกจากเป็นการกระจาย ตัวกันของกากซิลิกอนที่อยู่ในเหล็กบริสุทธิ์ แล้วยังมีธาตุอื่นปะปนอีกเล็กน้อย ดูในตารางที่ 5.11

ตารางที่ 5.11แสดงธาตุต่าง ๆ ที่มีอยู่ในเหล็กบริสุทธิ์

      จำนวนของเหล็กบริสุทธิ์มีการนำมาใช้ได้น้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กหล่อ และเหล็กกล้าที่ใช้ทางการค้า การใช้ประโยชน์ของเหล็กบริสุทธิ์เช่น แท็งก์น้ำ, ท่อกำจัดน้ำเสีย, แผ่นแบนในเรือ, ลูกกรง (Gratings) และทำเป็นเหล็กดัดในอาคารบ้านพัก ฯลฯ

วิดีโอแสดงการทำประตูเหล็กดัด

จบบทที่ 5

บทต่อไปพบกับ การถลุงเหล็ก ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตเหล็กกล้า และเหล็กหล่อ

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“การออกกำลังกายที่ดีที่สุดสำหรับจิตใจ

                              คือการก้มลงแล้วช่วยคนอื่นให้ลุกขึ้น”