59 บทที่ 9 แผนผังเหล็กคาร์บอน

บทที่ 9 แผนผังเหล็กคาร์บอน

9.1 รูปแบบโครงสร้างของเหล็กกล้า

      เหล็กกล้าคือเหล็กที่มีคาร์บอนมากกว่า 0% แต่ไม่เกิน 2% เหล็กกล้าจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันมาก ในช่วงที่มีคาร์บอนผสมระหว่าง 0-2% นี้ ส่วนเหล็กหล่อจะมีคาร์บอนผสมอยู่มากกว่า 2% สามารถศึกษารายละเอียดได้ใน บทที่ 5

      รูปแบบโครงสร้างของเหล็กกล้า โดยทั่วไปแล้ว จะแบ่งโดยการคิดส่วนผสมคาร์บอนในเหล็กกล้า เหล็กกล้ามีคาร์บอนเล็กน้อยเราเรียกมันว่า บริเวณเหล็กกล้าเฟอร์ไรต์ (Ferrite region) ดูที่รูป

รูปเฟสไดอะแกรมเหล็กคาร์บอน เหล็กกล้าสามารถแบ่งประเภทบริเวณ เฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ และซีเมนต์ไต ซึ่งขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์คาร์บอนที่นำมาผสม ส่วนเหล็กหล่อมีคาร์บอนอยู่มากกว่า 2%

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

ถ้าเหล็กกล้านั่นมีปริมาณคาร์บอนอยู่ประมาณ 0.8% เราเรียกมันว่า บริเวณเหล็กเพิลไลต์ (Pearlite region) ถ้าเหล็กกล้ามีปริมาณของคาร์บอนอยู่เกินกว่า 0.8% ก็จะเป็น บริเวณเหล็กกล้าซีเมนต์ไต (Cementite region) รูปแบบทั้งสามเหล่านี้ ของเหล็กกล้า เฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ และซีเมนต์ไต เป็นเหล็กกล้าที่อยู่ในอุณหภูมิห้อง (เป็นของแข็ง)

      เหล็กกล้าที่ถูกให้ความร้อนโดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเรียกว่า ออสเตนไนต์ (Austenite) ได้กล่าวถึงสั้น ๆ ใน บทที่ 7  เมื่อเหล็กที่เป็นออสเตนไนต์เย็นตัวลง จากอุณหภูมิที่สูง เปลี่ยนไปเป็นอุณหภูมิห้อง มันก็จะเปลี่ยนรูปไปสู่โครงสร้างอื่น ๆ ตามจำนวนของคาร์บอนที่เติมเข้าไป เช่น เฟอร์ไรต์, ซีเมนต์ไต หรือเพิลไลต์

9.1.1 เฟอร์ไรต์

รูปโครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้ารูปแบบเฟอร์ไรต์

      เฟอร์ไรต์เป็นเหล็กที่เกือบจะบริสุทธิ์ มันมีการเติมคาร์บอนอย่างเจือจางลงไปในเหล็ก เฟอร์ไรต์เป็นเหล็กกล้าที่อ่อนมากเมื่อเทียบกับเหล็กอื่น เหล็กกล้าเฟอร์ไรต์จะมีอยู่ที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น และมันมีคุณสมบัติทางด้านแม่เหล็ก

9.1.2 เพิลไลต์

รูปโครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้ารูปแบบเพิลไลต์

      เพิลไลต์เป็นการผสมของเฟอร์ไรต์ และซีเมนต์ไต มันมีสภาพแข็งอยู่ที่อุณหภูมิห้อง และมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก เมื่อนำมันไปส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์ เพิลไลต์ดูเหมือนจะเป็นลำดับของชั้น คล้ายกับเกลียวคลื่นบนพื้นผิวน้ำ แนวเส้นดำคือซิเมนต์ไต และแนวขาวคือเฟอร์ไรต์ ดังนั้นเพิลไลต์ การผสมผสานกับแบบสลับไปมาของ เฟอร์ไรต์ และซีเมนต์ไต

9.1.3 ซีเมนต์ไต

รูปโครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้ารูปแบบซีเมนต์ไต

      ซีเมนต์ไต (บางครั้งเรียกว่า เหล็กคาร์ไบด์ (Carbide)) เป็นส่วนผสมของคาร์บอน และเหล็ก มันมีสูตรทางเคมี Fe₃C ถ้าให้เป็นซีเมนต์ไตบริสุทธิ์จะมีคาร์บอนอยู่ 6.67% โดยน้ำหนัก ถึงอย่างไร จะมีคาร์บอนผสมอยู่ในเนื้อเหล็กกล้าไม่เกิน 0.8 - 2.0% ถ้าเกินมากกว่า 2.0% แล้ว โครงสร้างเหล็กก็จะกลายเป็นเหล็กหล่อไป

      ซีเมนต์ไตที่อยู่ ณ อุณหภูมิห้อง และมันมีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก หลังจากผ่านการปรับสภาพทางความร้อน ซีเมนต์ไตจะเกิดความแข็งแกร่ง และแข็งมาก

      ในเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่ประมาณ 0.8% เมื่อนำไปส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์ เฟอร์ไรต์ และซีเมนต์ไตจะอยู่ในปริมาณสมดุลที่มากพอ แต่ถ้ามีคาร์บอนผสมน้อยกว่า 0.8% ในเหล็กกล้าจะกลายเป็นเฟอร์ไรต์ และเพิลไลต์ผสมผสานกัน ซึ่งถ้านำไปส่องกล้องจะเห็นเป็นแนวเส้น

รูปโครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้ารูปแบบเฟอร์ไรต์ และเพิลไลต์ผสมกัน

ถ้าเหล็กกล้ามีคาร์บอนมากกว่า 0.8% มันจะมีส่วนผสมของ ซีเมนต์ไต และเพิลไลต์

รูปโครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้ารูปแบบเพิลไลต์ และซีเมนต์ไตผสมกัน (ในรูปเป็นเหล็กผ่านการรีด จะไม่กล่าวถึง)

9.1.4 ออสเตนไนต์

      ออสเตนไนต์เป็นโครงสร้างรูปแบบของเหล็กกล้าที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่านั้น ในสภาพนั้นจะไม่มีคุณสมบัติการเป็นแม่เหล็ก เมื่อให้ความร้อนแก่เหล็กกล้า และจนกลายเป็นออสเตนไนต์ โครงสร้างของเหล็กกล้าจะเปลี่ยนจาก บีซีซี ไปเป็น เอฟซีซี

ถ้าปล่อยเหล็กกล้าให้เย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ไปจนถึงอุณหภูมิห้อง แล้วโครงสร้างเอฟซีซี ก็จะถูกเปลี่ยนกลับไปเป็นบีซีซี แล้วเหล็กกล้าก็จะกลายเป็นเฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ และซีเมนต์ไต ตามปริมาณคาร์บอนที่ผสมอยู่

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“สิ่งใดที่ทำให้เราเดือดร้อน  คนอื่นเดือดร้อน                      อย่าทำ

สิ่งใดที่ทำให้เราไม่เดือดร้อน คนอื่นเดือดร้อน                  อย่าทำ

สิ่งใดที่ทำให้เราเดือดร้อน คนอื่นไม่เดือดร้อน                  ก็อย่าทำ

แต่สิ่งใดที่ทำให้เราไม่เดือดร้อน คนอื่นไม่เดือดร้อน         ให้ทำ และจงรีบกระทำเถิด”