13.3 เส้นอุณหภูมิ-เวลา

รูปแผนภาพไอที

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      เส้นอุณหภูมิ-เวลา (Temperature-time line) (เรียกเส้นเวลา (Timeline)) ที่แสดงในแผนภาพด้านบน ไอ-ที แนวเส้นไปตามทางของอุณหภูมิของเหล็กกล้าหลังจากเริ่มการชุบแข็ง เส้นนี้แสดงความก้าวหน้าของแต่ละช่วงของการชุบแข็ง

      อันดับแรกเหล็กกล้าถูกให้ความร้อนเหนือแนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง ถึง 927 °C (1700°F) ณ จุด A สถานะนี้มีความพร้อมสำหรับการชุบแข็งแล้ว เมื่อทำการชุบแข็งอุณหภูมิจะลดลงจากจุด A ไปจนถึง 370 °C (700°F) ที่เป็นจุด B ใช้เวลา 10 วินาที เมื่อเหล็กกล้าไปถึงจุด B ทำการคงความร้อนเพื่อให้อุณหภูมิคงที่

      แช่เหล็กกล้าไว้ที่ความร้อนอุณหภูมิ 370 °C เป็นเวลา 90 วินาที จนกระทั่งมันเคลื่อนไปถึงจุด C จนในที่สุดก็ ถูกทำความเย็นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้องที่จุด D

รูปการเปรียบเทียบการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว กับการทำความเย็นอย่างช้า ๆ

      ในรูปกราฟ จะเป็นการเปรียบเทียบการชุบแข็งอย่างเร็ว กับการทำความเย็นอย่างช้า ๆ แสดงเส้นร่วมกัน เส้นวี1 (V1) แสดงถึงเหล็กกล้าที่มีการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว มันสามารถไปถึงอุณหภูมิห้องได้ภายใน 2 วินาที ส่วนอีกสองเส้นที่เหลือวี 2 และวี 3 (V2 &V3) แสดงให้เห็นเหล็กกล้ามีการทำความเย็นช้ามาก ๆ บางครั้งใช้เวลาถึง 10,000 วินาที (เกือบ 3 ชั่วโมง) ก่อนที่มันจะไปถึงอุณหภูมิห้อง

รูปแผนภาพไอที

วิดีโอนำเสนอแผนภาพไอที

      จากการเปรียบเทียบวิธีการทำความเย็นทั้งสองวิธี โดยแนวเส้นวี1  จะเปลี่ยนโครงสร้างทำให้เหล็กมีความแข็ง และความแข็งแกร่ง (โครงสร้างเป็นมาเทนไซต์) ส่วนแนวเส้นวี2 และวี3 จะเกิดขึ้นอย่างช้ากว่ามาก โดยจะค่อย ๆ เปลี่ยนรูปแบบโครงสร้างไปอย่างช้า ๆ จะกลายไปเป็นเฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ หรือซีเมนต์ไต

13.4 ข้อจำกัดของแผนภาพไอที

      ข้อดีที่เป็นจุดเด่นของแผนภาพไอที ที่มีความเหนือกว่าเฟสไดอะแกรมเหล็ก-คาร์บอน ก็คือแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของเหล็กกล้าที่อ้างอิงไปกับเวลา แต่ถึงอย่างไร ในการใช้งานก็มีขีดจำกัด โดยแผนภาพไอทีไม่ได้แสดงเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนในเนื้อเหล็กกล้า

      ด้วยเหตุผลนี้ ไดอะแกรมไอทีต้องคอยเปลี่ยนแปลงเปอร์เซ็นต์คาร์บอนใหม่ตลอดเวลา แต่ในการทำงานจริง แผนภาพไอทีมีความจำเป็นที่จะต้องพล็อตกราฟในเหล็กกล้าทุก ๆ ประเภท จะได้ทราบเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอน เพื่อให้เห็นความแตกต่างกัน

13.5 การใช้งานแผนภาพไอที

      แผนภาพไอที จะช่วยในการคำนวณโครงสร้างเหล็กกล้าได้อย่างไร จะได้เรียนรู้ขั้นตอนการทำให้เหล็กกล้าเย็นตัวลงในรูปแบบต่าง ๆ ที่ความแตกต่างกัน โดยองค์ประกอบของแผนภาพไอทีอย่างง่ายดูที่รูป

แผนภาพไอทีที่ดูง่าย เหล็กกล้าสามารถผ่านความเปลี่ยนแปลงเฟสที่แตกต่างมันเป็นความเย็นจากแนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง  

      โค้งรูปตัวซีทางด้านซ้ายชี้ให้เห็นถึงการเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงเริ่มจากโครงสร้างออสเตนไนต์ เพราะฉะนั้น เมื่อเส้นอุณหภูมิ-เวลาที่ด้านซ้ายเส้นโค้งตัวซี เหล็กกล้าจะมีสภาพเป็นออสเตนไนต์ 100% และยังคงไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ จนเมื่อเหล็กกล้าเริ่มเย็นตัว และข้ามผ่านเส้นโค้งตัวซีไปทางขวาทั้งคู่ก็จะเริ่มเกิดการเปลี่ยนแปลง (บางส่วนยังเป็นออสเตนไนต์อยู่)

      บริเวณระหว่างเส้นโค้งซีฝั่งซ้าย และเส้นโค้งซีฝั่งขวา เป็นบริเวณเกิดการเปลี่ยนแปลง ซึ่งโครงสร้างจะเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้น โดยทั้งหมดเริ่มจากโครงสร้างออสเตนไนต์จะเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างอื่น เช่น เพิลไลต์ หรือมาเทนไซต์

รูปตัวอย่างแผนภาพไอที

      แนวจุดเส้นประในระหว่างเส้นโค้งตัวซี เป็น เส้นที่เกิดการเปลี่ยนแปลง 50%  (50% transformation line) เมื่อกราฟเส้นอุณหภูมิ-เวลา ลากไปยังเส้นประ จะเกิดออสเตนไนต์ 50% และโครงสร้างอื่น 50% ตัวอย่างในรูปด้านบน เหล็กกล้าที่จุด ก จะเป็นออสเตนไนต์ 100% เมื่อไปถึงจุด ข จะประกอบไปด้วย ออสเตนไนต์ 50% และเพิลไลต์ 50% ที่จุด ค จะเกิดเป็นโครงสร้างเพิลไลต์ 100% ไม่มีออสเตนไนต์เหลืออยู่

13.6 อาณาบริเวณในแผนภาพไอที

      มีอาณาเขตบริเวณมากมายที่เกิดขึ้นภายในแผนภาพไอที ในบริเวณออสเตนไนต์ (A) เป็นพื้นที่ที่อยู่ทางด้านซ้ายของบริเวณการเปลี่ยนแปลง เหล็กกล้าที่เกิดขึ้นในบริเวณออสเตนไนต์จะเป็น ออสเตนไนต์ 100% บริเวณต่าง ๆ ที่ถูกแบ่ง จะมี 4 บริเวณ ซึ่งบริเวณเหล่านี้จะมีความแตกต่างในแต่ละโครงสร้างของเหล็กกล้า ซึ่งทั้งหมดที่เปลี่ยนแปลงเริ่มต้นมาจากโครงสร้างออสเตนไนต์ ดูที่รูป

รูปอาณาบริเวณในแผนภาพไอที

รูปโครงสร้างเหล็กกล้าในบริเวณต่าง ๆ a) โครงสร้างเพิลไลต์ ณ อุณหภูมิ 720° C; b) โครงสร้างไบย์ไนต์ ณ อุณหภูมิ 290° C; c) โครงสร้างไบย์ไนต์ ณ อุณหภูมิ 180° C; d) โครงสร้างมาเทนไซต์

อาณาบริเวณทั้งสี่ได้แก่

• บริเวณเพิลไลต์หยาบ (Coarse pearlite region)

• บริเวณเพิลไลต์ละเอียด (Fine pearlite region)

• บริเวณไบย์ไนต์ (Bainite region)

• บริเวณมาเทนไซต์ (Martensitic region)

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“จงผอมโซอย่างราชสีห์

ดีกว่าอ้วนพีเหมือนสุนัข”