15.3.2 การชุบผิวแข็งสำหรับเครื่องมือ และชิ้นส่วนเครื่องกลอื่น ๆ

      เครื่องมือตัดบางอย่างต้องการผิวนอกที่แข็ง แต่พวกมันมักจะเกิดรอยร้าวได้ง่ายถ้า เครื่องมือตัดทั้งชิ้นมีแต่ความแข็ง เพราะมันจะเปราะ ดูที่รูป

รูปเครื่องมือตัด ใช้การชุบผิวแข็งเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการเสียดสี

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

นอกจากนี้ ก็ยังมีชิ้นส่วนเครื่องกลอีกมากมาย ที่ทำงานภายใต้ความกดดันที่มีระดับสูงระหว่างทำงาน จึงมีความต้องการเฉพาะพื้นผิวเครื่องมือตัด หรือชิ้นส่วนทางกลที่แข็งที่ทนทานต่อการเสียดสี และการแตก ยกตัวอย่างเช่น แบริ่ง, สลักลูกสูบ, เพลาข้อเหวี่ยง และเพลาลูกเบี้ยว

รูปแบริ่งตลับลูกปืนกลม

รูปเพลาลูกเบี้ยว

      ตัวอย่างทั้งหมดที่กล่าวมานี้ต้องทนต่อสภาพที่มีการเสียดสี ความเสียดทานอาจเกิดคงที่ตลอดการทำงาน อีกทั้งมักจะเกิดการกระแทกต่อชิ้นส่วนทางกลซึ่งอาจมีการเปลี่ยนแปลงได้อยู่ตลอดเวลา

      การทำผิวให้แข็งในสมัยโบราณ นักรบมักจะทำเกราะป้องกันอาวุธทิ่มแทงตัวเอง นักรบสมัยนั้นจะใช้วิธีการหยาบ ๆ ในการที่จะทำให้เกิดความแข็งของเกราะเพื่อป้องกันศัตรู นอกจากนี้ก็ยังนำมาทำที่อาวุธของพวกเขา เพื่อไม่ให้เกิดการแตกร้าวได้ง่ายในอาวุธ

รูปเกราะของนักรบโบราณ

      ในตัวอย่างตอนบนทั้งหมดที่กล่าวมานี้ มักจะใช้วิธีการเคลือบผิวให้แข็ง ก็ใช้เพื่อสร้างความแข็งให้กับงาน และผลิตภัณฑ์ ผิวที่แข็งจะเป็นตัวเคลือบปกป้องภายนอก ส่วนเนื้อภายในยังมีความอ่อนนุ่ม การชุบผิวแข็ง จึงเป็นสิ่งที่จำเป็น และมีความต้องการที่จะนำไปใช้ประโยชน์เพื่อให้ผิวภายนอกทนทานต่อการเสียดสี และภายในมีความยืดหยุ่นได้

15.4 วิธีการพื้นฐานของการชุบผิวแข็ง

วิธีการชุบผิวแข็งมีวิธีการชุบพื้นฐานอยู่ 3 วิธีได้แก่

§  วิธีคาร์บูไรซิ่ง (Carburizing)

§  วิธีไนไตรดิง (Nitriding)

§  วิธีจำกัดวงความร้อน (Localized heating)

      ในปัจจุบัน งานอุตสาหกรรมทางด้านโลหะ นิยมใช้ 3 วิธีการนี้กันมากในการชุบผิวแข็ง โดยปกติจะมีถึง 8 (จะกล่าวในหัวข้อต่อ ๆ ไป) กระบวนการ แต่ 3 วิธีที่กล่าวมาจะถูกนำมาพิจารณาก่อนเป็นอันดับแรก ๆ

15.4.1 วิธีคาร์บูไรซิ่ง

      วิธีคาร์บูไรซิ่ง เป็นกระบวนการชุบอาบ (Impregnates) พื้นผิวภายนอกของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ มีการเพิ่มจำนวนคาร์บอน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญของกระบวนการนี้ รองมาจากกระบวนการปรับสภาพทางความร้อน (การชุบแข็ง) วิธีคาร์บูไรซิ่งถูกนำมาใช้งานกันอย่างกว้างขวาง ที่ใช้เทคนิคทางด้านการชุบผิวแข็ง นอกจากนี้มันยังเป็นวิธีการที่ถูกที่สุดอีกด้วย

รูปการทำคาร์บูไรซิ่งเพลาเครื่องจักรกล

      เมื่อเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำผ่านการชุบแข็งมาแล้ว ปกติมันจะไม่แข็งไปมากกว่ากัน กระบวนการของมันจะมีการเติมคาร์บอนด้วยวิธีคาร์บูไรซิ่ง เพื่อเพิ่มความสามารถให้เกิดความแข็งขึ้น

      มีอยู่สองขั้นตอนในวิธีคาร์บูไรซิ่ง อันดับแรกพื้นผิวของชิ้นงานถูกชุบอาบด้วยคาร์บอน และให้ความร้อนมันเหนือแนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง อันดับต่อไปก็นำชิ้นงานผ่านการชุบแข็ง การนำไปชุบแข็งอีกครั้งเนื่องมาจากว่าต้องการให้คาร์บอนมาติดกับพื้นผิวเพื่อที่ให้เกิดความแข็งมากขึ้น

      การเพิ่มคาร์บอนลงไปที่พื้นผิวจะทำให้เกิดการป้อนความแข็งโดยตรง ทำให้ผิวที่ได้ค่อนข้างจะแข็ง เนื่องมาจากการปรับสภาพความร้อนเป็นครั้งที่สอง ประโยชน์ที่สำคัญของการทำคาร์บูไรซิ่งก็คือ มีโอกาสที่จะจับชิ้นงานชุบแข็ง หลังจากพื้นผิวมีการทำคาร์บูไรซิ่ง ส่วนรายละเอียดจะได้กล่าวถึงในหัวข้อต่อ ๆ ไปในบทนี้     

วิดีโอการทำคาร์บูไรซิ่งในเตา

15.4.2 วิธีการไนไตรดิง

      ในวิธีการไนไตรดิง พื้นผิวของวัสดุเกิดความแข็งโดยการใช้ไนโตรเจน กระบวนการนี้คล้ายคลึงกับวิธีคาร์บูไรซิ่ง แต่ชิ้นงานไม่ความจำเป็นที่จะต้องผ่านการปรับสภาพความร้อนอีกครั้ง อะตอมของไนโตรเจนจะผสมกันทางเคมี กับอะตอมเหล็กกล้าที่อยู่ใกล้เคียง เพื่อให้เกิดรูปแบบส่วนประกอบไนไตรที่มีความแข็งอย่างมาก

รูปการทำไนไตรดิงแบบ พลาสมา

วิดีโอการทำไนไตรดิง

15.4.3 วิธีจำกัดวงความร้อน

      วิธีจำกัดวงความร้อน จะใช้ความร้อน และส่วนประกอบทางเคมีที่มีมากกว่า เลือกพื้นที่ที่จะต้องการทำให้ผิวแข็งมักใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนสูง ด้วยวิธีการนี้ จะนำไปใช้กับบางพื้นผิวที่เหล็กกล้าต้องการความแข็งเท่านั้น

      ชิ้นงานจะผ่านการชุบแข็งมาแล้ว แต่ต้องการที่จะเพิ่มความแข็งให้กับบางบริเวณให้พื้นผิวเกิดความแข็งกว่าเนื้อภายใน โดยเนื้อภายในยังคงความแข็งแบบเดิมไว้ไม่เปลี่ยนแปลง

      การให้ความร้อนจะไม่ร้อนจนเหนืออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง หลักการที่สำคัญของวิธีจำกัดวงความร้อนก็คือ ความร้อนที่ให้จะอยู่ในบริเวณเฉพาะพื้นผิวที่ต้องการของเหล็กกล้าจนร้อนแดง โดยไม่เกิดความร้อนขึ้นมากภายในเนื้อเหล็ก

วิธีการจำกัดวงความร้อน มีวิธีที่นิยมทำอยู่ 2 วิธีนั่นคือ

·       การชุบผิวแข็งด้วยเปลวไฟ (Flame hardening)

รูปการชุบผิวแข็งด้วยการใช้เปลวไฟ

·       การชุบผิวแข็งด้วยการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า (Induction hardening)

รูปการชุบผิวแข็งด้วยการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า

กระบวนการเหล่านี้จะได้อธิบายต่อไปในบทนี้

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

            “ความลับของความสำเร็จคือ

                                    เตรียมตัวให้พร้อมอยู่เสมอสำหรับโอกาสที่มาถึง”

"The secret of success in life is to be ready for your opportunity when it comes."
Benjamin Disraeli