15.5 กระบวนการชุบผิวแข็ง

รูปการชุบผิวแข็ง

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      หลักการของวิธีคาร์บูไรซิ่ง, ไนไตรดิง และจำกัดวงความร้อน ใช้ในงานชุบผิวแข็งงานต่างชนิดกัน จะมีวิธีการแยกย่อยอยู่มากมายที่จะนำมาใช้ในการชุบผิว ในหนังสือเล่มนี้จะกล่าววิธีการชุบผิวแข็ง 8 วิธี ได้แก่

·       คาร์บูไรซิ่งกลุ่ม (Pack carburizing)

·       คาร์บูไรซิ่งก๊าซ (Gas carburizing)

·       คาร์บูไรซิ่งของเหลว (Liquid carburizing)

·       ไนไตรดิง

·       คาร์บอนไนไตรดิง (Carbonitriding)

·       ไซยาไนต์ดิง (Cyaniding)

·       การชุบผิวแข็งด้วยเปลวไฟ (Flame hardening)

·       การชุบผิวแข็งด้วยการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้า (Induction hardening)

15.5.1 คาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

รูปกระบวนการคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

      คาร์บูไรซิ่งกลุ่มเป็นวิธีการที่เก่าแก่ที่สุด และเป็นขั้นตอนพื้นฐานที่สุดในกระบวนการชุบผิวแข็ง ทางด้านเทคนิคชิ้นส่วนที่นำไปทำให้แข็งถูก จะจัดวางให้เป็น กลุ่ม, ชุด (Packed) บรรจุลงไปยังกล่องในเตาอบโลหะ ใส่ไปพร้อมกับ วัสดุมีส่วนประกอบของคาร์บอน (Carbonaceous material) และจากนั้นก็ให้ความร้อน

รูปชิ้นส่วนเครื่องกลที่ทำคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

วัสดุที่มีส่วนประกอบของคาร์บอน ก็คือ วัสดุที่มีคาร์บอนเข้มข้น เมื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นงานวัสดุที่มีคาร์บอนก็จะให้ความร้อนแก่ชิ้นงานเหล่านั้น

      วัสดุที่มีคาร์บอน คาร์บอนจะถูกหลอมฝังอยู่ในผิวของชิ้นงาน ทำให้ผิวชิ้นงานเกิดความแข็งในรูปแบบของคาร์บอน ส่วนมากจะเป็นคาร์บอนแบบธรรมดา

      วัสดุที่มีส่วนประกอบของคาร์บอน ที่ถูกนำมาใช้ชุบผิวแข็งแบบคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม ได้แก่ ถ่านไม้ (Charcoal), ถ่านโค้ก (Coke), ถ่านหิน (Coal), เปลือกหอย (Shell), เมล็ดลูกพีซ (Peach pits), ถั่ว (Beans), ลูกนัท (Nuts), กระดูก (Bone), หนังสัตว์ (Leather) และไม้เนื้อแข็ง

รูปถ่านไม้

รูปถ่านหิน

      ชิ้นงานที่นำไปบรรจุในกล่องแล้วนำไปเข้าเตาอบโลหะ จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงพอที่ทำให้คาร์บอนเกิดการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงไปถึงกลายเป็น คาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide)

รูปวัสดุที่มีส่วนประกอบของคาร์บอนที่นำมาใช้ในงานคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

            ชิ้นงานที่อยู่ภายในกล่องในเตาอบโลหะ จะถูกให้ความร้อนไปถึงอุณหภูมิเหนือ แนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง ซึ่งนั่นจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปไปเป็นเหล็กออสเตนไนต์ขึ้น อุณหภูมิที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิ 815°C – 980°C (1500°F – 1800°F) ซึ่งจะขึ้นอยู่กับเหล็กกล้าแต่ละชนิด

            ในระหว่างการให้ความร้อน คาร์บอนมอนอกไซด์จะแทรกซึมพื้นผิวของชิ้นงาน มันถูกซึมซับโดยเหล็กที่อยู่ในรูปออสเตนไนต์ ก่อให้เกิดเป็นผิวเคลือบบาง ๆ ของคาร์บอนที่พื้นผิวชิ้นงาน

            ในชั่วโมงแรกของการให้ความร้อน ผิวเคลือบจะโตที่อัตราความหนา 0.25 mm- 0.5 mm (0.010² – 0.020²) ต่อชั่วโมง หลังจากผ่านไป 5 - 6ชั่วโมง อัตราการเติบโตนี้จะหยุดที่ความหนา 0.13 mm (0.005²) ต่อชั่วโมง

      หลังจากผ่านไป 8 ชั่วโมง ความหนาของผิวเคลือบจะมีค่าอยู่ที่ 1.50 mm (0.060²) เมื่อผ่านไป 10 ชั่วโมง การแทรกซึมของคาร์บอนแทบจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้น ให้ดีไม่ควรที่จะเกิน 8 ชั่วโมง จำนวนชั่วโมงที่ใช้ชุบผิว จะไม่แน่นอนเสมอไป ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ใช้ และชนิดของเหล็กกล้านั้น ๆ

      กล่องที่ใช้ใส่ชิ้นงานอบเคลือบผิว ต้องสามารถทนทานต่อความร้อนที่เกิดขึ้นภายในเตาได้ อีกทั้งกล่องภาชนะต้องสามารถทนต่อความร้อนที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ กันได้ และรวมไปถึงการนำไปทำให้ชิ้นงานเย็น ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะสามารถสร้างความเค้นภายใน และทำให้กล่องภาชนะที่ใส่พังเสียหายได้

รูปคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

      คาร์บูไรซิ่งกลุ่ม มีข้อดีมากมายที่เหนือกว่าเทคนิคเคลือบผิวแข็งแบบอื่น ๆ ที่เห็นได้อย่างชัดเจนก็คือ มีต้นทุนในการทำน้อยมาก และไม่ก่อให้เกิดอันตรายมาก เมื่อเทียบกับการเคลือบผิวแข็งด้วยวิธีการอื่น มันสามารถนำไปใช้งานได้จริง แต่มันจะเหมาะกับชิ้นงานที่มีขนาดเล็ก ๆ ที่ต้องการชุบผิวแข็ง นอกจากนี้ ข้อเสียก็มีอยู่นั่นก็คือ กระบวนการที่มีความช้าหลายชั่วโมง และมีความสกปรกเกิดขึ้น

วิดีโอทดลองการทำคาร์บูไรซิ่งกลุ่ม

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“สอนผู้อื่นอย่างไร พึงทำตนอย่างนั้น
Practice what you preach.”
                                                                                                                        พุทธพจน์ / Sayings of the Buddha