16.6 การแข็งตัวอย่างฉับพลัน

      การแข็งตัวอย่างฉับพลัน (Precipitation hardening)  (เป็นคำที่เรียกกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ถ้าเป็นเหล็กเราจะเรียกว่า การชุบแข็ง) เป็นกระบวนการปรับสภาพทางความร้อน เพื่อให้โลหะผสมเกิดความแข็งแกร่งขึ้น เนื่องมาจาก เฟส (Phases) (ขอบเขตของผลึกในโลหะ) เกิดรูปแบบขึ้นใหม่ ทันทีที่อุณหภูมิ และอัตราความเย็นเกิดการเปลี่ยนแปลง

รูปการแข็งตัวอย่างฉับพลันของอลูมิเนียม-ทองแดง

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      โลหะที่ถูกเติมธาตุเข้าไปช่วงที่อุณหภูมิสูง ธาตุจะหลอมละลายรวมตัวกับโลหะ จนเป็นโลหะผสม จากนั้นก็ทำการชุบแข็งอย่างรวดเร็วจะเกิดเฟสใหม่ในเวลาไม่กี่นาที หรือบางชนิดอาจเป็นสัปดาห์ 

      เฟสใหม่นี้ จะเป็นโลหะที่มีความแกร่งขึ้นตามคุณสมบัติของธาตุที่ถูกเติมเข้าไป ช่วงกระบวนการที่เฟสโตขึ้นนี้เรียกว่า ช่วงการทำให้แข็ง (Age hardening) ถูกนำมาใช้ในโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก ยกตัวอย่างเช่น ทองแดง-เบรีลเลียม (Copper-beryllium), ทองแดง-อลูมิเนียม และเหล็กกล้าไร้สนิมบางชนิด

      การแข็งตัว อย่างฉับพลัน ประกอบไปด้วยสองวัฏจักรที่แยกกันระหว่างความร้อน และความเย็น ช่วงแรก โลหะผสมถูกให้ความร้อนถึง อุณหภูมิที่ทำการละลาย (Solutionizing Temperature) (อุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว) ละลายในของแข็ง โลหะผสมยังคงอุณหภูมินี้เอาไว้ในช่วงเวลาหนึ่ง ก่อนที่จะทำการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว การชุบแข็งเป็นเฟสที่สอง หรือเกิดเฟสเพิ่มขึ้น เกิดการฉับพลันในโลหะผสมนั้น มันค่อนข้างให้ความแข็งแกร่งเหมือนกันกับโลหะ

      ในช่วงที่สองของการแข็งตัวอย่างฉับพลัน โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนซ้ำ ด้วยอุณหภูมิที่เหมาะสม (ถ้าให้ดีจะต้องอยู่ต่ำกว่า อุณหภูมิที่ทำการละลาย) เนื่องจากว่าเฟสที่สองเกิดขึ้น เฟสที่สองทำให้การละลายเกิดขึ้นในเกรน รวมเป็นเนื้อเดียวกันดีขึ้นจากเดิมในช่วงแรก ผลที่ได้ก็คือโครงสร้างมีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น และมีคุณสมบัติที่จำเป็นต่อโลหะผสม

      ทั้งสองช่วงที่กล่าวไว้ข้างบน เป็นการปรับสภาพทางความร้อน ของการแข็งตัวอย่างฉับพลัน เพื่อให้โลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก เกิดความแข็งแกร่งสูงสุด และมีลักษณะตามความต้องการ เช่น เกิดความเหนียว

การใช้วิธีแข็งตัวอย่างฉับพลัน เพื่อให้โลหะผสม เกิดความแข็งแกร่งขึ้น

      การแข็งตัวอย่างฉับพลัน โดยปกติทั่วไป นิยมใช้ในกระบวนการของทองแดงผสม แต่ก็มีนำไปใช้ในโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก สำหรับในเชิงพาณิชย์ ตามตัวอย่างของการใช้ความแข็งตัวอย่างฉับพลัน ตัวอย่างก็คือ  C17200 คือทองแดงผสมเบรีลเลียม 1.9% เพื่อใช้ในอุปกรณ์ทางไฟฟ้า

รูปตัวอย่างทองแดงผสมเบรีลเลียม

      โลหะผสมทองแดง-เบรีลเลียมที่มีความหนา 0.5 mm (0.020²) และกว้าง 7.6 mm (0.3²) ใช้ทำส่วนประกอบหน้าสัมผัสของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ เป็นหน้าสัมผัสทองแดงผสม ทำโดย เครื่องแสตมป์ (Stamping machine) ทำเป็นพินที่ปลายการ์ดเสียบที่ซ็อกเกตขั้วต่อไฟฟ้า นอกจากนี้ในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ ทองแดงที่ผสมกับเบรีลเลียมก็นำมาทำเป็นลายปริ้นเหมือนกัน

รูปลายวงจรปริ๊นต์ และซ็อกเกตขั้วต่อ

      C17200 ถูกทำการอบอ่อน เพื่อให้เกิดการยืดหยุ่นตัว แต่ก็ยังคงรูปร่างได้สูง เช่นเดียวกัน เครื่องแสตมป์จึงทำงานได้ง่ายในโลหะ และถูกทำให้มีตามรูปร่างที่ต้องการโดยไม่เกิดการร้าวตัว ถึงอย่างไรความแข็งแกร่งของโลหะที่อ่อนเหล่านี้ เหมาะที่จะนำไปทำในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ จุดสัมผัสทางไฟฟ้า

      วิธีการแข็งตัวอย่างฉับพลัน สามารถใช้สร้างความแข็งแกร่งตามต้องการหลังจากโลหะขึ้นตามรูปร่างแล้ว ในขั้นแรกของการปรับสภาพทางความร้อน ชิ้นส่วนทองแดง-เบรีลเรียมถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมิทำละลาย และรักษาระดับอุณหภูมินี้ไว้ประมาณ 30 นาที จากนั้นก็นำไปชุบแข็งในน้ำอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดโลหะผสมที่มีความแข็งกว่า และแข็งแกร่งกว่ารูปแบบเดิม อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนก็ยังไม่แข็งแกร่งเต็มที่

      ชิ้นส่วนที่ชุบแข็งที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ บางกรณี เกรนของโลหะจะมีความแข็งแกร่งอย่างช้า ๆ บางครั้งอาจใช้เวลานานมาก อย่างไรก็ดี กระบวนการต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และโลหะต้องมีความแข็งแกร่งสูงสุดอย่างสมบูรณ์แบบ

      ความแข็งแกร่งสูงสุดที่ได้มา ในวิธีการชุบแข็งอย่างฉับพลัน การละลาย และชิ้นส่วนชุบแข็ง  เป็นไปตามช่วงอายุ (ซึ่งตอนจบมีความแข็งแกร่ง) รูปแบบนี้ของลำดับที่สองปรับสภาพความร้อน ใช้ 1-4 ชั่วโมง หลังจากชิ้นส่วนเย็นตัว พวกมันมีความแข็งแกร่งสูงสุด

รูปอลูมิเนียม

      ในบางครั้ง โลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก เช่นอลูมิเนียม A96061 มันรักษาสภาพไว้หลังจากการยืดตัว วิธีการแข็งตัวอย่างฉับพลันซึ่งแตกต่างกับ C17200 ที่มีความแข็งแกร่งมาก แต่มีความยืดตัวได้เล็กน้อย

      หลังจากกระบวนการ ชิ้นส่วนทองแดง – เบรีลเลียม จนมีความแข็งแกร่งเพียงพอที่ ทำหน้าที่เป็นขั้วต่อไฟฟ้า การละลาย (การปรับสภาพความร้อนชั้นต้น) โลหะยังคงรูปแบบอย่างยอดเยี่ยม

      วิธีการชุบแข็งอย่างฉับพลัน ต้องทำอย่างระมัดระวังในการควบคุมการผลิต เพื่อให้ได้ผลตามต้องการ ในระหว่างการให้ความร้อน โครงสร้างอะตอม หรือเฟสที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นในโลหะผสมที่อุณหภูมิที่หลากหลาย เฟสเหล่านี้มีผลกระทบโดยตรงในคุณสมบัติของโลหะ และสามารถแสดงออกมาที่แต่ละขั้นตอนของความร้อน และความเย็น แม้กระทั่งการใช้เฟสไดอะแกรม นักโลหะวิทยาสามารถทำนายเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างวิธีการแข็งตัวอย่างฉับพลัน เฟสไดอะแกรมจะกล่าวหัวข้อต่อไป

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ความสำเร็จ จะเริ่มต้น

เมื่อคุณเชื่อว่า คุณทำได้”