TPA Writer Where The new ideas begin

นิรนาม
ผู้เขียน
นิรนาม
อัพเดท
08 ก.ค. 2014 14.36 น.

เป็นความรู้เกี่ยวกับโลหะในทางทฤษฏี ทั้งโลหะที่เป็นเหล็ก และไม่ใช่เหล็ก
โลหะที่เป็นเหล็กที่จะกล่าวก็คือ เหล็ก และเหล็กกล้า
โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น อลูมิเนียม ทองแดง แมกนีเซียม ฯลฯ
ตัวอย่างที่จะกล่าวในหนังสือเล่มนี้จะกล่าวเกียวกับ
- กรรมวิธีการผลิตโลหะ
- คุณสมบัติของโลหะ
- การวิเคราะห์โครงสร้างโลหะ
- การปรับสภาพของโลหะ
- แนวทางที่จะนำไปใช้ประโยชน์
-ฯลฯ

ลองติดตามผลงานดูนะครับ ติชมกันได้นะ มีคำถามอะไรก็ถามได้ ถ้ารู้ก็จะตอบให้ครับ

เมื่อการพัฒนาทางด้านวัตถุมีสูง มองมุมกลับ การพัฒนาทางด้านจิตใจ ด้านคุณธรรมก็ต้องให้สูงตามไปด้วย

วัตถุประสงค์ที่ทำก็คือ อยากเห็นประเทศของเรามีความทัดเทียม หรือเหนือกว่าประเทศที่พัฒนาแล้ว มีการสร้างเทคโนโลยีเป็นของตัวเอง ไม่ต้องตามใคร

38 เหล็กหล่อสีขาว, เหล็กหล่อมัลลีเบิล, เหล็กหล่อเหนียว, เหล็กบริสุทธิ์ (จบบทที่ 5)

 

5.4.3.2 เหล็กหล่อสีขาว 

 

      เหล็กหล่อสีขาว ใช้งานไม่กว้างขวางเหมือนเหล็กหล่อสีเทา คุณสมบัติที่เด่นของมันก็คือมันมีความแข็งกว่า แต่ก็มีความเปราะมาก มีคาร์บอนผสมอยู่ในรูปของเหล็กคาร์ไบน์ (Carbide) หรือซีเมนไทต์ (Cementile: Fe3 C (จะได้กล่าวถึงรายละเอียดในภายหลัง)) เมื่อมันมีความแข็ง ทำให้การใช้เครื่องมือกลตัดเฉือนทำได้ยากกว่า แต่ทนทานต่อแรงกระแทกได้น้อย ที่เรียกว่าเหล็กหล่อสีขาว ก็มาจากเมื่อหักเหล็กหล่อให้แตก แล้วดูรอยแตกจะเห็นเป็นสีขาว เหตุที่เป็นเช่นนี้ ก็เพราะว่า การหลอมเหล็กเข้าแม่พิมพ์ แล้วทำการปล่อยให้เย็นเป็นไปอย่างรวดเร็ว

 

รูปชุดเฟอนิเจอร์ที่ทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

 

      เพราะคุณสมบัติด้านความแข็งที่ดีของเหล็กหล่อสีขาว ทำให้มันเป็นเหล็กที่นำไปใช้ประโยชน์ในงานบางอย่าง เช่น ในงานที่ต้องทนต่อการเสียดสี งานแม่พิมพ์เครื่องดัดเหล็กดัดท่อ, การใช้ในเครื่องบดโม่หิน (ต้องการความแข็งมากเพื่อใช้ในการทำลายหิน) และบดวัสดุอื่น ๆ, ล้อรถบดถนน (Road roller tire)

 

รูปเครื่องดัดโลหะลูกกลิ้งดัดมักทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

 

รูปรถบดถนนล้อบดด้านหน้าทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

     

คุณสมบัติของเหล็กหล่อสีขาวมีดังนี้

§  มีความแข็งสูง

§  มีความเปราะสูง

§  ทนแรงกระแทกได้น้อย

§  ทนต่อการเสียดสีได้ดี

      นอกจากนี้เหล็กหล่อสีขาว ยังเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเหล็กหล่อมัลลีเบิลอีกด้วย เมื่อนำเหล็กหล่อสีขาวมาส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์ สังเกตดี ๆ จะพบความแตกต่างกันของเหล็กหล่อสีขาว และเหล็กหล่อสีเทา

 

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อสีขาว

 

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อสีขาว อีกหนึ่งรูป

 

วิดีโอเครื่องดัดท่อแม่พิมพ์ดัดทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว

 

5.4.3.3 เหล็กหล่อมัลลีเบิล

 

       เหล็กหล่อมัลลีเบิล หรืออีกชื่อก็คือ เหล็กหล่ออบเหนียว มีคุณสมบัติพิเศษมากมายที่เหนือกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว โดยเหล็กหล่อมัลลีเบิลมีความเหนือกว่าในด้าน มีความเหนียว และทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี มีความยืดหยุ่นคล้ายกับเหล็กกล้า มีค่าความแข็งแกร่งในดึงสูงกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว แต่ต่ำกว่าเหล็กหล่อที่มีแกรไฟต์เป็นก้อนเม็ดกลม (เหล็กหล่อเหนียว) เล็กน้อย แน่นอนราคาก็ย่อมจะสูงกว่าเหล็กหล่อทั้งสองชนิดที่กล่าวมา

 

รูปอุปกรณ์จับยึดซีแคล็ม ที่ตัวซีทำมาจากเหล็กหล่อมัลลีเบิล

 

      เหล็กหล่อมัลลีเบิลปรับปรุงสภาพมาจากเหล็กหล่อสีขาว โดยการนำเหล็กหล่อสีขาวมาอบเพิ่มอุณหภูมิความร้อนให้สูงเพื่อปรับปรุงโครงสร้างให้ดีขึ้น จนเกิดการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอน และธาตุเหล็กอิสระไปเป็น คาร์ไบน์ คาร์บอนจะสะสมอยู่ในอนุภาคของเนื้อเหล็กเป็นเม็ดหยาบ ที่เรียกว่า อนุภาคคาร์บอนแข็ง (Temper carbon particles)

 

รูปโครงสร้างทางจุลภาค อนุภาคคาร์บอนแข็งของเหล็กหล่อมัลลีเบิล

 

รูปโครงสร้างทางจุลภาค อนุภาคคาร์บอนแข็งของเหล็กหล่อมัลลีเบิล อีกหนึ่งรูป

 

การก่อรูปแบบของอนุภาคแบบนี้ เป็นผลให้เหล็กหล่อมัลลีเบิลมีความเหนียวมากกว่า และสามารถนำไปใช้งานได้โดยที่ไม่ทำให้ความแข็งแกร่งต่อการอัดตัวลดลง การใช้งานดูที่รูป

 

รูปข้อต่อรูปแบบต่าง ๆ ของท่อประปาที่ทำมาจากเหล็กหล่อมัลลีเบิล มีคุณสมบัติเด่นด้านความเหนียว

 

คุณสมบัติของเหล็กหล่อมัลลีเบิล

Ø ความเหนียวมีมากกว่าเหล็กหล่อสีเทา และเหล็กหล่อสีขาว

Ø มีความแข็งเพิ่มมากกว่าเหล็กหล่อสีขาว

Ø สามารถยืดตัวได้มากขึ้น

Ø ทนทานต่อการกระแทกได้ดีกว่า

Ø นำไปชุบผิวแข็งได้ดี

 

5.4.3.4 เหล็กหล่อเหนียว

 

      เหล็กหล่อเหนียว มีอีกชื่อเรียกว่า เหล็กหล่อโนดูล่า (Nodular cast iron) หรือ เหล็กหล่อแกรไฟต์ก้อนกลม (Spheroidal cast iron) สาเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เพราะอนุภาคแกรไฟต์ มีรูปร่างเป็นเม็ดกลม (หรือโนดูล่า (เม็ดตุ่ม)) ตกผลึกอยู่ในเนื้อเหล็กหล่อ ซึ่งมีความแตกต่างจากอนุภาคคาร์บอนของเหล็กหล่อมัลลีเบิล เม็ดตุ่มที่เกิดขึ้นในเหล็กหล่อเหนียวเกิดจากการตกตะกอนจากการหลอมเหล็กหล่อโดยตรง ทำให้มันมีความเหนียว และรับแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็กหล่อสีเทาเป็นอย่างมาก

  

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อเหนียว

 

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กหล่อเหนียว อีกหนึ่งรูป

 

      การผสมธาตุซีเรียม หรือแมกนีเซียม ลงไปในเหล็กหล่อทำให้มันเกิดแกรไฟต์เม็ดกลม โดยธาตุคาร์บอนที่มีอยู่ในเนื้อเหล็กตกตะกอนแตกตัว ออกมารวมกลุ่มกัน ในรูปร่างของแกรไฟต์เม็ดกลม

      ที่เราเรียกว่า เหล็กหล่อเหนียว มาจากมันมีความเหนียว และทนทานต่อแรงดึงมากกว่า เมื่อเทียบกับเหล็กหล่อมัลลีเบิล 

      การนำไปใช้งานจะทนทานกว่าเหล็กหล่อสีเทามาก จึงมีการนำไปใช้งานหนัก อาทิเช่น เพลาหมุน (Spindle) ของเครื่องกลึง, เพลาข้อเหวี่ยง (Crank shaft) ของเครื่องยนต์ดูได้ในรูป

 

รูปเพลาหมุนของเครื่องกลึง

 

รูปการประกอบเพลาข้อเหวี่ยงที่ทำมาจากเหล็กหล่อเหนียว

 

คุณสมบัติของเหล็กหล่อเหนียว

v ทนแรงดึงได้ประมาณ 540 – 700 N/mm2

v อัตรายืดตัวประมาณ 1 – 5%

v สามารถนำไปชุบแข็ง อบอ่อนเพื่อลดความเครียด หรือนำไปชุบผิวแข็งได้

v นำไปผ่านกระบวนการทางเครื่องมือกลได้ง่าย

v ทนทานต่อการสึกหรอ

v ทนความร้อนได้ดี

v สามารถนำไปดีขึ้นรูปได้

v รับแรงกระแทกได้ดี

 

รูปท่อเหล็กหล่อเหนียว

 

วิดีโอการแสดงกระบวนการผลิตท่อที่ทำมาจากเหล็กหล่อเหนียว

 

5.4.3.5 เหล็กหล่อผสมชนิดพิเศษ

 

       เหล็กหล่อส่วนมาก จะมีส่วนประกอบพื้นฐานที่ผสมเข้าไปในเนื้อเหล็ก นั่นก็คือคาร์บอน และซิลิกอน แต่เหล็กหล่อผสมชนิดพิเศษจะมีการผสมธาตุต่าง ๆ เพิ่มเข้าไปทั้งนี้ก็เพื่อการนำไปใช้งานเฉพาะทาง  

      เหล็กหล่อผสมพิเศษจะแบ่งเป็นเกรดไป ธาตุที่นำมาผสมมีมากมาย ยกตัวอย่างเช่น นิกเกิล, ทองแดง, โครเมียม และธาตุผสมอื่น ๆ

      ถ้าเหล็กหล่อผสมพิเศษ มีส่วนผสมของ นิกเกิล, ทองแดง และโครเมียม เหล็กหล่อผสมพิเศษนี้จะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดได้เป็นอย่างดี ส่วนเหล็กหล่อผสมพิเศษอื่น ๆ ก็มีการพัฒนาให้มีความแข็งแกร่งขึ้น และมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง

 

เหล็กหล่อผสมพิเศษนิยมนำไปใช้ในการทำกระบอกสูบ, ลูกสูบ, แหวนลูกสูบ และใบพัดกังหันแก๊ส

 

รูปแหวนลูกสูบเครื่องยนต์ที่ทำมาจากเหล็กหล่อผสมพิเศษ

 

รูปกังหันเทอร์ไบน์ทำมาจากเหล็กหล่อผสมพิเศษ

 

 

เหล็กหล่อประเภทต่าง ๆ

ประเภทเหล็กหล่อ

ส่วนผสม % โดยน้ำหนัก  

ความเค้นที่จุดครากตัว (ความเผื่อ 0.2% ) MN/m2

ความเค้นจากการดึง MN/m2

เปอร์เซ็นต์การยืดตัว  

(%)

ค่าความแข็งแบบบริเนล

ตัวอย่างการใช้งาน

เหล็กหล่อสีเทา (ASTM A48)

C 3.4, Si 1.8, Mn 0.5

344.738

0.5

260

เสื้อสูบเครื่องยนต์, ล้อช่วยแรง, โครงฐานเครื่องมือกล ฯลฯ

เหล็กหล่อสีขาว

C 3.4, Si 0.7, Mn 0.6

172.369

0

450

ตลับลูกปืน, ล้อรถบดถนน, แม่พิมพ์เครื่องดัดท่อ ฯลฯ

เหล็กหล่อมัลลีเบิล (ASTM A47)

C 2.5, Si 1.0, Mn 0.55

227.527

358.527

12

130

แกนตลับลูกปืน, ข้อต่อท่อน้ำ ฯลฯ

เหล็กหล่อเหนียว

C 3.4, P 0.1, Mn 0.4, Ni 1.0, Mg 0.06

365.422

482.633

18

170

เฟือง, เพลาลูกเบี้ยวเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์, เพลาลูกเบี้ยว

             

ตาราง 5.10 การเปรียบเทียบคุณสมบัติต่าง ๆ ของเหล็กหล่อ

 

5.5 เหล็กบริสุทธิ์

 

      เหล็กบริสุทธิ์ หรือเหล็กดัด (Wrought Iron) มีความแตกต่างจากเหล็กหล่ออย่างมาก เหล็กบริสุทธิ์เกือบจะไม่มีสารเจือปน มันมีคาร์บอนผสมเป็นองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

      เหล็กบริสุทธิ์มีความแข็งแกร่ง และความแข็งต่ำมาก เนื่องมาจากมีปริมาณคาร์บอนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ดี มันจะมีความเหนียว และความทนทานต่อการกัดกร่อนมาก ก่อนประมาณปี พ.ศ. 2400 เหล็กบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในงานโครงสร้าง และงานโลหะ เป็นโลหะที่สำคัญมากที่สุดในสมัยนั้น

      ต่อมาเมื่อการวิจัยทางด้านโลหะวิทยา ได้พัฒนาขึ้น งานด้านโลหะเหล็กบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้น้อยลง แต่ยังคงมีใช้งานอยู่บ้างในงานโครงสร้าง

 

รูปตัวอย่างประตูเหล็กดัดที่ทำจากเหล็กบริสุทธิ์

 

      คุณสมบัติที่สำคัญสำหรับเหล็กบริสุทธิ์ที่มีอยู่ทุกวันนี้ คือมันมีความสามารถต้านทานต่อการกัดกร่อนที่ดี โดยมีการเสริมเส้นใยของกากแร่ (เป็นกากซิลิกอน) จำนวนมากกระจายไปทั่วเหล็กบริสุทธิ์ ถ้ามีการกัดกร่อนเกิดขึ้นในเนื้อเหล็ก จนมันจะเจอกับเส้นใยกากแร่ที่เนื้อเหล็ก การกัดกร่อนก็จะชะลอ หรือหยุดลง เพราะกากแร่จะปกคลุม แล้วป้องกันสัณฐานของเหล็ก กากแร่จึงทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันการกัดกร่อนที่เกิดขึ้น

ภาพขยายของเหล็กบริสุทธิ์ จะเห็นเส้นใจกากแร่อยู่จำนวนมาก ดังแสดงในรูป

 

รูปเหล็กบริสุทธิ์มีส่วนประกอบของเส้นไยกากแร่ ตามแนวยาว เส้นไย ประกอบด้วยเหล็กออกไซด์ และซิลิกอน

 

นอกจากเป็นการกระจาย ตัวกันของกากซิลิกอนที่อยู่ในเหล็กบริสุทธิ์ แล้วยังมีธาตุอื่นปะปนอีกเล็กน้อย ดูในตารางที่ 5.11

 

ส่วนผสมของธาตุต่าง ๆ ที่อยู่ในเหล็กบริสุทธิ์

ธาตุ

เปอร์เซ็นต์ผสม

เหล็ก

มากกว่า 99.6 %

คาร์บอน

0.06 % – 0.08 %

ซิลิกอน

0.10 % – 0.16 %

แมงกานีส

0.02 % – 0.05 %

กำมะถัน

0.01 %

ฟอสฟอรัส

0.06 % – 0.07 %

ตารางที่ 5.11แสดงธาตุต่าง ๆ ที่มีอยู่ในเหล็กบริสุทธิ์

 

      จำนวนของเหล็กบริสุทธิ์มีการนำมาใช้ได้น้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กหล่อ และเหล็กกล้าที่ใช้ทางการค้า การใช้ประโยชน์ของเหล็กบริสุทธิ์เช่น แท็งก์น้ำ, ท่อกำจัดน้ำเสีย, แผ่นแบนในเรือ, ลูกกรง (Gratings) และทำเป็นเหล็กดัดในอาคารบ้านพัก ฯลฯ

 

วิดีโอแสดงการทำประตูเหล็กดัด

จบบทที่ 5

บทต่อไปพบกับ การถลุงเหล็ก ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตเหล็กกล้า และเหล็กหล่อ

 

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“การออกกำลังกายที่ดีที่สุดสำหรับจิตใจ

                              คือการก้มลงแล้วช่วยคนอื่นให้ลุกขึ้น”

 

 

โหวตให้คะแนนบทความ


facebook