Sahaviriya Steel Industries PLC

สาระน่ารู้

การทดสอบแรงดึง (ตอนที่ 2)

หากพิจารณาจากกราฟที่ได้จากการทดสอบแรงดึงโดยทั่วไป จะพบว่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (Yield stress) นั้นแสดงถึงจุดที่วัสดุจะมีการเปลี่ยนแปลงการแปรรูปจากการแปรรูปแบบยืดหยุ่น เป็นการแปรรูปแบบถาวร ซึ่งช่วงการแปรรูปแบบยืดหยุ่นนั้นค่าของแรงกระทำจะสัมพันธ์กับค่าการยืดตัว หรือค่าความชันคงที่ ทั้งนี้หากทำการปล่อยแรงที่กระทำต่อชิ้นงานในช่วงดังกล่าว วัสดุจะเกิดการหดตัวกลับไปยังความยาวแรกเริ่มของชิ้นทดสอบ แต่เมื่อพ้นจุดครากไปเมื่อปล่อยแรงวัสดุจะไม่กลับสู่ความยาวเดิม นั่นคือช่วงการแปรรูปแบบถาวร

การพิจารณาค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดครากนั้นสามารถทำได้ 2 วิธีขึ้นกับลักษณะของกราฟที่เกิดขึ้น คือ กรณีแรกหากกราฟปรากฏจุดครากอย่างชัดเจน สามารถลากเส้นจากจุดดังกล่าวไปตัดกับแกนความเค้นได้ค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก หากกรณีของกราฟที่ไม่ปรากฏจุดคราก เช่น กราฟของเหล็กกล้าคาร์บอนที่ผ่านการอบอ่อนและผ่านการรีดปรับผิว จะต้องใช้วิธีการลากเส้นขนานกับเส้นกราฟความเค้น-ความเครียดในช่วงที่กราฟเป็นเส้นตรง ที่จุด 0.2 เปอร์เซ็นต์ของค่าความยาวที่เพิ่มขึ้นจากความยาวเดิม หรือ 0.2 เปอร์เซ็นต์ของค่าความเครียด จุดที่ตัดกับเส้นกราฟของวัสดุเรียกว่าค่าความเค้นพิสูจน์ที่ 0.2 เปอร์เซ็นต์

เมื่อดึงวัสดุไปเรื่อยๆ จะถึงจุดหนึ่งซึ่งปรากฏให้เห็นจุดสูงสุดของกราฟเป็นจุดที่วัสดุสามารถต้านทานแรงดึงสูงสุด ซึ่งหากดึงต่อไปจากจุดนี้ พื้นที่ของวัสดุบางส่วนจะเกิดการคอดตัว (Necking) ทำให้ค่าความเค้นที่เกิดขึ้นลดลงอย่างต่อเนื่องในขณะที่ความเครียดเพิ่มขึ้น หรือมีการยืดตัวเพิ่มขึ้น จนสุดท้ายชิ้นงานถูกดึงจนขาดจากกัน และการยืดตัวของวัสดุหลังแตกหักดังกล่าว สามารถนำมาคำนวณหาค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดตัวได้ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น

ที่มา : http://www.isit.or.th/, http://www.key-to-steel.com/, http://a-sp.org/

การทดสอบแรงดึง (ตอนที่ 1)

เป็นการทดสอบคุณสมบัติทางกล เพื่อหาค่าความแข็งแรงของวัสดุ (Strength) โดยใช้การกัดชิ้นงานให้มีรูปร่างตามมาตรฐานการทดสอบต่างๆ และนำไปทดสอบโดยเครื่องทดสอบแรงดึง ซึ่งปกติแล้วจะดึงด้วยแรงดึงสม่ำเสมอตามข้อกำหนดในแต่ละมาตรฐาน ในหนึ่งทิศทาง (Uni-axial) จนชิ้นงานขาดออกจากกัน ระหว่างการทดสอบเครื่องจะวัดการยืดตัวของชิ้นงานอย่างต่อเนื่อง แล้วทำการสร้างกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงกระทำและการยืดตัวในรูปของกราฟความเค้นและความเครียด และคำนวณค่าต่างๆ เชิงวิศวกรรม อันได้แก่ ความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก, ความต้านทานแรงดึงสูงสุด และค่าเปอร์เซ็นต์ความยืดตัว

ค่าความเค้นเชิงวิศวกรรมคือค่าแรงกระทำหารด้วยค่าพื้นที่หน้าตัดชิ้นงานเริ่มต้น ซึ่งอาจจะมีหน่วยเป็น N/mm2, MPa, kgf/mm2, psi หรือ ksi ส่วนค่าเปอร์เซ็นต์ความเครียดเชิงวิศวกรรมคือค่าความยาวที่เพิ่มขึ้นของชิ้นงานหารด้วยความยาวเดิม

ในการพิจารณาค่าความเค้นจริงนั้น ใช้การคำนวณจากค่าพื้นที่หน้าตัดที่เปลี่ยนไป ณ ช่วงเวลาใด ช่วงเวลาหนึ่งที่ชิ้นงานมีหน้าตัดเล็กลง เนื่องจากกราฟที่เกิดจากการทดสอบนั้นใช้ค่าพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานเริ่มต้นในการคำนวณ และในความเป็นจริงเมื่อมีพื้นที่หน้าตัดเปลี่ยนขนาดไปในระหว่างการทดสอบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุเหนียวจะมีพื้นที่หน้าตัดลดลงอย่างรวดเร็ว) จะส่งผลให้แรงกระทำที่ใช้ในการแปรรูปจริงลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ค่าความเค้นเฉลี่ยในกราฟของความเค้น-ความเครียดหลังจากจุดที่รับแรงสูงสุดลดลง ในขณะที่ความเป็นจริงโลหะจะเกิด strain-hardening อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ค่าความเค้นที่ต้องการจริงในการแปรรูปวัสดุเพิ่มขึ้น ดังนั้นค่าความเค้นจริงที่คำนวณจากค่าพื้นที่หน้าตัดจริงของชิ้นงานจะทำให้กราฟความเค้น-ความเครียดเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงจุดที่เกิดการแตกหัก

Spring back คืออะไร

โดยธรรมชาติ วัสดุทุกชนิดจะมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนรูปในลักษณะทั้งแบบยืดหยุ่นได้ (รูปร่างกลับมาเหมือนเดิม) และแบบถาวร (รูปร่างเปลี่ยนไปแบบถาวร ไม่เหมือนก่อนการเปลี่ยนรูป) ซึ่งการเปลี่ยนรูปดังกล่าวจะเป็นแบบใดนั้นขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำกับวัสดุและค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ โดยที่ถ้าแรงที่มากระทำกับวัสดุมากกว่าค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ การเปลี่ยนรูปแบบถาวรก็จะเกิดขึ้นแต่ถ้าแรงที่มากระทำกับวัสดุไม่มากเกินค่าการกลับคืนตัวแบบยืดหยุ่นของวัสดุ วัสดุก็จะกลับคืนสู่รูปร่างเดิม

ในกรณีการดัดงอนั้น การกลับคืนตัวดังกล่าวเราเรียกว่า Spring back (อาจแปลเป็นไทยได้ว่า การดีดตัวกลับของวัสดุ) โดยที่ผลของ Spring back นั้นทำให้วัสดุที่ทำการดัดงอเกิดการดีดตัวหรือคลายตัวกลับไปในทิศทางเดิมก่อนที่วัสดุนั้นๆจะถูกดัด ซึ่งสิ่งนี้นับเป็นปรากฏการณ์ปกติที่เกิดขึ้นได้กับวัสดุที่มีรูปร่างเป็นแผ่นเรียบทั้งแบบบางและหนา วัสดุที่เป็นแท่ง ท่อกลม วัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้นบางๆ หรืออาจเป็นวัสดุที่มีหน้าตัดเป็นแบบอื่นๆ

ปัจจัยที่มีผลต่อ Spring back ได้แก่ รัศมีของมุมที่ถูกดัดที่เกิดขึ้นกับวัสดุและความหนาของตัววัสดุเอง ถ้ามีมุมที่ถูกดัดที่มากกว่า Spring back ก็จะเกิดขึ้นได้รุนแรงกว่า ในขณะที่วัสดุที่มีความหนากว่าก็จะมีการดีดตัวกลับของวัสดุที่น้อยกว่าเมื่อมีรัศมีการดัดโค้งที่เท่าๅกัน

ที่มา : Kalpakjian, S., and S.R. Schmid, Manufacturing Process for Engineering Materials, Prentice Hall, 2003

การทดสอบการดัดโค้ง

การทดสอบการดัดโค้ง เป็นการทดสอบความสามารถในการดัดโค้งของวัสดุ โดยวัสดุที่นำมาทดสอบ จะเป็นชิ้นงานทีมีหน้าตัดแบบใดก็ได้ ไม่ว่าจะเป็น หน้าตัดสี่เหลี่ยม, หน้าตัดกลม หรือหลายเหลี่ยมก็ได้ โดยมีหลักการทดสอบการดัดโค้งบนพื้นฐานเดียวกัน คือการดัดวัสดุ ให้ได้รัศมีความโค้งตามที่กำหนดไว้หรือให้ได้มุมตามที่กำหนด

ในการดัดโค้งนั้นจะต้องใช้ทิศทางของแรงดัดที่คงที่และการดัดต้องเป็นไปอย่างช้าๆ เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ของวัสดุในแนวข้าง หลังจากชิ้นทดสอบโค้งงอไปตามที่กำหนดแล้ว จึงทำการตรวจสอบดูว่าที่พื้นผิวด้านนอกของชิ้นทดสอบตรงบริเวณที่ดัดโค้ง ซึ่งจะเป็นบริเวณที่รับความเค้นแรงดึงในระหว่างการดัดโค้ง ว่ามีรอยแตกเกิดขึ้นหรือไม่ โดยการตรวจสอบสามารถทำโดยการตรวจสอบด้วยตาเปล่า หรืออาจใช้กล้องที่มีกำลังขยายไม่เกิน 20 เท่า (ปกติจะกำหนดให้ใช้ตาเปล่า) ในกรณีชิ้นงานที่มีอัตราส่วน ความกว้าง/ความหนา มากกว่า 8 ขึ้นไป ถ้าตรวจพบรอยแตกที่ขอบของชิ้นทดสอบ ให้ทำการขัดขอบของชิ้นทดสอบที่แตกนั้นให้เรียบ แล้วทำการทดสอบใหม่อีกครั้ง

รัศมีการดัดโค้งต่ำสุด (Minimum bend radius) คือรัศมีการดัดโค้งที่ต่ำที่สุด ที่จะไม่ทำให้เกิดรอยแตกที่ผิวชิ้นทดสอบ โดยปกติจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนา ดังนั้นความสามารถในการดัดโค้งจึงใช้บอกเป็นจำนวนเท่าของความหนาของชิ้นงาน เช่น 3t คือ ชิ้นงานสามารถทำการดัดโค้งด้วยรัศมีดัดโค้งต่ำสุดเป็น 3 เท่าของความหนาชิ้นงานโดยไม่เกิดรอยแตก

ในกรณีของเหล็กแผ่นรีดร้อน การทดสอบการดัดโค้งจะอ้างอิงตามมาตรฐานการทดสอบ ซึ่งแต่ละเกรดจะกำหนดมาตรฐานในการทดสอบที่แตกต่างกัน ได้แก่ ทิศทางการเตรียมชิ้นทดสอบ (ทิศทางการรีด), ขนาดของชิ้นทดสอบ และมุมดัดที่ใช้ในการทดสอบ เป็นต้น

ที่มา: สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย

What is the hardening process?

การชุบแข็ง คือ การอบชุบความร้อนวิธีหนึ่งเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้าคาร์บอนในด้านความแข็งและความต้านทานการขัดสี. กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่โครงสร้างเปลี่ยนเป็นออสเทนไนท์ ปล่อยทิ้งไว้ในเตาจนกระทั่งได้โครงสร้างออสเทนไนท์ที่สม่ำเสมอ แล้วทำให้เย็นตัวด้วยอัตราเร็วพอที่ทำให้เกิดโครงสร้างมาร์เทนไซท์ หรืออัตราการเย็นตัววิกฤต (Critical cooling rate).เพื่อที่จะให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์ที่สม่ำเสมอ ปัจจัยที่เกี่ยวข้องมีดังต่อไปนี้

1. ปริมาณของธาตุคาร์บอน : เหล็กกล้าที่มีปริมาณร้อยละของธาตุคาร์บอนยิ่งสูง จะทำให้มีโอกาสในการเกิดโครงสร้างมาร์เทนไซท์มากขึ้น นอกจากนั้น ธาตุผสมอื่น เช่น นิเกิล โครเมียม และโมลิบดินั่ม ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) โดยการลดอัตราการเย็นตัววิกฤตอีกด้วย

2. อัตราการเย็นตัว : อัตราการเย็นตัวที่ต้องการเพื่อให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์นั้น ไม่ควรต่ำกว่าอัตราการเย็นตัววิกฤต และมีปัจจัยที่เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้
- ผิวของชิ้นงานจะมีอัตราการเย็นตัวมากกว่าใจกลางเสมอ นอกจากนั้นยิ่งชิ้นงานมีขนาดใหญ่ อัตราเร็วการเย็นตัวตลอด ชิ้นก็จะต่ำลงด้วย ด้วยเหตุนี้ที่สภาวะเดียวกัน ชิ้นงานที่ยิ่งเล็กจะยิ่งมีโอกาสที่จะได้โครงสร้างมาร์เทนไซท์ที่สมบูรณ์
- ตัวกลางการเย็นตัวที่ต่างกัน จะให้อัตราเร็วการเย็นตัวที่ต่างกันด้วย เช่น น้ำ และน้ำเกลือ (น้ำที่มีโซเดียมคลอไรด์หรือแคลเซียมคลอไรด์ละลายอยู่ด้วยปริมาณหนึ่ง) จะให้อัตราการเย็นตัวที่รวดเร็วกว่าน้ำมัน. นอกจากนั้นการปั่นกวนสารตัวกลางยังเป็นการเพิ่มอัตราการเย็นตัวอีกวิธีหนึ่งด้วย

อ้างอิงจาก: 1.Donald R. Askeland.,The Science and Engineering of Materials, 3rd editionn,PWS Publishing company (1994)

การอบชุบเหล็กกล้าคืออะไรและทำไมถึงต้องทำการอบชุบ

การอบชุบเหล็กกล้า คือ การปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้าโดยเฉพาะคุณสมบัติเชิงกล โดยอาศัยกรรมวิธีทางความร้อน เพื่อให้เหล็กกล้านั้นมีคุณสมบัติเปลี่ยนไปตามที่ต้องการ ซึ่งการอบชุบจะทำให้เหล็กที่ได้มีคุณสมบัติเฉพาะที่ดีกว่าเหล็กกล้าที่ผลิตด้วยกรรมวิธีปกติ เช่น อบชุบเพื่อให้เหล็กมีความแข็งมากขึ้น หรืออบชุบเพื่อให้เหล็กมีการทนการเสียดสีหรือสึกหรอได้ดีขึ้น

กระบวนการชุบโลหะแบบ Hot-Dip Galvanizing คืออะไร

กระบวนการชุบโลหะแบบ Hot-Dip Galvanizing

โดยทั่วไปประกอบด้วย 3 ขั้นตอน

1. การเตรียมผิวชุบ

1.1 การทำความสะอาดผิว : ใช้สารละลายด่างร้อนในการกำจัดสารปนเปื้อนชนิดสารอินทรีย์ เช่น ฝุ่น, สี, จาระบี และคราบน้ำมันออกจากผิวโลหะ สำหรับสารจำพวกอีพอกซี, ไวนิล, แอลฟัสต์ หรือ เศษจากการเชื่อมต่างๆ สามารถใช้ Grit หรือ Sand Blasting เพื่อเตรียมผิวโลหะก่อนชุบ
1.2 การกัดกรด: ใช้สารละลายเจือจางของกรดซัลฟิวริกร้อน หรือ กรดไฮโดรคลอริกที่อุณหภูมิห้องเพื่อกำจัดสเกลหรือสนิมที่ผิวโลหะ
1.3 การชุบฟลั๊กซ์: ทำเพื่อกำจัดออกไซด์หรือป้องกันไม่ให้เกิดสารประกอบออกไซด์ก่อนการชุบ ทั้งนี้การเลือกใช้วิธีการชุบฟลั๊กซ์ขึ้นอยู่กับกระบวนการชุบเคลือบผิว
- กระบวนการชุบเคลือบผิวแบบแห้ง: เหล็กจะถูกจุ่มลงในสารละลายซิงค์-แอมโมเนียมคลอไรด์ และทำให้แห้งก่อนทำการจุ่มลงในอ่างสังกะสีหลอมเหลว
- กระบวนการชุบเคลือบผิวแบบเปียก: เหล็กจะถูกจุ่มลงในอ่างสังกะสีผ่านชั้นของซิงค์-แอมโมเนียมคลอไรด์เหลวที่ลอยปกคลุมอยู่ที่ผิวหน้าสังกะสีหลอมเหลว

2. การชุบเคลือบผิว

โลหะจะถูกจุ่มลงในอ่างสังกะสีหลอมเหลว (98% สังกะสีหลอมเหลวบริสุทธิ์เป็นอย่างน้อย และรักษาอุณหภูมิที่ 449°C) จนกระทั่งโลหะมีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของอ่างสังกะสี โดยโลหะสังกะสีจะทำปฏิกิริยากับธาตุเหล็กที่ผิวชิ้นงานและก่อตัวเป็น สารประกอบเชิงโลหะของธาตุสังกะสีและเหล็ก หลังจากชิ้นงานถูกนำขึ้นจากอ่างสังกะสี สังกะสีส่วนเกินจะถูกกำจัดออกโดยการ Draining, Vibration หรือ Centrifugal และทำชิ้นงานให้เย็นในน้ำหรืออากาศทันที

3. การตรวจสอบ

คุณสมบัติสองอย่างที่ใช้พิจารณาคุณภาพของผิวเคลือบก็คือ ความหนา และลักษณะของผิวเคลือบ ในการทดสอบทางกายภาพหรือในห้องปฏิบัติการอาจนำมาใช้ในการหาค่าความหนา, ความสม่ำเสมอ, การยึดเกาะ และลักษณะของผิวเคลือบ

Reference: American Galvanizers Association, Hot-Dip Galvanizing for Corrosion Protection of Steel Products.

การตัดเฉือนและการตัดรูปโลหะแผ่น

การตัดเฉือนเป็นการตัดแบ่งโลหะโดยใช้การเคลื่อนที่ของใบมีด 2 ใบ สำหรับแผ่นโลหะที่มีหน้าแคบจะสามารถเกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรในบริเวณที่สัมผัสกับใบมีดอย่างรุนแรง หลังจากนั้นจะเกิดการแตกร้าวที่ผิวของโลหะ และเกิดอย่างต่อเนื่อง จนการแตกร้าวนั้นมาพบกัน และเกิดการแตกหักอย่างสมบูรณ์

ตัวแปรที่สำคัญของการเฉือนได้แก่ รูปทรงและวัสดุของใบมีด, ความเร็วเฉือน, การหล่อลื่น และค่าเคลียร์เลนซ์ ค่าเคลียร์เลนซ์ระหว่างใบมีดนั้นมีความสำคัญต่อการตัดเฉือนแผ่นโลหะเป็นอย่างมาก หากใช้ค่าเคลียร์เลนซ์ที่เหมาะสมจะได้รอยแตกที่สมบูรณ์

การใช้ค่าเคลียร์เลนซ์น้อยเกินไปนั้นจะทำให้เกิดรอยตัดหยาบและต้องใช้แรงในการตัดมากกว่า หากใช้ค่าเคลียร์เลนซ์ที่มากเกินไป จะเกิดการบิดตัวบริเวณขอบ และอาจต้องการแรงในการตัดเพิ่มขึ้น เนื่องจากบริเวณที่โลหะต้องเปลี่ยนรูปอย่างถาวรก่อนเกิดการแตกหักนั้นมีบริเวณมากกว่า

ความกว้างของบริเวณการเปลี่ยนรูปนั้น ขึ้นอยู่กับความเร็วของใบมีดด้วย หากความเร็วใบมีดเพิ่มขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนรูปถาวรก็เกิดขึ้นในบริเวณที่แคบลง ทำให้รอยตัดเรียบขึ้น แต่ก็จะมีผลต่อสภาพขึ้นรูปของแผ่นโลหะ เนื่องจากขอบตัดมีการแปรรูปเย็นอย่างรุนแรง

อีกทั้งการใช้ค่าเคลียร์เลนซ์ที่มากเกินไป โลหะจะมีแนวโน้มโดนดึงในบริเวณเคลียเลนซ์ ซึ่งทำให้มีเศษโลหะยื่นออกมาที่บริเวณรอยตัด และอัตราส่วนของบริเวณผิวเรียบต่อบริเวณผิวหยาบลดลง รวมทั้งการที่คมตัดทื่อก็สามารถเกิดลักษณะดังกล่าวได้เช่นกัน ทั้งนี้ ความสูงของเศษยื่นนั้นจะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าเคลียร์เลนซ์และความเหนียวของโลหะเพิ่มขึ้น

โดยทั่วไปจะใช้ค่าเคลียร์เลนซ์คิดเป็น 2 ถึง 10 % ของค่าความหนาแผ่นโลหะ ดังนั้นหากแผ่นโลหะหนามากขึ้นก็ต้องใช้ค่าพิกัดเคลียร์เลนซ์มากขึ้นด้วย

หากไม่คำนึงถึงแรงเสียดทาน แรงที่ใช้ในการตัดเฉือนโลหะแผ่นสามารถคำนวณได้จาก ความยาวที่ตัด, ความหนาของแผ่นโลหะ และ ความต้านทานแรงเฉือนของโลหะ

การตัดรูปโลหะแผ่นหรือการแบลงก์ เป็นการตัดโลหะตามรูปร่างที่ออกแบบไว้ ลักษณะการเกิดการแตกหักเช่นเดียวกับการตัดเฉือนโลหะแผ่น

ติดต่อเอสเอสไอ (สำนักงานกรุงเทพฯ)

ติดต่อเอสเอสไอ (สำนักงานโรงงาน)

เชื่อมต่อกับเรา

We're on Social Networks. Follow us & get in touch.