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
กระบวนการเชื่อมแบบต่างๆ (ตอนที่ 4)
5. การเชื่อมในสถานะของแข็ง (SSW): เป็นกระบวนการเชื่อมโดยการหลอมเนื้อโลหะเข้าด้วยกันที่อุณหภูมิเฉพาะ ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเนื้อโลหะ อาจจะใช้แรงกดร่วมด้วยหรือไม่ก็ได้ เช่น การเชื่อมกดเย็น (CW) การเชื่อมแพร่ (DFW) การเชื่อมกดระเบิด (EXW) การเชื่อมตีทุบ (FOW) การเชื่อมกดเสียดทาน (FRW) การเชื่อมกดร้อน (HPW) การเชื่อมหมุน (ROW) การเชื่อมอัลตร้าโซนิก (USW)
6. การบัดกรี (S): เป็นกระบวนการเชื่อมโดยให้ความร้อนเพื่อหลอมละลายเนื้อโลหะเข้าด้วยกันที่อุณหภูมิที่เหมาะสม โดยใช้โลหะประสาน ซึ่งจะมีการกระจายตัวที่ผิวของรอยต่อด้วยแรงตึงผิว ประกอบด้วย การบัดกรีแบบจุ่ม (DS) การบัดกรีในเตา (FS) การบัดกรีในเตาเหนี่ยวนำ (IS) การบัดกรีด้วยอินฟราเรด (IRS)การบัดกรีด้วยหัวแร้ง (INS) การบัดกรีด้วยความต้านทาน (RS) การบัดกรีด้วยเปลวไฟ (TS) การบัดกรีด้วยคลื่น (WS)
7. การเชื่อมแบบอื่นๆ อาทิเช่น การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน (EBW) การเชื่อมอิเล็กโทรสแล็ก (ESW) การเชื่อมเลเซอร็ (LBW)การเชื่อมเหนี่ยวนำ (IW) การเชื่อมเทอร์มิท (TW)
8. กระบวนการเกี่ยวเนื่อง แบ่งได้ 3 ชนิด
• การพ่นพอกด้วยความร้อน (THSP)
• การต่อด้วยกาว (ABD)
• การตัดด้วยความร้อน (TC) ได้แก่ การตัดด้วยออกซิเจน (OC) การตัดด้วยอาร์ก (AC) และการตัดอื่นๆ

แหล่งที่มา: http://www.key-to-steel/ViewArticle.asp?ID=75
กระบวนการเชื่อมแบบต่างๆ (ตอนที่ 3)
การบัดกรีแข็ง (ต่อ)
วิธีการบัดกรีแข็งที่นิยมใช้มีทั้งหมด 7 ชนิดคือ การบัดกรีแข็งแพร่ (DFB) การบัดกรีแข็งแบบจุ่ม (DB) การบัดกรีแข็งในเตา (FB) การบัดกรีแข็งเหนี่ยวนำ (IB) การบัดกรีแข็งอินฟราเรด (IRB) การบัดกรีแข็งด้วยความต้านทาน (RB) การบัดกรีแข็งด้วยเปลวไฟ (TB)
3. การเชื่อมแก๊ส (OFW): เป็นกระบวนการเชื่อมที่ใช้ความร้อนจากเปลวจากแก๊สออกซิเจน เพื่อหลอมละลายบริเวณที่ทำการเชื่อม อาจจะใช้แรงกดและลวดเชื่อมร่วมด้วย การเชื่อมแก๊สมี 4 แบบ 2 แบบแรกคือ การเชื่อมออกซิ-อะเซทิลีน (OAW) และการเชื่อมออกซิ-ไฮโดรเจน (OHW) ซึ่งเปลวไฟได้จากปฏิกิริยาเคมี หรือการเผาไหม้ของแก๊ส เป็นตัวให้ความร้อน ส่วนการเชื่อมอะเซทิลีน-อากาศ (AAW) จะใช้อากาศแทนออกซิเจน และท้ายสุด คือ การเชื่อมแก๊สใช้แรงกด (PGW) มักจะใช้แก๊สอะเซทิลีนเป็นแก๊สเชื้อเพลิง และใช้แรงกดร่วมด้วย
4. การเชื่อมด้วยความเสียดทาน (RW ): เป็นกระบวนการเชื่อมโดยอาศัยความต้านทานต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าของตัวชิ้นงานเอง ทำให้เกิดความร้อนขึ้นหลอมชิ้นงานบริเวณที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน แล้วใช้แรงกดให้ชิ้นงานติดกัน ความแตกต่างของงานเชื่อมแบบนี้ ขึ้นกับการออกแบบงานเชื่อมและเครื่องจักรที่ใช้ ได้แก่ การเชื่อมชนวาบ (FW) การเชื่อมความต้านทานความถี่สูง (HFRW) การเชื่อมกระแทก (PEW) การเชื่อมโพรเจกชัน (RPW) การเชื่อมจุด (RSW) การเชื่อมตะเข็บ (RSEW) และการเชื่อมอัพเสท (UW)
กระบวนการเชื่อมแบบต่างๆ (ตอนที่2)
การเชื่อมอาร์ก (ต่อ)
• การเชื่อมอาร์กพลาสมา (PAW): เป็นการเชื่อมที่ได้รับความร้อนจากลำแสงพลาสมาที่เกิดจากการอาร์ก ระหว่างแท่งทังสเตนกับหัวฉีดทองแดงที่หล่อเย็นด้วยน้ำ แล้วใช้แก๊สเฉื่อยหรือแก๊สไฮโดรเจนอัดผ่านการอาร์ก ลำแสงพลาสมาจะหลอมละลายชิ้นงาน ใช้ลวดเชื่อมเติมลงในบ่อหลอมละลายหรือไม่ก็ได้ บริเวณบ่อหลอมละลายจะใช้แก๊สปกคลุมจากภายนอกมาช่วย แบ่งได้ 2 ชนิด คือ ทรานเฟอร์อาร์ก มักใช้กับการเชื่อมและการตัด และนอนทรานเฟอร์อาร์กมักใช้กับการพ่นพอก
• การเชื่อมอาร์กลวดเชื่อมสารพอกหุ้ม (SMAW): เป็นกระบวนการที่ได้รับความร้อนจากการอาร์กระหว่างลวดเชื่อมกับชิ้นงาน ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้แรงกดเป็นพิเศษในการเชื่อม ลวดเชื่อมและชิ้นงานบริเวณการอาร์กจะหลอมละลายรวมตัวกันเป็นแนวเชื่อม ส่วนสารพอกหุ้มจะเกิดเป็นแก๊สและสแล็กปกคลุมแนวเชื่อมจากบรรยากาศภายนอก
• การเชื่อมสลัก (SW): เป็นการทำให้โลหะเกิดการหลอมละลายโดยการให้ความร้อนจากการอาร์กระหว่างสลักโลหะกับชิ้นงาน เมื่อบริเวณผิวถูกเชื่อมติดกันอันเนื่องมาจากความร้อนก็จะทำให้เกิดการเชื่อมติดภายใต้แรงกด
• การเชื่อมอาร์กใต้ฟลักซ์ (SAW):เป็นกระบวนการที่ได้รับความร้อนจากการอาร์กระหว่างลวดเชื่อมเปลือยที่ป้อนเข้ามาอย่างต่อเนื่องกับชิ้นงาน โดยลวดเชื่อมจะหลอมละลายเติมในแนวเชื่อม และบางครั้งอาจเติมแท่งลวดเชื่อมเสริมเข้าไป บริเวณอาร์กจะถูกปกคลุมด้วยฟลักซ์ป่นเป็นผงละเอียด ทำให้เกิดการอาร์กอยู่ใต้ฟลักซ์ ซึ่งฟลักซ์ส่วนหนึ่งจะหลอมละลายเป็นสแล็กปกคลุมแนวเชื่อม
2. การบัดกรีแข็ง (B ): เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดการหลอมรวมตัวของเนื้อโลหะโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิที่เหมาะสม มีการใช้โลหะประสาน โดยโลหะประสานจะหลอมตัวไปแทรกอยู่ที่รอยเชื่อมต่อด้วยแรงตึงผิว การบัดกรีแข็งนี้เป็นรูปแบบการเชื่อมแบบพิเศษ เนื่องจากไม่มีการหลอมละลายของเนื้อโลหะ และสัมพันธ์กับกระบวนการเชื่อมที่ใช้ทองเหลืองและทองแดงเป็นโลหะประสาน แต่จะไม่มีการกระจายตัวของโลหะประสานด้วยแรงตึงผิว
กระบวนการเชื่อมแบบต่างๆ (ตอนที่ 1)
สมาคมการเชื่อมของอเมริกา ได้ให้คำจำกัดความกระบวนการการเชื่อมว่า “เป็นกระบวนการในการเชื่อมติดเนื้อวัสดุเข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นการรวมตัวกันโดยการให้ความร้อนกับวัสดุด้วยอุณหภูมิที่เหมาะสม อาจจะมีการใช้แรงดันร่วมด้วย หรือ อาจจะใช้แรงดันเพียงอย่างเดียว และอาจจะใช้สารตัวเติม/ ลวดเชื่อมด้วยก็ได้”
ประเภทของการเชื่อมแบบต่างๆ
1. การเชื่อมอาร์ก (Arc welding) แบ่งได้ 8 ชนิด
• การเชื่อมอาร์กคาร์บอน (CAW): เป็นกระบวนการเชื่อมที่ทำให้เกิดการรวมตัวของเนื้อโลหะโดยการให้ความร้อน ทั้งนี้ใช้การอาร์กระหว่างแท่งอิเล็กโทรดคาร์บอน กับตัวชิ้นงาน อาจจะใช้แรงดันกับลวดเชื่อมด้วยหรือไม่ก็ได้ นิยมใช้แบบแท่งคู่
• การเชื่อมอาร์กลวดใส้ฟลักซ์ (FCAW): เป็นกระบวนการที่ได้รับความร้อนจากการอาร์กระหว่างลวดเชื่อมที่มีฟลักซ์อยู่ในแกนกลางซึ่งป้อนเข้ามาอย่างต่อเนื่องกับชิ้นงาน บริเวณอาร์กจะมีแก๊สและสแล็กปกคลุมแนวเชื่อมซึ่งเกิดจากการหลอมของฟลักซ์ ถ้าต้องการแนวเชื่อมที่มีคุณภาพ จะใช้แก๊สปกคลุมจากภายนอกมาช่วย เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
• การเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุม (GMAW): เป็นกระบวนการที่ได้รับความร้อนจากการอาร์กระหว่างลวดเชื่อมที่ป้อนเข้ามาแบบต่อเนื่องกับชิ้นงาน ทำให้ลวดเชื่อมและชิ้นงานบริเวณการอาร์กหลอมละลายรวมตัวกันเป็นแนวเชื่อม บริเวณการอาร์กจะได้รับการปกคลุมจากแก๊สที่จ่ายมาจากแหล่งกำเนิดภายนอก แบ่งออกตามชนิดของแก๊สคลุมได้ 2 ชนิด คือ การเชื่อมมิก (MIG : Metal Inert Gas) ใช้แก๊สเฉื่อย เช่น อาร์กอนหรือฮีเลียม หรือทั้งสองอย่างผสมกันมาใช้เป็นแก๊สปกคลุม อีกชนิดหนึ่งคือ การเชื่อมแมก (MAG : Metal Active Gas) จะใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สปกคลุม
• การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม (GTAW): เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการเชื่อมทิก (TIG) เป็นกระบวนการเชื่อมที่ได้รับความร้อนจากการอาร์กระหว่างแท่งทังสเตน (ไม่หลอมละลาย) กับชิ้นงานทำให้ชิ้นงานบริเวณการอาร์กหลอมละลายซึ่งจะเติมลวดเชื่อมหรือไม่เติมลวดเชื่อมก็ได้
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
การชุบแข็ง คืออะไร
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
การอธิบายการทดสอบคุณสมบัติของเหล็กรีดร้อน (พอสังเขป)
1. การทดสอบส่วนผสมทางเคมีของเหล็ก ( Chemical Composition Testing)
1.1 ทดสอบโดยใช้กรรมวิธีทางเคมี
ให้ผลการทดสอบที่แม่นยำมากที่สุด โดยการนำตัวอย่างชิ้นงานมาย่อยให้เป็นเศษหรือผงก่อน แล้วจึงนำไปทำละลายด้วยสารเคมี แล้วจึงนำสารละลายที่ได้ไปทดสอบตามกรรมวิธีการทดสอบของแต่ละธาตุ
1.2 การทดสอบโดยใช้เครื่องทดสอบ
โดยใช้เครื่อง Spectrometer ซึ่งสะดวกและรวดเร็วกว่าวิธีแรกเป็นอย่างมาก สามารถทดสอบธาตุที่ต้องการได้หลายๆ ธาตุในคราวเดียวกัน โดยการใช้กระแสไฟฟ้ากระตุ้นให้อะตอมเปล่งรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา แล้วตัวเครื่องจะตรวจจับคลื่นดังกล่าวเพื่อประมวลผลออกมาเป็นชนิดและเปอร์เซ็นต์ของแต่ละธาตุที่เป็นส่วนผสม

2. การทดสอบโครงสร้างภายใน (Metallography)
ทดสอบขนาดและรูปร่างของเกรนและผลึก ( Grain & Crystallites)

3. การทดสอบคุณสมบัติทางกล ( Mechanical Properties)
3.1 การทดสอบแรงดึง ( Tensile Test)
เป็นการหาค่าความแข็งแรงของวัสดุ (Tensile Strength)
3.2 การทดสอบการดัดโค้ง ( Bend Test)
เป็นการตรวจสอบความเหนียว ( Ductility) เพื่อดูคุณสมบัติของวัสดุในการยืดออกได้หรือถูกดึงออกได้ในช่วงของการเสียรูปถาวร (Plastic deformation)
3.3 การทดสอบแรงกระแทก ( Impact Test)
เป็นวิธีการทดสอบความแกร่ง ( Toughness) ซึ่งเป็นความสามารถของวัสดุที่จะดูดซึมพลังงานไว้โดยไม่เกิดการแตกหัก
3.4 การทดสอบความแข็ง ( Hardness)
วิธีที่นิยมใชักันมากคือ วิธีแบบ Rockwell, Brinell หลักการวัด คือ จะใช้หัวกดที่มีทั้งรูปร่างเป็นทรงกลมและทรงกรวย (ขึ้นกับวัสดุและวิธีการทดสอบที่ใช้) มากดลงบนผิวของชิ้นงานโดยใช้แรงจำนวนหนึ่ง จากนั้นเครื่องจะคำนวณและบันทึกค่าความแข็งของวัสดุออกมาโดยพิจารณาจากรอยบุ๋มของรอยกด แรงที่ใช้ และขนาดของหัวกด
Reference: 1.Donald R. Askeland.,The Science and Engineering of Materials, 3rd editionn,PWS Publishing company (1994)
2.D.T.Llewellyn.,Steels: Metallurgy and Applications, 2nd edition,Butterworth-Heinemann Ltd (1992)
รู้จักเอสเอสไอความรู้เรื่องเหล็กการพัฒนาแบบยั่งยืน