ผลของเวลาอบแช่ในกระบวนการอบชุบความร้อนแบบไ - ThaiJO

250 วารสารวจย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลศรวชย 12(2) : 250-262 (2563)

ผลของเวลาอบแชในกระบวนการอบชบความรอนแบบไซคลกตอโครงสรางคารไบดแบบตาขายของเหลกกลาคารบอนคารเบอรไรซง

The Effect of Holding Time in Cyclic Heat Treatment Process on Network Carbide Structure of Carburized Carbon Steel

ณรงคศกด ธรรมโชต วรรณา หอมจะบก * อมรศกด มาใหญ และ สมบต นอยมง

Narongsak Thammachot, Wanna Homjabok *, Amornsak Mayai and Sombut Noyming Received: 7 March 2019, Revised: 30 July 2019, Accepted: 15 October 2019

บทคดยอ

งานวจยนมวตถประสงคเพอศกษาผลของเวลาอบแชในการอบชบความรอนแบบไซคลกทมตอโครงสรางคารไบดแบบตาขายและสมบตทางกลของเหลกกลาคารบอนต าทผานกระบวนการแพคคารเบอไรด การทดลองท าโดยการน าชนทดสอบมาท าการใหความรอนเหนออณหภมวกฤตเสน A1 ทอณหภม 780 °C สลบกบต ากวาเสน A1ทอณหภม 680 °C จ านวน 5 รอบ แตละรอบใชเวลาอบแช 0, 5 และ 10 นาท จากนน น าชนทดสอบมาท าการชบแขงโดยใหความรอนทอณหภมออสเทนไนต 780 °C เวลา 30 นาท จมชบในน าแลวเทมเปอรทอณหภม 180 °C เวลา60 นาท จากนน ท าการตรวจสอบโครงสรางจลภาคและสมบตทางกล จากผลการทดลองพบวา ชนทดสอบทผานกระบวนการแพคคารเบอไรซงเกดโครงสรางโปรยเทกตอยดซเมนไทตหรอคารไบดแบบตาขายในเมทรกซเพอรไลต เมอผานกระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกทเวลาการอบแชทตางกน ท าใหโครงสรางโปรยเทกตอยดซเมนไทตและยเทกตอยดซเมนไทตเปลยนแปลงไปเปนคารไบดกอนกลมกระจายตวอยในเมทรกซเพอรไลต โดยแนวโนมของคารไบดกอนกลมจะเพมมากขนเมอใชเวลาอบแชมากขน ภายหลงท าการชบแขงและการเทมเปอรพบวา เมทรกซเพอรไลตเปลยนไปเปนมารเทนไซตเมทรกซโดยมคารไบดกอนกลมกระจายอยทวไป ในขณะทสมบตทางกลทงคาความแขง ความตานทานแรงกระแทก และความตานทานแรงดงมแนวโนมสงขนเมอใชเวลาอบแชมากขน

ค าส าคญ: การอบชบความรอนแบบไซคลก, คารไบดกอนกลม, คารไบดแบบตาขาย, แพคคารเบอไรซง ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- หนวยวจยโลหวทยาและการอบชบความรอน คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน อ าเภอเมอง จงหวดนครราชสมา 30000 Metallurgy and Heat Treatment Research Unit, Faculty of Engineering and Architecture, Rajamangala University of Technology Isan, Muang, Nakhon Ratchasima 30000, Thailand. * ผนพนธประสานงาน ไปรษณยอเลกทรอนกส (Corresponding author, e-mail): [email protected]

วารสารวจย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลศรวชย 12(2) : 250-262 (2563) 251

ABSTRACT

The objective of this research was to study the effect of holding time of cyclic heat treatment on network carbide and mechanical properties of pack carburized low carbon steel. The experiments were conducted by heating the specimens over critical temperature A1 line at 780 °C followed by cooling down to lower critical temperature A1 line at temperature of 680 °C. The cycles of heating and cooling were 5 cycles, each of cycle was held at 0, 5 and 10 minutes. They were then hardened by austenitizing temperature of 780 °C with the holding time of 30 minutes followed by quenching in water. Finally, the specimens were tempered at 180 °C for 30 minutes. The microstructure inspection and mechanical properties testing were carried out. The results of this experiment showed that the microstructure of pack carburized specimens consisted of pro-eutectiod cementite or network carbide in pearlite matrix. After cyclic heat treatment, the pro-eutectiod cementite and eutectoid cementite structure transformed to spheroidized carbides and distributed in pearlite matrix. The tendency of spheroidized carbides grew when the holding time increased. After hardening and tempering, the pearlite matrix transformed to martensite matrix with the distributed of spheroidized carbides. The mechanical properties such as hardness, impact and tensile strength tended to rise when the holding time increased.

Key words: cyclic heat treatment, spheroidized carbide, network carbide, pack carburizing

บทน า กระบวนการทางความรอนมความส าคญ

อยางมากในการปรบปรงสมบตทางกลของโลหะใหดขนและใหเหมาะสมกบการน าไปใชงาน เหลกเครองมอ (Tool steel) เปนเหลกทมธาตผสมสง มความสามารถในการชบแขงทด สงผลท าใหมสมบตทางกลทดขนดวย (มนส, 2537) สวนเหลกกลาคารบอนต าเปนเหลกทไมสามารถท าการชบแขงได เนองจากมปรมาณคารบอนทต า จงไมสามารถเกดโครงสรางมาเทนไซตไดภายหลงการชบแขง ท าใหมสมบตทางกลทดอยกวา แตเหลกกลาคารบอนต ามจดเดนคอตนทนทถกกวาเหลกเครองมออยมาก จงมการศกษาวธการทจะท าใหเหลกกลาคารบอนต าสามารถท าการชบแขงได โดยเฉพาะอยางยงการชบแขงผวโดยการเพมธาตคารบอนเขาไปในเนอเหลก หนงในวธการทมตนทนต า คอ การแพคคารเบอไรซง

(มนส, 2537) งานวจยนจงอาศยวธแพคคารเบอไรซงเพอเพมธาตคารบอนทผวของชนงาน จะท าใหสามารถท าการชบแขงไดโดยยงคงความเหนยวไวภายในโครงสราง อยางไรกตาม เมอเหลกผานการแพคคา ร เบอไรซงแลวจะท าใหเ กดโครงสราง คารไบดแบบตาขายขนบรเวณขอบเกรนของเพอรไลต ซงไมเปนผลดตอสมบตทางกล และยงท าใหกระบวนการตด กลง ไส ท าไดยาก จงตองมกระบวนอบชบความรอนทสามารถเปลยนคารไบดแบบ ตาขายใหเปนคารไบดกอนกลม หนงในกระบวนการอบ ชบความ รอนใหไดค า ร ไบดกอนกลม คอ กระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลก ซงเปนกระบวนทท าใหคารไบดทมลกษณะเปนตาขายขาดออกจากกนและเปลยนไปเปนคารไบดกอนกลม โดยทผานมาไดมงานวจยทท าการศกษากระบวนการดงกลาว เชน Atanu et al. (2010) ไดศกษาผลของ


กระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกตอโครงสรางจลภาคและสมบตทางกลของเหลกกลา Fe-0.6C โดยพบวาจ านวนรอบทมากขนจะท าใหไดโครงสรางทเลกละเอยด ชวยใหสมบตทางกลดขน ตอมา Lv et al. (2013) ไดท าการศกษาพฤตกรรมการเกดคารไบดกอนกลมจากกระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกในเหลกกลา Fe-0.8C ซงท าใหสมบตทางกลดขน นอกจากน ยงมงานวจยของ Alok et al. (2016) ไดท าการศกษากระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกเพอใชในการปรบปรงสมบตทางกลใหแกเหลกกลา AISI 1080 หรอเหลกกลา ยเตกตอยด (eutectoid steel) จะเหนไดวา งานวจยทผานมาไดใชกระบวนทางความรอนแบบไซคลกใหแกเหลกกลาคารบอนสง (high carbon steel) แตยงไมพบงานวจยทศกษาในเหลกกลาคารบอนต าทผานการแพคคารเบอรไรซง งานวจยนจงมวตถประสงคเพอศกษาผลของเวลาอบแชในการอบชบความรอนแบบไซคลกของเหลกกลาคารบอนต าทผานกระบวนการแพคคารเบอไรซง ทมตอโครงสรางจลภาคและสมบตทางกล ไดแก

ความแขง ความตานทานแรงกระแทก ความตานทานแรงดง และเปอรเซนตการยดตว

วธการด าเนนการวจย 1. การเตรยมชนทดสอบ

ชนงานทดสอบเปนเหลกกลาคารบอนต า AISI 1020 มลกษณะเปนแทงกลมขนาดเสนผานศนยกลาง 12 ม ล ล เมตร เ ม อน า ไปว เ ค ราะหองคประกอบทางเคมดวยเครอง Optical Emission Spectrometer พบวามปรมาณธาตผสมประกอบดวย 0.163 %C, 0.06 %Mn, 0.0042 %P และ 0.012 %S ตามล าดบ จากนนน าเหลกมาตดและกลงขนรปใหไดขนาดตามมาตรฐาน ASTM A370-14 (ASTM, 2016) ดงแสดงในภาพท 1 (ก) โดยบรเวณทจะถกจบดวยเครองทดสอบแรงดงมการเผอขนาดใหมความยาวมากขนเพอตด (สวน A-A) น าไปวดคาความแขงและตรวจสอบโครงสรางจลภาค สวนชนทดสอบความตานทานแรงกระแทกแบบชารป (Charpy) แสดงในภาพท 1 (ข) จ านวนชนทดสอบทใชแตละการทดลองจะใชจ านวน 3 ชน

(ก)

(ข) ภาพท 1 ขนาดชนทดสอบตามมาตรฐาน ASTM (2016)

(ก) ชนทดสอบแรงดง และ (ข) ชนทดสอบแรงกระแทกแบบชารป


2. กระบวนการอบชบความรอน กระบวนการอบชบความรอนแบงออกเปน

3 ขนตอน คอ ขนตอนแรกเปนการแพคคารเบอไรซง ขนตอนทสองเปนการอบชบความรอนแบบไซคลก และขนตอนทสามเปนการชบแขง โดยแตละขนตอนมรายละเอยดดงตอไปน

ขนตอนแรกของการแพคคารเบอไรซงเปนการเพมธาตคารบอนเขาไปในผวเหลก โดยการน า

ถานไมยคาลปตสมาบดแลวรอนผานตะแกรงรอนขนาดร 1 มลลเมตร (16 Mesh) จากนนน ามาผสมกบผงสาร เ ร งป ฏ ก ร ยาแคล เ ซยมคา รบอ เนตดวยอตราสวน 80:20 โดยน าหนก เมอผสมเสรจจงน ามาบรรจลงในกลองเหลกพรอมชนทดสอบแลวท าการปดฝากลอง น าเขาเตาอบ โดยใชอณหภม 950 °C เวลา 4 ชวโมง แลวน าออกจากเตาใหเยนตวในอากาศ ดงแสดงในภาพท 2

ภาพท 2 การแพคคารเบอไรซงเพอเพมธาตคารบอนทผวเหลก

ขนตอนทสอง หลงจากชนทดสอบถกเพมธาตคารบอนดวยกระบวนการแพคคารเบอไรซงแลว จะถกน ามาอบชบความรอนแบบไซคลก เพอเปลยนคารไบดแบบตาขายใหเปนคารไบดกอนกลม โดยท าการใหความรอนชนทดสอบสลบขนลงระหวางอณหภมวกฤต A1 (727 °C) โดยอณหภมเหนอเสน A1 อยทอณหภม 780 °C และอณหภมต ากวาเสน A1 อยท 680 °C ส าหรบเวลาอบแชทอณหภมเหนอเสน

A1 และต ากวาเสน A1 นนแบงออกเปน 3 กลมชนทดสอบ โดยชนทดสอบกลมแรกใหเวลาในการอบแช 0 นาท สวนชนทดสอบกลมทสองใหเวลาในการอบแช 5 นาท และชนทดสอบกลมทสามใหเวลาในการอบแช 10 นาท ดงแสดงในภาพท 3 การใหอณหภมสลบขนลงจะก าหนดไวทจ านวน 5 รอบ แ ล ว ป ล อ ย ใ ห เ ย น ต ว ใ น อ า ก า ศ


ภาพท 3 การอบชบความรอนแบบไซคลกเพอเปลยนคารไบดแบบตาขายใหเปนคารไบดกอนกลม

ขนตอนท 3 การชบแขง โดยน าชนทดสอบทผานการอบชบความรอนแบบไซคลกมาใหความรอนทอณหภม 780 °C เวลา 30 นาท จากนนจมชบ

ในน าแลวเทมเปอรทอณหภม 180 °C เวลา 60 นาท ดงแสดงในภาพท 4

ภาพท 4 การชบแขงและการเทมเปอร

3. การทดสอบสมบตทางกลและตรวจสอบโครงสรางจลภาค

ชนทดสอบทผานกระบวนทางความรอนมาแลว จะถกน ามาทดสอบสมบตทางกล โดยการทดสอบความตานทานแรงดง ท าการทดสอบดวยเครองทดสอบแรงดงขนาด 100 kN ยหอ LLOYDK รน LS 100 plus ความเรวทดสอบคอ 5 มลลเมตร/นาท การทดสอบความตานทานแรงกระแทกท าการทดสอบแบบชารปดวยเครองทดสอบแรงกระแทกยหอ AVERY DENISON รน LS102DE ส าหรบการทดสอบความแขงใชเครองไมโครวกเกอรสแบบ

ดจตอลยหอ MATSUZAWA รน MMT-X34 แรงกดในการทดสอบคอ 300 gf เวลา 10 นาท และการตรวจสอบโครงสรางจลภาคใชการตรวจสอบดวยกลองจลทรรศนแบบแสง (Optical microscope) ยหอ OLYMPUS รน BX60M

ผลการวจยและวจารณผล 1. โครงสรางจลภาค

ชนทดสอบทน ามาใชในการทดสอบ คอเหลกกลาคารบอนต า AISI 1020 ประกอบดวยโครงสรางของเพอรไลต (Pearlite) และเฟอรไรต


(Ferrite) ดงแสดงในภาพท 5 (ก) เมอผานการเพมธาตคารบอนทผวดวยกระบวนการแพคคารเบอไรซงเพอเ พมธาตคา รบอนทผว และเ มอน ามา ว เคราะหองคประกอบทางเคมดวยเครอง Optical Emission Spectrometer พบวามปรมาณธาตคารบอนทผวเพมขน จาก 0.163 % เปน 0.908 % ซงคอเหลกกลาไฮเปอรยเตกตอยด (hypereutectoid steel) ท าใหเกด

โครงสรางโปรยเทกตอยดซเมนไทต (Pro-eutectiod cementite) ทลอมรอบโครงสรางเพอรไลตซงเปนเมทรกซ (Matrix) ดงแสดงในภาพท 5 (ข) ลกษณะของซเมนไทตทเกดขนตามขอบเกรนมการเชอมตอเปนคารไบดแบบตาขาย (Network carbide) หรอ ซ เมนไทตแบบตา ขาย (Network cement i t e )

(ก) (ข)

ภาพท 5 โครงสรางจลภาคของ (ก) AISI 1020 และ (ข) หลงการผานกระบวนการแพคคารเบอไรซง

เมอน าชนงานทผานการแพคคารเบอไรซงไปท าการอบชบทางความรอนแบบไซคลก ทเวลาอบแช 0, 5 และ 10 นาท จ านวน 5 รอบ แลวน ามาตรวจสอบโครงสรางจลภาค ดงแสดงในภาพท 6 จะเหนไดวา ทระยะลกเขาไปจากขอบชนงาน 0.2 มลลเมตร ทเวลาอบแช 0 นาท คารไบดกอนกลมขนาด เ ล ก เ ก ด ข นบน เ มท ร กซ เ พอ ร ไ ลต แ ต คารไบดแบบตาขายทมขนาดใหญกวาจะขาดออกจากกนแลวเรมฟอรมรปรางเปนกอนกลม แตยงไมสมบรณจงมลกษณะคลายตวหนอน ซงแตกตางจากเวลาอบแชท 5 และ 10 นาท ทคารไบดจะฟอรมรปรางเปนคารไบดกอนกลม (Spheroid carbide) กระจายตวอยบนเมทรกซเพอรไลตทวไป ผลในสวนนมความสอดคลองกบงานวจยของ Alok et al. (2016) งานวจยของ Lv et al. (2013) และงานวจย

ของ Atanu et al. (2010) ทพบวากระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกวาซเมนไทตจะเกดการแตกออกจากกน

ในขณะเดยวกนทระยะลกเขาไปท 0.8 มลลเมตร ปรมาณธาตคารบอนแพรเขามาทระยะนไดนอย ท าใหมปรมาณคารบอนต ากวาจดยเทกตอยด สงผลใหเกดโครงสรางเฟอรไรตและเพอรไลต เมอผานการใหความรอนแบบไซคลก จงปรากฏคารไบดกอนกลมเพยงเลกนอยของเวลาการอบแชท 5 และ 10 นาท เทาน น สวนทเวลาอบแช 0 นาท จะพบ โปรยเทกตอยดเฟอรไรต (Pro-eutectiod ferrite) อยในเมทรกซเพอรไลตดวย

สดทายทระยะลก 1.0 มลลเมตร ซงเปนระยะทลกมากขนท าใหปรมาณธาตคารบอนแพรเขา


มาไดนอยกวา จะพบโปรยเทกตอยดเฟอรไรตทมขนาดใหญกวาทพบในระยะลก 0.8 มลลเมตร

ระยะลกจากขอบชนทดสอบ ).มม(

เวลาอบแช 0 นาท เวลาอบแช 5 นาท เวลาอบแช 10 นาท

0.2

0.8

1.0

ภาพท 6 โครงสรางจลภาคของชนทดสอบทผานการแพคคารเบอไรซงแลวท าการอบชบทางความรอนแบบไซคลก ทเวลาอบแช 0, 5 และ 10 นาท จ านวน 5 รอบ

ชนทดสอบทผานกระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกแลว ถกน ามาท าการชบแขงและการเทมเปอร เมอท าการตรวจสอบโครงสรางจลภาค ดงแสดงในภาพท 7 จะเหนไดวา ทระยะลกจากขอบของชนทดสอบเขามา 0.2 มลลเมตร จะปรากฎคารไบดกอนกลมอยางชดเจนกระจายตวอยในเมทรกซมารเทนไซต โดยคารไบดทเปนเมดขนาดใหญเ กดจากโปรย เทกตอยด ซ เมนไทต (Pro -

eutectiod cementite) หรอซเมนไทตแบบตาขาย (Network cementite) ส าหรบคารไบดกอนกลมขนาดเลก เ กดจากย เทกตอยดซ เมนไทต (Eutec t iod cementite) ส าหรบทระยะลก 0.8 มลลเมตร จะม คารไบดกอนกลมเมดเลกๆ กระจายตวอยในเมทรกซมารเทนไซต ในขณะทระยะลก 1.0 มลลเมตร เปนเมทรกซมารเทนไซต


ระยะลกจากขอบชนทดสอบ ).มม(

เวลาอบแช 0 นาท เวลาอบแช 5 นาท เวลาอบแช 10 นาท

0.2

0.8

1.0

ภาพท 7 โครงสรางจลภาคของชนทดสอบทผานการแพคคารเบอไรซงแลวท าการอบชบทางความรอนแบบไซคลก ทเวลาอบแช 0, 5 และ 10 นาท จ านวน 5 รอบ และผานการชบแขงและการเทมเปอร

จะเหนไดวากระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกสามารถเปลยนโครงสรางของ คารไบดแบบตาขายเปนโครงสรางแบบกอนกลมอยในเมทรกซเพอรไลต (กอนการชบแขง) ซงเกดจากการใหอณหภมทสงกวาอณหภมวกฤตหรอเสน A1

แตไมเกนเสน Acm เพอไมใหซเมนไทตหรอคารไบดสลายตวไปเปนออสเทนไนต และสลบกบการใหอณหภมทต ากวาเสน A1 เพยงเลกนอย ท าใหคารไบดแบบตา ขาย เ กดความไม เส ถยร ขน เ พ อ รกษาเสถยรภาพดงกลาวไว คารไบดจงพยายามลดพนทผวใหเหลอนอยทสดเพอใหมพลงงานต าสด ซงรปทรงทมพนทผวนอยทสดเมอมปรมาตรเทากนคอรปทรงกลม และเมอน าชนงานไปท าการชบแขงและการ เทมเปอร เมทรกซเพอรไลตจะเปลยนไปเปนมารเทนไซตซงเปนผลจากกระบวนการชบแขง

2. สมบตทางกล ผลการทดสอบสมบตทางกล งานวจยนได

ท าการทดสอบความแขง ความตานทานแรงกระแทก และความตานทานแรงดง โดยภาพท 8 แสดงการเปรยบเทยบความแขงของชนทดสอบ เนองดวยกระบวนการแพคคารเบอไรซงเปนการเพมความแขงทผว ดงนน การทดสอบคาความแขงจงเรมตงแตทผวชนทดสอบเขาไปจนถงระยะลก 1.0 มลลเมตร จากกราฟการเปรยบเทยบจะเหนไดวา ชนทดสอบทผานกระบวนการแพคคารเบอไรซงมานน คาความแขงทผวนอกจะสงกวาทระยะความลกเพมขน ทเปนเชนนเพราะปรมาณธาตคารบอนจากถานไม ไดแพรเขาไปในเนอเหลกท าใหปรมาณคารบอนทผวเหลกเพมขน โดยจากโครงสรางจลภาคทผวนอกจะพบโครงสรางโปรยเทกตอยดซเมนไทตหรอคารไบดแบบตาขาย


จงท าใหความแขงทผวนอกมคาสง ในขณะทเมอความลกเพมขนปรมาณธาตคารบอนแพรเขาไปไดนอย จงพบโครงสรางโปรยเทกตอยดเฟอรไรตสงผลใหทระยะลกทเพมขนคาความแขงจงลดลง

ภายหลงจากการอบชบความรอนแบบ ไซคลกทกๆ ระยะลก คาความแขงจะต ากวาชนทดสอบทผานการท าแพคคารเบอไรซง เนองจาก โปรยเทกตอยดซเมนไทตท มรปรางเปนตาขายลอมรอบเพอรไลตและยเทกตอยดซเมนไทตทมรปรางเปนแผนสลบกบเฟอรไรตหรอลาเมลลาเพอรไลต (Lamella pearlite) (ณรงคศกด, 2556) ไดเปลยนไปเปนกอนกลม เมอถกแรงกระท าคารไบดกอนกลมจะกระจายแรงไดดกวารปทรงแบบแผน จงท าใหชนทดสอบทผานการอบชบความรอนแบบไซคลกเพอเปลยนใหคารไบดกอนกลมมคาความแขง

นอยกวาชนทดสอบทผานการแพคคารเบอไรซงมาแลวมคารไบดแบบตาขาย

ส าหรบคาความแขงของชนทดสอบทผานการอบชบความรอนแบบไซคลกเวลาอบแช 0, 5 และ 10 นาทนน มคาความแขงทไมแตกตางกน แตเมอผานการชบแขงแลวจะเหนไดวา ชนทดสอบทผานการอบแช 10 นาท มคาความแขงทต ากวาเวลาอบแชท 0 และ 5 นาท ทงนเปนไปไดวาเปนผลมาจากการอบแชในชวงอณหภมทสงกวาอณหภมวกฤตดวยเวลาทนานกวา ท าใหการฟอรมตวของคารไบดกอนกลมมเวลาทมากกวา จงสามารถเกดคารไบดทมกอนกลมไดมากกวา เมอถกแรงกระท าจงกระจายแรงไดดกวา ท าใหมแรงตานตอแรงกดจากการวดความแขงนอย คาความแขงทไดจงต ากวา อยางไรกตาม ขอสนนษฐานดงกลาวตองท าการศกษาความกลมของคา ร ไบด ท ส มพน ธ กบ เ วล า กา รอบแ ช ต อ ไป

ภาพท 8 การเปรยบเทยบความแขงของแตละขนตอนของกระบวนการอบชบความรอน

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

คาคว

ามแข

ง (H

V)

ระยะลก (มม) อบแช 0 นาท (คารไบดกลม) อบแช 5 นาท (คารไบดกลม)

อบแช 10 นาท (คารไบดกลม) อบแช 0 นาท (ชบแขง)

อบแช 5 นาท (ชบแขง) อบแช 10 นาท (ชบแขง)

แพกคารเบอไรซง


ผลของการทดสอบความตานทานแรงกระแทก ชนทดสอบทผานการแพคคารเบอไรซงมคาความตานทานแรงกระแทก 3 จล แลวท าการเป รยบ เ ท ยบ ชนทดสอบทผ านการอบชบดว ยกระบวนการตางๆ แสดงในภาพท 9 จะเหนไดวาชนทดสอบทผานการแพคคา ร เบอไรซงมคาความตานทานแรงกระแทกทต า สา เหต เ นองมาจากโครงสรางของคารไบดแบบตาขายทมความแขงแตเปราะ ท าใหมความตานทานแรงกระแทกนอย เมอท าการอบชบทางความรอนแบบไซคลกแลวพบวา คาความตานทานแรงกระแทกของชนทดสอบสงขนอยางชดเจน ทงนเนองมาจากคารไบดแบบตาขายและลาเมลาคารไบดเปลยนไปเปนคารไบดกอนกลม สงผลให เหลก มความเหนยว เ พม ขนจงมความ

ตานทานแรงกระแทกไดสงขน อยางไรกตาม เมอชนทดสอบผานการชบแขงและการเทมเปอรจะท าใหความตานทานแรงกระแทกน นลดลง เ นองจากภายหลงการชบแขงโครงสรางทไดคอมารเทนไซตซงมความแขงสงแตมความเหนยวต า ความตานทานแรงกระแทกจงลดลงตามไปดวย เมอพจารณาเวลาการอบแชในขนตอนการอบชบความรอนแบบไซคลก จะเหนไดวา ทเวลาการอบแชทเพมขนสงผลตอการเพมขนของความตานทานแรงกระแทกทเพมขนดวย ทงนเปนไปไดวาเปนผลมาจากการอบแชดวยเวลาทนานขน ท าใหคารไบดมความกลมมากขนท าใหความแขงลดลง เหลกจงมความเหนยวมากขนสงผลใหความตานทานแรงกระแทกเพม ขนตามไปดวย

ภาพท 9 การเปรยบเทยบความตานทานแรงกระแทกของแตละขนตอนของกระบวนการอบชบความรอน


ภาพท 10 การเปรยบเทยบความตานทานแรงดงของแตละขนตอนของกระบวนการอบชบความรอน

ผลการทดสอบความตานทานแรงดง ชนทดสอบทผานการแพคคาร เบอไรซงมคาความตานทานแรงดง 188.83 MPa แลวท าการเปรยบเทยบชนทดสอบทผานการอบชบดวยกระบวนการตางๆ แสดงดงภาพท 10 จะเหนไดวา ชนทดสอบเมอท าการอบชบทางความรอนแบบไซคลกกอนการชบแขงจะมคาความตานทานแรงดงทสง ขน เ นองจาก

คารไบดแบบตาขายไดเปลยนไปเปนคารไบดกอนกลม ท าใหเหลกมความเหนยวและความตานทางแรงดงสงขน โดยชนงานทใชเวลาในการอบแช 10 นาท ซงปรากฎการเกดคารไบดกอนกลมมากทสดจะใหคาความตานทานแรงด ง ส ง ท สด ซ งผลดงก ลาวสอดคลองกบงานวจยของ Lv et al. (2013) และงานวจยของ Atanu et al. (2010)

ภาพท 11 การเปรยบเทยบเปอรเซนตการยดตวของแตละขนตอนของกระบวนการอบชบความรอน


ผลการทดสอบเปอ ร เ ซนตก ารย ดตว (%elongation) ชนทดสอบทผานการแพคคารเบอไรซงมคาเปอรเซนตการยดตวเทากบ 2.28 ภาพท 11 แสดงผลของเปอรเซนตการยดตวของชนทดสอบทผานการอบชบดวยกระบวนการตางๆ ซงมแนวโนมไปในทศทางเดยวกนกบผลการทดสอบแรงกระแทก กลาวคอ หลงจากผานกระบวนการอบชบเพอใหไดคารไบดกอนกลม ชนงานจะมเปอรเซนตการยดตวทสง และจะลดลงเมอน าไปท าการชบแขงและเทมเปอร โดยเวลาทใชในการอบแชทนานขนจะท าใหเปอรเซนตการยดตวมคาเพมขน ภายหลงการชบแขงและการเทมเปอรความตานทานแรงดงจะลดลง เพราะโครงสรางมารเทนไซตทเกดขนภายหลงการชบแขงจะท าใหเหลกมความแขงทเพมขนแตความเหนยวจะลดลง

สรป จากผลการตรวจสอบโครงสรางจลภาคและการทดสอบสมบตทางกล จะเหนไดวา ทงโครงสรางจลภาคและสมบตทางกลใหผลทสอดคลองกน กลาวคอ เมอชนทดสอบผานการเพมธาตคารบอนดวยกระบวนการแพคคารเบอไรซง ปรมาณธาตคารบอนทเพมขนจะท าใหเกดโครงสรางคารไบดแบบตาขาย สงผลใหชนทดสอบมคาความแขงสงและมความตานทานแรงกระแทกทต ากวาชนทดสอบทผานการอบชบทางความรอนแบบไซคลก เนองจากคารไบดแบบตาขายถกเปลยนสภาพไปเปนคารไบดกอนกลม เมอน าชนทดสอบไปท าการชบแขงและการ เทมเปอ ร ท า ให เมท รกซ ท เ ปน เพอ รไลตเปลยนไปเปนมารเทนไซต ในขณะทคารไบดกอนกลมยงคงสภาพอยจงท าใหชนทดสอบมความแขงสงขนแตคาความตานทานแรงกระแทกลดลง เมอเ ป ร ย บ เ ท ย บ ผ ลข อ ง ช นทด สอบ ท ผ า น ก า ร แพคคารเบอไรซงกบชนทดสอบทผานการอบชบ

ทางความรอนแบบไซคลกทตามดวยการชบแขงและการเทมเปอร จะเหนวากระบวนการดงกลาวสามารถปรบปรงสมบตทางกลของเหลกใหดขนได กลาวคอ เหลกจะมคาความแขงเพมขน และสามารถตานทานแรงกระแทกและความเหนยว (เปอรเซนตการยดตว) ใหผลทดขนอกดวย ในขณะทความตานทานแรงดงมแนวโนมทดขนเชนกน

ดงนน จงสรปไดวา กระบวนการอบชบทางความ รอนแบบไซคลกสามารถ เป ลยนแปลงโครงสรางของคารไบดแบบตาขายใหเปนคารไบดกอนกลมกระจายตวอยบนเมทรกซเพอรไลต โดยแนวโนมของคารไบดกอนกลมจะเพมมากขนเมอใชเวลาอบแชมากขน และเมอท าการชบแขงและการเทมเปอร เมทรกซ เพอรไลตจะ เปลยนไปเปนโครงสรางมารเทนไซตในขณะทคารไบดกอนกลมยงคงสภาพอย กระบวนการอบชบทางความรอนแบบไซคลกทตามดวยการชบแขงและการเทมเปอร สงผลใหสมบตทางกลทงคาความแขง ความตานทานแรงกระแทก ความตานทานแรงดง และเปอรเซนตการยดตวสงขน

กตตกรรมประกาศ คณะ ผ ว จ ย ข อข อบ คณมหา ว ท ย า ล ยเทคโนโลยราชมงคลอสาน ในการสนบสนนทนวจย ขอขอบคณสาขาวศวกรรมวสด ในความเออเฟอสถานทและอปกรณในการทดลอง และขอขอบคณนายสทธศกด สขสน นายอาทตย จนทะรง และนายวฒไกร ประกอบกง ผ เกบขอมลในการทดลองงานวจยในครงน

เอกสารอางอง ณร งค ศก ด ธ ร ร มโช ต . 2556. โ ลหว ท ย า .

ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, กรงเทพฯ.


มนส สถรจนดา. 2537. วศวกรรมการอบชบเหลก. พมพครงท 3. สมาคมวศวกรรมสถานแหงประ เทศไทยในพระบรมรา ชปถมภ , กรงเทพ.

วรรณา หอมจะบก, ณรงคศกด ธรรมโชต และ นฤดม ทาด. 2558. ผลของอณหภมออสเทนไนไทซงในกระบวนการแพคคารเบอไรซงเพอใชผลตมดโต. วารสาร มทร.อสาน ฉบบวทยาศาสตรและเทคโนโลย 8(3): 126-136.

Alok, M., Atanu, S. and Joydeep, M.J. 2016. Development of high strength ductile eutectoid steel through cyclic heat treatment involving incomplete austenitization followed by forced air cooling. Journal of Materials Characterization 114(1): 277-288.

ASTM. 2016. ASTM A371-14. Standard Test Methods and Definitions for Mechanical

Testing of Steel Products. Available Source: http://infostore.saiglobal.com/store /details.aspx?ProductID=1748803, January 2, 2016.

Atanu, S., Dipak, K.M. and Joydeep, M.J. 2010. Effect of cyclic heat treatment on microstructure and mechanical properties of 0.6 wt% carbon steel. Journal of Materials Science and Engineering 527(1): 4001-4007.

Lv, Z.Q., Wang, B., Wang, Z.H., Sun, S.H. and Fu, W.T., J. 2013. Effect of cyclic heat treatment on spheroidizing behavior of cementile in high carbon steel. Journal of Materials Science and Engineering 574(1): 143-148.

Documents

ผลของเวลาอบแช่ในกระบวนการอบชุบความร้อนแบบไ - ThaiJO