เหล็กกล้าเครื่องมือ

การศึกษาโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกลของเหล็กกล้าเครื่องมือSKD 61

ผู้รับผิดชอบโครงการ นายพิสิทธิ์ เมืองน้อย
อาจารย์ที่ปรึกษา ผศ. ดร. วิทยา เอียดเหตุ

เหล็กกล้า SKD 61 หรือเหล็กกล้า AISI H13 เป็นเหล็กกล้าที่ใช้กันมาก ในกลุ่มเหล็กกล้าทำงานร้อนที่ใช้ในวงการอุตสาหกรรม ปัจจุบันเหล็กกล้า SKD 61 จะเป็นเหล็กที่มีโลหะผสมสูง ซึ่งการรวมกันของโลหะผสมจะมีผลต่อความเหนียว ทนต่อการสึกหร่อ และสามารถคงความแข็งได้ดี ง่ายต่อการชุบแข็ง ทนต่อการกัดกร่อน มีความต้านทานต่อการกระแทก และมีความต้านทานต่อการอ่อนตัวเมื่อใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 550 องศาเซลเซียล ซึ่งในการอบชุบนี้จะดูผลของโครงสร้างจุลภาคที่มีผลต่อค่าความแข็ง ของเหล็กกล้า SKD 61 หลังจากผ่านกระบวนการทางความร้อนเสร็จแล้วนำไปวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือวิเคราะห์ชั้นสูงเพื่อศึกษาสมบัติที่เหมาะสมต่อการใช้งาน

ส่วนผสมทางเคมีเหล็กกล้า SKD 61 [1] ประกอบด้วย C = 0.32-0.45, Si = 0.80-1.20, Mn = 0.20-0.50, Cr = 4.75-5.50, Mo = 1.10-1.75, V = 0.80-1.20

ขอบเขตของโครงการ

ตรวจวิเคราะห์หาส่วนผสมทางเคมี ชุบแข็งชิ้นงานที่อุณหภูมิ 1025 องศาเซลเซียส เวลานาน 30 นาที จากนั้นเย็นตัวอย่างรวดเร็วในน้ำมัน อบคืนตัวที่อุณหภูมิ 400, 500 และ 600 องศาเซลเซียส เวลา 30 นาที ตามลำดับ นำไปตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง และทดสอบสมบัติทางกล นำไปวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือชั้นสูงได้แก่กล้องจุลทรรศน์อิเลกตรอนแบบส่องกราด เพื่อวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค และใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ เพื่อการใช้วิเคราะห์สารประกอบของคาร์ไบด์

รูปที่ 1 แสดงเงื่อนไขในการอบชุบเหล็กกล้า SKD 61 [3]

รูปที่ 2 แสดงอุณหภูมิในการชุบแข็งออสเทมเปอริง และมาร์เทมเปอริง ของเหล็กกล้า SKD 61 [4]

ผลการทดลอง
การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค
การทดลองอบชุบทางความร้อนเหล็กกล้าเครื่องมือ SKD 61 โดยผ่านกระบวนการชุบแข็งและอบคืนตัว เพื่อศึกษาและวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค สมบัติทางกล ซึ่งมีผลการทดลองดังนี้ ผลการทดลองการอบชุบเหล็กกล้าเครื่องมือ SKD 61 จากโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าเครื่องมือ SKD 61 หลังผ่านกระบวนการชุบแข็งในน้ำมันและอบคืนตัวที่เวลาต่างกันจะพบว่าโครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยโครงสร้างมาร์เทนไซต์ คาร์ไบด์ และออสเทนไนท์ที่ตกค้างหลังจากการอบชุบเล็กน้อย

โครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้า SKD 61 หลังจากผ่านกระบวนการ Tempering ที่อุณหภูมิ300,400,500,600°C ที่กำลังขยาย 200x

การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคด้วยเครื่องอิเลกตรอนแบบส่องกราด เหล็กกล้าเหล็กกล้าเครื่องมือ SKD 61 ก่อนผ่านการอบชุบและผ่านกระบวนการ Tempering ที่อุณหภูมิ 500°C โครงสร้างก่อนการอบชุบประกอบด้วยเฟสเฟอร์ไรท์ (สีเทา) และคาร์ไบด์ (สีขาว) ที่มีลักษณะเป็นก้อนกลมเล็กๆ กระจายอยู่ทั่วไปบนพื้นของเฟสเฟอร์ไรท์ และหลังผ่านกระบวนการ Tempering ที่อุณหภูมิ 500 °C โครงสร้างประกอยด้วยโครงสร้างมาร์เทนไซต์และคาร์ไบด์ขนาดเล็กที่หลุดออกไปขณะที่กัดกรด

โครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้า SKD 61 ก่อนผ่านกระบวนการทางความร้อนและหลังผ่านกระบวนการ Tempering ที่อุณหภูมิ 500 °C ที่กำลังขยาย 2000,5000 เท่า ตามลำดับ

จากการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง EDS เพื่อหาส่วนผสมทางเคมีของเหล็กกล้า SKD 61 หลังผ่านกระบวนการ Tempering ที่ อุณหภูมิ 500 C พบว่าประกอบด้วย Cr, V, Mo จึงคาดได้ว่าเกิดการตกผลึกของคาร์ไบด์ของธาตุเหล่านี้เกิดขึ้น

แสดงการหาส่วนผสมของธาตุด้วยเทคนิค EDS

สมบัติทางกล
จากการทดสอบสมบัติทางกล ได้แก่ การทดสอบค่าความแข็งของเหล็กกล้า SKD 61 จะพบว่าที่อุณหภูมิ Tempering 500 C จะให้ค่าความแข็งเพิ่มขึ้นเนื่องจากการตกตะกอนของคาร์ไบด์ขนาดเล็กๆ และออสเทนไนท์ที่ตกค้างจากกระบวนการชุบแข็งเปลี่ยนเป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์

สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองชุบแข็งเหล็กกล้า SKD 61 และผ่านกระบวนการ Tempering ที่เวลาต่างกัน จะพบว่าที่อุณหภูมิ Tempering ที่ 500 C จะให้ค่าความแข็งสูงสุดเนื่องจากออสเทนไนต์ที่ตกค้างจากกระบวนการอบชุบเปลี่ยนเป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่มีความแข็งสูง ส่งผลต่อค่าความแข็งสูงขึ้น

เอกสารอ้างอิง

[1] Harry Chandler , Heat Treated’ s Guide , Practices and Procedures for Irons
and steels , 1995 p.600
[2] Harry Chandler , Heat Treated’ s Guide ,
Practices and Procedures for Irons and steels , 1995 p.600
[3] มนัส สถิรจินดา, เหล็กกล้า, วอ.03 2529 ISBN 974-331-103-3, 2543 น. 156-157
[4] Harry Chandler , Heat Treated’ s Guide , Practices and Procedures for Irons and
steels , 1995 p.601