(MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE
OF DUAL – PHASE STEELS)
พิสิทธิ์ เมืองน้อย, ณัฐพงษ์ เกิดสินธุ์1
กิตติชัย ฟักพันธุ์2
1นักศึกษา 2อาจารย์ที่ปรึกษา
ภาควิศวกรรมวัสดุและวิชาเทคโนโลยีการผลิต
คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ
พ.ศ. 2551
บทคัดย่อ
ในการศึกษานี้จะศึกษาผลกระทบของกระบวนการที่ใช้ในการกระบวนการทางความร้อนของเหล็กกล้า SS400และเหล็กกล้า AISI 4340 ที่มีผลต่อโครงสร้างจุลภาคและสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าสองเฟส โดยกระบวนการทางความร้อนของเหล็กกล้าเริ่มจากกระบวนการอบปกติเพื่อเตรียมโครงสร้างให้มีความสม่ำเสมอสำหรับการอบชุบ แล้วนำไปทำกระบวนการทางความร้อนโดยการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานที่อุณหภูมิระหว่าง A1 และ A3 ของเฟสไดอะแกรมของเหล็กกล้า โดยกระบวนการผลิตเหล็กกล้าสองเฟสแบ่งเป็นสามกระบวนการได้แก่ กระบวนการ intercritical quenching กระบวนการ intermediate quenching และ กระบวนการ step quenching ไปนำตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค หลังจากนั้นนำไปทดสอบสมบัติเชิงกล ได้แก่ การทดสอบความแข็งแรงดึง การทดสอบความแข็ง ผลการทดลองเหล็กกล้าสองเฟสทั้งสองเกรด สามกระบวนการพบว่า ค่าความแข็งแรงดึงและค่าความเค้นจุดที่วัสดุเกิดการแตกของเหล็กกล้า ทั้งสองเกรด มีผลมาจากรูปร่างลักษณะโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าสองเฟส ที่มีลักษณะเล็กและเรียวยาว คือ ที่กระบวนการที่สอง (intermediate quenching) ของเหล็กกล้าทั้งสองเกรดจะให้ค่าความแข็งแรงดึงและค่าความเค้นจุดที่วัสดุเกิดการแตกสูง ส่วนค่าความแข็งมีผลมาจากรูปร่างลักษณะโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าสองเฟส คือโครงสร้างจุลภาคมาเทนไซต์ที่มีขนาดใหญ่จะให้ค่าความแข็งสูงกว่าโครงสร้างจุลภาคที่มีขนาดเล็ก ดังนั้นกระบวนการผลิตเหล็กกล้าสองเฟสมีผลต่อลักษณะและขนาดของโครงสร้างจุลภาค และโครงสร้างจุลภาคจะส่งผลต่อสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกัน
1. บทนำ
ในปัจจุบันเหล็กกล้าสองเฟสเป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจมากในอุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งในอดีตมักสนใจกันในเรื่องของประสิทธิภาพของเครื่องยนต์มากกว่าที่จะสนใจในตัววัสดุเหล็กกล้าสองเฟสเป็นวัสดุที่มีค่าความแข็งแรงและความเหนียวสูงกว่า เหล็กกล้าคาร์บอน และสิ่งที่ขาดไม่ได้ในโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าสองเฟส คือ การที่มีเฟสของมาร์เทนไซต์กระจายอยู่ในเฟสเฟอร์ไรต์ [1] โครงสร้างจุลภาคที่ประกอบไปด้วยเฟสของมาร์เทนไซต์กระจายอยู่ในเฟสเฟอร์ไรต์ เป็นการพัฒนาเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยกระบวนการทางความร้อน ซึ่งในเฟสมาร์เทนไซต์จะมีค่าความแข็งแรงสูง และในเฟสเฟอร์ไรต์มีผลให้มีค่าการยืดตัวสูง ซึ่งในเหล็กกล้าสองเฟสจะมีสมบัติทั้งสองนี้ผสมผสานกันอย่างลงตัว และมีผลทำให้ความสามารถในการขึ้นรูปดีขึ้นมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน [2,3] ด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการทางความร้อน เนื่องจากอุณหภูมิที่ใช้ในการทำให้เป็นเฟสออสเทนไนต์มีผลต่อขนาดของเกรน และปริมาณของเฟสออสเทนไนต์ที่จะกลายเป็นเฟสมาร์เทนไซต์เมื่อลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็ว เพื่อให้ได้เหล็กกล้าสองเฟสที่มีสมบัติทางกลที่ดี
2. ขอบเขตของโครงการ
2.1 วัตถุประสงค์
เพื่อศึกษาลำดับขั้นการชุบแข็งเพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคสองเฟส โครงสร้างจุลภาค และสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า AISI 4340 และ SS400
2.2 ขอบเขตโครงงาน
ทำการศึกษาอุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมในการทำกระบวนการทางความร้อนของเหล็กกล้าที่สนใจ ทำการอบปกติ เพื่อปรับขนาดเกรน และทำกระบวนการทางความร้อน ด้วยกระบวนการชุบแข็ง โดยทำให้เป็นเหล็กกล้าสองเฟส เมื่อเสร็จกระบวนการทางความร้อนแล้วนำวิเคราะห์ปริมาณเฟสเฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ หลังจากนั้นนำไปทดสอบสมบัติเชิงกล ได้แก่ ทดสอบความแข็งแรงดึง (Tensile test) และทดสอบความแข็ง (Hardness test
2.3 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
ได้ทราบถึง อุณหภูมิ ที่เหมาะสมที่ใช้ในกระบวนการทางความร้อนเหล็กกล้า เพื่อให้มีโครงสร้างเป็นเหล็กกล้าสองเฟส ผลกระทบสมบัติทางกลที่เปลี่ยนแปลงไปของเหล็กกล้าเมื่อผ่านกระบวนการทางความร้อน และผลกระทบของกระบวนการทางความทั้ง 3 วิธี ที่ให้ได้เหล็กกล้าสองเฟส ที่มีผลต่อ สมบัติเชิงกล
3. ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
3.1 โครงสร้างจุลภาคเหล็กกล้าสองเฟส
เหล็กกล้าสองเฟสเป็นเหล็กกล้าชนิดใหม่ที่พัฒนามาจากเหล็กกล้าผสมต่ำความแข็งแรงสูง มีโครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยสองเฟส คือ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ เหล็กกล้าสองเฟสจะมีเปอร์เซ็นต์มาร์เทนไซต์ประมาณ 5-20% เหล็กประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับอุตสาหกรรมรถยนต์ ซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษคือ มีค่าความเค้นแรงดึงสูง และมีความสามารถในการขึ้นรูปได้ดี ดังนั้นด้วยคุณสมบัติพิเศษดังกล่าว จึงทำให้สามารถลดต้นทุนและลดน้ำหนักของรถยนต์ได้
- เฟอร์ไรต์ เป็นเฟสที่มีอ่อน ซึ่งจะส่งผลต่อสมบัติเชิงกล ทำให้เหล็กกล้ามีความเหนียวสูง
- มาร์เทนไซต์ เป็นเฟสที่มีความแข็งซึ่งจะส่งผลต่อสมบัติเชิงกล ทำให้โลหะมีความแข็งสูง
