สรุปหลักการพื้นฐานของการอบชุบความร้อน!

การอบชุบด้วยความร้อน หมายถึงกระบวนการทางความร้อนของโลหะ ซึ่งวัสดุจะถูกให้ความร้อน คงอุณหภูมิไว้ และทำให้เย็นลงโดยการให้ความร้อนในสถานะของแข็ง เพื่อให้ได้โครงสร้างและคุณสมบัติที่ต้องการ

I. การอบชุบด้วยความร้อน

1. การทำให้เป็นปกติ (Normalizing): การให้ความร้อนแก่เหล็กหรือชิ้นส่วนเหล็กจนถึงจุดวิกฤตของ AC3 หรือ ACM ที่สูงกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสม แล้วคงอุณหภูมินั้นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงปล่อยให้เย็นลงในอากาศ เพื่อให้ได้โครงสร้างแบบเพอร์ไลต์ (peralitic) ซึ่งเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน

2. การอบอ่อน: นำชิ้นงานเหล็กยูเทคติกไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิ AC3 สูงกว่า 20-40 องศาเซลเซียส จากนั้นคงอุณหภูมิไว้ระยะหนึ่ง แล้วค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงในเตาอบ (หรือฝังไว้ในทรายหรือปูนขาวเพื่อลดอุณหภูมิ) จนต่ำกว่าอุณหภูมิที่ทำให้เย็นลงในอากาศ 500 องศาเซลเซียส

3. การอบชุบด้วยความร้อนแบบสารละลายของแข็ง: โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนจนถึงบริเวณเฟสเดียวที่มีอุณหภูมิสูงและคงอุณหภูมิไว้ เพื่อให้เฟสส่วนเกินละลายกลายเป็นสารละลายของแข็งอย่างสมบูรณ์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนแบบสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวด

4. การเสื่อมสภาพตามอายุ: หลังจากผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนแบบสารละลายของแข็งหรือการขึ้นรูปพลาสติกเย็นของโลหะผสมแล้ว เมื่อวางไว้ที่อุณหภูมิห้องหรือเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย คุณสมบัติของโลหะผสมจะเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา

5. การอบชุบสารละลายของแข็ง: เพื่อให้โลหะผสมในเฟสต่างๆ ละลายอย่างสมบูรณ์ เสริมความแข็งแรงของสารละลายของแข็ง ปรับปรุงความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อน ขจัดความเครียดและการอ่อนตัว เพื่อให้สามารถดำเนินการขึ้นรูปต่อไปได้

6. การอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง: การให้ความร้อนและคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิการตกตะกอนของเฟสเสริมแรง เพื่อให้เฟสเสริมแรงตกตะกอนและแข็งตัวขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น

7. การชุบแข็ง: การทำให้เหล็กเป็นออสเทนไนต์หลังจากเย็นตัวลงด้วยอัตราการเย็นตัวที่เหมาะสม เพื่อให้ชิ้นงานในส่วนตัดขวางทั้งหมดหรือบางส่วนมีโครงสร้างที่ไม่เสถียร เช่น การเปลี่ยนแปลงเป็นมาร์เทนไซต์ ซึ่งเป็นกระบวนการอบชุบความร้อน

8. การอบคืนตัว: ชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งจะถูกให้ความร้อนจนถึงจุดวิกฤต AC1 ที่ต่ำกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมเป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงตามข้อกำหนดของวิธีการ เพื่อให้ได้โครงสร้างและคุณสมบัติที่ต้องการของกระบวนการอบชุบความร้อน

9. การคาร์บอนไนไตรดิ้งเหล็ก: การคาร์บอนไนไตรดิ้งเป็นกระบวนการแทรกซึมของคาร์บอนและไนโตรเจนเข้าสู่ชั้นผิวของเหล็กพร้อมกัน การคาร์บอนไนไตรดิ้งแบบดั้งเดิมหรือที่เรียกว่าการคาร์บอนไนไตรดิ้งด้วยแก๊สไซยาไนด์ การคาร์บอนไนไตรดิ้งด้วยแก๊สอุณหภูมิปานกลาง และการคาร์บอนไนไตรดิ้งด้วยแก๊สอุณหภูมิต่ำ (หรือการไนโตรคาร์บอนไนซิ่งด้วยแก๊ส) เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย วัตถุประสงค์หลักของการคาร์บอนไนไตรดิ้งด้วยแก๊สอุณหภูมิปานกลางคือการเพิ่มความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความแข็งแรงต่อความล้าของเหล็ก ส่วนการคาร์บอนไนไตรดิ้งด้วยแก๊สอุณหภูมิต่ำนั้นมีพื้นฐานมาจากการไนไตรดิ้ง โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือการเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็ก

10. การอบคืนตัว (การชุบแข็งและการอบคืนตัว): โดยทั่วไปแล้วจะใช้วิธีชุบแข็งและอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงร่วมกับการอบชุบความร้อน ซึ่งเรียกว่าการอบคืนตัว การอบคืนตัวใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่รับแรงสลับไปมา เช่น ก้านเชื่อมต่อ สลักเกลียว เฟือง และเพลา การอบคืนตัวหลังจากการอบคืนตัวจะทำให้ได้โครงสร้างซอนไนต์แบบอบคืนตัว ซึ่งมีคุณสมบัติทางกลดีกว่าโครงสร้างซอนไนต์แบบปกติที่มีความแข็งเท่ากัน ความแข็งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง ความเสถียรของการอบคืนตัวของเหล็ก และขนาดหน้าตัดของชิ้นงาน โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง HB200-350

11. การเชื่อมประสาน: การเชื่อมประสานจะใช้ความร้อนในการหลอมละลายชิ้นงานสองชนิดเข้าด้วยกัน

II.Tลักษณะของกระบวนการ

การอบชุบโลหะเป็นกระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งในการผลิตเครื่องจักรกล เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปอื่นๆ การอบชุบโดยทั่วไปจะไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างของชิ้นงานและองค์ประกอบทางเคมีโดยรวม แต่จะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคภายในของชิ้นงาน หรือเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของพื้นผิวชิ้นงาน เพื่อให้ได้หรือปรับปรุงคุณสมบัติการใช้งานของชิ้นงาน ลักษณะเด่นคือการปรับปรุงคุณภาพที่แท้จริงของชิ้นงาน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เพื่อให้ได้ชิ้นงานโลหะที่มีคุณสมบัติทางกล คุณสมบัติทางกายภาพ และคุณสมบัติทางเคมีตามที่ต้องการ นอกเหนือจากการเลือกวัสดุที่เหมาะสมและกระบวนการขึ้นรูปที่หลากหลายแล้ว กระบวนการอบชุบมักมีความสำคัญอย่างยิ่ง เหล็กเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมเครื่องจักรกล โครงสร้างจุลภาคของเหล็กมีความซับซ้อน สามารถควบคุมได้ด้วยการอบชุบ ดังนั้นการอบชุบเหล็กจึงเป็นเนื้อหาหลักของการอบชุบโลหะ นอกจากนี้ อลูมิเนียม ทองแดง แมกนีเซียม ไทเทเนียม และโลหะผสมอื่นๆ ก็สามารถอบชุบเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกล ทางกายภาพ และทางเคมี เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันได้เช่นกัน

3..Tกระบวนการ

กระบวนการอบชุบความร้อนโดยทั่วไปประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การให้ความร้อน การคงอุณหภูมิ และการทำให้เย็นลง บางครั้งอาจมีเพียงสองขั้นตอนคือ การให้ความร้อนและการทำให้เย็นลง กระบวนการเหล่านี้เชื่อมโยงกันและไม่สามารถหยุดชะงักได้

การให้ความร้อนเป็นกระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งของการอบชุบโลหะ การอบชุบโลหะมีวิธีการให้ความร้อนหลายวิธี วิธีที่เก่าแก่ที่สุดคือการใช้ถ่านและถ่านหินเป็นแหล่งความร้อน ส่วนวิธีหลังๆ มีการใช้เชื้อเพลิงเหลวและก๊าซ การใช้ไฟฟ้าทำให้การให้ความร้อนควบคุมได้ง่ายและไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม การใช้แหล่งความร้อนเหล่านี้สามารถให้ความร้อนโดยตรง หรือให้ความร้อนทางอ้อมผ่านเกลือหลอมเหลวหรือโลหะหลอมเหลวก็ได้

ในระหว่างการให้ความร้อนแก่โลหะ ชิ้นงานจะสัมผัสกับอากาศ ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดปริมาณคาร์บอน (กล่าวคือ ปริมาณคาร์บอนที่ผิวของชิ้นส่วนเหล็กจะลดลง) ซึ่งส่งผลเสียอย่างมากต่อคุณสมบัติของผิวชิ้นส่วนที่ผ่านการอบชุบ ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วควรให้ความร้อนแก่โลหะในบรรยากาศควบคุมหรือบรรยากาศป้องกัน เช่น การให้ความร้อนด้วยเกลือหลอมเหลวและสุญญากาศ นอกจากนี้ยังสามารถใช้การเคลือบหรือวิธีการห่อหุ้มเพื่อป้องกันการให้ความร้อนได้อีกด้วย

อุณหภูมิความร้อนเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญของกระบวนการอบชุบความร้อน การเลือกและการควบคุมอุณหภูมิความร้อนเป็นประเด็นหลักในการรับประกันคุณภาพของการอบชุบความร้อน อุณหภูมิความร้อนจะแตกต่างกันไปตามวัสดุโลหะที่ทำการอบชุบและวัตถุประสงค์ของการอบชุบ แต่โดยทั่วไปจะให้ความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสเพื่อให้ได้โครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงต้องใช้เวลาพอสมควร ดังนั้นเมื่อพื้นผิวของชิ้นงานโลหะมีอุณหภูมิความร้อนที่ต้องการแล้ว จะต้องคงอุณหภูมินี้ไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อให้อุณหภูมิภายในและภายนอกมีความสอดคล้องกัน เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งเรียกว่าเวลาคงอุณหภูมิ การใช้ความร้อนที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและการอบชุบความร้อนที่พื้นผิว อัตราการให้ความร้อนจะเร็วมาก โดยทั่วไปจึงไม่มีเวลาคงอุณหภูมิ ในขณะที่การอบชุบทางเคมีมักมีเวลาคงอุณหภูมิที่ยาวนานกว่า

การระบายความร้อนเป็นขั้นตอนที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการอบชุบความร้อน วิธีการระบายความร้อนจะแตกต่างกันไปตามกระบวนการ โดยหลักแล้วคือการควบคุมอัตราการระบายความร้อน การอบอ่อนทั่วไปมีอัตราการระบายความร้อนช้าที่สุด การอบปรับสภาพปกติมีอัตราการระบายความร้อนเร็วขึ้น และการชุบแข็งมีอัตราการระบายความร้อนเร็วขึ้น แต่ก็เป็นเพราะชนิดของเหล็กที่แตกต่างกันและความต้องการที่แตกต่างกัน เช่น เหล็กชุบแข็งด้วยอากาศสามารถชุบแข็งด้วยอัตราการระบายความร้อนที่เท่ากับการอบปรับสภาพปกติได้

IV.พีการจำแนกประเภทกระบวนการ

กระบวนการอบชุบโลหะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่ การอบชุบแบบทั้งชิ้น การอบชุบผิว และการอบชุบทางเคมี โดยแต่ละประเภทสามารถแบ่งย่อยออกเป็นกระบวนการอบชุบอีกหลายแบบ ขึ้นอยู่กับตัวกลางในการให้ความร้อน อุณหภูมิในการให้ความร้อน และวิธีการระบายความร้อน โลหะชนิดเดียวกันหากผ่านกระบวนการอบชุบที่แตกต่างกัน จะทำให้ได้โครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกัน ส่งผลให้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เหล็กและเหล็กกล้าเป็นโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรม และโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าก็มีความซับซ้อนมากที่สุด ดังนั้นจึงมีกระบวนการอบชุบเหล็กกล้าที่หลากหลาย

โดยรวมแล้ว การอบชุบความร้อนคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานทั้งหมด แล้วจึงทำให้เย็นลงในอัตราที่เหมาะสม เพื่อให้ได้โครงสร้างทางโลหะวิทยาที่ต้องการ เพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลโดยรวมของโลหะ การอบชุบความร้อนของเหล็กโดยคร่าวๆ ประกอบด้วยกระบวนการพื้นฐานสี่อย่าง ได้แก่ การอบอ่อน การทำให้เป็นปกติ การชุบแข็ง และการอบคืนตัว

กระบวนการ หมายถึง:

การอบอ่อนคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยใช้เวลาในการคงอุณหภูมิที่แตกต่างกันไปตามวัสดุและขนาดของชิ้นงาน จากนั้นจึงค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง จุดประสงค์คือเพื่อให้โครงสร้างภายในของโลหะเข้าสู่สภาวะสมดุลหรือใกล้เคียงกับสภาวะสมดุล เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและสมรรถนะที่ดีในกระบวนการผลิต หรือเพื่อเตรียมการชุบแข็งต่อไป

การทำให้เป็นปกติ (Normalizing) คือการนำชิ้นงานไปให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมหลังจากปล่อยให้เย็นตัวลงในอากาศ ผลของการทำให้เป็นปกติจะคล้ายกับการอบอ่อน (Annealing) เพียงแต่ทำให้ได้โครงสร้างที่ละเอียดขึ้น มักใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของวัสดุ แต่บางครั้งก็ใช้เป็นขั้นตอนการอบชุบความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูงมากนัก

การชุบแข็งคือการนำชิ้นงานไปให้ความร้อนและหุ้มฉนวน แล้วแช่ในน้ำ น้ำมัน หรือเกลืออนินทรีย์อื่นๆ สารละลายอินทรีย์ในน้ำ และสารชุบแข็งอื่นๆ เพื่อให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว หลังจากชุบแข็งแล้ว ชิ้นส่วนเหล็กจะแข็งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็เปราะมากขึ้น เพื่อขจัดความเปราะในเวลาที่เหมาะสม โดยทั่วไปจึงจำเป็นต้องอบคืนตัวในเวลาที่เหมาะสม

เพื่อลดความเปราะของชิ้นส่วนเหล็ก ชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านการชุบแข็งที่อุณหภูมิที่เหมาะสม สูงกว่าอุณหภูมิห้องแต่ต่ำกว่า 650 องศาเซลเซียส เป็นเวลานานและคงสภาพไว้ จากนั้นจึงทำให้เย็นลง กระบวนการนี้เรียกว่าการอบคืนตัว (Tempering) การอบอ่อน (Annealing) การทำให้เป็นปกติ (Normalizing) การชุบแข็ง (Quenching) และการอบคืนตัว (Tempering) เป็นกระบวนการอบชุบความร้อนโดยรวมใน "สี่กระบวนการอบชุบ" ซึ่งการชุบแข็งและการอบคืนตัวมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด มักใช้ร่วมกัน และขาดไม่ได้ในกระบวนการใดกระบวนการหนึ่ง "สี่กระบวนการอบชุบ" มีอุณหภูมิความร้อนและวิธีการทำให้เย็นที่แตกต่างกัน จึงทำให้เกิดกระบวนการอบชุบความร้อนที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวในระดับหนึ่ง การชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงร่วมกันเรียกว่าการอบคืนตัว หลังจากที่โลหะผสมบางชนิดถูกชุบแข็งเพื่อสร้างสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดแล้ว จะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องหรือที่อุณหภูมิที่เหมาะสมสูงกว่าเล็กน้อยเป็นเวลานาน เพื่อปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแรง หรือคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะผสม กระบวนการอบชุบความร้อนดังกล่าวเรียกว่าการอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง (Aging treatment)

การขึ้นรูปด้วยแรงดันและการอบชุบด้วยความร้อนนั้นสามารถผสานรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพและใกล้ชิด ทำให้ชิ้นงานมีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีมาก วิธีการนี้เรียกว่าการอบชุบด้วยความร้อนแบบขึ้นรูป ในขณะที่การอบชุบด้วยความร้อนในบรรยากาศความดันลบหรือสุญญากาศ เรียกว่าการอบชุบด้วยความร้อนแบบสุญญากาศ ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ชิ้นงานไม่เกิดออกซิเดชัน ไม่เกิดการสูญเสียคาร์บอน รักษาพื้นผิวของชิ้นงานหลังการอบชุบ และปรับปรุงประสิทธิภาพของชิ้นงานเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้สารออสโมซิสในการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีได้อีกด้วย

การอบชุบผิวโลหะ คือการให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวของชิ้นงานเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของชั้นผิวโลหะนั้น เพื่อให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวของชิ้นงานโดยไม่ถ่ายเทความร้อนมากเกินไปเข้าไปในชิ้นงาน จึงจำเป็นต้องใช้แหล่งความร้อนที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง กล่าวคือ ให้พลังงานความร้อนมากขึ้นต่อหน่วยพื้นที่ของชิ้นงาน เพื่อให้ชั้นผิวของชิ้นงานหรือบริเวณเฉพาะที่สามารถเข้าถึงอุณหภูมิสูงได้ในระยะเวลาสั้นๆ หรือในทันที วิธีการอบชุบผิวโลหะหลักๆ ได้แก่ การดับด้วยเปลวไฟและการอบชุบด้วยการเหนี่ยวนำ โดยแหล่งความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เปลวไฟออกซิอะเซทิลีนหรือออกซิโพรเพน กระแสเหนี่ยวนำ เลเซอร์ และลำแสงอิเล็กตรอน

การอบชุบทางเคมีเป็นกระบวนการอบชุบโลหะโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของชั้นผิวของชิ้นงาน การอบชุบทางเคมีแตกต่างจากการอบชุบผิวตรงที่การอบชุบทางเคมีจะเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของชั้นผิวของชิ้นงาน การอบชุบทางเคมีคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานที่มีคาร์บอน เกลือ หรือธาตุผสมอื่นๆ ในตัวกลาง (ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง) แล้วคงอุณหภูมิไว้เป็นเวลานาน เพื่อให้คาร์บอน ไนโตรเจน โบรอน โครเมียม และธาตุอื่นๆ แทรกซึมเข้าไปในชั้นผิวของชิ้นงาน หลังจากที่ธาตุแทรกซึมแล้ว บางครั้งอาจมีการอบชุบอื่นๆ ร่วมด้วย เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัว วิธีการหลักของการอบชุบทางเคมี ได้แก่ การคาร์บูไรซิ่ง การไนไตรซิ่ง และการแทรกซึมของโลหะ

การอบชุบความร้อนเป็นกระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและแม่พิมพ์ โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบความร้อนสามารถช่วยรับประกันและปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของชิ้นงาน เช่น ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างของชิ้นงานและสภาวะความเค้น เพื่ออำนวยความสะดวกในการแปรรูปด้วยความร้อนและความเย็นต่างๆ

ตัวอย่างเช่น เหล็กหล่อขาวที่ผ่านการอบอ่อนเป็นเวลานานจะกลายเป็นเหล็กหล่ออ่อนที่มีความยืดหยุ่นดีขึ้น เฟืองที่ผ่านกระบวนการอบชุบความร้อนที่ถูกต้องจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเฟืองที่ไม่ผ่านการอบชุบความร้อนหลายเท่าหรือหลายสิบเท่า นอกจากนี้ เหล็กกล้าคาร์บอนราคาไม่แพงที่ผ่านการแทรกซึมของธาตุผสมบางชนิดจะมีคุณสมบัติเทียบเท่าเหล็กกล้าผสมราคาแพงบางชนิด และสามารถใช้แทนเหล็กทนความร้อนและเหล็กกล้าไร้สนิมได้ แม่พิมพ์และแบบหล่อเกือบทั้งหมดจำเป็นต้องผ่านการอบชุบความร้อนจึงจะสามารถใช้งานได้

เสริมด้วยวิธีการเพิ่มเติม

1. ประเภทของการอบอ่อน

การอบอ่อนเป็นกระบวนการปรับสภาพชิ้นงานด้วยความร้อน โดยให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม คงอุณหภูมินั้นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง

กระบวนการอบอ่อนเหล็กมีหลายประเภท โดยแบ่งตามอุณหภูมิความร้อนได้เป็นสองประเภท: ประเภทแรกคือการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต (Ac1 หรือ Ac3) หรือที่เรียกว่าการอบอ่อนเพื่อเปลี่ยนเฟสและการตกผลึกใหม่ ซึ่งรวมถึงการอบอ่อนแบบสมบูรณ์ การอบอ่อนแบบไม่สมบูรณ์ การอบอ่อนแบบทรงกลม และการอบอ่อนแบบแพร่ (การอบอ่อนเพื่อทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน) เป็นต้น และประเภทที่สองคือการอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต ซึ่งรวมถึงการอบอ่อนเพื่อตกผลึกใหม่และการอบอ่อนเพื่อลดความเครียด เป็นต้น ส่วนการแบ่งตามวิธีการระบายความร้อน การอบอ่อนสามารถแบ่งออกเป็น การอบอ่อนแบบอุณหภูมิคงที่ และการอบอ่อนแบบระบายความร้อนอย่างต่อเนื่อง

1. การอบอ่อนอย่างสมบูรณ์และการอบอ่อนแบบอุณหภูมิคงที่

การอบอ่อนแบบสมบูรณ์ หรือที่เรียกว่าการอบอ่อนเพื่อการตกผลึกใหม่ โดยทั่วไปเรียกว่าการอบอ่อน คือการให้ความร้อนแก่เหล็กหรือเหล็กกล้าจนถึงอุณหภูมิ Ac3 สูงกว่า 20-30 องศาเซลเซียส แล้วคงอุณหภูมิไว้นานพอที่จะทำให้โครงสร้างออสเทนไนซ์สมบูรณ์หลังจากเย็นตัวลงอย่างช้าๆ เพื่อให้ได้โครงสร้างที่เกือบสมดุลของกระบวนการอบชุบความร้อน การอบอ่อนนี้ส่วนใหญ่ใช้กับเหล็กหล่อ เหล็กดัด และเหล็กแผ่นรีดร้อนที่มีส่วนประกอบต่ำกว่าจุดยูเทคติก และบางครั้งก็ใช้กับโครงสร้างเชื่อมด้วย โดยทั่วไปมักใช้เป็นขั้นตอนการอบชุบความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นงานที่ไม่หนักมาก หรือเป็นขั้นตอนการอบชุบความร้อนเบื้องต้นสำหรับชิ้นงานบางชนิด

2. การอบอ่อนลูกบอล

การอบอ่อนแบบทรงกลมส่วนใหญ่ใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีจุดหลอมเหลวเกินจุดยูเทคติกและเหล็กกล้าเครื่องมือผสม (เช่น การผลิตเครื่องมือมีคม เกจ แม่พิมพ์ และดายที่ใช้ในเหล็กกล้า) จุดประสงค์หลักคือเพื่อลดความแข็ง ปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูป และเตรียมสำหรับการชุบแข็งในอนาคต

3. การอบคลายความเครียด

การอบคลายความเครียด หรือที่เรียกว่าการอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำ (หรือการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง) การอบอ่อนนี้ส่วนใหญ่ใช้เพื่อกำจัดความเครียดตกค้างในชิ้นงานหล่อ ชิ้นงานตีขึ้นรูป ชิ้นงานเชื่อม ชิ้นงานรีดร้อน ชิ้นงานดึงเย็น และชิ้นงานอื่นๆ หากไม่กำจัดความเครียดเหล่านี้ จะทำให้เหล็กเกิดการเสียรูปหรือแตกร้าวหลังจากระยะเวลาหนึ่ง หรือในกระบวนการตัดในภายหลัง

4. การอบอ่อนไม่สมบูรณ์ คือการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงระดับ Ac1 ~ Ac3 (เหล็กซับยูเทคติก) หรือ Ac1 ~ ACcm (เหล็กโอเวอร์ยูเทคติก) ระหว่างช่วงการรักษาอุณหภูมิและการระบายความร้อนอย่างช้าๆ เพื่อให้ได้กระบวนการอบชุบความร้อนที่สมดุลเกือบทั้งหมด

II.ในกระบวนการชุบแข็ง สารหล่อเย็นที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ น้ำเกลือ น้ำ และน้ำมัน

การชุบแข็งชิ้นงานด้วยน้ำเกลือ ช่วยให้ได้ความแข็งสูงและผิวเรียบ ลดโอกาสการเกิดจุดอ่อน แต่ก็อาจทำให้ชิ้นงานเสียรูปอย่างรุนแรงหรือแตกร้าวได้ ส่วนการใช้น้ำมันเป็นตัวกลางในการชุบแข็งนั้น เหมาะสำหรับเหล็กอัลลอยบางชนิดหรือเหล็กกล้าคาร์บอนขนาดเล็กที่มีออสเทนไนต์เย็นตัวเกินเสถียรค่อนข้างสูงเท่านั้น

3..วัตถุประสงค์ของการอบชุบเหล็ก

1. ลดความเปราะ ลดหรือขจัดความเครียดภายใน การชุบแข็งเหล็กทำให้เกิดความเครียดภายในและความเปราะมาก หากไม่ทำการอบคืนตัวในเวลาที่เหมาะสม มักจะทำให้เหล็กเสียรูปหรือแตกได้

2. เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลที่ต้องการของชิ้นงาน ชิ้นงานหลังการชุบแข็งจะมีความแข็งและความเปราะสูง เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของคุณสมบัติที่แตกต่างกันของชิ้นงานหลากหลายชนิด สามารถปรับความแข็งได้โดยการอบคืนตัวอย่างเหมาะสม เพื่อลดความเปราะและเพิ่มความทนทานและความยืดหยุ่นตามที่ต้องการ

3. ควบคุมขนาดของชิ้นงานให้คงที่

4. เนื่องจากการอบอ่อนทำได้ยากในการทำให้เหล็กอัลลอยบางชนิดอ่อนตัวลง จึงมักใช้การชุบแข็ง (หรือการทำให้เป็นปกติ) ร่วมกับการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้คาร์ไบด์ในเหล็กมีการรวมตัวอย่างเหมาะสม ความแข็งจะลดลง เพื่อให้การตัดและการแปรรูปทำได้ง่ายขึ้น

แนวคิดเสริม

1. การอบอ่อน: หมายถึงกระบวนการอบชุบโลหะที่ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม คงอุณหภูมินั้นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง กระบวนการอบอ่อนที่นิยมใช้ ได้แก่ การอบอ่อนเพื่อการตกผลึกใหม่ การอบอ่อนเพื่อลดความเค้น การอบอ่อนแบบทรงกลม การอบอ่อนแบบสมบูรณ์ เป็นต้น วัตถุประสงค์ของการอบอ่อน คือ เพื่อลดความแข็งของโลหะ ปรับปรุงความยืดหยุ่น เพื่อให้การตัดหรือการขึ้นรูปด้วยแรงดันง่ายขึ้น ลดความเค้นตกค้าง ปรับปรุงโครงสร้างและองค์ประกอบให้เป็นเนื้อเดียวกัน หรือเพื่อเตรียมโครงสร้างให้พร้อมสำหรับการอบชุบในขั้นตอนต่อไป

2. การทำให้เป็นปกติ (Normalizing): หมายถึงการให้ความร้อนแก่เหล็กหรือเหล็กกล้าจนถึงจุดวิกฤต (อุณหภูมิวิกฤต) 30-50 องศาเซลเซียส ในระยะเวลาที่เหมาะสม แล้วปล่อยให้เย็นตัวลงในอากาศนิ่ง วัตถุประสงค์หลักของการทำให้เป็นปกติคือ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ปรับปรุงความสามารถในการตัดและขึ้นรูป ปรับปรุงโครงสร้างผลึก และกำจัดข้อบกพร่องของโครงสร้าง เพื่อเตรียมโครงสร้างสำหรับการอบชุบความร้อนในขั้นตอนต่อไป

3. การชุบแข็ง: หมายถึงการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิ Ac3 หรือ Ac1 (เหล็กต่ำกว่าจุดวิกฤต) ที่สูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนด คงอุณหภูมิไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงลดอุณหภูมิลงด้วยอัตราที่เหมาะสม เพื่อให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ (หรือเบนไซต์) ในกระบวนการอบชุบความร้อน กระบวนการชุบแข็งที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การชุบแข็งแบบตัวกลางเดียว การชุบแข็งแบบตัวกลางคู่ การชุบแข็งมาร์เทนไซต์ การชุบแข็งเบนไซต์แบบไอโซเทอร์มอล การชุบแข็งผิวหน้า และการชุบแข็งเฉพาะจุด จุดประสงค์ของการชุบแข็ง: เพื่อให้ชิ้นส่วนเหล็กมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์ตามที่ต้องการ เพิ่มความแข็ง ความแข็งแรง และความต้านทานการสึกหรอของชิ้นงาน และเพื่อเตรียมโครงสร้างที่ดีสำหรับการอบชุบความร้อนในขั้นตอนต่อไป

4. การอบคืนตัว: หมายถึงกระบวนการอบชุบเหล็กให้แข็งตัว จากนั้นให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่า Ac1 คงอุณหภูมิไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงปล่อยให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง กระบวนการอบคืนตัวที่นิยมใช้ ได้แก่ การอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ การอบคืนตัวที่อุณหภูมิปานกลาง การอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง และการอบคืนตัวหลายครั้ง

วัตถุประสงค์ของการอบคืนตัว: โดยหลักแล้วเพื่อขจัดความเครียดที่เกิดขึ้นในเหล็กระหว่างการชุบแข็ง เพื่อให้เหล็กมีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง รวมถึงมีความยืดหยุ่นและความเหนียวตามที่ต้องการ

5. การอบคืนตัว: หมายถึงกระบวนการอบชุบเหล็กหรือเหล็กกล้าด้วยความร้อนสูงและอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะหมายถึงเหล็กกล้าโครงสร้างคาร์บอนปานกลางและเหล็กกล้าโครงสร้างผสมคาร์บอนปานกลาง ซึ่งใช้ในการอบคืนตัวของเหล็กกล้า

6. การคาร์บูไรซิ่ง: การคาร์บูไรซิ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้อะตอมของคาร์บอนแทรกซึมเข้าไปในชั้นผิวของเหล็ก เป็นการทำให้ชิ้นงานเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมีชั้นผิวเหมือนเหล็กกล้าคาร์บอนสูง จากนั้นจึงทำการชุบแข็งและอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ เพื่อให้ชั้นผิวของชิ้นงานมีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง ในขณะที่ส่วนกลางของชิ้นงานยังคงรักษาความเหนียวและความยืดหยุ่นของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำไว้

วิธีสุญญากาศ

เนื่องจากกระบวนการให้ความร้อนและทำให้เย็นชิ้นงานโลหะต้องใช้ขั้นตอนหลายสิบขั้นตอนในการดำเนินการ ขั้นตอนเหล่านี้ดำเนินการภายในเตาอบความร้อนสุญญากาศ ซึ่งผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถเข้าถึงได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีระบบอัตโนมัติในระดับสูงของเตาอบความร้อนสุญญากาศ ในขณะเดียวกัน ขั้นตอนบางอย่าง เช่น การให้ความร้อนและการคงอุณหภูมิในขั้นตอนสุดท้ายของการชุบแข็งชิ้นงานโลหะ จะต้องใช้ขั้นตอนถึงหกหรือเจ็ดขั้นตอน และต้องทำให้เสร็จภายใน 15 วินาที สภาวะที่ต้องดำเนินการหลายขั้นตอนอย่างรวดเร็วเช่นนี้ อาจทำให้ผู้ปฏิบัติงานเกิดความเครียดและนำไปสู่การทำงานผิดพลาดได้ง่าย ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้ระบบอัตโนมัติในระดับสูงเท่านั้น เพื่อให้การทำงานแม่นยำ ตรงเวลา และประสานงานตามโปรแกรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การอบชุบความร้อนชิ้นส่วนโลหะในสภาวะสุญญากาศจะดำเนินการในเตาสุญญากาศแบบปิด ซึ่งการปิดผนึกสุญญากาศอย่างเข้มงวดเป็นที่ทราบกันดี ดังนั้น การรักษาและคงอัตราการรั่วไหลของอากาศเดิมของเตา เพื่อให้แน่ใจว่าสุญญากาศในการทำงานของเตาสุญญากาศนั้นเหมาะสม และเพื่อรับประกันคุณภาพของชิ้นส่วนที่ผ่านการอบชุบความร้อนในสภาวะสุญญากาศ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังนั้น ประเด็นสำคัญของเตาอบชุบความร้อนในสภาวะสุญญากาศคือ โครงสร้างการปิดผนึกสุญญากาศที่เชื่อถือได้ เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพของสุญญากาศในเตา โครงสร้างของเตาอบชุบความร้อนในสภาวะสุญญากาศต้องออกแบบตามหลักการพื้นฐาน นั่นคือ ตัวเตาต้องใช้การเชื่อมแบบกันแก๊สรั่วซึม ในขณะที่ตัวเตาควรมีรูเปิดน้อยที่สุดหรือไม่มีรูเปิดเลย และใช้โครงสร้างการปิดผนึกแบบไดนามิกให้น้อยที่สุดหรือหลีกเลี่ยงการใช้ เพื่อลดโอกาสการรั่วไหลของสุญญากาศ ส่วนประกอบและอุปกรณ์เสริมที่ติดตั้งในตัวเตาสุญญากาศ เช่น ขั้วไฟฟ้าแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ อุปกรณ์ส่งออกเทอร์โมคัปเปิล ก็ต้องออกแบบโครงสร้างให้มีการปิดผนึกด้วยเช่นกัน

วัสดุทำความร้อนและฉนวนส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้เฉพาะในสภาวะสุญญากาศเท่านั้น เตาอบชุบแข็งแบบสุญญากาศทำงานในสภาพแวดล้อมสุญญากาศและอุณหภูมิสูง ดังนั้นวัสดุเหล่านี้จึงมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการแผ่รังสี และมีค่าการนำความร้อนสูง แต่คุณสมบัติทนต่อการเกิดออกซิเดชันนั้นไม่สูงนัก ด้วยเหตุนี้ เตาอบชุบแข็งแบบสุญญากาศจึงนิยมใช้แทนทาลัม ทังสเตน โมลิบเดนัม และกราไฟต์เป็นวัสดุทำความร้อนและฉนวน อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้เกิดออกซิเดชันได้ง่ายมากในสภาวะบรรยากาศปกติ ดังนั้นเตาอบชุบแข็งแบบธรรมดาจึงไม่สามารถใช้วัสดุเหล่านี้ได้

อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำ: เปลือกเตาอบสุญญากาศ, ฝาเตาอบ, ตัวทำความร้อนไฟฟ้า, ขั้วไฟฟ้าระบายความร้อนด้วยน้ำ, ประตูฉนวนกันความร้อนสุญญากาศ และส่วนประกอบอื่นๆ ล้วนอยู่ในสภาวะสุญญากาศและกำลังทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง การทำงานภายใต้สภาวะดังกล่าวต้องมั่นใจได้ว่าโครงสร้างของแต่ละส่วนประกอบจะไม่เสียรูปหรือเสียหาย และซีลสุญญากาศจะไม่ร้อนเกินไปหรือไหม้ ดังนั้น แต่ละส่วนประกอบควรติดตั้งอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำตามสถานการณ์ที่แตกต่างกัน เพื่อให้มั่นใจว่าเตาอบสุญญากาศสามารถทำงานได้ตามปกติและมีอายุการใช้งานที่เพียงพอ

การใช้แรงดันต่ำกระแสสูง: ในภาชนะสุญญากาศ เมื่อระดับสุญญากาศอยู่ในช่วงไม่กี่ 10-1 torr ตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าในภาชนะสุญญากาศจะมีแรงดันสูง ทำให้เกิดปรากฏการณ์การปล่อยประจุเรืองแสง ในเตาอบชุบแข็งแบบสุญญากาศ การปล่อยประจุไฟฟ้าอย่างรุนแรงจะทำให้ขดลวดความร้อนไฟฟ้าและชั้นฉนวนไหม้ ทำให้เกิดอุบัติเหตุและความเสียหายร้ายแรง ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าในการทำงานของขดลวดความร้อนไฟฟ้าในเตาอบชุบแข็งแบบสุญญากาศโดยทั่วไปจึงไม่เกิน 80-100 โวลต์ ในขณะเดียวกัน ในการออกแบบโครงสร้างของขดลวดความร้อนไฟฟ้า ควรใช้มาตรการที่มีประสิทธิภาพ เช่น พยายามหลีกเลี่ยงส่วนปลายที่แหลมคม ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าไม่ควรแคบเกินไป เพื่อป้องกันการเกิดการปล่อยประจุเรืองแสงหรือการปล่อยประจุไฟฟ้า

การอบชุบ

ตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของชิ้นงาน และตามอุณหภูมิการอบชุบที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งการอบชุบออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้:

(ก) การอบชุบด้วยความร้อนต่ำ (150-250 องศาเซลเซียส)

การอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำของโครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบคืนตัว มีจุดประสงค์เพื่อรักษาระดับความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงของเหล็กชุบแข็ง โดยลดความเค้นภายในและความเปราะบางจากการชุบแข็ง เพื่อป้องกันการบิ่นหรือความเสียหายก่อนกำหนดระหว่างการใช้งาน โดยส่วนใหญ่จะใช้กับเครื่องมือตัดเหล็กกล้าคาร์บอนสูง เกจวัด แม่พิมพ์ดึงเย็น ตลับลูกปืน และชิ้นส่วนคาร์บอนไนซ์ เป็นต้น ความแข็งหลังการอบคืนตัวโดยทั่วไปจะอยู่ที่ HRC58-64

(ii) การอบชุบด้วยความร้อนปานกลาง (250-500 องศาเซลเซียส)

กระบวนการอบชุบอุณหภูมิปานกลางสำหรับวัสดุควอตซ์ที่ผ่านการอบชุบ มีจุดประสงค์เพื่อให้ได้ความแข็งแรงคราสูง ขีดจำกัดความยืดหยุ่น และความเหนียวสูง ดังนั้นจึงใช้เป็นหลักในการผลิตสปริงและแม่พิมพ์งานร้อนต่างๆ โดยทั่วไปความแข็งหลังการอบชุบจะอยู่ที่ HRC35-50

(C) การอบชุบด้วยความร้อนสูง (500-650 องศาเซลเซียส)

การอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสมซอนไนท์ (Sohnite) เป็นกระบวนการอบชุบความร้อนแบบผสมผสานระหว่างการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลโดยรวมที่ดีขึ้น ทั้งในด้านความแข็งแรง ความแข็ง ความยืดหยุ่น และความเหนียว ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในรถยนต์ รถแทรกเตอร์ เครื่องมือกล และชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญอื่นๆ เช่น ก้านเชื่อมต่อ สลักเกลียว เฟือง และเพลา ความแข็งหลังการอบคืนตัวโดยทั่วไปอยู่ที่ HB200-330

การป้องกันการเสียรูป

สาเหตุของการเสียรูปของแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำสูงนั้นมักซับซ้อน แต่หากเราเข้าใจกฎการเสียรูป วิเคราะห์สาเหตุ และใช้วิธีการต่างๆ ในการป้องกันการเสียรูปของแม่พิมพ์ ก็จะสามารถลดและควบคุมได้ โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบความร้อนเพื่อป้องกันการเสียรูปของแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำสูง สามารถใช้วิธีการต่อไปนี้ได้

(1) การเลือกวัสดุที่เหมาะสม แม่พิมพ์ที่ซับซ้อนที่มีความแม่นยำสูงควรเลือกใช้วัสดุเหล็กขึ้นรูปขนาดเล็กที่ดี (เช่น เหล็กชุบแข็งด้วยอากาศ) การแยกตัวของคาร์ไบด์ในเหล็กขึ้นรูปที่รุนแรงควรได้รับการอบชุบความร้อนแบบตีขึ้นรูปและอบคืนตัวอย่างเหมาะสม สำหรับเหล็กขึ้นรูปขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถตีขึ้นรูปได้ ควรได้รับการอบชุบความร้อนแบบปรับปรุงคุณภาพด้วยสารละลายของแข็งสองครั้ง

(2) การออกแบบโครงสร้างแม่พิมพ์ควรมีความเหมาะสม ความหนาไม่ควรแตกต่างกันมากเกินไป รูปทรงควรสมมาตร สำหรับการเสียรูปของแม่พิมพ์ขนาดใหญ่เพื่อควบคุมกฎการเสียรูป ให้เผื่อการประมวลผลไว้ สำหรับแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ แม่นยำ และซับซ้อน สามารถใช้โครงสร้างแบบผสมผสานได้

(3) แม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและซับซ้อนควรได้รับการอบชุบความร้อนก่อนเพื่อขจัดความเครียดตกค้างที่เกิดขึ้นในกระบวนการกลึง

(4) การเลือกอุณหภูมิความร้อนที่เหมาะสม การควบคุมความเร็วในการให้ความร้อน สำหรับแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนและแม่นยำ สามารถใช้การให้ความร้อนแบบช้า การอุ่นล่วงหน้า และวิธีการให้ความร้อนแบบสมดุลอื่นๆ เพื่อลดการเสียรูปจากการอบชุบความร้อนของแม่พิมพ์

(5) ภายใต้เงื่อนไขของการรับประกันความแข็งของแม่พิมพ์ ให้ลองใช้กระบวนการระบายความร้อนล่วงหน้า การระบายความร้อนแบบไล่ระดับ หรือการระบายความร้อนที่อุณหภูมิคงที่

(6) สำหรับแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและซับซ้อน ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวย ให้ลองใช้การชุบแข็งด้วยความร้อนในสุญญากาศและการบำบัดด้วยการระบายความร้อนอย่างล้ำลึกหลังจากการชุบแข็ง

(7) สำหรับแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและซับซ้อนบางชนิด สามารถใช้การอบชุบความร้อนก่อน การอบชุบความร้อนแบบบ่ม การอบชุบไนไตรดิ้งเพื่อควบคุมความแม่นยำของแม่พิมพ์ได้

(8) ในการซ่อมแซมรูพรุน การสึกหรอ และข้อบกพร่องอื่นๆ ของแม่พิมพ์ทราย การใช้เครื่องเชื่อมเย็นและอุปกรณ์ซ่อมแซมอื่นๆ ที่มีผลกระทบจากความร้อนจะช่วยหลีกเลี่ยงการเสียรูปในกระบวนการซ่อมแซม

นอกจากนี้ การดำเนินการกระบวนการอบชุบความร้อนที่ถูกต้อง (เช่น การอุดรู การผูกรู การยึดทางกล วิธีการให้ความร้อนที่เหมาะสม การเลือกทิศทางการระบายความร้อนของแม่พิมพ์และทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวกลางระบายความร้อนที่ถูกต้อง ฯลฯ) และกระบวนการอบชุบความร้อนที่เหมาะสม ก็เป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการลดการเสียรูปของแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำและซับซ้อนเช่นกัน

การอบชุบผิวและอบคืนตัวมักทำโดยการให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำหรือการให้ความร้อนด้วยเปลวไฟ พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลัก ได้แก่ ความแข็งผิว ความแข็งเฉพาะจุด และความลึกของชั้นแข็งที่มีประสิทธิภาพ การทดสอบความแข็งสามารถใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ หรือเครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ หรือเครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ผิวได้ การเลือกแรงทดสอบ (มาตราส่วน) เกี่ยวข้องกับความลึกของชั้นแข็งที่มีประสิทธิภาพและความแข็งผิวของชิ้นงาน เครื่องทดสอบความแข็งสามชนิดที่เกี่ยวข้องในที่นี้

ประการแรก เครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์เป็นเครื่องมือสำคัญในการทดสอบความแข็งของพื้นผิวชิ้นงานที่ผ่านการอบชุบความร้อน สามารถเลือกแรงทดสอบได้ตั้งแต่ 0.5 ถึง 100 กิโลกรัม ทดสอบชั้นผิวที่แข็งตัวได้บางถึง 0.05 มิลลิเมตร มีความแม่นยำสูงสุด และสามารถแยกแยะความแตกต่างเล็กน้อยของความแข็งของพื้นผิวชิ้นงานที่ผ่านการอบชุบความร้อนได้ นอกจากนี้ เครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ยังสามารถตรวจจับความลึกของชั้นผิวที่แข็งตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น สำหรับกระบวนการอบชุบความร้อนที่พื้นผิวหรือการใช้งานชิ้นงานอบชุบความร้อนที่พื้นผิวจำนวนมาก การติดตั้งเครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็น

ประการที่สอง เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์สำหรับพื้นผิวเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบความแข็งของชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งพื้นผิว เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์สำหรับพื้นผิวมีให้เลือกสามระดับ สามารถทดสอบความลึกของการชุบแข็งที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 0.1 มม. ของชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งพื้นผิวต่างๆ ได้ แม้ว่าความแม่นยำของเครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์สำหรับพื้นผิวจะไม่สูงเท่ากับเครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ แต่ในฐานะเครื่องมือการจัดการคุณภาพและการตรวจสอบที่ได้มาตรฐานสำหรับโรงงานอบชุบความร้อน ก็สามารถตอบสนองความต้องการได้ นอกจากนี้ยังใช้งานง่าย ราคาถูก วัดผลได้รวดเร็ว สามารถอ่านค่าความแข็งและคุณลักษณะอื่นๆ ได้โดยตรง การใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์สำหรับพื้นผิวสามารถใช้ในการทดสอบชิ้นงานอบชุบความร้อนพื้นผิวจำนวนมากได้อย่างรวดเร็วและไม่ทำลายชิ้นงาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับโรงงานแปรรูปโลหะและโรงงานผลิตเครื่องจักร

ประการที่สาม เมื่อชั้นผิวที่ผ่านการอบชุบแข็งมีความหนาขึ้น ก็สามารถใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ได้เช่นกัน หากความหนาของชั้นผิวที่ผ่านการอบชุบแข็งอยู่ที่ 0.4 ~ 0.8 มม. สามารถใช้มาตราส่วน HRA ได้ และหากความหนาของชั้นผิวที่ผ่านการอบชุบแข็งมากกว่า 0.8 มม. สามารถใช้มาตราส่วน HRC ได้

ค่าความแข็งสามชนิด ได้แก่ วิคเกอร์ส ร็อคเวลล์ และร็อคเวลล์ผิว สามารถแปลงค่าระหว่างกันได้ง่าย โดยสามารถแปลงเป็นค่าความแข็งตามมาตรฐาน แบบร่าง หรือตามความต้องการของผู้ใช้ ตารางการแปลงค่าที่เกี่ยวข้องมีอยู่ในมาตรฐานสากล ISO มาตรฐานอเมริกัน ASTM และมาตรฐานจีน GB/T

การแข็งตัวเฉพาะจุด

สำหรับชิ้นส่วนที่มีความแข็งเฉพาะจุดสูงกว่าปกติ สามารถใช้วิธีการอบชุบแข็งเฉพาะจุดด้วยการเหนี่ยวนำความร้อนหรือวิธีการอื่นๆ ได้ โดยปกติแล้วชิ้นส่วนดังกล่าวจะต้องระบุตำแหน่งของการอบชุบแข็งเฉพาะจุดและค่าความแข็งเฉพาะจุดบนแบบร่าง ควรทำการทดสอบความแข็งของชิ้นส่วนในบริเวณที่กำหนด เครื่องมือทดสอบความแข็งที่สามารถใช้ได้คือ เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ (Rockwell hardtest) เพื่อวัดค่าความแข็ง HRC เช่น หากชั้นการอบชุบแข็งมีความหนาไม่มาก สามารถใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบร็อคเวลล์ที่ผิวหน้า (Surface Rockwell hardtest) เพื่อวัดค่าความแข็ง HRN ได้

การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี

การอบชุบทางเคมีคือการทำให้พื้นผิวของชิ้นงานแทรกซึมด้วยอะตอมของธาตุเคมีหนึ่งชนิดหรือหลายชนิด เพื่อเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของพื้นผิวชิ้นงาน หลังจากชุบแข็งและอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำแล้ว พื้นผิวของชิ้นงานจะมีค่าความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความแข็งแรงต่อความล้าจากการสัมผัสสูง ในขณะที่แกนกลางของชิ้นงานจะมีความเหนียวสูง

จากที่กล่าวมาข้างต้น การตรวจวัดและบันทึกอุณหภูมิในกระบวนการอบชุบความร้อนมีความสำคัญมาก และการควบคุมอุณหภูมิที่ไม่ดีจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลิตภัณฑ์ ดังนั้น การตรวจวัดอุณหภูมิจึงมีความสำคัญมาก และแนวโน้มของอุณหภูมิในกระบวนการทั้งหมดก็มีความสำคัญมากเช่นกัน ส่งผลให้ต้องมีการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในกระบวนการอบชุบความร้อน ซึ่งจะช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลในอนาคตทำได้ง่ายขึ้น และยังช่วยให้ทราบว่าช่วงเวลาใดที่อุณหภูมิไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงกระบวนการอบชุบความร้อนในอนาคต

ขั้นตอนการปฏิบัติงาน

1. ทำความสะอาดพื้นที่ปฏิบัติงาน ตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายไฟ เครื่องมือวัด และสวิตช์ต่างๆ ทำงานปกติหรือไม่ และตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายน้ำไหลได้สะดวกหรือไม่

2. ผู้ปฏิบัติงานควรสวมใส่อุปกรณ์ป้องกันภัยในการทำงานที่ดี มิเช่นนั้นจะเป็นอันตราย

3. เปิดสวิตช์ถ่ายโอนพลังงานอเนกประสงค์ควบคุม ตามข้อกำหนดทางเทคนิคของอุปกรณ์ในแต่ละช่วงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและลดลง เพื่อยืดอายุการใช้งานและรักษาความสมบูรณ์ของอุปกรณ์

4. ให้ความสำคัญกับการควบคุมอุณหภูมิของเตาอบชุบแข็งและความเร็วของสายพานตาข่าย เพื่อให้สามารถควบคุมมาตรฐานอุณหภูมิที่ต้องการสำหรับวัสดุต่างๆ เพื่อให้มั่นใจในความแข็งของชิ้นงาน ความเรียบของพื้นผิว และการกำจัดชั้นออกซิเดชัน และให้ความสำคัญกับความปลอดภัยอย่างจริงจัง

5. ควรใส่ใจกับอุณหภูมิของเตาอบชุบแข็งและความเร็วของสายพานลำเลียง เปิดช่องระบายอากาศ เพื่อให้ชิ้นงานหลังการชุบแข็งมีคุณภาพตามที่ต้องการ

6. ในการทำงานควรยึดมั่นในหน้าที่ที่ได้รับมอบหมาย

7. สามารถจัดเตรียมอุปกรณ์ดับเพลิงที่จำเป็น และคุ้นเคยกับวิธีการใช้งานและการบำรุงรักษา

8. เมื่อหยุดเครื่องจักร ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าสวิตช์ควบคุมทั้งหมดอยู่ในสถานะปิด จากนั้นจึงปิดสวิตช์ถ่ายโอนอเนกประสงค์

ความร้อนสูงเกินไป

จากลักษณะพื้นผิวที่ไม่เรียบของชิ้นส่วนแบริ่งลูกกลิ้ง สามารถสังเกตเห็นโครงสร้างจุลภาคที่เกิดความร้อนสูงเกินไปหลังจากการชุบแข็งได้ แต่การกำหนดระดับความร้อนสูงเกินไปที่แน่นอนนั้น จำเป็นต้องสังเกตโครงสร้างจุลภาค หากในโครงสร้างการชุบแข็งของเหล็ก GCr15 พบมาร์เทนไซต์แบบเข็มขนาดใหญ่ แสดงว่าเกิดความร้อนสูงเกินไป สาเหตุของการเกิดความร้อนสูงเกินไปอาจเกิดจากอุณหภูมิความร้อนในการชุบแข็งสูงเกินไป หรือระยะเวลาการให้ความร้อนและการคงอุณหภูมิไว้นานเกินไป หรืออาจเกิดจากโครงสร้างเดิมของแถบคาร์ไบด์ที่รุนแรง ในบริเวณที่มีคาร์บอนต่ำระหว่างสองแถบจะเกิดมาร์เทนไซต์แบบเข็มหนาเฉพาะจุด ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด ออสเทนไนต์ที่เหลืออยู่ในโครงสร้างที่ร้อนเกินไปจะเพิ่มขึ้น และความเสถียรของขนาดจะลดลง เนื่องจากความร้อนสูงเกินไปของโครงสร้างการชุบแข็ง ทำให้ผลึกเหล็กหยาบ ซึ่งจะนำไปสู่การลดลงของความเหนียวของชิ้นส่วน ความต้านทานแรงกระแทกลดลง และอายุการใช้งานของแบริ่งก็ลดลงด้วย ความร้อนสูงเกินไปอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดรอยแตกจากการชุบแข็งได้

ความร้อนต่ำเกินไป

อุณหภูมิการชุบแข็งที่ต่ำหรือการระบายความร้อนที่ไม่ดีจะทำให้เกิดโครงสร้างทอร์เรไนต์มากกว่ามาตรฐานในโครงสร้างจุลภาค ซึ่งเรียกว่าโครงสร้างที่เกิดจากการให้ความร้อนต่ำเกินไป ทำให้ความแข็งลดลง ความต้านทานการสึกหรอลดลงอย่างมาก ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วนลูกกลิ้งและตลับลูกปืน

รอยแตกจากการชุบแข็ง

ชิ้นส่วนตลับลูกปืนอาจเกิดรอยแตกเนื่องจากความเค้นภายใน ซึ่งเรียกว่ารอยแตกจากการชุบแข็ง สาเหตุของรอยแตกดังกล่าว ได้แก่: อุณหภูมิความร้อนในการชุบแข็งสูงเกินไปหรือการระบายความร้อนเร็วเกินไป ความเค้นจากความร้อนและการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของมวลโลหะในโครงสร้างของความเค้นนั้นมากกว่าความแข็งแรงในการแตกหักของเหล็ก; พื้นผิวชิ้นงานมีข้อบกพร่องเดิม (เช่น รอยแตกหรือรอยขีดข่วนบนพื้นผิว) หรือมีข้อบกพร่องภายในของเหล็ก (เช่น ตะกรัน สิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะอย่างรุนแรง จุดขาว คราบหดตัว ฯลฯ) ทำให้เกิดความเค้นกระจุกตัวในระหว่างการชุบแข็ง; การลดคาร์บอนที่พื้นผิวอย่างรุนแรงและการแยกตัวของคาร์ไบด์; ชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบแข็งหลังจากการอบคืนตัวไม่เพียงพอหรืออบคืนตัวไม่ทันเวลา; ความเค้นจากการเจาะเย็นที่เกิดจากกระบวนการก่อนหน้านั้นมากเกินไป การตีขึ้นรูป การพับ การกลึงลึก ร่องน้ำมันที่มีขอบคม เป็นต้น กล่าวโดยสรุป สาเหตุของรอยแตกจากการชุบแข็งอาจเกิดจากปัจจัยข้างต้นอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่านั้น โดยความเค้นภายในเป็นสาเหตุหลักของการเกิดรอยแตกจากการชุบแข็ง รอยแตกจากการชุบแข็งนั้นลึกและแคบ มีรอยแตกเป็นเส้นตรง และไม่มีสีออกซิไดซ์บนพื้นผิวที่แตก มักจะเป็นรอยแตกแบนตามยาวหรือรอยแตกรูปวงแหวนบนปลอกแบริ่ง ส่วนบนลูกเหล็กแบริ่งจะมีรูปทรงตัว S ตัว T หรือรูปวงแหวน ลักษณะเฉพาะของรอยแตกจากการชุบแข็งคือไม่มีปรากฏการณ์การลดคาร์บอนที่ด้านข้างทั้งสองของรอยแตก ซึ่งสามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนจากรอยแตกจากการตีขึ้นรูปและรอยแตกของวัสดุ

การเสียรูปจากการอบชุบความร้อน

ในกระบวนการอบชุบความร้อน ชิ้นส่วนแบริ่งของ NACHI จะเกิดความเค้นจากความร้อนและความเค้นเชิงโครงสร้าง ความเค้นภายในเหล่านี้อาจทับซ้อนกันหรือหักล้างกันบางส่วน มีความซับซ้อนและแปรผันได้ เนื่องจากสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอุณหภูมิความร้อน อัตราการให้ความร้อน โหมดการระบายความร้อน อัตราการระบายความร้อน รูปร่างและขนาดของชิ้นส่วน ดังนั้นการเสียรูปจากการอบชุบความร้อนจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ การเข้าใจและควบคุมกฎเกณฑ์เหล่านี้จะช่วยให้การเสียรูปของชิ้นส่วนแบริ่ง (เช่น การบิดเบี้ยวของคอปลอก การขยายขนาด ฯลฯ) อยู่ในขอบเขตที่ควบคุมได้ ซึ่งเอื้อต่อการผลิต แน่นอนว่าในกระบวนการอบชุบความร้อน การชนกันทางกลจะทำให้ชิ้นส่วนเสียรูปเช่นกัน แต่การเสียรูปนี้สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการทำงานเพื่อลดและหลีกเลี่ยงได้

การลดคาร์บอนที่พื้นผิว

ชิ้นส่วนแบริ่งลูกกลิ้งในกระบวนการอบชุบความร้อน หากได้รับความร้อนในตัวกลางออกซิไดซ์ ผิวของชิ้นส่วนจะถูกออกซิไดซ์ ทำให้ปริมาณคาร์บอนบนผิวชิ้นส่วนลดลง ส่งผลให้เกิดการลดปริมาณคาร์บอนบนผิว หากความลึกของชั้นลดปริมาณคาร์บอนบนผิวมากกว่าปริมาณการคงสภาพหลังการแปรรูปขั้นสุดท้าย ชิ้นส่วนนั้นจะต้องถูกทิ้ง การกำหนดความลึกของชั้นลดปริมาณคาร์บอนบนผิวสามารถทำได้โดยการตรวจสอบทางโลหะวิทยาด้วยวิธีโลหะวิทยาและวิธีวัดความแข็งระดับจุลภาค เส้นโค้งการกระจายความแข็งระดับจุลภาคของชั้นผิวจะอ้างอิงจากวิธีการวัด และสามารถใช้เป็นเกณฑ์ในการตัดสินได้

จุดอ่อน

เนื่องจากการให้ความร้อนไม่เพียงพอ การระบายความร้อนไม่ดี และกระบวนการชุบแข็งที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้ความแข็งของพื้นผิวชิ้นส่วนตลับลูกปืนไม่เพียงพอ ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าจุดอ่อนในการชุบแข็ง ซึ่งคล้ายกับการลดปริมาณคาร์บอนที่พื้นผิว ส่งผลให้ความต้านทานการสึกหรอและความแข็งแรงต่อความล้าของพื้นผิวลดลงอย่างมาก