คือการเพิ่มความแข็งให้กับผิวชิ้นงาน เพื่อความทนทานต่อการสึกหรอ และทนทานต่อ Dynamic Stresses โดยนำเหล็กกล้าที่มีคุณสมบัติทนทานต่อการใช้งานหนัก มาทำให้ผิวของเหล็กมีความแข็งเพิ่มขึ้น

 

การชุบผิวแข็งแบ่งได้เป็น 4 วิธี

  1. Case Hardening คือการนำเหล็ก Low – carbon ไปอบกับสารที่มีปริมาณคาร์บอนสูง ซึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ จนมีอุณหภูมิเหนือจุดวิกฤตบนผิวของชิ้นงานเพื่อเพิ่มปริมาณคาร์บอนขึ้นถึง 85% ต่อมาจึงทำ Heat Treatment ซึ่งจะได้ชิ้นงานมีผิวแข็งทนทานต่อการสึกหรอ

การทำให้ผิวชิ้นงานมีปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้นดังกล่าวอาจเรียกว่า Carburising ซึ่งแยกออกตามลักษณะของสารที่นำมาอบด้วยเป็น 3 ประเภท คือ

    • Solid Carburising คือการนำชิ้นงานสำเร็จ อัดด้วยสารลงในกล่องเหล็กกล้าให้ชิ้นงานสัมผัสกับสารดังกล่าวให้ทั่วถึงทุกซอกทุกมุม บริเวณผิวชิ้นงานที่ไม่ต้องการให้เกิดการชุบแข็งก็อาจปิดด้วยแผ่นทองแดงหนา 075 มม. ฝากล่องใช้ดินเหนียวอัดให้แน่นไม่ให้อากาศเข้าได้ จากนั้นนำไปอบที่อุณหภูมิประมาณ 900 – 950°C เป็นเวลา 3 – 8 ชม. และปล่อยให้เย็นตัวช้าๆในเตา สารที่นำมาอบด้วย เช่น ถ่านไม้ ถ่านโค๊กป่นผสมกับตัวก่อให้เกิดปฏิกิริยา แบเรียมคาร์บอเนต เมื่อนำไปอบแบเรียมคาร์บอเนตจะสลายตัวในออกซิเจน ซึ่งจะไปออกซิไดซ์คาร์บอนให้เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ ทำให้เกิดเป็น Nascent Carbon หรือ คาร์บอนที่เกิดใหม่ ที่จะซึมเข้าในผิวเหล็กกล้า โดยมีความลึกของผิวชุบแข็งระหว่าง 0.05 – 1.55 มม. ชิ้นงานที่นำมาอบที่ 900°C เป็นเวลา 1 ชม. จะมีความลึกของผิวชุบแข็งประมาณ 0.25 มม. ต่อชั่วโมง
    • Liquid Carburising – สารที่นำมาอบด้วยประกอบด้วยโซเดียมไซยาไนด์ ประมาณ 20 – 45% โซเดียมคาร์บอเนต และโซเดียมคลอไรด์ ชิ้นงานจะถูกนำใส่ตะกร้ามาจุ่มลงในอ่างเกลือหลอมเหลว ซึ่งควบคุมอุณหภูมิที่ 870 – 950°C หลังจากนั้นจึงทำให้เย็นตัวโดยเร็ว วิธีนี้เป็นการให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว และสม่ำเสมอ ชิ้นงานจึงบิดงอน้อย เป็นวิธีที่ประหยัด และเหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่ต้องการผิวชุบแข็งเพียงบางๆ การชุบชิ้นงานที่ทำจาก Mild Steel และใช้รับแรงน้อย ควรชุบผิวแข็งหนาไม่เกิน25 มม. ทำได้โดยแช่ชิ้นงานไว้ในอ่างเกลือหลอมเหลว 45 นาที ความหนาสูงสุดที่ทำได้โดยค่าใช้จ่ายไม่เพิ่มขึ้นคือ 0.75 มม. โดยแช่ชิ้นงานเป็นเวลา 3 ชั่วโมง

ข้อระวัง: เนื่องจากการชุบผิวแข็งวิธีนี้ต้องใช้ ไซยาไนด์ สารพิษรุนแรงจึงต้องระมัดระวังมาก เหนืออ่างหลอมเหลวจะต้องมีที่ดูดควันอย่างดี ต้องระมัดระวังไม่ให้ของเหลวกระเด็นออกนอกอ่าง และต้องระมัดระวังไม่ให้ไซยาไนด์เข้าสู่ร่างกายโดยเฉพาะอย่างยิ่งทางบาดแผล

    • Gas Carburising – คือการอบชิ้นงานให้มีอุณหภูมิประมาณ 900°C ภายในเตาที่มีก๊าซ อีเทน (Ethane) โปรเปน (Propane) บิวเทน (Butane) ที่เหมาะสม ผิวที่ชุบแข็งจะมีความลึกประมาณ 25 – 1.0 มม. โดยใช้เวลาอบไม่เกิน 4 ชั่วโมง

Gas Carburising  อีกแบบหนึ่งคือ Carbonitriding Plain Carbon Steels จะเกิดทั้ง Carburising และ Nitriding หลังจากอบชิ้นงานที่อุณหภูมิประมาณ 650 – 950°C ภายใต้ ก๊าซแอมโมเนีย และไฮโดรคาร์บอน อุณหภูมิที่เลือกอบจะขึ้นอยู่กับความลึกของผิวที่ต้องการชุบให้แข็งจะประมาณ 820 – 840°C หลังจากนั้นจึงนำออกจากเตาทำให้เย็นตัวโดยเร็ว ชิ้นงานที่ได้จะแตกร้าว และบิดงอน้อย เนื่องจากอบที่อุณหภูมิต่ำ และไม่ต้องทำ Heat Treatment ซ้ำอีก

  1. Nitriding (Surface Hardening) คือ การทำให้ผิวชิ้นงานเกิดเป็นโลหะไนไตรน์ ด้วยการอบชิ้นงานที่ผ่านการทำ Heat Treatment มาแล้ว ในภาชนะปิดที่มีก๊าซแอมโมเนียหมุนเวียนอยู่ตลอดเวลา อบจนมีอุณหภูมิ 500°C เป็นเวลา 2 – 4 วัน แอมโมเนียจะสลายตัวให้ก๊าซไฮโดรเจน และไนโตรเจน จะซึมเข้าไปในผิวชิ้นงานเกิดเป็นโลหะไนไตรน์ โลหะพวก Plain Carbon Steels ไม่ควรนำมาทำ Nitriding เนื่องจากจะเกิดคาร์บอนไนไตรน์ ที่ผิวชิ้นงานจะทำให้ชิ้นงานเปราะเกินไป

โลหะที่เหมาะกับการทำ Nitriding ได้แก่โลหะผสม Nitralloy ซึ่งจะมีคาร์บอน 0.2 – 0.5% โครเมียม 1.5% อลูมิเนียม 1% และโมลิบดินัม 0.2% ผิวชิ้นงานจะเกิดเป็นโครเมียม และอลูมิเนียมไนไตรน์ทำให้ผิวแข็งขึ้น เนื่องจากการเกิดโครเมียมไนไตรน์ เกิดเข้าไปในผิวชิ้นงานได้ลึกกว่าอลูมิเนียมไนไตรน์มาก ดังนั้น ความแข็งภายในผิวชิ้นงานจะค่อยๆ ลดลง เป็นลำดับตามความลึก โมลิบดินัมที่มีอยู่จะช่วยปรับสภาพเกรนบริเวณแกนกลางชิ้นงาน ทำให้ทนทานต่องานหนักได้ดี

ขั้นตอนการทำงานของชิ้นงานพวก Nitralloy มีดังนี้

    1. อบชิ้นงานที่อุณหภูมิ 900°C แล้วทำให้เย็นตัวด้วยน้ำ
    2. Tempering ที่อุณหภูมิ 650°C
    3. เป็นชิ้นงานหยาบเช่นนำมากัดกลึงต่างๆ
    4. Annealing ที่อุณหภูมิ 525 – 550°C อย่างมาก 5 ชม. เพื่อลดความเครียด
    5. ทำให้เป็นชิ้นงานสำเร็จ
    6. Nitriding ที่อุณหภูมิ 500°C ให้ผิวแข็งประมาณ 1050 – 1100 HV ที่ความลึกประมาณ 25 – 0.90 มม.

ตัวอย่างชิ้นงานดังกล่าวได้แก่ Die Block จานเบรก เพลาข้อเหวี่ยง Mould หล่อพวกพลาสติก ตัว Spindles ต่างๆ เป็นต้น

ข้อดีของการทำ Nitriding

    • เนื่องจากชิ้นงานได้ผ่านการทำ Heat – treatment มาก่อนทำ Nitriding การบิดงอหรือแตกร้าวของชิ้นงานซึ่งเกิดจากการทำให้เย็นตัวโดยเร็วจึงไม่มี และหลังจากผ่านการทำ Nitriding แล้วจะปราศจากความเครียดภายในเนื้อโลหะ
    • ผิวชิ้นงานจะแข็งประมาณ 1050 – 1100 HV ที่ความลึกประมาณ 03 – 0.08 มม.
    • ความแข็งของผิวชิ้นงานจะคงสภาพที่อุณหภูมิ 500°C ในขณะที่ชิ้นงานที่ผ่านการทำ Carburising จะมีความแข็งของผิวเพียงประมาณ 200°C เมื่ออุณหภูมิเกินกว่า 200°C ผิวชิ้นงานจะอ่อนตัวลง
    • ทนทานต่อการกัดกร่อนต่างๆ ได้ดีมาก
    • มีความทนทานต่อการล้าตัว (Fatigue) ของเนื้อโลหะ
    • การทำ Nitriding จะเสียค่าใช้จ่ายในขั้นต้น เช่น ค่าก่อสร้างโรงงานมากกว่าการชุบแข็งแบบอื่นๆ และยังต้องใช้โลหะผสมชนิดพิเศษอีกด้วย แต่ถ้าต้องชุบแข็งชิ้นงานจำนวนมากๆ วิธีนี้จะถูกกว่าวิธีอื่นๆ
  1. Flame Hardening คือ การใช้เปลว Oxy–Acetylene เผาชิ้นงานจนมิอุณหภูมิเหนือจุดวิกฤติ แล้วพ่นละอองน้ำให้ชิ้นงานเย็นตัว เหล็กกล้าที่ทำ Flame Hardening ควรจะมีปริมาณคาร์บอน 4 – 0.6 % เพื่อให้ชิ้นงานมีผิวแข็งและทนทานต่อการใช้งานหนัก เหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอน 0.45 % หลังจากทำ Flame Hardening จะมีผิวแข็งประมาณ 600 – 650 HV ที่ความลึกประมาณ 3.0 – 3.8 มม. ตัวอย่างชิ้นงาน เช่น เกียร์ ลูกเบี้ยว ซี่เฟืองต่างๆ ก่อนที่จะนำชิ้นงานมาชุบแข็งควรจะลดความเครียดภายในออกเสียก่อน หลังจากทำการชุบผิวแข็งแล้วจึงทำการ Annealing ที่อุณหภูมิต่ำๆ เพื่อลดความเครียดอีกทีหนึ่ง
  2. Induction Hardening คือ การให้ความร้อนผิวชิ้นงานอย่างรวดเร็ว ด้วยกระแสความถี่สูงทำให้ชิ้นงานมีอุณหภูมิเหนือจุดวิกฤติภายในเวลา 3 – 5 วินาที แล้วทำให้เย็นตัว โดยการพ่นละอองน้ำ ความลึกของผิวชุบแข็งที่ได้มีค่าประมาณ 2 มม. เหล็กกล้าที่จะนำมาทำ Induction Hardening ควรมีปริมาณคาร์บอน 0.4 – 0.6 % วิธีนี้ถ้าควบคุมเวลาที่ใช้ในการชุบแข็งได้ตามกำหนด การที่ผลึกจะขยายขนาดขึ้น การบิดงอของชิ้นงาน หรือ De-Carburisation จะไม่มีโอกาสเกิดขึ้น
Please follow and like us:
error