31 บทที่ 5 เหล็กกล้า

ภาค 3

โลหะวิทยาเกี่ยวกับเหล็ก

บทที่ 5 เหล็กกล้า

      เหล็กเป็นวัสดุที่มีการใช้งานกันมากที่สุดในโลก เพราะมันมีความแข็งแกร่งสูง มีความสามารถนำมา กลึง กัด ไส (Machinability) เพื่อเปลี่ยนรูปร่างได้ง่าย และมีราคาที่ไม่แพงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุประเภทอื่น ๆ ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนกัน

รูปความสามารถในการนำไปกลึงได้ของเหล็กกล้า

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

5.1 ส่วนประกอบของเหล็กกล้า

รูปผลิตภัณฑ์เหล็กกล้า

      เหล็กกล้า (Steel) เป็นวัสดุที่ประกอบไปด้วยธาตุเหล็ก (Iron: Fe (Ferrous)) ที่เป็นสารตั้งต้นพื้นฐาน แล้วก็มีการนำธาตุต่าง ๆ มาผสมลงไปในเนื้อเหล็ก โดยทั่วไปแล้วในเหล็กกล้าจะมีธาตุเหล็กอยู่มากกว่า 90% ที่เหลือจะเจือผสมกับธาตุอื่น ๆ เช่น โมลิบดีนัม, นิเกิล, แมงกานีส ฯลฯ 

      ส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนจะมีธาตุเหล็กอยู่สูงถึง 99% ที่เหลือจะเป็น คาร์บอน (Carbon) และอาจมีธาตุอื่น ๆ ผสมเจืออยู่เล็กน้อยในเนื้อเหล็กกล้า เหล็กกล้าคาร์บอนนั้นธาตุที่เป็นหลักก็คือเหล็ก และคาร์บอน โดยเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนที่ไปผสม จะมีค่าอยู่ที่ระหว่าง 0-2% แต่ที่พบโดยส่วนใหญ่ในท้องตลาดจะมีคาร์บอนที่ประมาณ 0.15-1.0%

      เหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่น้อยจะมีความยืดหยุ่น (ความเหนียว) มากกว่า เหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่มาก แต่ถ้ามีคาร์บอนผสมลงไปในเนื้อเหล็กมากเท่าไหร่ ก็ทำให้เหล็กเกิดความเปราะมากยิ่งขึ้นด้วย ดังนั้น จะพบว่าเมื่อผสมคาร์บอนเติมเข้าไปในเหล็ก ทำให้เหล็กมีผลต่อความแข็งแกร่ง, ความแข็ง และความเปราะของเหล็ก

 รูปเหล็กรูปพรรณทำจากเหล็กกล้าผสมคาร์บอน

      เมื่อมีการผลิตเหล็ก ธาตุเหล็กจะผสมกับคาร์บอน คาร์บอนจะแทรกซึมเข้าไปในธาตุเหล็ก ผลที่ได้ก็จะเป็นโลหะผสมที่เรียกว่า เหล็กกล้า คาร์บอนจะผสมอยู่ในเนื้อธาตุเหล็ก เป็นสีดำเล็ก ๆ มีรูปร่างต่าง ๆ ดังในรูป มีคาร์บอนผสมในธาตุเหล็กมีค่ามากสุดประมาณ 2%

รูปโครงสร้างทางจุลภาคของเหล็กกล้า ASTM A36 สีดำคือคาร์บอนที่แซมอยู่ในเนื้อเหล็ก

5.2 ระบบเรียกชื่อเหล็กกล้า

      เหล็กกล้ามีอยู่มากมายหลายชนิด ซึ่งขึ้นอยู่กับการผสมธาตุ และกรรมวิธีการผลิต ดังนั้นเรามีความจำเป็นที่จะต้องจำแนกเหล็กออกเป็นชื่อเรียกต่าง ๆ กัน ซึ่งในปัจจุบันมีสถาบันที่ทำงานเกี่ยวกับโลหะมากมาย ยกตัวอย่างเช่น

·       สถาบันเหล็ก และเหล็กกล้าของอเมริกา (American Iron and Steel Institute: AISI)

เว็บไซต์สถาบันเหล็ก และเหล็กกล้าของอเมริกา

·       สมาคมการทดสอบ และวัสดุของอเมริกา (American Society for Testing and Materials: ASTM)

เว็บไซต์ สมาคมการทดสอบ และวัสดุของอเมริกา

·       สมาคมวิศวกรยานยนต์อเมริกา (Society of Automotive Engineers: SAE)

เว็บไซต์ สมาคมวิศวกรยานยนต์อเมริกา

·       สมาคมวิศวกรเครื่องกลอเมริกา (American Society of Mechanical Engineers: ASME)

เว็บไซต์ สมาคมวิศวกรเครื่องกลอเมริกา

·       สถาบันมาตรฐานของเยอรมัน (Deutsches Institut für Normung: DIN)

เว็บไซต์ สถาบันมาตรฐานของเยอรมัน

·       คณะกรรมการมาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น (Japanese Industrial Standards Committee: JISC) หรือ JIS เดิม

เว็บไซต์ คณะกรรมการมาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น

·       ส่วนของไทยก็มีคือ สำนักมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม หรือ สมอ. (Thai Industrial Standards Institute: TISI)

เว็บไซต์ สำนักมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม

·       ฯลฯ

องค์กรเหล่านี้กำหนดรายละเอียดของเหล็กกล้าเอาไว้ แตกต่างกันไป

      การจำแนกเหล็กออกเป็นประเภทเราเรียกว่า ระบบเรียกชื่อเหล็กกล้า (Steel number system) คือระบบการแบ่งเหล็กกล้าออกเป็นประเภทต่าง ๆ โดยเหล็กกล้าจะถูกเรียกเป็นตัวเลข ในหนังสือเล่มนี้จะกล่าวถึงระบบเรียกชื่อเหล็กกล้าเป็นแบบ AISI และ SAE เป็นหลัก ยกตัวอย่างเช่น

AISI/SAE 1121

อธิบาย

ตัวอักษรด้านหน้าเป็นการเรียกชื่อเหล็กตามมาตรฐานในที่นี้ก็คือ สถาบันเหล็ก และเหล็กกล้าของอเมริกา และสมาคมวิศวกรยานยนต์อเมริกา ส่วนตัวเลขปกติแล้วจะมีตัวเลขอยู่สี่ตัว โดยตัวเลขสองอันดับแรกแสดงถึงสารที่นำมาเจือปน และตัวเลขอีกสองตัวหลังด้านท้าย (มีอยู่บางประเภทจะมีอยู่สามตัวเลข) แสดงถึงเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนภายในเนื้อเหล็กกล้า

ยกตัวอย่างเช่น AISI/SAE 1020

o  เป็นไปตามมาตรฐานของ AISI หรือ SAE

o  ตัวเลขแรก (1) บอกถึงมีคาร์บอนผสมอยู่

o  ตัวเลขลำดับที่สอง (0) ก็คือไม่มีธาตุอื่นผสมอยู่มีเพียงคาร์บอนเท่านั้น

o  ตัวเลขสองตัวสุดท้าย (20) เหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่ประมาณ 0.20%

ตัวอย่าง   AISI/SAE 4340

o  เป็นไปตามมาตรฐานของ AISI หรือ SAE

o  ตัวเลขสองตัวแรก (43) ก็คือ เหล็กกล้ามีการผสม นิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัม

o  ตัวเลขสองตัวหลัง (40) มีคาร์บอนเป็นส่วนผสมมีค่าประมาณ 0.4%

ระบบเรียกชื่อเหล็กกล้าที่แสดงในตารางที่ 5.1

ตารางที่ 5.1 แสดงส่วนเจือผสมในเหล็กกล้ากำหนดเป็นตัวเลขสองอันดับแรก

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ไม่มีสิ่งใด ๆ ในโลกที่ดีหรือเลว มีแต่ความคิดของเราเท่านั้นที่ทำให้เกิดความดีและความเลว”

W.Shakespeare