9.4 การเปลี่ยนแปลงไปสู่มาเทนไซต์

วิดีโอแสดงการเปลี่ยนแปลงไปสู่เหล็กกล้าที่มีโครงสร้างมาเทนไซต์

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      ถ้าเหล็กกล้ามีความร้อนอุณหภูมิเหนือ แนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง และถูกให้ความเย็นอย่างรวดเร็ว โครงสร้างภายในของมันจะเปลี่ยนไปสู่มาเทนไซต์โดยทันที แทนที่จะเป็นเฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ หรือซีเมนต์ไต

      มาเทนไซต์ได้อธิบายไว้ในบทที่ 7 คุณสมบัติของมันมีความแข็งมาก แต่ก็มีความเปราะสูง แต่อยู่ในรูปแบบของเหล็กกล้า เป็นกระบวนการของทำความเย็นของเหล็กกล้าอย่างรวดเร็ว เราเรียกกันว่า การชุบแข็ง (Quenching) เทคนิคนี้จะกล่าวอย่างละเอียดในบทที่ 11

วิดีโอการชุบแข็งมีด

รูปมีดผ่านการชุบแข็ง โครงสร้างจากออสเตนไนต์ไปเป็นมาเทนไซต์อย่างรวดเร็ว

      เนื่องจากออสเตนไนต์ถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วทำให้อะตอมของคาร์บอนไม่มีโอกาสเคลื่อนที่ เป็นสาเหตุทำให้การเรียงตัวของอะตอมเกิดการเปลี่ยนรูป

      ส่งผลทำให้เหล็กในรูปแบบมาเทนไซต์มีความแข็งสูง ปริมาณของคาร์บอนเป็นปัจจัยที่สำคัญต่อค่าความแข็งของรูปแบบมาเทนไซต์นี้  

      การทำความเย็นอย่างรวดเร็ว โครงสร้างที่เกิดขึ้นของเหล็กกล้าจะมีความแข็งกว่าโครงสร้างที่ถูกทำความเย็นอย่างช้า ๆ จะยกตัวอย่างเดิมก็คือ เหล็กกล้าผสมคาร์บอน 0.4% แสดงให้เห็นในรูปด้านล่าง

รูปการเปลี่ยนแปลงจากออสเตนไนต์ไปสู่มาเทนไซต์อย่างรวดเร็วโดยการชุบแข็ง

• ที่ 840°C (1,550°F) โครงสร้างเป็นออสเตนไนต์ 100%

• ที่อุณหภูมิ 760 °C (1,400°F) อุณหภูมิเหล็กกล้าจะลงอย่างช้าสั้น ๆ ช่วงหนึ่ง จากนั้นก็จะเริ่มเปลี่ยนไปเป็นเพิลไลต์ และเฟอร์ไรต์ เหล็กกล้านี้ยังคงเย็นตัวเป็นไปอย่างต่อเนื่องรวดเร็ว เพื่อไปสู่โครงสร้างมาเทนไซต์

• ที่อุณหภูมิ 540 °C (1,000°F) อุณหภูมิยังลดลงต่อไปอีกจนโครงสร้างไปสู่เฟอร์ไรต์ และเพิลไลต์ เหล็กกล้ายังเย็นอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นมาเทนไซต์ที่อุณหภูมิประมาณ 90 - 260°C (200 - 500°F) (ขึ้นอยู่กับแต่ละชนิดของเหล็กกล้า) ส่วนรายละเอียดจะได้อธิบายในบทที่ 13

9.5 โครงสร้างเหล็กกล้าในบริเวณต่าง ๆ ของไดอะแกรมเหล็กกล้า- คาร์บอน

รูปตำแหน่งตัวอย่างเหล็กกล้าทั้ง 10 จุดในผังไดอะแกรมเหล็ก-คาร์บอน แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างกันของโครงสร้างเหล็กกล้า เหล็กกล้าในผังไดอะแกรมนี้ยังไม่ได้มีการปรับสภาพทางความร้อน หรือการชุบแข็งมาก่อน

      ผังไดอะแกรมเหล็ก-คาร์บอน ในรูปด้านบน แสดงให้เห็นถึงจุดต่าง ๆ ในผังไดอะแกรม ฯ มีอยู่ 10 จุด แต่ละจุดมีตำแหน่งที่หลากหลายกันทั่วบริเวณผังไดอะแกรม ฯ จุดต่าง ๆ เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงเหล็กกล้าประเภทต่าง ๆ และปริมาณคาร์บอนที่ผสมกันอย่างหลากหลาย

รูปจุด 1 และ2 เป็นออสเตนไนต์ 100%  

      ตัวอย่างที่จุด 1 และ 2 มีความร้อนที่มีอุณหภูมิเกินกว่า แนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง ดังนั้น โครงสร้างทั้งคู่เป็น ออสเตนไนต์ 100%

      ตัวอย่างที่จุด 6, 10, 8, 7 และ 9 ไม่มีออสเตนไนต์อยู่ เพราะว่าพวกมันอยู่ต่ำกว่า แนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านต่ำ

รูปจุดที่ 6, 7, 8, 9, 10 (จุดที่ 10 อาจไม่ได้สัดส่วน (จุดจริงน่าจะยื่นออกไปอีก) เมื่อเทียบกับจุดที่ 9)

      ที่จุด 6 ที่ด้านซ้าย และมีคาร์บอนน้อยมาก มันเกือบจะเป็นเฟอร์ไรต์ 100% เปอร์เซ็นต์ แต่ก็มีเพิลไลต์ผสมอยู่เล็กน้อยเช่นกัน

      ที่จุด 8 อยู่ที่เส้นที่มีส่วนผสมของคาร์บอน 0.8% ซึ่งจะมีเพิลไลต์ 100%

      ที่จุด 7 อยู่ที่เส้นที่มีส่วนผสมของคาร์บอน 0.4% (จากตัวอย่างที่แสดงไว้) มีเฟอร์ไรต์ 48% และเพิลไลต์ 52%    

จุด 10 และ 9 ซึ่งจุดทั้งคู่จะอยู่ระหว่างเพิลไลต์ 100% (คาร์บอน 0.8%) และซีเมนต์ไต 100% (คาร์บอน 6.67% ปริมาณคาร์บอนไม่ได้แสดงอยู่ในรูป) จุด 9 นั้นอยู่ใกล้เส้นเพิลไลต์ 100% (คาร์บอน 0.8%) มากกว่าจุด 10 แต่จุด 10 นั้นใกล้เส้นซีเมนต์ไต 100% มากกว่า เมื่อเทียบสัดส่วนเปอร์เซ็นต์แล้ว จึงสรุปได้ว่า

      ที่จุด 10 จะมีเพิลไลต์อยู่ 81% และซีเมนต์ไต 19% (อัตราส่วน 81:19)    

      ส่วนจุด 9 จะมีซีเมนต์ไต 89% และเพิลไลต์อยู่ 11% (อัตราส่วน 89:11)    

รูปบริเวณจุดที่ 3, 4, 5

      จุด 4 คือบริเวณที่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟอร์ไรต์ และออสเตนไนต์ ตามทฤษฏี เพิลไลต์ทั้งหมดมีการเปลี่ยนไปเป็นออสเตนไนต์ ทำให้มีการประมาณกึ่งกลางระหว่างเส้นเฟอร์ไรต์บริสุทธิ์ และเส้นออสเตนไนต์บริสุทธิ์ ซึ่งจะอยู่ระหว่าง เฟอร์ไรต์ 50% และออสเตนไนต์ 50% (อัตราส่วน 50:50)

      ที่จุด 3 ก็เช่นเดียวกันคืออยู่ในบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงเฟอร์ไรต์ และออสเตนไนต์ แต่จุด 3 นั้นอยู่ใกล้เส้นเฟอร์ไรต์บริสุทธิ์กว่าจุด 4 เมื่อมีการเทียบสัดส่วนกันแล้ว จะมีออสเตนไนต์ 33% และเฟอร์ไรต์ประมาณ 67%

      จุด 5 เป็นในบริเวณการเปลี่ยนแปลงซีเมนต์ไต และออสเตนไนต์ ตามทฤษฏี จะไม่มีเพิลไลต์ในโครงสร้าง นับจากเหนือ แนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านต่ำ จุด 5อยู่ใกล้ออสเตนไนต์บริสุทธิ์ (คาร์บอน 0.8%) มากกว่า ซีเมนต์ไตบริสุทธิ์ (คาร์บอน 6.67%) จุดนี้จึงประมาณโครงสร้างได้เป็น ออสเตนไนต์ 81% และซีเมนต์ไต 19% การเทียบสัดส่วนนี้ใกล้เคียงกับการเทียบที่จุด 10 (อัตราส่วน 81:19)    

      ตัวอย่างของเหล็กกล้าที่จุด 6, 10, 8, 7, 9, 4, 5 และ 3 สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นมาเทนไซต์ได้ (แทนที่ของเฟอร์ไรต์, เพิลไลต์ หรือซีเมนต์ไต) ถ้าพวกมันผ่านกระบวนการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว โดยการให้ความร้อนอุณหภูมิอยู่เหนือแนวเส้นอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปด้านสูง ตามด้วยการชุบแข็งอย่างเร็ว (นำไปจุ่มในน้ำ, จุ่มในน้ำมัน หรือจุ่มสารอื่น ๆ) จะมีผลทำให้เกิดเป็นโครงสร้างมาเทนไซต์ 

หลังจากชุบแข็งอย่างรวดเร็ว จากตัวอย่างที่จุด 6, 10, 8, 7 และ9 จะเป็นมาเทนไซต์ 100%

ส่วนตัวอย่างที่จุด 3 ควรจะมีออสเตนไนต์ 33% และ มาเทนไซต์ 67%

ตัวอย่างที่จุด 4 ควรจะมีออสเตนไนต์ 50% และ มาเทนไซต์ 50%

ตัวอย่างที่จุด 5 ควรจะมีมาเทนไซต์ 19% และ ออสเตนไนต์ 81%

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

  “จิตใจที่ยิ่งใหญ่ วิพากษ์วิจารณ์ความคิด

จิตใจสามัญ วิพากษ์วิจารณ์เหตุการณ์

  แต่จิตใจที่ต่ำต้อยนั้น วิจารณ์เพียงผู้คน”

“Great minds discuss ideas;

        Average minds discuss events;
      Small minds discuss people.”