   |
|
เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม
(Spheroidal graphite cast iron). |
|
||||||
| เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม หรือที่มีชื่อเรียกกันหลายแบบ เช่น Nodular cast iron, Spheroildal grophite cast iron หรือ ductile iron เพราะคุณสมบัติและลักษณะของกร๊าฟไฟต์ที่ตกผลึกอยู่ในเนื้อของเหล็ก จะอยู่ในลักษณะกลม (Nodule หรือ spheroid) ซึ่งแตกต่างไปจากลักษณะกร๊าฟไฟต์ของเหล็กสีเทา ซึ่งอยู่ในรูปแถบยาว ๆ (lamellar flakes) ด้วยคุณลักษณะของกร๊าฟไฟต์ที่เป็นรูปกลมนี่เอง ทำให้เหล็กชนิดนี้ มีคุณสมบัติเหนียวรับแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็กหล่อเทา (grey cast iron) มาก จนได้ชื่อว่าเหล็กหล่อเหนียวหรือ ductile iron เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลมเริ่มมีการศึกษาและทดลองผลิตกันมาตั้งแต่ปี 1948 ซึ่ง Morrogh H. และ William W.J. ได้เขียนเรื่องของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลมลงในวารสาร Journal of the iron & steel 158, 306-22 (1948) เรื่องราวเริ่มต้นของการค้นพบครั้งแรกเป็นการผสมโลหะซีเรียม (Cerium) ในเหล็กหล่อ แต่ภายหลังได้มีการทดลองใช้โลหะแมกนีเซียมเป็นผลสำเร็จโดย International Nickel Limited ผลของการใช้โลหะแมกนีเซียมได้ผลกับเหล็กหล่อที่มีส่วนผสมกว้างขวางกว่าโลหะซีเรียม กล่าวคือ ได้ผลดีทั้งเหล็กหล่อทีมีส่วนผสม Hypoeutetic และ Hyperrutectic ส่วนซีเรียมจะให้ผลดีเฉพาะเหล็กหล่อที่เป็นส่วนผสม Hypereutictic คือเหล็กหล่อที่มีส่วนผสมคาร์บอนและซิลิกอนสูง และเหตุผลอีกประการหนึ่งที่ทำให้โลหะซีเรียมลดความสำคัญลงไปก็ตรงที่โลหะซีเรียมมีราคาสูงมากและเป็นธาตุที่หายาก แต่ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาการใช้พัฒนาการใช้โลหะซีเรียมขึ้นมาอีก แต่รวมกับธาตุอื่น ๆ คือ Lanthanum, Ythrium และอื่น ๆ โดยผลิตออกมาในรูปของ Mischmetal ซึ่งใช้ได้ผลดีเหมือนกัน | ||
| พิจารณาในด้านคุณสมบัติทั่วไปแล้ว เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม มีคุณสมบัติทนแรงดึงได้สูงและมีความเหนียวอยู่ในช่วงของ Low alloy steel คือทนแรงได้ดีประมาณ 40 - 70 kg/mm2 และมีคุณสมบัติ Ductility อยู่ในช่วง Percent elongation 8 - 25% ในบางครั้ง เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม ได้ชื่อเรียกว่า semi steel โดยปกติแล้วการที่จะเปลี่ยนรูปร่างหรือทำให้เกิดกร๊าฟไฟต์เกิดเป็นกลุ่มก้อน ก็ทำได้โดยการทำ Heat treament เหล็กหล่อขาว (white cast iron) ซึ่งคาร์บอนจะอยู่ในรูปของสารประกอบกับเหล็กคือ ซีเมนต์ไตต์ (Fe3C) ในขณะที่ทำการเผาที่อุณหภูมิสูงและใช้เวลานาน ธาตุคาร์บอนก็จะแตกตัวมารวมกลุ่มเกิดลักษณะกร๊าฟไฟต์ที่เป็นกลุ่มก้อนได้เหมือนกัน ซึ่งเราเรียกเหล็กหล่อเหนียวชนิดนี้ว่า Malleable แต่กรรมวิธีการผลิตต้องทำเป็นขั้น ๆ คือ ขั้นแรกต้องผลิตให้เป็นเหล็กหล่อขาว (white cast iron) ก่อน ต่อจากนั้นจึงจะผ่านกรรมวิธีารอบชุบที่อุณหภูมิสูงและใช้เวลานาน และอีกประการหนึ่งการผลิตเหล็กหล่อขาวจะทำได้ผลดีภายใต้ขอบเขตอันหนึ่ง คือ ชิ้นงานหล่อ จะมีความหนามาก ๆ ไม่ได้ คือไม่เกิน 2.5 ซ.ม เพราะจะทำให้อัตราการเย็นตัวช้า จะไม่เป็นเหล็กหล่อขาว ในกรณีของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม (Nodular) ไม่มีขอบเขตจำกัดในเรื่องความหนาของชิ้นงานหล่อ และส่วนดี อีกประการหนึ่งคือเหล็กชนิดนี้ยังอยู่ในตระกูลของเหล็กหล่อ จึงมีจุดหลอมเหลวต่ำ สามารถถลุงได้ด้วยเตาแบบธรรมดาที่ใช้ถุงเหล็กหล่อทั่ว ๆ ไปด้วยข้อดีต่าง ๆ นี่เอง ทำให้ปริมาณการใช้งานของเหล็กหล่อประเภทนี้ในอุตสาหกรรมสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว | ||
| มาตรฐานของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม |
| เหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม ปัจจุบันนี้เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย ในหลาย ๆ ประเทศ และได้กำหนดมาตรฐานไว้แตกต่างกัน ส่วนมาก จะอาศัยคุณสมบัติทนแรงดึงสูงสุด เป็นหลักในการจำแนกชั้นคุณภาพ มีบางประเทศกำหนดคุณสมบัติทนแรงดึง และลักษณะของโครงสร้างพื้นฐานกำกับไว้ด้วย สิ่งที่สำคัญคือ ปริมาณของธาตุที่ผสมในเหล็กจะไม่กำหนดไว้ ดังแสดงในตารางต่อไปนี้ | ||
|
International
Standard Organization (ISO) R 945
|
|
ชั้นคุณภาพ
(Type) |
ความเค้นแรงดึง
(ต่ำสุด)
|
ความเค้นพิสูจน์
0.2% (ต่ำสุด)
|
อัตรายืดตัว
(ต่ำสุด) %
|
||||
|
Kg/mm2
|
PSi
|
Tonf/in2
|
Kg/mm2
|
PSi
|
Tonf/in2
|
||
|
70 - 2
|
70
|
100,000
|
44
|
45
|
65,000
|
29
|
2
|
|
60 - 2
|
60
|
86,000
|
38
|
40
|
57,000
|
25
|
2
|
|
50 - 7
|
50
|
71,000
|
31
|
35
|
50,000
|
22
|
7
|
|
42 - 12
|
42
|
60,000
|
27
|
28
|
40,000
|
18
|
12
|
|
38 - 17
|
38
|
55,000
|
24
|
24
|
35,000
|
15
|
17
|
|
มาตรฐานอเมริกา
(ASTM) A 536 - 70
|
|
ชั้นคุณภาพ
(class) |
ความเค้นแรงดึง (ต่ำสุด) | ความเค้นพิสูจน์ 0.2% (ต่ำสุด) |
อัตรายืดตัว
(ต่ำสุด) %
|
|
PSi
|
PSi
|
||
|
60 - 40 - 18
|
60,000
|
40,000
|
18
|
|
65 - 45 - 12
|
65,000
|
45,000
|
12
|
|
80 - 55 - 06
|
80,000
|
55,000
|
6
|
|
100 - 70 - 03
|
100,000
|
70,000
|
3
|
|
120 - 90 - 02
|
120,000
|
90,000
|
2
|
|
มาตรฐานเยอรมัน
(DIN 1693)
|
|
ชั้นคุณภาพ
(class) |
ความเค้นแรงดึง
Kg/mm2 |
ความเค้นพิสูจน์
0.2%
Kg/mm2 |
อัตรายืดตัว
(L=5d) % |
โครงสร้างพื้นฐาน
|
|
|
สัญลักษณ์
|
Material
Number
|
||||
|
GGG
- 40
|
0.7040
|
40
|
25
|
15
|
Ferrite
|
|
GGG
- 50
|
0.7050
|
50
|
32
|
7
|
Ferrite
+ Pearlite
|
|
GGG
- 60
|
0.7060
|
60
|
38
|
3
|
Peatlite
|
|
GGG
- 70
|
0.7070
|
70
|
44
|
2
|
Pearlite
|
|
GGG
- 80
|
0.7080
|
80
|
50
|
2
|
Pearlite
|
|
มาตรฐานอังกฤษ
BS 2789 (1961)
|
|
ชั้นคุณภาพ
(Type) |
ความเค้นแรงดึง
(ต่ำสุด)
|
ความเค้นพิสูจน์
0.5%
|
อัตรายืดตัว
(ต่ำสุด) %
|
||||
|
Ton/in2
|
Kg/mm2
|
Ton/in2
|
Kg/mm2
|
||||
|
SNG 24 / 17
|
24
|
37.8
|
15
|
23.6
|
17
|
||
|
SNG 27 / 12
|
27
|
42.5
|
18
|
28.3
|
12
|
||
|
SNG 32 / 7
|
32
|
50.4
|
22
|
34.6
|
7
|
||
|
SNG 37 / 2
|
37
|
58.3
|
25
|
39.4
|
2
|
||
|
SNG
42 / 2
|
42
|
66.1
|
28
|
44.1
|
2
|
||
|
SNG
47 / 2
|
47
|
74.0
|
30
|
47.2
|
2
|
||
|
มาตรฐานญี่ปุ่น
JIS G 5502 (1961)
|
|
ชั้นคุณภาพ
(class) |
สัญลักษณ์
|
ความเค้นแรงดึง(ต่ำสุด)
Kg/mm2 |
ความเค้นจุดราก
(ต่ำสุด)
Kg/mm2 |
อัตราการยืดตัว
ต่ำสุด %
|
|
1
|
FCD 40
|
40
|
28
|
12
|
|
2
|
FCD 45
|
45
|
30
|
5
|
|
3
|
FCD 55
|
55
|
38
|
2
|
|
4
|
FCD 70
|
70
|
48
|
1
|
|
มาตรฐานสหภาพโซเวียต
GOST 7293 (70)
|
|
ชั้นคุณภาพ
(Type) |
ความเค้นแรงดึง
Kg/mm2 |
ความเค้นจุดราก
(ต่ำสุด)
Kg/mm2 |
อัตราการยืดตัว
%
|
ความเค้นแรงกระแทก
Kgm/cm2 |
ความแข็ง
H3
|
|
Vch 38 - 17
|
38
|
24
|
17
|
6.0
|
140-170
|
|
Vch 42 - 12
|
42
|
28
|
12
|
4.0
|
140-200
|
|
Vch 45 - 5
|
45
|
33
|
5
|
3.0
|
160-220
|
|
Vch 50 - 2
|
50
|
38
|
2
|
2.0
|
180-260
|
|
Vch 60 - 2
|
60
|
40
|
2
|
2.0
|
200-280
|
|
Vch 70 - 3
|
70
|
40
|
3
|
3.0
|
229-275
|
|
Vch 80 - 3
|
80
|
50
|
3
|
2.0
|
220-300
|
|
Vch 100 - 4
|
100
|
70
|
4
|
3.0
|
302-369
|
|
Vch 120 - 4
|
120
|
90
|
4
|
3.0
|
302-369
|
|
มาตรฐานเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม
ประเทศไทย
|
|
ชั้นคุณภาพ
(Type) |
ความต้านทานแรงดึง
(ต่ำสุด) เมกาปาสคาล (Kg/mm2)
|
ความยืดหยุ่นต่ำสุด
%
|
|
SGI 400
|
392 (40)
|
15
|
|
SGI 500
|
490 (50)
|
7
|
|
SGI 600
|
588 (60)
|
2
|
|
SGI 700
|
686 (70)
|
2
|
| ทฤษฎีทางด้านโลหะวิทยา |
| คุณสมบัติเชิงกลของเหล็กหล่อโดยทั่วไป
จะขึ้นอยู่กับแฟคเตอร์ ที่สำคัญสองประการ คือ 1. โครงสร้างพื้นฐาน (metallic matrix) 2. ลักษณะของกร๊าฟไฟต์ และการกระจัดกระจาย |
| โครงสร้างพื้นฐานของเหล็กหล่อแบ่งได้เป็น เพิรไลท์, เฟอร์ไลท์ , และเพิรไลท์-เฟอร์ริติค (ในกรณีที่ชุบแข็งอาจจะมีโครงสร้าง พื้นฐานเป็น Bainite หรือ Mastensite) | ||
| เพิรไลท์เป็นโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง (80 kg/mm2) แต่มีความเหนียวน้อย (% elongation 10) เฟอร์ไรท์เป็นโครงสร้างที่มีความแข็งอยู่ในเกณฑ์ต่ำ (28 kg/mm2) แต่มีความเหนียวสูง ( % elongation 50) เพิรลิโต-เฟอร์ริติค เป็นโครงสร้างที่มีทั้งสองชนิดปนกัน จึงมีคุณสมบัติอยู่ในเกณฑ์ปานกลาง |
| โดยทั่วไปโครงสร้างของเหล็กหล่อส่วนมากจะเป็น เพิรลิโต-เฟอร์ริติค จะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างได้โดยทำการชุบ การอบชุบ |
| ปัญหาที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กหล่อ จึงขึ้นอยู่กับกร๊าฟไฟต์ โดยตรง เพราะกร๊าฟไฟต์มีความแข็งแรงต่ำมาก จึง ไม่มีส่วนที่จะไปช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับเหล็กได้เลย เมื่อไปแทรกอยู่ในเนื้อเหล็ก ก็เปรียบเสมือนเป็นช่องว่างในเนื้อเหล็กนั่นเองทำให้พื้นที่ที่จะรับแรงมีน้อยลง และโดยเฉพาะตรงบริเวณสัมผัสระหว่างเนื้อเหล็กกับกร๊าฟไฟต์จะเป็นตำแหน่งที่ทำให้เกิด Strees concentration มาก บางที่อาจทำให้มีความเครียดสูงขึ้นไปประมาณ 10 - 20 เท่าของความเครียดปกติ ถ้ากร๊าฟไฟต์มีขนาดยาว และส่วนโค้งมีน้อย (rasius of curvity) | ||
| จากกฎที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่า Strees concentration ถ้ารูปร่างและขนาดซึ่งพิสูจน์ไว้ดังนี้ (UNIDO Report) |
 |
| s คือค่า
stress concentration f คือค่าคงที่ l ค่าความยาวของกร๊าฟไฟต์ z ค่ารัศมีส่วนโค้งของกร๊าฟไฟต์ (radius of curvity) |
||
| จะเห็นได้ว่า ค่า s จะมีค่าต่ำสุด เมื่อค่า l มีค่าน้อยที่สุด และค่า z มีค่ามากที่สุด นั่นคือ เมื่อกร๊าฟไฟต์มีลักษณะกลมก็จะได้คุณสมบัติตาม ที่ต้องการ คือค่า stress concentration มีค่าน้อยที่สุด จะทำให้เหล็กมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอีกมาก ส่วนความเหนียว (ductility) นั้นจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐาน | ||
| การที่จะได้เหล็กหล่อที่มีกร๊าฟไฟต์เป็นเม็ดกลม สามารถกระทำได้โดยการผสมโลหะแมกนีเซียมหรือซีเรียม ลงไปในเหล็กหล่อหลอมเหลว ที่อุณหภูมิประมาณ 1300 ๐c - 1450 ๐c ซึ่งโลหะแมกนีเซียม หรือซีเรียมจะทำหน้าที่ช่วยให้ คาร์บอนในเหล็กหล่อจับตัวกันเป็นเม็ดกลม และภายหลังการผสมแมกนีเซียม แล้วจะทำ Inoculate เฟอร์โรซิลิกอน หรือ ซิลิโก - แคลเซียมเพื่อช่วยให้การกระจัดกระจายของกร๊าฟไฟต์ดีขึ้น จะทำให้เหล็กหล่อมีความต้านทานแรงดึงสูงขึ้นวิธีการผสมแมกนีเซียม | ||
| การผสมโลหะแมกนีเซียม (Magnesium Treatment) |
| เนื่องจากแมกนีเซียมบริสุทธิ์ มีจุดกลายเป็นไอที่อุณหภูมิ 1100 ๐c ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิของเหล็กหล่อ ดังนั้นการผสมจึง ต้อง กระทำด้วยความระมัดระวัง เพราะจะมีการระเบิดอย่างรุนแรงและให้แสงสว่างเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อสายตา ในทางอุตสาหกรรมไม่นิยมใช้โลหะแมกนีเซียมบริสุทธิ์ มักจะใช้โลหะแมกนีเซียมในลักษณะโลหะผสม ซึ่งมีหลายชนิด | ||
| 1. โลหะผสมแมกนีเซียม
นิเกิล ประกอบด้วยแมกนีเซียม 15% นิเกิล 85% และบางชนิดก็มีซิลิกอนผสมอยู่ด้วย
เป็นโลหะที่มีน้ำหนักมากกว่าเหล็กหล่อ 2. โลหะผสมแมกนีเซียม-ซิลิกอน-เหล็ก ประกอบด้วยแมกนีเซียมระหว่าง 7 - 15% ซิลิกอน 45 - 70% ที่เป็นเหล็ก เป็นโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบากว่าเหล็กหล่อ 3. โลหะผสม แมกนีเซียม - แคลเซียม - ซิลิกอน ประกอบด้วยแมกนีเซียม 15% แคลเซียม 30 % ซิลิกอน 50% ที่เป็นเหล็กเป็นโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบากว่าเหล็กหล่อ 4. โลหะแมกนีเซียมบริสุทธิ์ผสมอยู่ในถ่านโค๊กซึ่งเรียกว่า Magcoke มีโลหะแมกนีเซียม 40% จาก Product ของ Foseco นอกจากที่กล่าวถึงแล้วยังมีโลหะผสมแมกนีเซียมอีกหลายประเภทที่มีผู้ผลิตจำหน่ายดังแสดงในตารางข้างล่างนี้ |
|
โลหะผสม
ซิลิกอน - แมกนีเซียม
|
|
นอตคูแลนด์
|
ส่วนผสม
%
|
||
|
แมกนีเซียม
|
ซิลิกอน
|
ซีเรียมหรือ
RE.
|
|
| กลุ่ม ก. OGRC -3.0 OGRC - 4.5 OGRC - 5.5 OGRC - 6 O GRC - 8 |
3.0 4.5 5.5 6.5 9.5 |
45 45 45 45 45 |
1.5 1.5 1.5 2.0 2.5 |
| กลุ่ม ข. Reg - 5 Mg 0.3 - 5 Mg 1 Ce - 5 Mg 3 RE - 5 Mg |
4.75 - 6.25 4.75 - 6.25 4.75 - 6.25 2.25 - 3.00 |
44.0 - 48.0 44.0 - 48.0 44.0 - 48.0 44.0 - 48.0 |
|
| การผสมโลหะแมกนีเซียมในเหล็กหล่อหลอมเหลว มีวิธีกระทำได้หลายวิธี คือ | ||
| แบบ
Open-landle เป็นแบบที่ง่ายที่สุด โดยการเอา โลหะผสมแมกนีเซียมใส่ไว้ที่ก้นเบ้า (ladel) ถ้าเป็นโลหะผสมแมกนีเซียมที่เบากว่าเหล็กหล่อจะใช้เศษเหล็กเล็ก ๆ เช่น iron chips หรือ steel stamping หรืออาจใช้ทรายเททับไว้ ซึ่งหลายวิธีนี้ว่า Sandwich จากนั้นก็เทเหล็กหล่อหลอมเหลวลงไปผสมกับแมกนีเซียม (ดูรูปที่ CAST-SP1 ประกอบ) วิธีนี้เป็นวิธีที่มีการสูญเสียแมกนีเซียมไปมาก ปริมาณของแมกนีเซียมที่จะผสมในเหล็กจะน้อย เพราะโอกาสที่แมกนีเซียมเมื่อกลายเป็นไอจะหนีไปได้ง่าย |
||
 |
|
รูปที่
CAST-SP1
แสดงลักษณะของเบ้าเปิด. |
| แบบ
Plunging เป็นแบบที่ใช้โลหะผสมแมกนีเซียม บรรจะใน Plunger ซึ่งทำด้วยกร๊าฟไต์ หรืออิฐทนไฟ ตัว Plunger จะถูกเจาะรูไว้โดยรอบ เอา Plunger ที่บรรจุโลหะผสมแมกนีเซียมกดให้จมลงใต้ระดับของน้ำหล่อในเบ้า (ดูรูปที่ CAST-SP2 ประกอบ) ด้วยวิธีนี้ การผสมจะได้ประสิทธิภาพสูงกว่าแบบแรก วิธีใช้ Plunger นี้ถ้าทำในภาชนะปิด และเพิ่มความดันของอากาศภายในประมาณ 2 -4 atm จะทำให้การศูนย์เสียของแมกนีเซียมน้อยลงภาชนะที่ปิด และเพิ่มความดันนี้มีชื่อว่า Autoclave ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ในประเทศรัสเซีย |
||
 |
|
รูปที่
CAST-SP2
แสดงลักษณะของเบ้าและ Plunger. |
| แบบ
Converter เป็นแบบที่แก้ไขให้มีประสิทธิภาพสูงที่สุด โดยอาศัย Converter ที่มีลักษณะเหมือนเบ้า แต่จะมีส่วนสูงมากกว่าและทางปากเบ้าจะ ทำให้ แคบ สามารถปิดปากเบ้าให้สนิทได้ ทางตอนก้นเตา Converter จะมีช่องสำหรับบรรจุโลหะผสมแมกนีเซียม ตัว Converter จะสามารถหมุนได้โดยผ่านแกนหมุน จะหมุนจากตำแหน่งแนวราบมาอยู่ในตำแหน่งตั้งฉาก (ดูรูปที่ CAST-SP3 ประกอบ) ในตอนแรกตัว Converter ภายหลังจากบรรจุโลหะผสมแมกนีเซียมแล้วจะอยู่ในแนวราบเมื่อเทน้ำเหล็กหล่อหลอมเหลงลงไปแล้วจะปิดฉาก Converter สนิทแล้วหมุนตัว Converter มาอยู่ในตำแหน่งตั้งฉาก ในตอนนี้น้ำเหล็กหล่อจะผสมกับโลหะผสมแมกนีเซียมจะเกิดอาการเดือดร้อนอยู่ประมาณ 3 - 5 นาที เมื่อปฏิกิริยาที่เกิดจากน้ำเหล็กผสมแมกนีเซียมสิ้นสุดลง จะเปิดฝา Converter แล้วหมุนเตา Converter เทน้ำเหล็กหล่อลงใส่เบ้ารับน้ำเหล็กอีกที การผสมวิธีนี้ปริมาณการสูญเสียโลหะผสมแมกนีเซียมจะน้อยกว่าวิธีแรก |
||
 |
|
รูปที่
CAST-SP3
แสดงลักษณะและตำแหน่งของเบ้าหมุน. |
| แบบใช้
Porous plug เป็นวิธีการผสมโลหะแมกนีเซียม กับน้ำเหล็กหล่อโดยการกวน หรือโดยวิธีทำให้น้ำเหล็กหล่อเกิดการเดือด และหมุนเวียนอย่างรุนแรง วิธีนี้จะใช้ Porous plug ที่ทำด้วยวัสดุทนความร้อน มีลักษณะโปร่งยอมให้แก๊สผ่านได้แต่น้ำเหล็กหล่อผ่านไม่ได้ นำเอา Porous plug ติดที่ก้นของเบ้ารับเหล็กหล่อหลอมเหลว และที่ตัว Porous plug จะต่อกับท่อไปยังถังแก๊สหรือถังอากาศอัด (pressusized gas supply) ซึ่งในกรณีนี้จะใช้ได้ทั้งกับแก๊สไนโตรเจน และ อากาศแห้ง (ดูรูปที่ CAST-SP4 ประกอบ) |
||
 |
|
รูปที่
CAST-SP4
แสดงลักษณะและตำแหน่งของ Porous plug. |
| ในการทำงานโดยวิธี Porus plug นี้ จะใช้วิธีง่าย ๆ โดยการเทโลหะผสมแมกนีเซียมลงไปที่ผิวของเหล็กหล่อหลอมเหลวในเบ้า แล้ว ปล่อย ให้แก๊สเฉื่อยไหลผ่าน Porous plug ทำให้เกิดการเดือดและไหลวนเวียนของน้ำเหล็กหล่อ ในระยะเวลาอันสั้นโลหะผสมแมกนีเซียมจะถูกพาให้จมลงใต้ผิวของเหล็กหลอมเหลว ในทางปฏิบัติจะใช้โลหะผสมแมกนีเซียมก้อนโตที่สุดไม่เกิน 1 นิ้ว และเล็กที่สุดไม่น้อยกว่า 8 เมช | ||
| นอกจากวิธีการผสมโลหะแมกนีเซียมกับเหล็กหลอมเหลว ดังกล่าวมาแล้วยังมีวิธีอื่น ๆ อีกที่ใช้กันในอุตสหกรรม ดังเช่นวิธี Puddling, วิธี T - Knock วิธี Inmold และวิธี Flotret ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวิธีผสมโดยใช้วิธีควบคุมปริมาณของน้ำเหล็กให้ไหลผ่านโลหะผสมแมกนีเซียม ในขณะที่เหล็กหลอมเหลวไหลผ่านทางไหลจากเตาหลอมไปยังเบ้ารับน้ำหนักเหล็ก ที่แตกต่างออกไปก็คือวิธี Puddling ใช้วิธีผสมน้ำเหล็กสองเบ้าโดยเบ้าหนึ่งเป็นที่จะผสมโลหะแมกนีเซียม น้ำเหล็กในเบ้านี้จะปล่อยให้อุณหภูมิต่ำกว่าปกติ (1200๐C - 1230๐C) เพื่อต้องการให้การสูญเสียโลหะแมกนีเซียมน้อย เวลาผสมจะใช้ปริมาณของโลหะแมกนีเซียมสูงกว่าอัตราปกติ เพื่อให้มีปริมาณแมกนีเซียมละลายในน้ำเหล็กจำนวนมาก เมื่อผสมแมกนีเซียมเสร็จแล้ว จะนำน้ำเหล็กในเบ้านี้ไปผสมกับน้ำเหล็กที่ไม่ได้ผสมแมกนีเซียมอีกเบ้าหนึ่ง แต่น้ำเหล็กในเบ้าที่สองจะมีอุณหภูมิสูงกว่าเบ้าแรกเมื่อผสมกันเรียบร้อยแล้ว อุณหภูมิของเหล็กจะอยู่ในเกณฑ์พอเหมาะที่จะนำไปเทลงแบบหล่อในขั้นต่อไปได้สะดวก | ||
| การผสมโลหะซีเรียม (Cerium treatment) | ||
| โลหะซีเรียมบริสุทธืมีจุดหลอมเหลว 814๐C ซึ่งสูงกว่าโลหะแมกนีเซียม (650๐C) มีอุณหภูมิกลายเป็นไอ 3600๐C (แมกนีเซียม 1100 ๐C) และมีความถ่วงจำเพาะ 6.8 การผสมโลหะซีเรียมในเหล็กหล่อหลอมเหลวจึงสามารถกระทำได้ง่ายกว่าแมกนีเซียม และสามารถใช้วิธีผสมได้เช่นเดียวกับที่ใช้โลหะแมกนีเซียม ดังเช่นใช้วิธี Open laddle ซึ่งจะให้ค่า Percent recovery ได้สูงถึงประมาณ 60% ในทางปฏิบัติจะไม่ใช้โลหะซีเรียมบริสุทธิ์แต่จะใช้ในรูปโลหะผสมซึ่งเรียกทางการค้าว่า Misch metal มีซีเรียมประมาณ 50% ที่เหลือเป็นทองแดง และแลนทานั่ม | ||
| ในปัจจุบันมีผู้ผลิต Nodulant ประเภทผสมระหว่างซีเรียมและแมกนีเซียม โดยมีแมกนีเซียมประมาณ 5 - 7% และ 0.5 - 1% ที่เหลือเป็นซิลิกอน จัดเป็น Nodulant ที่มีคุณภาพสูงชนิดหนึ่ง เพราะซีเรียมมีบทบาทที่จะช่วยทำลายอิทธิพลของธาตุบางตัวที่เป็นอันตรายต่อการฟอร์มกร๊าฟไฟต์กลมดังเช่นไทเทเนียม และอาร์เซนิค ทำให้การฟอร์มกร๊าฟไฟต์กลมได้ผลแน่นอนยิ่งขึ้น | ||
| ทฤษฎีการฟอร์มกร๊าฟไฟต์กลม (ตามทฤษฎีของ DeSy) | ||
| ทฤษฎีการฟอร์มกร๊าฟไฟต์กลมที่จะกล่าวนี้ Prof. Albert DeSy แห่งมหาวิทยาลัย Universite de Gand (ประเทศเบลเยี่ยม) เป็นผู้บรรยายและเขียนลงไว้ในหนังสือ Me'tallurqie Structural กล่าวไว้ดังนี้ | ||
| การกำเนิดกร๊าฟไฟต์กลมในเหล็กหล่ เกิดขึ้นภายใน Solid phase ของออสเตนไนท์ โดยไม่มีโอกาสสัมผัสโดยตรงกับ Liquid phase เหมือมอย่างที่ปรากฏในเหล็กหล่อธรรมดา การเกิดการแข็งตัวของเหล็กหล่อ กร๊าฟไฟต์กลม เกิดในลักษณะคล้ายคลึงกับปฏิกริยา Peritectic ทุกปรการ โดยที่เหล็กหล่อโดยปกติจะต้องให้ ปฏิกริยา Eutectic เมื่อเป็นเช่นนี้ Prof. DeSy ได้อธิบายโดยการเปรียบเทียบลักษณะของการเกิด Solidification ที่เป็น Peritectic ในแบบธรรมดากับการเกิด Solidification ของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลมดังนี้ | ||
| จากภาพล่าง เป็น equlibrium diagram ของธาตุ A - B โดยมีสารประกอบ Intermetallic Am Bn จะให้ปฏิกริยา Peritectic ที่อุณหภูมิ TL ซึ่ง ณ อุณหภูมินี้ โครงสร้างของโลหะผสม X จะประกอบด้วย Solid phase a , Intermetallic compound Am Bn และ liquid phase P ปฏิกิริยา Peritectic จะเกิดการรวมตัวระหว่าง a กับ P ให้ Am Bn |
 |
| ที่อุณหภูมินี้ถ้าสามารถสร้างกร๊าฟระหว่างส่วนผสมธาตุ B กับระยะทางจากภายใน grain ของ a ผ่านตลอด เราก็จะให้กร๊าฟแสดง concentration gradient (ดูรูปที่ CAST-SP5 ประกอบb ) | ||
 |
|
รูปที่
CAST-SP5
แสดงถึงกลไกการฟอร์ม กราฟไฟต์กลม. |
| เมื่อพิจารณาการเกิด Solidification ของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม (ดูรูปที่ CAST-SP5 ประกอบb ) จุด C' คือจุด Eutectic ของ Equilibrium diagram ระหว่างเหล็กกับคาร์บอนในระบบ Stable (ระบบ metastable จะเป็นเหล็กกับซีเมนต์ไตต์) และจุด E' จะเป็น conposition ของออสเตนไนท์ทีสมดุลย์กับ C' ที่อุณหภูมิ Eutectic (ถ้าเป็นเหล็กหล่อสีเทาการแข่งตัวก็จะเกิดปฏิกริยา Eutectic ที่อุณหภูมินี้จะเกิดกร๊าฟไฟต์ในลักษณะ Flake) การที่เราผสมโลหะแมกนีเซียมลงไปในเหล็กหล่อจะก่อให้เกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว เนื่องจากเกิดการกลายเป็นไอของโลหะแมกนีเซียม ทำให้เกิด degree of super cooling กล่าวคืออุณหภูมิ Eutectic E' C' จะลดต่ำลงมาเป็นอุณหภูมิ E'sC's ดังนั้น การกำเนิดนิวเครียส์ของกร๊าฟไฟต์จึงเกิดที่อุณหภูมิ E'sC's พิจารณาในกรณีที่ส่วนผสมของเหล็กหล่อเป็น Hypoeutectic เมื่อไม่ได้ผสมแมกนีเซียม เราจะได้ผลึกของออสเตนไนท์ ที่มีส่วนผสม E' กับเหล็กหลอมเหลวที่มีส่วนผสม C' ซึ่งเหล็กหลอมเหลว C' นี้จะให้ปฏิกริยา Eutectic เมื่อเกิดการแข็งตัวในทางตรงกันข้ามเมื่อผสมโลหะแมกนีเซียมลงไปในเหล็ก ทำให้เกิด degree of Super cooling กร๊าฟของเส้น Liquidus และ Solidus จะต่อลงมาที่อุณหภูมิต่ำ( ดูรูปที่ CAST-SP5 ประกอบ ) ออสเตนไนท์ E' จะกลายเป็น E' S' และเหล็กหลอมเหลว C' ก็จะกลายเป็น C's ซึ่งทั้ง E's และ C's จะมีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนสูงกว่าจุดที่อยู่ในสภาวะสมดุลย์ทั้งออสเตนไนท์ E' s และเหล็กหลอมเหลว C's อาจจะยังไม่มีเวลาเพียงพอที่จะให้ส่วนผสม E's และ C's ได้ | ||
| ในตอนนี้เราจะยอมรับว่า ที่อุณหภูมิ TE's C's มีออสเตนไนท์ E's สัมผัสกับ C's ปัญหาก็มาถึงจุดที่ว่าตรงไหนจะเป็น บริเวณ ที่ จะกำเนิดกร๊าฟไฟต์ มีทางที่จะเป็นไปได้ 2 ทาง คือ | ||
|
1. เกิดภายใน phase austenite ที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนสูงกว่าสภาวะสมดุลย์มาก
(super saturate) |
| ถ้าเกิดกร๊าฟไฟต์ในกรณีแรก กร๊าฟไฟต์จะถูกห่อหุ้มด้วยออสเตนไนท์ การขยายตัวจะกระทำได้ก็โดยปฏิกริยา Peritectic คือ |
|
L + S (austenite)
------------------ G (graphite)
|
| เหล็กหลอมเหลว จะแข็งตัวหมดโดยการรวมกับออสเตนไนท์และให้ phase solid คือกร๊าฟไฟต์อะตอมของคาร์บอนจะต้อง เคลื่อน ที่จาก Phase Liquid ผ่าน phase Solid เพื่อไปรวมกันเป็นกร๊าฟไฟต์ | ||
| เกิดในกรณีที่สอง กร๊าฟไฟต์จะกำเนิดใน phase liquid ก่อนแต่จะถูกห่อหุ้มด้วยออสเตนไนท์อย่างรวดเร็วเพราะการเย็นตัวของเหล็กมี degree of super cooling สูงมากเมื่อเป็นเช่นนี้การแข็งตัวของเหล็กก็ยังคงเป็นไปโดยปฏิกริยา Peritectic เช่นในกรณีแรก | ||
| จากภาพ b จะเห็นว่าลักษณะการขยายตัวของกร๊าฟไฟต์ภายในเกรนของออสเตนไท์ที่เป็นไปในแบบ Pertitectic คือรอบ ๆ กร๊าฟไฟต์ ออสเตนไนท์จะมีส่วนผสมเป็น E'g และตรงบริเวณที่สัมผัสกับ phase liquid ออสเตนไนท์จะมีส่วนผสมเป็น E'g ซึ่งจะมีปริมาณคาร์บอนจะสูงกว่า E'g | ||
| ปฏิกิริยา Peritectic จะดำเนินต่อไปโดยออสเตนไนท์ E'g ทำปฏิกริยากับ Liquid C'x ให้คาร์บอนซึ่งจะแพร่ผ่าน (diffuse) ออสเตนไนท์ที่แข็งตัวแล้วไปรวมกันเป็นกร๊าฟไฟต์ตรงกลางของผลึกออสเตนไนท์ ปฏิกริยาจะสิ้นสุดลงก็เมื่อปริมาณของ liquid ไปรวมตัวกับออสเตนไนท์หมด | ||
| จากภาพ c แสดงให้เห็นถึง composition gradient ตรงผิวสัมผัสระหว่างกร๊าฟไฟต์กับออสเตนไนท์และตรง บริเวณผิวสัมผัส ระหว่าออสเตนไนท์กับ Liquid iron ซึ่งสามารถแสดงให้เห็นว่าจะเกิดการ diffuse ของคาร์บอนจากบริเวณผิวสัมผัสระหว่างออสเตนไนท์กับ Liquid มายังใจกลางของเกรนซึ่งเป็นตำแหน่งของกร๊าฟไฟต์ การแพร่ของอะตอมคาร์บอนจะสิ้นสุดก็เมื่อปริมาณของคาร์บอนภายในเกรนของออสเตนไนท์เท่ากันหมด | ||
| เมื่อพิจารณาในกรณีของเหล็กที่มีส่วนผสมเป็น Hypereutectic ซึ่งการแข็งตัวครั้งแรกจะต้องเป็น primary graphite ที่มี ขนาดโตกว่าไม่ว่าจะเป็นเหล็กหล่อธรรมดาหรือเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม และ primary graphite จะมีส่วนที่จะลอยขึ้นมาที่ผิวเนื่องจากมีความหนาแน่นต่างจากเหล็กมากแต่จากการทดลองไม่พบว่าจะมีการแยกตัว (segregation) ของกร๊าฟไฟต์กลมมากนักเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กหล่อธรรมดา ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะกร๊าฟไฟต์กลมที่เกิดจะถูกล้อมรอบด้วย phase austenite และการขยายตัวของกร๊าฟไฟต์จะเป็นไปในลักษณะ peritectic เช่นเดียวกับเหล็กที่มีส่วนผสมเป็น Hypoeutectic | ||
| ทฤษฎีของการฟอร์มเป็นกร๊าฟไฟต์กลม (ตามทฤษฎีของ GORSHKOV) |
| การฟอร์มเป็นกร๊าฟไฟต์กลมของเหล็กหล่อนั้นต้องพิจารณาเปรียบเทียบกับการเกิดกร๊าฟไฟต์ในเหล็กหล่อธรรมดาเพื่อชี้ให้เห็นการเกิดเป็น ขั้น ๆ ดังนี้ | ||
| การเกิดกร๊าฟไฟต์ในเหล็กหล่อธรรมดาจะอยู่ในรูปเป็นแถบยาวหรือที่เรียกว่าเกร็ดกร๊าฟไฟต์จะเริ่มกำเนิดครั้งแรกจากเหล็กหลอมเหลว ที่มี ส่วนผสมของ eutectic liquid โดยการให้กำเนิด nuclei ของคาร์บอนและ solid austenite nuclei ของคาร์บอนจะขยายตัวโดยสัมผัสกับ liquid อยู่ตลอดเวลา การขยายตัวของคาร์บอนจะสิ้นสุดเมื่อไปชนกับกร๊าฟไฟต์อื่น ๆ ซึ่งก็ขยายตัวในลักษณะเดียวกัน ในขณะที่กร๊าฟไฟต์ขยายตัวออสเตนไนท์ก็จะขยายตัวพร้อมกันการเกิดการแข็งตัวเหล็กจะสิ้นสุดเมื่อ liquid eutectic เปลี่ยนสภาพเป็นของแข็งหมด โครงสร้างของเหล็กในตอนสิ้นสุดการแข็งตัวจะประกอบด้วยกร๊าฟไฟต์กับออสเตนไนท์ | ||
| ในการเกิดกร๊าฟไฟต์กลมของเหล็กหล่อ Nodular มีลักษณะที่แตกต่างกับเหล็กหล่อธรรมดาก็คือการให้กำเนิดครั้งแรกของนิวเครียส ของคาร์บอนจะเกิดใน austenite matrix คือเกิดในโครงสร้างที่เป็นของแข็งแล้ว และการขยายตัวของกร๊าฟไฟต์จะอยู่ในลักษณะที่มี austenite อยู่ล้อมรอบ คาร์บอนจะ diffuse ผ่าน solid austenite เข้าไปรวมกับนิวเครียส และขยายตัวโตขึ้นเป็นลักษณะกลม นิวเครียสแต่ละตัวที่เกิดขึ้นจะเป็น eutectic cell และปรากฏมีจำนวนมากกว่าจำนวนที่ปรากฏในเหล็กหล่อธรรมดา | ||
| สาเหตุของการเกิดนิวเครียส ในสภาพที่เหล็กหล่อแข็งตัวแล้วนี้ เกิดมาจากการผสมแมกนีเซียม หรือซีเรียม ลงไปในขณะที่เหล็กหล่ออยู่ ในสภาพ หลอมเหลวก่อนการแข็งตัว ยังไม่มีคำอธิบายที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนได้ แต่ก็มีการทดลองเพื่อยืนยันเหตุผลไว้มาก จากทฤษฎี R.A Gorshkov ได้อธิบายถึงทฤษฎีที่เกิดกร๊าฟไฟต์กลมไว้ดังนี้ คือ | ||
| กร๊าฟไฟต์กลมจะเกิดจากการให้กำเนิดของคาร์บอนจากจุดที่เป็นฟองเล็ก ๆ (Tiny bulbes) ของแก็สไฮโดรเจนและเมื่อให้กำเนิด เป็น นิวเครียสแล้วก็จะขยายตัวอยู่ภายในฟองเล็ก ๆ ทำให้เกิดเป็นลักษณะกลมการทดลองที่เป็นการยืนยันทฤษฎีนี้กระทำโดยการหลอมโลหะนิเกิลบริสุทธิ์ หรือโคบอลบริสุทธิ์ กับ คาร์บอนโลหะผสมทั้งสองชนิดนี้มีขอบเขตการละลาย (Solubility) ของแก๊สไฮโดรเจนสูงมากและสามารถให้ปริมาณฟองเล็ก ๆ ของแก็สไฮโดรเจนได้จำนวนมากในขณะเกิดการแข็งตัว ธาตุคาร์บอนสามารถที่จะแพร่ผ่านเข้าไปในฟองเล็ก ๆ เหล่านี้และให้กำเนิดเป็นกร๊าฟไฟต์ที่มีลักษณะกลมและขยายตัวจนเต็มขนาดของฟองเล็ก ๆ ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้โลหะผสมทั้งสองชนิดมีจุดเล็ก ๆ ของกร๊าฟไฟต์อยู่ทั่วไป การกำเนิดกร๊าฟไฟต์กลมในโลหะผสมนี้อาจเกิดตอนที่โลหะผสมยังมีสภาพหลอมเหลวอยู่ก็ได้ เพราะทั้งโลหะนิเกิลและโคบอลท์ไม่อาจรวมกันเป็น compound กับคาร์บอนได้เช่นซีเมนต์ไตต์ ดังเช่นแบบที่เกิดในเหล็กหล่อ ดังนั้นการรวมตัวของคาร์บอนเป็นกร๊าฟไฟต์จึงเกิดได้โดยไม่มีอุปสรรคไม่ว่าจะเกิดในสภาพหลอมเหลว หรือในสภาพของแข็ง | ||
 |
|
รูปที่
CAST-SP6
แสดงถึงกลไกการฟอร์ม กราฟไฟต์กลม ของ GORSHKOV. |
| อาจจะมีข้อสงสัยที่ว่า
ฟองแก๊สเล็ก ๆ น่าจะสลายตัวไปหรือไม่ก็ลอยขึ้นมาและสลายตัวไปที่ผิวก่อนที่จะมีการ
ให้กำเนิดกร๊าฟไฟต์แต่จาก การ ทดลองพบว่าฟองแก๊สในโลหะ หลอมเหลวที่มีขนาดระหว่าง
0.001 - 0.01 มม. จะสามารถคงสภาพอยู่ได้เป็นเวลานับชั่วโมง และมันจะลอยตัวขึ้นมายังผิวด้วยความเร็วระหว่าง
0.4 - 40 ชม. ต่อชั่วโมง เมื่อเป็นเวลาเช่นนี้คาร์บอนก็มีเวลานานพอที่จะแผ่ซึมเข้าไปรวมตัวกันเป็กร๊าฟไฟต์ได้จนสมบูรณ์ แฟคเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ที่เหมาะสำหรับการกำเนิดกร๊าฟไฟต์กลมก็คือ เหล็กหล่อหลอมเหลวจะต้องไม่มีแก๊สอ๊อกซิเจน หรือ แก๊สที่จัดเป็นพวกอ๊อกซิไดซ์ซิ่ง เพราะว่าถ้าทีแก๊สนี้ผสมอยู่จะเกิดการรวมตัวกับคาร์บอนเป็นแก๊สคาร์บอนมอนอ๊อกไซด์ หรือคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ ในกรณีที่เกิดมีแก๊สคาร์บอนมอนอ๊อกไซด์ละลายปนอยู่ในน้ำเหล็กหล่อเมื่อผสมโลหะแมกนีเซียมลงไป โลหะแมกนีเซียมจะทำปฏิกริยากับ CO ให้แมกนีเซียมอ๊อกไซด์ กับคาร์บอนดังปฏิกริยา |
||
|
Mg(vapour)
+ CO (gas) ----------------Mg (Solid) + C (Solid)
|
| แต่ถ้าอุณหภูมิสูงเกินกว่า 1814 ๐c ปฏิกริยาจะกลับเป็นขวา มา ซ้าย โดยปกติเหล็กหล่อขณะหลอมเหลวจะสามารถละลายแก๊ส ไฮโดรเจน ได้จำนวนมาก และแก๊สไฮโดรเจนอาจจะมาจากผลของเผาไหม้ของเชื้อเพลิง หรือจากการแตกตัวของไอน้ำในอากาศในขณะที่อุณหภูมิของเหล็กหล่อเย็นลง ปริมาณการละลายของแก๊สไฮโดรเจนก็จะลดลงด้วยเมื่อถึงจุดแข็งตัว ไฮโดรเจนก็จะถูกผลักออกมารวมตัวเป็นฟองเล็ก ๆ ซึ่งจะช่วยให้คาร์บอนสามารถให้กำเนิดเป็นนิวเคลียส และขยายตัวโตขึ้น | ||
| ธาตุประเภท alkai earth บางตัวที่สามารถดูดซึม ธาตุไฮโดรเจนไว้ได้จำนวนมากที่อุณหภูมิปกติและจะคายออกที่อุณหภูมิสูง สามารถ ใช้เป็นตัว Nodulant ได้เป็นผลดี เช่น ธาตุซีเรียมและแลนทานั่ม เมื่อเอาธาตุเหล่านี้จุ่มลงไปในเหล็กหล่อหลอมเหลวจะคายแก๊สไฮโดรเจนออกมา และรวมกันเป็นฟองเล็กๆ (microscopic bubbles) ซึ่งจะช่วยให้คาร์บอนไปจับกันและให้กำเนิดนิวเคลียสและขยายตัวในขณะที่เหล็กหล่อแข็งตัวจนเต็มขนาดของฟองเล็ก ๆ ของแก๊สไฮโดรเจน ทฤษฎีนี้ได้ผ่านการพิสูจน์โดยวิธีไล่แก๊สไฮโดรเจนในธาตุซีเรียม หรือ แลนทานั่ม โดยการเผาในอากาศของแก๊สฮีเลียม แล้วนำไปผสมกับเหล็ก เหล็กหล่อ จะไม่ปรากฎการเกิดกร๊าฟไฟต์กลมเมื่อเหล็กหล่อแข็งตัวแล้ว | ||
| จากทฤษฎีที่ได้อธิบายถึงการฟอร์มเป็นกร๊าฟไฟต์กลมทั้งสองแบบมีทางที่เป็นไปได้ด้วยกันเพราะมีทั้งเหตุผลและการทดลองมาประกอบ ด้วยกันแต่หลักในการอธิบายแม้ว่าจะมีแนวทางที่แตกต่างกันก็ตาม ปัจจุบันนี้ยังไม่ปรากฏว่า ได้มีผู้ใดได้พิสูจน์ด้วยวิธีใหม่ ๆ และก็ยังไม่ปรากฏว่ามีการคัดค้านทฤษฎีทั้งสอง จึ่งเป็นอันว่าความลึกลับในเรื่องนี้ ยังคงมีอยู่ต่อไปแม้ว่าในอุตสหกรรมจะผลิตเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลมออกมาใช้ประโยช์กันเป็นจำนวนมากและจะยิ่งมากขึ้นเรื่อย ๆ ก็ตาม | ||
| การวัดค่า Percent Nodularity หรือ Nodule count |
| ลักษณะการกระจัดกระจายของกร๊าฟไฟต์และความกลมตลอดจนขนาด มีผลต่อคุณสมบัติของเหล็กหล่อ โดยเฉพาะทางด้าน ความเค้น แรง ดึง และอัตราการยืดตัว จะเห็นว่าถ้ากร๊าฟไฟต์อยู่ในลักษณะที่ไม่กลมหรือมีกร๊าฟไฟต์ที่เป็นแฟลคเกิดอยู่บ้างในเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม ค่าความเค้นแรงดึงของเหล็กหล่อจะลดลง เนื่องจากค่า Stress concentration ตรงบริเวณผิวสัมผัสระหว่างโครงสร้างพื้นฐานกับกร๊าฟไฟต์ จะมีค่าสูงขึ้นตามความสัมพันธ์ระหว่างค่า Stress concentration กับลักษณะของกร๊าฟไฟต์ดังแสดงจากสูตร | ||
|
| s คือค่า
stress concentration f คือค่าคงที่ l ค่าความยาวของกร๊าฟไฟต์ z ค่ารัศมีส่วนโค้งของกร๊าฟไฟต์ (radius of curvity) |
||
| จะเห็นได้ว่า ค่า o ต่ำสุด เมื่อ l มีค่าน้อย และ z มีค่ามากที่สุด นั่นก็คือ เมื่อกร๊าฟไฟต์มีลักษณะกลม ค่า stress concentration มีค่าน้อยที่สุด | ||
| การวัดความกลมและลักษณะการกระจัดกระจายของกร๊าฟไฟต์ (Nodularity) เป็นดรรชนีอีกแฟคเตอร์หนึ่งที่จะชี้ให้เห็นถึงคุณสมบัติ ของเหล็กหล่อกร๊าฟไฟต์กลม การวัด Nodularity ของกร๊าฟไฟต์วิธีวัดได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับมาตรฐานของแต่ละประเทศเป็นผู้กำหนด ที่น่าสนใจตามมาตรฐาน ASTM A395-70 ใช้หลักการนับจำนวนกร๊าฟไฟต์ต่อพื้นที่หนึ่งตารางมิลลิเมตร ของภาพถ่ายโครงสร้าง โดยมีหน่วยเป็น Nodules/mm2 | ||
| ตามมาตรฐาน JIS ใช้วิธีการวัดออกมาเป็นค่า Percent Nodularity โดยมีหลักการวัดดังนี้ |
| ขั้นที่
1 แยกลักษณะของกร๊าฟไฟต์ออกเป็น 5 แบบ เริ่มตั้งแต่แบบ I มีลัษณะเป็นเพล็ค จนถึงแบบ V เป็นแบบที่มีลักษณะกลมอย่าง สมบูรณ์ |
| กำหนดให้ค่า Configuration Coefficient มีค่าต่าง ๆ ดังต่อไปนี้ |
 |
กร๊าฟไฟต์แบบ I ค่า Configuration Coefficient = 0 | |
 |
กร๊าฟไฟต์แบบ II ค่า Configuration Coefficient = 0.3 | |
 |
กร๊าฟไฟต์แบบ III ค่า Configuration Coefficient = 0.7 | |
 |
กร๊าฟไฟต์แบบ IV ค่า Configuration Coefficient = 0.9 | |
 |
กร๊าฟไฟต์แบบ V ค่า Configuration Coefficient = 1.0 |
|
รูปที่
CAST-SP7
แสดงลักษณะ ของกราฟไฟต์กลมแบบต่างๆ. |
| ขั้นที่ 2 | ||
| ถ่ายภาพโครงสร้างของเหล็กหล่อด้วยกล้องไม่โครสโคป เลือกบริเวณที่เห็นกร๊าฟไฟต์ชัดเจนที่สุด (ไม่ต้อง etch) โดยใช้กำลังขยาย 100 เท่า บนภาพถ่ายลากเส้นทะแยงมุมสองเส้นโดยให้ห่างกัน 3 มม.(ดูรูปที่ CAST-SP8 ประกอบ) นับจำนวนนับกร๊าฟไฟต์ทุก ๆ แบบที่อยู่ภายในเส้นทะแยงมุมและที่สัมผัส กร๊าฟไฟต์ที่มีขนาดโตไม่ถึง 2 มม. ไม่นับ และถ้าได้จำนวนกร๊าฟไฟต์ไม่ถึง 10 ให้ลดกำลังขยายของภาพให้เล็กลง | ||
 |
|
รูปที่
CAST-SP8
แสดงวิธีการนับจำนวน กราฟไฟต์จากภาพถ่ายกำลังขยาย 5 เท่า. |
| ขั้นที่
3 เอาจำนวนกร๊าฟไฟต์ที่นับได้ในแต่ละแบบมาแทนค่าจากสูตรหา Percent Nodularity ดังนี้ |
 |
| ค่า nI -nV คือปริมาณของกร๊าฟไฟต์แบบต่าง ๆ ที่เส้นทะแยงมุมบนภาพถ่ายโครงสร้างตัดผ่านและสัมผัส ในทางปฏิบัติควรจะทำหลาย ๆ ครั้งเพื่อหาค่า Percent Nodurality ให้ได้หลาย ๆ ค่า แล้วนำมาหาค่าเฉลี่ยในเหล็กหล่อ กร๊าฟไฟต์ กลม ที่อยู่ในเกณฑ์มาตรฐาน ควรจะมีค่า Percent Nodularity มากกว่า 50% ขึ้นไป ดังตัวอย่างภาพถ่ายโครงสร้างของเหล็กหล่อมาตรฐาน FCD 40 |
 |
|
รูปที่
CAST-SP9
|