   |
|
เหล็กหล่อสีขาว (White Cast iron). |
|
||||||
|
เหล็กหล่อสีขาวคือ
เหล็กหล่อที่มีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ตั้งแต่ 1.7 หรือ 2% ขึ้นไป การเปลี่ยนสภาวะของเหล็กหล่อชนิดนี้
จากสภาพ หลอมเหลวไปสู่สภาวะของแข็ง จะเป็นระบบเมตาสเตเบิล (Metastable)
กล่าวคือ คาร์บอนที่ผสมอยู่ในเหล็กทั้งหมดจะมีอยู่ในรูปของเหล็กคาร์ไบด์
หรือซีเมนไตต์ (Fe3C) ทำให้เหล็กมีคุณภาพแข็งและเปราะแตกหักง่ายรอยแตกหรือรอยหักจะดูเป็นสีขาวเหมือนเนื้อเหล็กทั่ว
ๆ ไป จึงนิยมเรียกชื่อตามลักษณะที่ปรากฏว่าเหล็กหล่อสีขาว คุณสมบัติของเหล็กหล่อสีขาวจะมีความแข็งอยู่ระหว่าง
380 - 550 HB ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอน และธาตุผสมบางตัว
เช่น โครเมียม หรือโมลิบดินัม |
||
 |
|
รูปที่
CAST-WH1
Phase equilibrium diagram. |
| จากภาพเหล็กหล่อจะเริ่มแข็งตัว
เมื่อเส้นของเหล็กหล่อ 3% ตัดกับเส้น BC จะให้กำเนิดนิวเครียสของออสเตนไนท์ที่มีคาร์บอนประมาณ
0.6% และเมื่ออุณหภูมิลดลงนิวเครียสของออสเตนไนท์จะขยายตัวให้โครงสร้างเดนไดรท์ที่มีปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้นตามเส้น
BE และในขณเดียวกันเหล็กหล่อหลอมเหลวที่ล้อมรอบผลึกของออสเตนไนท์จะมีปริมาณลดลง
และมีปริมาณของคาร์บอนเพิ่มขึ้นตามเส้น BC พิจารณาที่อุณหภูมิเหนือเส้น ELCF (ซึ่งเป็นเส้นอุณหภูมิยูเตคติค) เล็กน้อย ขณะนี้เหล็กหล่อจะประกอบด้วยเกรนของ ออสเตนไนท์ ที่มีคาร์บอน 1.7% กับเหล็กหลอมที่คาร์บอน 4.3% สามารถคำนวณหาปริมาณของออสเตนไนท์และเหล็กหล่อหลอมเหลวได้ตามกฎ lever arm ได้ดังนี้ |
||
|
( น้ำหนักออสเตนไนท์
/ น้ำหนักของเหล็กหล่อทั้งหมด )=( LC/EC )={(4.3-3)/(4.3-1.7)}=( 1.3/2.6
)
|
||
|
น้ำหนักของออสเตนไนท์เมื่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์
= (1.3/2.6)*100 = 50 %
|
||
| ดังนั้นน้ำหนักของเหล็กหล่อหลอมเหลวที่เหลือ = 100 - 50 = 50% | ||
| เมื่ออุณหภูมิของเหล็กหล่อหลอมเหลวเย็นลงจนถึงอุณหภูมิยูเตคติค (1147๐C) เหล็กหล่อหลอมเหลวที่มีปริมาณคาร์บอน 4.3% จะแข็งตัวให้ปฏิกิริยายูเตคติค โดยให้ออสเตนไนท์ (1.7% C) พร้อม ๆ กับซีเมนไตต์ยูเตคติค (6.67% C) ในลักษณะที่เป็นเกรนเล็ก ๆ เป็นโครงสร้างยูเตคติค หรือที่เรียกว่าเลดเดอร์บูไรท์ ในโครงสร้างยูเตคติค หรือเลดเดอร์บูไรท์นี้ จะประกอบด้วย | ||
|
ปริมาณออสเตนไนท์
=(CF/EF )*100 ={(6.67-4.3)/(6.67-1.7)}*100 = 48%
|
||
|
ปริมาณซีเมนไตต์
= (EC/EF )*100 ={(4.3-1.7)/(6.67-1.7)}*100 = 52%
|
||
| หลังจากที่เหล็กหล่อแข็งตัวหมดแล้วและมีอุณหภูมิต่ำกว่า (1147๐C) เล็กน้อย โครงสร้างของเหล็กหล่อจะประกอบด้วยออสเตนไนท์ (1.7% C) 50% โดย น.น.และโครงสร้างเล็ดเดอร์บูไรท์อีก 50% แต่ถ้าคิดเป็นปริมาณออสเตนไนท์กับซีเมนไตต์ จะได้ | ||
|
ปริมาณออสเตนไนท์
=(LF/EF )*100 ={(6.67-3)/(6.67-1.7)}*100 = 74%
|
||
|
ปริมาณซีเมนไตต์ยูเตคติค
= (LE/EF )*100 ={(3-1.7)/(6.67-1.7)}*100 = 26%
|
||
| เมื่ออุณหภูมิลดต่ำลงจาก 1147 ๐C จนถึง 723๐Cในช่วงนี้จะไม่ปรากฏการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างมากนัก ส่วนที่จะมีการเปลี่ยน แปลงจะเป็นเพียงออสเตนไนท์จากจุด E (1.7%) ค่อย ๆ ลดปริมาณคาร์บอนลงตามเส้น ES และคาร์บอนส่วนใหญ่ที่ถูกผลักออกจากออสเตนไนท์จะไปรวมตัวกับอะตอมของเหล็กให้ซีเมนไตต์ประเภทโปรยูเตคตอยด์ โดยจะเกิดอยู่รอบ ๆ เกรนของออสเตนไนท์ ทั้งที่เป็นออสเตนไนท็ที่เกิดก่อนอุณหภูมิยูเตคติค (Primary austenite) และรอบ ๆ ออสเตนไนท์ที่อยู่ในโครงสร้างเลดเดอร์บูไรท์ เมื่ออุณหภูมิลดลงมาอยู่เหนือ 723๐C เล็กน้อย ออสเตนไนท์จะมีคาร์บอนเป็น 0.87% ที่จุด S ส่วนซีเมนไตต์จะยังคงมีปริมาณคาร์บอน 6.67% ที่จุด K | ||
| ที่อุณหภูมิเหนือ 723๐C เล็กน้อยนี้ จะปรากฏมีออสเตนไนท์ (0.87%) กับซีเมนไตต์ มีปริมาณน้ำหนักคิดเป็นเปอร์เซนต์ ดังนี้ | ||
|
ออสเตนไนท์ (0.87%
C) = (L'K/SK )*100 ={(6.7-3)/(6.7-0.87)}*100 =63.5%
|
||
|
ซีเมนไตต์ (6.67%C)
= (L'S/SK )*100 ={(3-0.87)/(6.7-0.87)}*100 = 36.5%
|
||
| ที่อุณหภูมิ 723 ๐C ออสเตนไนท์ (0.87% C) จะให้ปฏิกิริยายูเตคตอยด์ โดยแยกตัวให้เฟอร์ไรท์ (0.025% C) กับซีเมนไตต์ชนิด ยูเตคตอยด์ (6.67% C) ซึ่งก็คือเพิรไลท์ตามที่เคยกล่าวถึงในเรื่องเหล็กกล้าคาร์บอนคิดน้ำหนักเป็นเปอร์เซนต์ของเฟร์ไรท์และซีเมนไตต์ในเพิรไลท์จะได้ดังนี้ | ||
|
ปริมาณเฟอร์ไรท์
= (SK/PK )*63.5 ={(6.67-0.87)/(6.67-0.025)}*63.5 =55.5%
|
||
|
ปริมาณซีเมนไตต์
= (SP/PK )*63.5 ={(0.87-0.025)/(6.67-0.025)}*63.5 = 8.0%
|
||
| เมื่ออุณหภูมิลดต่ำลงกว่า 723 ๐Cโครงสร้างของเหล็กจะประกอบด้วยเพิรไลท์ กับโครงสร้างยูเตคติค ซึ่งคิดเป็นเปอร์เซนต์น้ำหนักจะ ได้เพิรไลท์ 63.5% และซีเมนไตต์ 36.5% และถ้าคิดจำนวนของเฟอร์ไรท์กับซีเมนไตต์จะได้เฟอร์ไรท์ 55.5% และซีเมนไตต์ทั้งหมดเป็น 36.5 + 8.0 = 44.5% สามารถตรวจสอบตัวเลขนี้ว่าถูกต้องหรือไม่ ได้โดยการพิจารณาที่อุณหภูมิต่ำกว่า 723 องศา เล็กน้อย | ||
|
ปริมาณเฟอร์ไรท์
= {(6.67-3)/(6.67-0.025)}*100 =55.2 %
|
||
|
ปริมาณซีเมนไตต์
= {(3-0.025)/(6.67-0.025)}*100 = 44.80%
|
||
| ในช่วงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 723 ๐Cลงมาถึงอุณหภูมิปกติ โครงสร้างส่วนใหญ่จะไม่เปลี่ยนแปลงเพียงแต่เฟอร์ไรท์จะลด ปริมาณคาร์บอน ลงตามเส้น PQ ซึ่งคาร์บอนส่วนที่ลดนี้จะไปรวมกับอะตอมของเหล็กให้ซีเมนไตต์ชนิด Ternary ซึ่งจะเกิดอยู่รอบ ๆ เฟอร์ไร์ ในทางปฏิบัติจะแยกไม่ออกด้วยกล้องไมโครสโคป เพราะซีเมนไตต์ชนิดนี้จะอยู่ติดกับซีเมนไตต์ชนิดยูเตคตอยด์ในเพิรไลท์ จึงเป็นอันสรุปได้ว่าเหล็กหล่อชาวชนิดไฮโปยูเตคติคที่อุณหภูมิปกติจะประกอบด้วย โครงสร้างที่เป็นเพิรไลท์ขนาดโตที่มาจากออสเตนไนท์เกิดที่อุณหภูมิสูงกว่า 1147๐C และเพิรไลท์ที่อยู่ในโครงสร้างยูเตคติคหรือเล็ดเดอร์บูไรท์ที่เกิดที่อุณหภูมิ 1147๐C รอบ ๆ เพิรไลท์จะเป็นซีเมนไตต์ชนิดยูเตคติคและโปรเตคตอยด์ (ดูภาพที่ CAST-WH2 ประกอบ) | ||
 |
|
รูปที่
CAST-WH2
โครงสร้างเหล็กหล่อสีขาวประเภทไฮโปยูเตคติค. |
| สำหรับเหล็กหล่อสีขาวชนิดยูเตคติค ซึ่งมีคาร์บอน 4.3% โครงสร้างของเหล็กที่อุณหภูมิปกติจะประกอบด้วยเกรนเล็ก ๆ ของ เพิรไลท์ล้อมรอบด้วยซีเมนไตต์ชนิดยูเตคติคและโปรยูเตคตอยด์ ซึ่งเป็นลักษณะของโครงสร้างยูเตคติคหรือเลดเดอร์บูไรท์ เหล็กหล่อชนิดนี้จะไม่ปรากฎเกรนขนาดโตของเพิรไลท์ อย่างที่ปรากฏพบในเหล็กหล่อสีขาวไฮโปยูเตคติค แต่ในการปฏิบัติที่พบเสมอเหล็กหล่อที่มีคาร์บอนผสมอยู่ 4.3% พอดีจะหาได้ยาก มักจะเป็นประเภทใกล้เคียง 4.3% ซึ่งทำให้เห็นโครงสร้างแตกต่างออกไปจากที่ได้กล่าว (ดูภาพที่ CAST-WH3 ประกอบ ) | ||
 |
|
รูปที่
CAST-WH3
โครางสร้างเหล็กหล่อสีขาวชนิดยูเตคติค. |
| เหล็กหล่อสีขาวไฮเปอร์ยูเตคติค เป็นเหล็กหล่อที่มีคาร์บอนมากกว่า 4.3% ซึ่งเป็นเหล็กหล่อสีขาวที่มีความแข็งสูงกว่า 2 ชนิดที่กล่าวมา แล้ว แต่จะเปราะแตกหักได้ง่ายกว่าในอุตสาหกรรมเหล็กหล่อจะไม่ผลิตเหล็กชนิดนี้มากนัก โครงสร้างของเหล็กหล่อชนิดนี้จะปรากฎมีซีเมนไตต์ประเภทโปรยูเตคติค หรือ Primary ซีเมนไตต์ ซึ่งจะเกิดในตอนแรกที่เหล็กหล่อเริ่มเกิดการแข็งตัว กล่าวคือเมื่อเส้นของเหล็กหล่อสมมติว่าเป็นเหล็กที่มีคาร์บอน 5% ในขณะเย็นตัวลงจะตัดกับเส้น Liquidus ที่อุณหภูมิ 1300๐C การให้กำเนิดนิวเคลียสที่จุดนี้จะเป็นซีเมนไตต์และเมื่ออุณหภูมิเย็น ลงเรื่อย ๆ โปรยูเตคติคซีเมนไตต์จะขยายตัวการขยายตัวของซีเมนไตต์ประเภทนี้จะอิสระเพราะมีเหล็กหลอมเหลวล้อมรอบอยู่ เนื่องจากระบบผลึกของซีเมนไตต์เป็นประเภท Tetragonal ดังนั้นการขยายตัวจึงมิทิศทางแน่นอนอยู่ทางใดทางหนึ่งซึ่งเป็นทิศทางที่พอเหมาะ (Preferential direction) ต่อการขยายตัวปรากฏว่าผลึกของโปรยูเตคติคซีเมนไตต์ที่ปรากฏพบจึงมีลักษณะเป็นแถบยาวเสียเป็นส่วนใหญ่ (ดังภาพแสดง) ในขณะที่อุณหภูมิลดลงเหล็กหลอมเหลวจะมีปริมาณน้อยลง และความเข้มข้นของคาร์บอนจะค่อยลดลงด้วย และเมื่ออุณหภูมิอยู่เหนือ 1147 ๐C เล็กน้อย เหล็กหล่อจะประกอบด้วยโปรยูเตคติค ซีเมนไตต์ (6.67% C) ล้อมรอบ ด้วยเหล็กหล่อหลอมเหลวที่มีคาร์บอนประมาณ 4.3% ณ จุดนี้เมื่ออุณหภูมิต่ำลงมาอยู่ที่ 1147 ๐C เหล็กหลอมเหลวจะให้ปฏิกิริยายูเต็คติคให้โครงสร้างเล็ดเดอร์บูไรท์เหมือนดังที่ได้กล่าวมาแล้วในกรณีของเหล็กหล่อไฮโปยูเตคติค และเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลงจนถึง 723๐C การเปลี่ยนแปลงจะเป็นไปเช่นเดียวกับเหล็กหล่อไฮโปยูเตคติดกล่าวคือ ออสเตนไนท์เลดเดอร์บูไรท์จะเปลี่ยนเป็นเพิรไลท์เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 723 ๐C จะเกิด Ternary ซีเมนไตต์ตามบริเวณรอบ ๆ เกรนของเฟอร์ไรท์ ดังนั้นโครงสร้างของเหล็กหล่อไฮเปอร์ยูเตคติคที่อุณหภูมิปกติประกอบด้วยโปรยูเตคติดคซีเมนไตต์เป็นแถบยาวล้อมรอบด้วยโครงสร้าง ยูเตคติค หรือเลดเดอร์บูไรท์ ซึ่งถ้าดูผ่านกล้องขยายจะเห็นโปรยูเตคติคซีเมนไตต์เป็นแถบสีขาวขนาดใหญ่ กับลักษณะโครงสร้างยูเตคติค ซึ่งประกอบด้วยจุดดำเล็ก ๆ คือเพิรไลท์บนพื้นที่สีขาวซึ่งก็คือซีเมนไตต์ (ดูภาพที่ CAST-WH4 ประกอบ ) | ||
 |
|
รูปที่
CAST-WH4
โครงสร้างเหล็กหล่อสีขาวไฮเปอร์ยูเตคติค. |
| การใช้งานของเหล็กหล่อสีขาว ส่วนมากใช้ทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่ต้องการความคงทนเนื่องจากการเสียดสี โดยไม่มีแรงกระแทกมากนัก เช่นอุปกรณ์ที่ใช้ในการบดของแข็ง (grind ing equipment) ใช่ในส่วนประกอบใบพัดของเครื่องยิงทราย (Shot blast equipment) จานเจียรนัยเพชรพลอย อุปกรณ์ทำซีเมนต์ และอิฐเป็นต้น ที่ผลิตกันมากจะเป็นประเภทคาร์บอนต่ำไม่เกิน 3.5% ให้ความแข็งไม่เกิน 550 HB ถ้าต้องการความแข็งสูงจะผสมนิเกิล, โครเมียม หรือโมลิบดินัม ซึ่งจะทำให้โครงสร้างของเหล็กหล่อสีขาวเปลี่ยนไปจากที่กล่าวมาแล้ว | ||
|
G. PRECISION ENGINEERING LTD.,PART. 26/27 MOO.9 BYPASS ROAD , TUMBOL NAPA AMPHUR MUANG ,CHONBURI 20000 THAILAND. TEL :038-441-348 , 087-9182311 , 081-6446767 FAX : 038-441-349 Website : http://www.Gprecision.net E-mail : info@gprecision.net |