เหล็กกล้าหล่อผสม
(Alloy Cast Steel).
 

เป็นการยากที่จะจำแนกประเภทของเหล็กกล้าผสมหล่อได้อย่างชัดเจนว่า มีประเภทใดบ้าง เพราะเหล็กกล้าผสมหล่อ มีคุณลักษณะ
หลายประการที่ขึ้นอยู่กับธาตุที่ผสม ปริมาณธาตผสมและการอบชุบความร้อนภายหลังการหล่อ โดยทั่วไปจะจัดเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ ออกไปเป็น 2 กลุ่มคือ เหล็กกล้าผสมต่ำ กับเหล็กกล้าผสมสูง (มีธาตุผสมมากกว่า 10% ) ซึ่งในแต่ละกลุ่มยังแยกออกตามลักษณะของธาตุผสม ซึ่งจะได้กล่าวรายละเอียดดังต่อไปนี้
เหล็กกล้าผสมต่ำมีแมงกานีสเป็นธาตุผสมหลัก (Manganese Cast Steel)
เป็นเหล็กกล้าผสมที่มีราคาถูก โดยจะผสมแมงกานีส ไม่เกิน 3% และมีคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.25-0.5% ภายหลังทำนอร์มาลไลซิง
ที่อุณหภูมิ 850 - 900 ๐C เหล็กประเภทนี้จะมีความต้านทานแรงดึง และความเหนียวอยู่ในเกณฑ์ดี และดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณคาร์บอนเท่ากัน แต่ในสภาพอบนิ่มจะได้คุณสมบัติเชิงกลไม่ดีเท่าที่ควร ส่วนใหญ่เหล็กกล้าผสมแมงกานีสจะนำไปใช้งานภายหลังการทำนอร์มาลไลซิง เพราะให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดี โดยเฉพาะทางด้านความต้านทานแรงกระแทก ในการชุบแข็งจะต้องระมัดระวังมาก เพราะจะเกิดการแตกร้าวได้ง่าย จำเป็นจะต้องทำการอบคลายทันที และภายหลังการอบคลายจะต้องทำให้เย็นเร็ว เพื่อให้คุณสมบัติความต้านทานแรงกระแทกได้สูง
ในกลุ่มของเหล็กกล้าหล่อแมงกานีส นอกจากผสมแมงกานีสแล้วยังอาจผสมธาตุอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงคุณภาพ โดยเฉพาะความต้านทาน
แรงดึง ดังเช่น ผสมโมลิบดินั่ม, โครเมียมและวาเนเดียม ดังแสดงในตาราง STEEL-ALLOY CAST-1

ตาราง STEEL-ALLOY CAST-1
แสดงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าผสมแมงกานิส.

เหล็กกล้าผสมต่ำมีนิเกิลเป็นธาตุผสมหลัก (Nickel Cast Steel)
นิเกิลเป็นธาตุที่มีบทบาททางด้านเพิ่มคุณสมบัติชุบแข็ง และลดช่วงของอุณหภูมิ Transition (เกิดการเปราะที่อุณหภูมิต่ำ) ให้ต่ำลง
นอกจากนี้ยังเพิ่มคุณสมบัติทางด้านการเชื่อม (Weldability) ในเหล็กกล้าผสมต่ำจะผสมนิเกิลประมาณไม่เกิน 3.5% ในเหล็กที่มีคาร์บอนต่ำระหว่าง 0.1-0.35% และเช่นเดียวกันกับเหล็กกล้าผสมแมงกานีส เหล็กกล้าในกลุ่มนี้จะผสมธาตุอื่น ๆ ลงไปเพื่อปรับปรุงคุณภาพทางด้านความแข็ง ด้านคุณสมบัติยืดหยุ่น และคุณสมบัติทนแรงกระแทกธาตุผสมดังกล่าว คือ แมงกานีส, โครเมียม, โมลิบดินั่ม และวาเนเดียม ดังเช่น
เหล็กกล้าผสมนิเกิล-แมงกานีส จะแบ่งไว้สองชั้นคุณภาพ คือ แมงกานีส-นิเกิล 1% กับ แมงกานีส-นิเกิล 1.4% ส่วนคาร์บอนอยู่ในช่วง
0.3% ทั้งสองชั้นคุณภาพให้คุณสมบัติเชิงกลทั้งความแข็งแรง และความเหนียวปานกลาง ดังแสดงในตาราง STEEL-ALLOY CAST-2 แสดงคุณสมบัติในสภาพนอร์มาลไลซิง และอบคืนตัว

ตาราง STEEL-ALLOY CAST-2
แสดงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าผสมนิเกิล
( ภายหลังการทำนอร์มาลไลซิงและอบคลาย ).

เหล็กกล้าผสมนิเกิล-โมลิบดินั่ม มีชั้นคุณภาพเดียวเป็นหลักที่ผสมโมลิบดินั่ม ประมาณไม่เกิน 3% และนิเกิลไม่เกิน 2% คาร์บอนต่ำ
0.25% คุณสมบัติเชิงกลอยู่ในเกณฑ์ปานกลางเช่นเดียวกับเหล็กกล้าผสมนิเกิล - โครเมียม ปรากฏมีชั้นคุณภาพเดียว โดยผสมโครเมียม 0.65% นิเกิล 1.60% คาร์บอน 0.3% มีคุณสมบัติเชิงกลสูงกว่าเหล็กกล้าชนิดอื่น แต่ความเหนียวจะลดลง เหล็กกล้าผสมนิเกิล-วาเนเดียม ปรากฏมี 2 ชั้นคุณภาพ คือคาร์บอน 0.2 และ 0.3% มีวาเนเดียมประมาณ 0.1% และนิเกิลประมาณ 1.5-1.6% คุณสมบัติเชิงกลจะแตกต่างกันเล็กน้อย แต่ทั้งสองชั้นคุณภาพจะเป็นเหล็กที่มีความเหนียวสูง ดังปรากฏในตารางSTEEL-ALLOY CAST-2 เหล็กกล้าผสมนิเกิล-โครเมียม-โมลิบดินั่ม เป็นเหล็กกล้าผสมที่มีธาตุผสมสามชนิดผสม มีผู้รู้จักกันมากกว่าชนิดอื่น ๆ เป็นเหล็กที่อยู่ในมาตรฐาน AISI 4300 หรือ ASTM 8600 จัดเป็นเหล็กกล้าผสมที่มีคุณสมบัติความสามารถในการชุบแข็งสูง มีความต้านทานแรงดึงอยู่ในเกณฑ์สูง ในสภาพภายหลังการทำนอร์มาลไลซิง และสามารถทำการชุบแข็งด้วยการชุบลมได้ (air hardening) เหมาะสำหรับงานหล่อที่มีขนาดใหญ่ สามารถทำการชุบแข็งและอบคลายได้ผลดีมาก แต่มีข้อเสียในด้านคุณสมบัติการเชื่อม แม้จะเป็นชั้นคุณภาพที่มีคาร์บอนต่ำการเชื่อมควรจะต้องทำการเผาก่อน (preheat) และจะต้องรักษาระดับของอุณหภูมิไว้ตลอดการเชื่อม
โดยทั่วไปเหล็กกล้าผสมนิเกิล-โครเมียม -โมลิบดินั่ม เป็นเหล็กที่มีคาร์บอนประมาณ 0.3% ดังเช่นเหล็ก AISI 4335 แต่ในงานสร้าง
อุปกรณ์เครื่องมือกลต่าง ๆ จะเพิ่มปริมาณคาร์บอนให้สูงขึ้นถึง 0.4% ทั้งนี้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางด้านทนการสึกหรอ เพราะเหล็กจะมีความแข็งภายหลังการอบชุบสูงขึ้น ถ้าเหล็กทีคาร์บอนสูง ในบางโรงงานอาจผสมคาร์บอนสูงถึง 0.75%
Head


เหล็กกล้าผสมต่ำชนิดโครเมียมเป็นธาตุผสมหลัก (Chromium Cast Steel) โครเมียมเป็นธาตุที่มีบทบาทเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งให้เหล็กกล้า ในสภาพนอร์มาลไลซิง จะมีความต้านทานต่อแรงดึงสูง
แต่ความเหนียวลดลง ดังนั้นในอุตสาหกรรมทั่วไปจะไม่นิยมผลิตเหล็กกล้าผสมโครเมียมอย่างเดียว มักจะผสมธาตุอื่น ๆ ลงไปเพื่อเสริมคุณสมบัติทางด้านความเหนียว โดยเฉพาะเป็นการลดบทบาททางด้าน Temper brittleness ของโครเมียมให้น้อยลง ธาตุที่สำคัญได้แก่ โมลิบดินั่ม และวาเนเดียม
เหล็กกล้าผสม โครเมียม-โมลิบดินั่ม เป็นเหล็กกล้าผสมที่ค่อนข้างจะรู้จักกันดีในกลุ่มของเหล็กกล้าหล่อที่ใช้งานอย่างกว้างขวาง และ
ราคาไม่สูงมากนัก การผสมโมลิบดินั่มลงไปในเหล็กจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางด้านความสามารถในการชุบแข็ง ทั้งในกรณีชุบแข็งธรรมดา และการชุบแข็งด้วยลม เหมาะสำหรับชิ้นงานหล่อขนาดใหญ่ และงานหล่อที่มีรูปร่างซับซ้อนที่ต้องการความแข็งแรงสูง และไม่สามารถชุบแข็งด้วยน้ำ หรือน้ำมันได้ โดยทั่วไปเหล็กกล้าผสมโครเมียม-โมลิบดินั่ม จะมีอยู่หลายชั้นคุณภาพ ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและโมลิบดินั่ม ชั้นคุณภาพที่มีผู้ใช้กันมาก จะมีคาร์บอน 0.28-0.35% โครเมียม 0.8-1.0% และโมลิบดินั่ม 0.15-0.3% ซึ่งในสภาพนอร์มาลไลซ์ และอบคืนตัวที่ 600 ๐C จะมีความเค้นแรงดึงสูงสุด 93,000 psi อัตรายืดตัว 22-25% ดังแสดงในตาราง STEEL-ALLOY CAST-3

ตาราง STEEL-ALLOY CAST-3
แสดงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าผสมโครเมี่ยม-โมลิบดินั่ม
( ในสภาพนอร์มาลไลซิง - อบคลาย ).

สำหรับชั้นคุณภาพที่ต้องการคุณสมบัติต้านทานสึกหรอมาก จะเพิ่มปริมาณคาร์บอนให้สูงขึ้นจนถึง 0.5% ถ้าต้องการความสามารถ
ในการเชื่อม จะลดปริมาณคาร์บอนลงจนถึงปริมาณ 0.18% และในกรณีที่ต้องการคุณสมบัติทนความร้อน และทนการยืดตัวที่อุณหภูมิ (Creep Strength) จะเพิ่มปริมาณโครเมียม และโมลิบดินั่ม จนถึงปริมาณ 4-6% Cr และ 0.45-0.65% Mo

เหล็กกล้าผสมต่ำ โมลิบดินั่ม (Molybdenum Cast Steel)
โมลิบดินั่ม ใช้เป็นธาตุผสมในเหล็กกล้าอย่างกว้างขวาง เพราะโมลิบดินั่มมีบทบาททางด้านปรับปรุงคุณสมบัติ ของเหล็กได้หลายประการ
ดังได้อธิบายมาแล้ว ในอุตสาหกรรมหล่อหลอมไม่นิยมผลิตเหล็กกล้าที่ผสมโมลิบดินั่มเพียงธาตุเดียว อาจจะมีบางที่ผลิตเป็นพิเศษที่ต้องการนำชิ้นงานไปใช้ในกรณีที่ต้องการคุณสมบัติทนความร้อนแต่การผสมธาตุอื่น ๆ ลงไปร่วมกับโมลิบดินั่ม ปรากฏว่าได้ผลในการปรับปรุงคุณภาพของเหล็กกล้าผสมหล่อที่ดีกว่า จึงทำให้ปริมาณการผลิตเหล็กกล้าโมลิบดินั่มในอุตสาหกรรมมีจำนวนน้อย ชั้นคุณภาพที่ปรากฏในคู่มือจะเป็นเหล็กคาร์บอน 0.25 - 0.3% แมงกานีส 0.6 - 0.9% โมลิบดินั่ม 0.4 - 0.6% ในสภาพนอร์มาลไลซิง และอบคืนตัวที่ 600 ๐C จะมีค่าความเค้นแรงดึงสูงสุด 76,000 - 84,000 psi ความเค้นจุดคราก 48,000 - 54,000 psi และมีอัตรายืดตัว 24 - 30%

เหล็กกล้าผสมวาเนเดียม (Vanadium Cast Steel)
วาเนเดียม เป็นธาตุที่ไม่ผสมในเหล็กเพียงธาตุเดียวคล้ายโมลิบดินั่ม ส่วนใหญ่จะผสมร่วมกับธาตุอื่นดังที่ได้กล่าวมา แล้วใน เรื่องเหล็กกล้า
ผสม แมงกานีส-วาเนเดียม และนิเกิล-วาเนเดียม ส่วนใหญ่เหล็กกล้า
ผสมเหล่านี้จะผสมวาเนเดียมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความมุ่งหมายอันสำคัญก็เพื่อให้เหล็กมีเกรนเล็กละเอียด ทำให้เหล็กมีความแข็งแรงสูงและต้านทานการอ่อนตัวในขณะทำการอบคืนตัว ถ้าผสมวาเนเดียมปริมาณสูงเกินกว่า 0.2% อาจจะมีผลทำให้ความสามารถชุบแข็งของเหล็กลดลง ยิ่งเป็นเหล็กที่ต้องการชุบแข็ง ทั้งนี้เพราะวาเนเดียมคาร์ไบด์มีเสถียรภาพสูง มักจะปรากฏวาเนเดียมคาร์ไบด์ที่ไม่สลายตัวเหลืออยู่ ซึ่งมีผลทำให้ความสามารถในการชุบแข็งลดลงดังกล่าว


เหล็กกล้าผสมทองแดง (Copper Cast Steel)
ทองแดง เป็นธาตุที่ละลายได้ในเหล็กปริมาณต่ำไม่เกิน 0.8% ในเฟอร์ไรท์ บทบาท ของทองแดงมีส่วนทำให้เหล็กมีความต้านทานแรงดึง
และความแข็งสูงขึ้นทั้งในสภาพนอร์มาลไลซิง และภายหลังการอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 450 ๐C - 560 ๐C ซึ่งปกติเหล็กกล้าผสมทุกประเภทจะมีความต้านทานแรงดึง และความแข็งลดลง แต่สำหรับเหล็กกล้าผสมทองแดงจะกลับมีความต้านทานแรงดึงและความแข็งเพิ่มขึ้น เพราะการตกผลึกของทองแดงในสภาพของแข็ง เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Precipitation hardening ซึ่งปรากฏผลชัดเจนดังแสดงในภาพ แสดงลักษณะเปรียบเทียบของความเค้นแรงดึง, ความเค้นจุดคราก, ความแข็งและอัตรายืดคืนตัวของเหล็กกล้าผสม 0.3%C, 2.5% Cu ในสภาพนอร์มาลไลซิงปกติ และสภาพนอร์มาลไลซิง ตามด้วยการอบคืนตัวเพื่อให้เกิด Precpitation hardening
เหล็กกล้าผสม ทองแดง-แมงกานีส-ซิลิกอน เป็นเหล็กกล้าผสมที่มีปริมาณผลิตสูงกว่าเหล็กกล้าผสมทองแดงอย่างเดียว เหล็กกล้าผสม
ชนิดนี้ส่วนใหญ่จะเป็นเหล็กคาร์บอนต่ำกว่า 0.2% เพื่อต้องการให้มีคุณสมบัติต้านทานความเหนียวสูง สามารถเชื่อมได้ง่าย และมีคุณสมบัติทางด้านหล่อสูง (high fluidity) เพื่อใช้กับชิ้นงานหล่อที่มีรูปร่างซับซ้อนและมีความหนาน้อยและจะต้องนำไปเชื่อมประกอบกับส่วนอื่น
ส่วนผสมของเหล็กกล้าผสม ทองแดง-แมงกานีส-ซิลิกอน ที่ปรากฏทั่วไป จะประกอบด้วย คาร์บอน 0.08 - 0.2% แมงกานีส 1.5 -
1.80%, ซิลิกอน 0.9 - 1.25% ทองแดง 0.85 - 1.10% มีคุณสมบัติเชิงกลในสภาพอ่อน, นอร์มาลไลซิงและนอร์มาลไลซ์ชุบแข็งด้วยการตกผลึกในสภาพของแข็ง ดังปรากฏในตารางSTEEL-ALLOY CAST-4

รูปที่ STEEL-ACS1
แสดงผลของทองแดงในเหล็กกล้าในสภาพนอร์มาลไลช์
และความแข็งที่ได้จากการตกผลึก.

ตาราง STEEL-ALLOY CAST-4
แสดงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าผสม
Cu-Mn-Si ที่สภาพอบชุบด้วยความร้อนต่าง ๆ กัน.

นอกจากเหล็กกล้าผสม ทองแดง - แมงกานีส - ซิลิกอน แล้วยังมีเหล็กกล้าในกลุ่มนี้อีกหลายชนิด เช่น เหล็กกล้า ทองแดง - นิเกิล, ทองแดง -
นิเกิล - โมลิบดินั่ม และทองแดง - แมงกานีส - โมลิบดินั่ม แต่ปริมาณผลิตมีจำนวนน้อย และอีกประการหนึ่งการควบคุมคุณภาพของเหล็กกระทำได้ยาก เนื่องจากการเกิดความแข็งด้วยการตกผลึกเกิดขึ้นในช่วงของการทำอบคืนตัวไม่แน่นอน และมีการเปลี่ยนแปลงทางด้านความเหนียวมาก จึงทำให้ผู้ใช้ไม่นิยมที่จะใช้เหล็กกล้าผสมในกลุ่มนี้

Head



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