การแปรรูปหรือขึ้นรูปร้อน (Hot Working)
เป็นการแปรรูปโลหะในขณะที่โลหะถูกเผาให้ร้อน เพราะโลหะเมื่อถูกเผาให้ร้อนแดงจะมีลักษณะอ่อนนิ่มง่ายต่อการขึ้นรูป กล่าวคือใช้พลังงานน้อยแต่และสามารถแปรรูปได้มาก โดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก แต่การขึ้นรูปร้อนมีข้อเสียอยู่ตรงที่ว่าขนาดของโลหะภายหลังการขึ้นรูปจะควบคุมให้ได้ใกล้เคียงที่ต้องการได้ยาก เพราะจะมีการหดตัวของโลหะขณะเย็นลงและที่ผิวของโลหะมักเกิดสเกล (สนิม) เพราะที่อุณหภูมิสูง โลหะจะเกิดออกซิเดชันได้ดี และการขึ้นรูปร้อนมีหลายกรรมวิธีที่สำคัญเช่น
1. การรีดร้อน (Hot Rolling) ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ
1.1 การรีดผลิตภัณฑ์ยาว (Long Products หรือ Shape Products) จะอาศัยลูกรีด (Roll) สองตัวหมุนในทิศทางต่างกัน ลูกรีดแต่ล่ะตัวจะมีร่องเป็นลักษณะต่างๆ ตามที่ต้องการและจะเอาโลหะที่เผาจนร้อนแดงส่งผ่านให้ลูกรีดตามร่องต่างๆ โลหะจะถูกบีบให้มีรูปร่างตามช่องว่างระหว่างลูกรีดและเคลื่อนตัวออกมาอีกด้านหนึ่ง
เช่น การรีดเหล็กหน้าตัดสำหรับงานโครงสร้าง เช่น พวก H-Beam, L-Beam, เหล็กร่งรถไฟ, เหล็กเส้นก่อสร้าง เป็นต้น
1.2 การรีดผลิตภัณฑ์แผ่น (Flat Products) ลูกรีดมีลักษณะเรียบ (เป็นทรงกระบอก) ผลิตภัณฑ์จะเป็นพวกโลหะแผ่นขนาดความหนาต่างๆกัน หรือที่เรียกว่า Strip, Plate, Sheet, Coil เป็นต้น
ภาพแสดงการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เหล็กกล้า
ในการรีดโลหะเช่นเหล็กจะเริ่มตั้งแต่เกล็กแท่งขนาดใหญ่ (Slab, Bloom, Billet) ซึ่งได้มาจากเตาหลอม จากนั้นก็จะเอามารีดให้มีขนาดเล็กลง มีแท่นรีดหลายแท่น (หรือใช้แท่นเดียวกันในบางกรณี) รีดชิ้นงานหลายๆครั้ง โดยในการรีด Long Products จะค่อยๆเปลี่ยนแปลงรูปร่างภาคตัดขวางของชิ้นงานไปทีล่ะน้อยในแต่ล่ะขั้นตอนการรีด จนได้รูปร่างที่ต้องการในขั้นตอนการรีดสุดท้าย ส่วนในการรีด Flat Products ก็เป็นไปในขั้นตอนเดียวกัน คือ จะค่อยๆลดความหนาของชิ้นงานลง จนได้ความหนาที่ต้องการในการรีดที่แท่นรีดสุดท้าย
ภาพแสดง Die สำหรับทำ Closed-Die Drop Forging ชิ้นงานจะค่อยๆถูกตีให้เปลี่ยนรูปร่างไป
2. การตีขึ้นรูป (Forging)
เป็นกรรมวิธีที่ใช้กันมานาน โดยการเผาโลหะให้ร้อนแดง ใช้ค้อนตีบนแท่งเหล็กให้โลหะเปลี่ยนรูปไปตามที่ต้องการ ซึ่งเรียกกรรมวิธีนี้ว่า Hammer หรือ Smith Forging แต่ในปัจจุบันการตีขึ้นรูปร้อนได้วิวัฒนาการมามากโดยการใช้แบบ (Die) สองชิ้น ซึ่งจะแกะให้มีช่องว่างระหว่างแบบ เมื่อเอาแบบทั้งสองมาประกบกันก็จะเกิดช่องว่างมีรูปร่างเป็นของที่ต้องการจะตีขึ้นรูป ดังแสดงในภาพด้านล่าง และการตีขึ้นรูปจะใช้แรงกระแทกอย่างแรง โดยยกตัวแบบด้านหนึ่งให้สูงขึ้นและปล่อยให้ตกลงมากระแทกกับแบบอีกด้านหนึ่งที่อยู่กับที่
ภาพแสดง Drop Forging
เราเรียกกรรมวิธีนี้ Drop Forging ถ้าแรงที่กดให้โลหะเปลี่ยนรูป เป็นแบบอื่นชื่อก็จะเปลี่ยนไปเช่นกันเช่น Press Forging, Upset Forging การตีขึ้นรูปในลักษณะนี้ก็เช่นเดียวกันอาจต้องทำเป็นชั้นๆ จนกว่าจะได้รูปร่างของโลหะสุดท้ายตามที่ต้องการ
ภาพแสดง Upset Forging
3. การอัดขึ้นรูป (Extrusion)
เป็นกรรมวิธีที่ใช้มากในปัจจุบัน มักใช้กับโลหะที่มีความเหนียว (Ductility) สูง ใช้วิธีอีดโลหะภายในแบบ (Container) ด้วยความดันสูงและให้โลหะเคลื่อนที่ (Flow) ออกไปทางช่องว่างระหว่าง Die ซึ่งจะเป็นรูปร่างตามที่ออกแบบไว้ วิธีการอัดขึ้นรูปมี 2 ลักษณะคือ Direct Extrusion และ Indirect Extrusion ดังแสดงตามภาพ
(หมายเหตุ : ส่วนใหญ่โรงงาน Extrusion ในไทย โดยทั่วไปจะเรียกกรรมวิธีนี้ว่า การรีด ซึ่งจะไปซ้ำกับคำว่าการรีด ที่หมายถึงกรรมวิธี Rolling
Direct Extrusion
Indirect Extrusion
4. การแปรรูปหรือการขึ้นรูปในสภาพเย็น (Cold Working)
เป็นกรรมวิธีขึ้นรูปโลหะที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งโลหะจะมีความแข็งแรงอยู่ในเกณฑ์ปกติ ดังนั้นจะใช้กำลังในการขึ้นรูปที่สูงมาก เพื่อให้เกิดความเค้น (Stress) ในโลหะจนเลยจุด Elastic Limit หรือ Yield Point มิฉะนั้น ถ้าปล่อยหรือลดแรงที่กดออกโลหะก็จะคืนเข้ารูปเดิมไม่เกิดการแปรรูป จะเห็นว่าการขึ้นรูปเย็นมีข้อยุ่งยากกว่าการขึ้นรูปร้อน แต่จะมีส่วนดีอยู่ 2 ประการคือ สามารถจะควบคุมขนาดของโลหะในช่วงสุดท้ายได้แน่นอนและผิวของโลหะจะสะอาดเป็นมันเรียบ
โดยในอุตสาหกรรมจะใช้ Cold Working ในขั้นสุดท้ายหลังจากที่ทำ Hot Working เพื่อจะได้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายน้อยลงและได้ผลิตภัณฑ์ที่ดี กรรมวิธี Cold Working มีอยู่หลายประเภทโดยที่สำคัญมีดังนี้
4.1 การรีดขึ้นรูปเย็น (Cold Rolling) คือ การรีดในลีกษณะเดียวกับ Hot Rolling แต่จะทำในชั้นสุดท้ายเท่านั้น (เฉพาะใน Flat Products) เพื่อให้ได้โลหะมีขนาดแน่นอนและผิวเรียบ เช่นการรีดเหล็ก ทองเหลืองและอลูมิเนียม ที่มีขายอยู่ตามท้องตลาดทั่วๆไป จะสังเกตุได้จากโลหะพวกนี้จะมีผิวเรียบมัน
4.2 การดึงโลหะ (Drawing) ใช้วิธีดึงโลหะผ่านแบบ (Die) ซึ่งจะออกแบบให้มีรูปร่างตามที่ต้องการ โดยทั่วไปมักใช้ในการผลิตเส้นลวดโลหะ เรียกว่าการทำ Wire Drawing (ดังรูปด้านล่าง)
การดึงโลหะนี้จะเกิดการเสียดสีอย่างนุนแรงระหว่างโลหะกับ Die ดังนั้นโลหะที่ทำเป็น Die จะต้องมีความแข็งสูงมาก ส่วนใหญ่จะใช้ทังสเตนคาร์ไบด์ในการทำ
ภาพแสดงกรรมวิธี Wire Drawing
4.3 การทำ Deep Drawing เป็นการขึ้นรูปเย็นสำหรับโลหะแผ่น (อาจเรียกรวมๆว่าการทำ Sheet Metal Forming) ที่ใช้สำหรับทำภาชนะ ทำพวกลูกถ้วยหรือพวกหลอดต่างๆโดยใช้แรงดันผ่าน Die ทำให้โลหะแปรรูปจากลักษณะหนึ่งไปเป็นอีกลักษณะหนึ่ง ดังตัวอย่างรูปด้านล่าง เป็นการทำหลอดหรือท่อจากแผ่นโลหะโดยที่ชั้นที่ 1 จะตัดโลหะเป็นแผ่นวงกลมขนาดพอเหมาะ เรียกว่า Shearing จากนั้น ชั้นที่ 2 จะเอาแผ่นโลหะมาอัดใน Die ให้เป็นลูกถ้วย เรียกว่า Cupping และสุดท้ายชั้นที่ 3 จะเอา Cup มาอัด
ใน Die อีกครั้งให้ออกมายาวกว่าเดิม (ความหนาโลหะจะลดลง) เรียกว่าการทำ Drawing หรือ Deep Drawing
ภาพแสดงขั้นตอนการทำ Deep Drawing
5. กรรมวิธีโลหะผง (Powder Metallurgy)
เป็นการขึ้นรูปโลหะประเภทหนึ่งจากโลหะที่เป็นผงละเอียด (Fine Metal Powder) โดยใส่โลหะผงในแบบที่เตรียมไว้ (Die) แล้วอัดโลหะผงด้วยความดันสูง จนทำให้โลหะผงอัดตัวแน่นกันเป็นรูปร่างตามต้องการ ในชั้นนี้โลหะผงที่เป็นรูปร่างจะยังไม่มีความแข็งแรงมากนัก จะต้องนำไปเผาที่อุณหภูมิสูง แต่ต่ำกว่าจุดหลอดตัวของโลหะเล็กน้อย จะทำให้อะตอมของโลหะมีการเคลื่อนไหวเชื่อมโยงกันระหว่างจุดสัมผัสของเม็ดเล็กๆของโลหะอันเป็นผลมาจากการแพร่ของอะตอมในสภาพของแข็ง (Diffusion In Solid State)
ทำให้โลหะเมื่อผ่านการเผามีความแข็งแรงมากขึ้น และสามารถนำไปใช้งานได้ตามลักษณะของโลหะนั้นๆ เราอาจจะแยกชั้นการทำงานตามกรรมวิธีโลหะผงออกเป็น 4 ชั้นคือ 1.ชั้นผลิตโลหะผง 2. ชั้นผสมผงโลหะให้เข้ากัน 3. อัดโลหะผงตามแบบรูปร่างที่ต้องการ 4. เผาโลหะผงที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอดตัว (Sintering)
การทำโลหะผงมีกรรมวิธีที่ใช้หลายประการ วิธีที่ทำทั่วๆไป สำหรับโลหะที่มีความแข็งสูง ใช้กสนบด (Mill Grinding) เป็นงานที่ต้องใช้เทคนิคสูง เพราะของแข็งจะถูกบดได้ก็ต้องมีของแข็งกว่าเป็นตัวบด ดังนั้นจึงมักใช้ตัวมันเองบดกันเองจนละเอียด
ถ้าโลหะที่มีเนื้ออ่อน การบดในลักษณะนี้จะทำได้ยาก เพราะมันจะไม่แตกออกจากกันได้ง่าย เนื่องจากมีความเหนียว ดังนั้นจึงใช้วิธีหลอมให้ละลายแล้วพ่นเป็นฝอย (Atomzing) อีกวิธีหนึ่งจะเผาโลหะจนร้อนกลายเป็นไอ แล้วทำให้กลั่นตัวจากไอกลายเป็นโลหะผงในทีเดียว แต่เป็นวิธีที่ค่าใช้จ่ายสูง เพราะต้องใช้พลังงานมาก
ภาพแสดงขั้นตอนการอัดโลหะผงใน Die
การผสมโลหะผงให้เข้ากันก่อนที่จะนำอัดเป็นรูปร่าง นับว่ามีความสำคัญมาก เพราะโลหะผงส่วนมากมักจะผสมกันหลายชนิด คือมีโลหะหลักและโลหะที่เป็นตัวประสาน (Binder) ดังตัวอย่างเช่น การทำโลหะทังสเตนคาร์ไบด์สำหรับทำมีดกลึง จะใช้โลหะโคบอลต์เป็นโลหะประสาน ดังนั้นการผสมจึงต้องกระทำเป็นพิเศษเพื่อให้โลหะและตัวประสานผสมกันอย่างทั้วถึง การผสมกระทำทั้งในสภาพแห้ง (Dry) และสภาพเปียก (Wet)
การอัดโลหะผงลงบน Die ขั้นแรกจะต้องทราบจำนวนของโลหะผงที่จะใช้ให้พอเหมาะ โดยต้องทราบปริมาณของแบบ แล้วจึงเทโลหะผงลงไปในแบบ โดยให้มีปริมาณเกินกว่าปริมาณที่ใช้จริงๆ เล็กน้อย การอัดใช้เครื่องไฮโดรลิค มีความดันสำหรับอัดประมาณ 5-50 ตันต่อตารางนิ้ว
การเผาที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมตัวของโลหะ เรียกว่า Sintering และมักจะเรียกโลหะที่ผ่านกรรมวิธีนี้ว่าโลหะซินเตอร์ อุณหภูมิที่ใช้จะสูงราวๆ 70-80% อุณหภูมิหลอมเหลว (คิดหน่วยเคลวิน) ในบางกรณี เช่น พวกวัสดุทนความร้อน อาจจะต้องใช้อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 90% ของอุณหภูมิหลอมเหลว สำหรับโลหะผสมที่มีโลหะประสานอยู่ด้วยจะต้องทำซินเตอร์ที่อุณหภูมิใกล้จุดหลอมเหลวของตัวโลหะประสาน การทำซินเตอร์จะต้องใช้เวลานานหลายชั่วโมง โดยจะต้องควบคุมบรรยากาศภายในเตาด้วย
เพราะในขณะที่เผาออกซิเจนในอากาศจะทำให้โลหะกลายเป็นออกซิไดค์ได้ง่าย ส่วนใหญ่จึงทำซินเตอร์ถายในบรรยากาศก็าซเฉื่อย เช่น ไนโตรเจนหรืออาร์กอน
ข้อมูลผิดพลาดประการใดขออภัยมาใน ณ ที่นี้ด้วยนะครับ และขอขอบคุณข้อมูลจากแหล่งที่มาต่างๆ ที่สำคัญผมทำไว้อ่านกันลืมครับ
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
