หน่วยที่2

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 1/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ หน่วยที่ 2 โลหะ วสั ดุประเภทโลหะ (Metals) คือวสั ดุที่ไดจ้ ากการถลุงสินแร่ต่าง ๆ อนั ไดแ้ ก่ เหลก็ ทองแดง อลูมิเนียม นิเกิล ดีบุก สงั กะสี ทองคา ตะกว่ั เป็นตน้ โลหะเม่ือถลุงไดจ้ ากสินแร่ในตอนแรกน้นั ส่วนใหญ่จะ เป็นโลหะเน้ือค่อนขา้ งบริสุทธ์ิ โลหะเหล่าน้ีมกั จะมีเน้ืออ่อนไมแ่ ขง็ แรงเพียงพอที่จะนามาใชใ้ นงาน อุตสาหกรรมโดยตรง ส่วนมากจะนาไปปรับปรุงคุณสมบตั ิก่อนการใชง้ าน คุณสมบตั ิของวสั ดุประเภทโลหะทตี่ ้องการในงานอตุ สาหกรรม 1. เป็นตวั นาความร้อนไดด้ ี 2. เป็นตวั นาไฟฟ้ าท่ีดี 3. มีความคงทนถาวรตามสภาพ 4. ไมเ่ ส่ือมสลายหรือเปล่ียนแปลงสถานะภาพง่าย 5. เป็นของแขง็ ท่ีอุณหภูมิปกติ ยกเวน้ โลหะปรอท 6. มีความแขง็ และความเหนียวสูง ยกเวน้ โลหะปรอท 7. ผวิ มนั ขาว 8. มีการขยายตวั ที่อุณหภูมิสู 2.1 ประเภทวสั ดุโลหะ วสั ดุโลหะแบ่งออกได้เป็ น 2 ประเภท คือ 2.1 วสั ดุโลหะประเภทเหล็ก (Ferous Metals) หมายถึง โลหะที่มีพ้นื ฐานเป็ นเหล็ก ประกอบอยู่ ไดแ้ ก่ เหล็กเหนียว เหล็กหล่อ เหล็กกลา้ ฯลฯ เป็นวสั ดุโลหะท่ีใชก้ นั มาก ที่สุดในวงการอุตสาหกรรม เน่ืองจากเป็ นวสั ดุท่ีมีความแขง็ แรงสูง สามารถปรับปรุง คุณภาพและเปล่ียนแปลงรูปทรงไดห้ ลายวธิ ี เช่น การหล่อ การกลึง การอดั รีดข้ึนรูป เป็น ตน้ 2.2 วสั ดุโลหะประเภทไมใ่ ช่เหลก็ (Non-Ferous Metals) หมายถึง โลหะท่ีไม่มีส่วน เก่ียวขอ้ งกบั เหล็กเลยในขณะท่ีเป็นโลหะบริสุทธ์ิ ไดแ้ ก่ ดีบุก อลูมิเนียม สังกะสี ตะกว่ั ทองแดง ทองคา เงิน ทองคาขาว แมกนีเซียม พลวง เป็นตน้ วสั ดุโลหะประเภทท่ีไมใ่ ช่ เหลก็ น้ี บางชนิดราคาสูงกวา่ เหลก็ มาก จึงตอ้ งกาหนดใชก้ บั งานทางอุตสาหกรรมบาง ประเภทที่เหมาะสมเทา่ น้นั เช่น ทองแดงใชก้ บั งานไฟฟ้ า ดีบุกใชก้ บั งานท่ีตอ้ งการทนตอ่ การกดั กร่อนเป็ นสนิม อลูมิเนียมใชก้ บั งานท่ีตอ้ งการน้าหนกั เบา เป็นตน้

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 2/75 ความสาคัญของเหลก็ แร่โลหะเป็นสิ่งที่เกิดในธรรมชาตินบั ลา้ นปี แตม่ นุษยท์ ี่เพิง่ รู้จกั แยกโลหะจากแร่เพ่ือนามาใช้ ประโยชน์เมื่อไม่นานมาน้ีเอง เพราะจากการสารวจของนกั โบราณคดี ไดพ้ บส่ิงของเครื่องใชภ้ ายในพีระมิดทา ดว้ ยทองคา เงิน ทองแดง และบรอนซ์ มนุษยใ์ นสมยั น้นั ยงั ไมร่ ู้จกั เหลก็ เพราะเตาถลุงแรสมยั น้นั ใชส้ าหรับ หลอมทองแดง และทองคา ซ่ึงไม่ร้อนพอที่จะใชห้ ลอมเหลก็ ใหล้ ะลายได้ มนุษยเ์ พ่งิ คน้ พบวธิ ีการหลอม ละลายเหลก็ ไดร้ าย 2,000 B.C.2 ปัจจุบนั มนุษยไ์ ดน้ าเอาเหลก็ มาใชป้ ระโยชนใ์ นกิจการต่าง ๆ อยา่ งมากมาย และรู้จกั วธิ ีการผลิตเหลก็ ชนิดตา่ ง ๆ เพ่อื ใหเ้ หมาะสมแก่การนาไปใชง้ านเหล็กที่ผลิตน้นั ถลุงจากสินแร่ท้งั สิ้น และนาไปผา่ นกระบวนการผลิต (Manufacturing Process) จนจาไปผลิตเป็ นเครื่องมือ อุปกรณ์และส่ิง อานวยความสะดวกอื่น ๆ ที่เกิดประโยชน์ต่อไป เหล็กเป็นวสั ดุอีกอยา่ งที่สาคญั ท่ีสุดเพราะถือวา่ เป็นวสั ดุพ้นื ฐานของอุตสาหกรรมท้งั หลาย เพราะเรานาเหลก็ นามาใชง้ านท้งั ทางตรง เช่น ยานพาหนะ หรือเครื่องใชต้ ่าง ๆ ท่ีสร้างข้ึนจากเหลก็ และ นามาใชง้ านทางออ้ ม เช่น อาหาร ส่ิงทอ หรือส่ิงพิมพ์ ซ่ึงผลิตซ่ึงจากเคร่ีองจกั รท่ีสร้างข้ึนจากเหล็กแร่เหลก็ ท่ี พบในธรรมชาติเกิดเป็ นสารประกอบของเหลก็ กบั ธาตุอ่ืนๆ ผสมปนกนั อยใู่ นดินและหินแร่เหลก็ ที่ไดจ้ ากการ ทาเหมืองแร่น้นั จะตอ้ งนามาผา่ นกระบวนการในการถลุงเพ่ือทาใหบ้ ริสุทธ์ิข้ึนเพื่อนาไปใชง้ านตอ่ ไป สินแร่เหลก็ ทพี่ บ แบ่งได้ 5 ชนิด คอื 1. สินแร่แมกนิไตท์ (Magnetite) มีปริมาณเหล็ก 45-70% 2. สินแร่เรดเฮมาไตท์ (Red Haematite) มีปริมาณเหล็ก 40-65% 3. สินแร่บราวดเ์ ฮมาไตท์ (Brown Haematite) มีปริมาณเหล็ก 40-60% 4. สินแร่ซิเดอร์ไรต์ (Siderite) มีปริมาณเหล็ก 25-40% 5. สินแร่ไพไรต์ (Iron Pyrite) มีปริมาณเหล็ก 60-65% 2.2 กรรมวธิ ีการผลติ เหลก็ ชนิดต่าง ๆ 2.2.1 กรรมวธิ ีการผลติ เหลก็ ดบิ เหล็กดิบผลิตข้ึนจากเตาสูง (Blast Furnace) โดยการหลอมสินแร่เหล็กกบั ถ่านโคก๊ และหิน ปูน ซ่ึงคุณภาพของเหล็กดิบที่ไดข้ ้ึนอยกู่ บั ชนิดของสินแร่ท่ีนามาหลอม 1. การถลุงแร่เหลก็ โดยใชเ้ ตาลมพน่ หรือเตาสูง (Blast Furnace) เตาลมพน่ หรือเตาสูงมี ลกั ษณะคลา้ ยปล่องไฟสูงประมาณ 30 เมตร กวา้ งประมาณ 10 เมตร ภายนอกเตาเป็นเหลก็ แผน่ กรุภายในดว้ ย อิฐทนไฟ มีท่อน้าเหล็กเยน็ แทรกระหวา่ งอิฐกาแพงเตาเพื่อควบคุมอุณหภูมิส่วนต่าง ๆ ของเตา วตั ถุดบิ ทใ่ี ช้ในการถลุงเหลก็ ดบิ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 3/75 1. สินแร่เหลก็ (Iron Ore) ใส่เขา้ ไปเพ่ือถลุงเอาเหลก็ ดิบ 2. ถ่านโคก๊ (Coke) ใส่เขา้ ไปเพ่อื เป็ นเช้ือเพลิงและตวั ทาปฏิกิริยา 3. หินปนู (Limestone) หรือแคลเซียมคาร์บอเนต ใส่เขา้ ไปเพ่ือดึงเอกสารมลทินออกจาก สินแร่เหลก็ แยกตวั ออกเป็ นตะกรัน (Slag) พจิ ารณาลกั ษณะเตาลมพ่นหรือเตาสูงได้ดังรูปที่ 2.1 รูปที่ 2.1 ลกั ษณะเตาลมพน่ หรือเตาสูง ( Blast Furnace ) วธิ ีการถลงุ เหลก็ ดบิ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 4/75 แร่เหล็ก หินปนู และถ่านโคก้ จะถูกป้ อนทางดา้ นบนของเตาเรียงแยกกนั มาเป็นช้นั ๆ ความร้อนใน การถลุงไดม้ าจากการเผาไหมข้ องถ่านโคก้ โดยมีลมร้อนเป่ ามาจากดา้ นล่างของเตาเพ่ือช่วยการเผาไหม้ หินปนู จะรวมตวั กบั สารมลทินและสิ่งสกปรกตา่ ง ๆ เกิดเป็นฟองข้ีตะกรัน (Salg) ส่วนเน้ือเหลก็ จะหลอมละลาย รวมตวั กบั คาร์บอนในถ่านโคก๊ แลว้ จมลงดา้ นล่างของเตา โดยมีข้ีตะกรันลอยอยดู่ า้ นบนโลหะหลอมละลาย เมื่อโลหะหลอมตวั มีปริมาณมากถึงจานวนหน่ึงจะมีการเปิ ดรูตรงที่ข้ีตะกรันลอยอยเู่ พื่อใหโ้ หลทิง้ ออกไป แลว้ จึงเปิ ดรูดา้ นล่างใหน้ ้าเหลก็ ไหลออกมาเขา้ แบบพมิ พท์ ่ีรองรับไวเ้ ม่ือน้าเหล็กเยน็ ตวั ลงในแบบพมิ พจ์ ะไดแ้ ท่ง เหลก็ ท่ีเรียกวา่ เหลก็ ดิบ แทง่ เหล็กดิบประกอบดว้ ยเน้ือเหลก็ ผสมกบั คาร์บอนประมาณ 4.5% นอกจากน้ียงั มีสารอ่ืนปะปนอยู่ ดว้ ย เช่น ซิลิคอน กามะถนั ฟอสฟอรัส และแมงกานีส พจิ ารณากระบวนการผลติ เหลก็ ดิบจากสินแร่ด้วยเตาสูงได้ดงั รูปที่ 2.2 รูปที่ 2.2 กระบวนการผลิตเหล็กดิบจากสินแร่ดว้ ยเตาสูง 1. การถลุงแร่เหลก็ แบบเหลก็ พรุน (Sponge Iron) วธิ ีการผลิตเหลก็ พรุนกระทาไดโ้ ดยบดแร่

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 5/75 เหลก็ ใหเ้ ป็นกอ้ นเล็ก ๆ ผสมกบั สารลดออกซิเจนแลว้ เผาในเตาปิ ด โดยใชค้ วามร้อนต่ากวา่ จุดหลอมละลาย ของเหลก็ สารลดออกซิเจนดงั กล่าวอาจใชถ้ ่านโคก้ กา๊ ซธรรมชาติ กา๊ ซ คาร์บอนมอนอกไซด์ กา๊ ซไฮโดรเจน หรือน้ามนั เตากไ็ ด้ ผลผลิตท่ีไดจ้ ะแขง็ เป็นกอ้ นพรุนคลา้ ยฟองน้าหรือหินลาวาภูเขาไฟ เม่ือนาไปบดใหล้ ะเอียด อีกคร้ังหน่ึงแลว้ ใชแ้ ม่เหลก็ ดูดจะทาใหไ้ ดเ้ หล็กพรุนท่ีมีปริมาณเหล็กสูง 80-90% และสามารถนาเหลก็ พรุนไป ใชผ้ ลิตเหลก็ กลา้ แทนเหล็กดิบที่ไดถ้ ลุงจากเตาลมพน่ ได้ พจิ ารณากระบวนการผลติ เหลก็ ดบิ จากสินแร่แบบเหลก็ พรุนได้ดังรูปที่ 2.3 1 บรรจุแร่เหล็ก 6 แยกดว้ ยแม่เหล็ก 11 ถงั เก็บ 16 ชงั่ หาปริมาณ 2 บรรจุฟลกั ซ์ 7 บรรจุลงแบบ 12 บด 17 บรรจุเหล็กพรุนที่สาเร็จ 3 อบใหแ้ หง้ 8 เผาลดออกซิเจน 13 แยกดว้ ยแมเ่ หล็ก 4 บด 9 เอาออกจากแบบ 14 ขดั และร่อนแยกขนาด 5 ร่อนคดั แยกขนาด 10 บดหยาบ 15 อบ รูปท่ี 2.4 กระบวนการผลิตเหล็กดิบจากสินแร่แบบเหลก็ พรุน เตาในการผลติ เหล็กกล้ามี 2 แบบ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 6/75 1. ผนังเตาแบบกรด (Acid Lining) ผนงั เตาแบบกรดน้ี จะใชว้ สั ดุพวกซิลิกา (SiO2) มาทาผนงั เตา ขอ้ จากดั ของการใชผ้ นงั เตาแบบ กรด คือ ผนงั เตาจะไม่ทาปฏิกิริยาทางเคมีกบั ธาตุฟอสฟอรัส ดงั น้นั การผลิตเหลก็ กลา้ โดยใชผ้ นงั เตาแบบกรด จึงควรใชก้ บั เหลก็ ดิบที่มีปริมาณธาตุฟอสฟอรัสผสมอยใู่ นเน้ือเหล็กนอ้ ย 2. ผนงั เตาแบบต่าง (Basic Lining) ผนงั เตาแบบด่างน้ี จะใชว้ สั ดุพวกแมกนีไซต์ (MgCo3) มาทาผนงั เตา เพราะสามารถทาปฏิกิริยา ทางเคมีกบั ซิลิคอน แมงกานีส กามะถนั และฟอสฟอรัส ท่ีผสมอยใู่ นเน้ือเหล็กใหก้ ลายเป็นสแลก การผลติ เหลก็ กล้า สามารถแบ่งได้ 2 ลกั ษณะ คือ 1. การลดปริมาณธาตุคาร์บอน (Reduce Carbon) การนาเหลก็ ดิบที่ถลุงไดจ้ ากเตาสูงซ่ึงมีสภาพ เป็นของเหลวมาลดปริมาณธาตุคาร์บอนที่มีผสมอยใู่ นเน้ือใหม้ ีปริมาณนอ้ ยที่สุดหรือใหห้ มดไป โดยการใช้ ผนงั เตาใหเ้ หมาะสมและใชอ้ อกซิเจนทาปฏิกิริยา ซ่ึงสามารถทาไดห้ ลายวธิ ี เช่น 1.1 การผลติ เหลก็ กล้าแบบเบสเซเมอร์ (Bessemer Process) การผลิตเหลก็ กลา้ แบบน้ีประดิษฐแ์ ละต้งั ข้ึนได้ โดย Henry Bessemer ในปี ค.ศ.1856 โครงสร้างของเตาจะต้งั อยบู่ นแกนซ่ึงสามารถเอียงลงและต้งั ข้ึนได้ ตวั เตาดา้ นนอกเป็ นเหลก็ ภายในบุดว้ ยอิฐ ทนไฟ จะมีทอ่ ท่ีใชเ้ ป่ าลมอยทู่ ี่กน้ เตา การผลิตเหลก็ กลา้ ทาไดโ้ ดยการนาน้าเหล็กดิบ หลอมละลายที่ไดจ้ ากการ ถลุงสินแร่เหล็กในเตาสูง เทลงไปในเตา ธาตุต่าง ๆ ที่มีอยใู่ นน้าเหล็กดิบ เช่น คาร์บอน ซิลิคอน แมงกานีส กามะถนั ฟอสฟอรัส จะทาปฏิกิริยากบั ผนงั เตา กลายเป็นข้ีตะกรัน (Slag) แต่จะยงั ไม่หมดจึงตอ้ งเป่ าลมเขา้ ไป ในทางกน้ เตา กา๊ ซออกซิเจน (O) ท่ีมีอยใู่ นอากาศจะเขา้ ไปทาปฏิกิริยากบั ธาตุคาร์บอนกลายเป็นกา๊ ซคาร์บอน มานอกไซด์ (CO) ในขณะทาปฏิกิริยาน้ี จะสังเกตไดว้ า่ จะมีเปลวไฟเกิดข้ึนและพงุ่ ออกมาจากทางปากตา การ ทาปฏิกิริยาน้ีใชเ้ วลาประมาณจากทางปากตา การทาปฏิกิริยาน้ีใชเ้ วลาประมาณ10 - 15 นาที น้าเหลก็ ที่อยู่ ภายในเตาจะมีอุณหภมู ิประมาณ1,600 องศาเซลเซียส น้าเหลก็ จะมีปริมาณคาร์บอนเหลืออยนู่ อ้ ยมาก หรือไม่ มีอยเู่ ลย ถา้ เราตอ้ งการจะผลิตเหล็กกลา้ ชนิดไหนเราก็จะทาการเติมธาตุหรือโลหะต่าง ๆ ผสมเขา้ ไปเพือ่ ทาให้ เหลก็ กลา้ น้นั มีคุณสมบตั ิเหมาะสมที่จะนาไปใชง้ านตามความตอ้ งการต่อไป

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 7/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.5 การผลิตเหล็กกลา้ แบบเบสเซเมอร์ 1.2 การผลติ เหลก็ กล้าแบบโทมสั (Thomas Process) การผลิตเหล็กกลา้ แบบโทมสั พฒั นาข้ึนจากนกั โลหะวทิ ยา ชื่อ Thomas เมื่อประมาณ ค.ศ. 1950 เตาจะต้งั อยบู่ นแกน ซ่ึงสามารถเอียงลงและต้งั ข้นั ได้ ตวั เตาทาจากเหล็กภายในบุดว้ ยอิฐทนไฟ แมกนี ไซต์ (MgCO3) นาน้าเหลก็ ดิบหลอมเหลวที่ไดจ้ ากการถลุงสินแร่เหล็กในเตาสูง เทลงในเตา ธาตุตา่ ง ๆ ท่ีมีใน เหลก็ หลอมเหลว เช่น คาร์บอน ซิลิคอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส กามะถนั บางส่วนจะทาปฏิกิริยากบั ผนงั เตา กลายเป็นข้ีตะกรัน (Slag) แตย่ งั ไมห่ มด เราจะเป่ าอากาศเขา้ ไป เพ่ือใหอ้ อกซิเจนทาปฏิกิริยากบั ธาตุ ตา่ งๆ ใน น้าเหล็ก โดยเราจะเป่ าอากาศเขา้ ไปในทางดา้ นบนของเตา ซ่ึงจะใชเ้ วลาประมาณ 10-20 นาที เหลก็ ดิบท่ีนามา ผลิตเหลก็ กลา้ แบบโทมสั โดยทว่ั มกั จะมีธาตุฟอสฟอรัส (P) มาก ภาพท่ี 2.6 การผลิตเหลก็ กลา้ แบบโทมสั 1.3 การผลติ เหลก็ กล้าแบบ แอล ดี (L D Process)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 8/75 การผลิตเหล็กกลา้ แบบ L D พฒั นาข้ึนโดย Line และ Donauwitz แห่งประเทศออสเตรีย โดยมีหลกั การคลา้ ยกบั การทาเหล็กกลา้ แบบเบสเซเมอร์ แตใ่ ชอ้ อกซิเจนบริสุทธ์ิเป่ าเขา้ ไปทาปฏิกิริยากบั ธาตุ ตา่ ง ๆ ในน้าเหลก็ แทนการใชอ้ ากาศธรรมดา เพราะวา่ ในอากาศธรรมดามีก๊าซไนโตรเจนอยดู่ ว้ ย ถา้ เราเป่ า อากาศธรรมดาเขา้ ไปเสียเวลา และเสียคา่ ใชจ้ า่ ยโดยเปล่าประโยชน์ 2. การนาเหลก็ กล้ามาหลอมใหม่ (Return Product) การนาเศษเหลก็ ชิ้นงานเครื่องจกั รกลต่างๆ ที่ผลิตข้ึนจากเหลก็ กลา้ ท่ีชารุดหรือหมดสภาพการใชง้ านแลว้ นากลบั มาหลอมละลายใหม่ ซ่ึงการ ผลิตเหลก็ กลา้ ดว้ ยวธิ ีการน้ีสามารถทาไดห้ ลายวธิ ีการ เช่น 2.1 การผลติ เหลก็ กล้าแบบโอเพนฮาร์ท (Openheart Process) การผลิตเหลก็ แบบโอเพนฮาร์ท หรือเรียกวา่ การผลิตเหล็กแบบเตากระทะพฒั นาข้ึนโดย ซีเมนต์ (Siemens) และมาร์ติน (Martin) ประมาณ ค.ศ. 1860 เตาจะมีลกั ษณะเหมือนกระทะ เหนือขอบเตา จะมีทอ่ แก๊สเช้ือเพลิงและทอ่ อากาศร้อนท้งั 2 ขา้ ง ขา้ ง ละ 2 ท่อ เช้ือเพลิงท่ีใหค้ วามร้อนในการหลอมละลาย คือ Producer Gas เม่ือเริ่มบรรจุวตั ถุดิบเขา้ ตาแลว้ เตาจะทางานทีละขา้ ง Producer Gas เป็ นกา๊ ซที่ไดจ้ าก การกลนั่ ทาลายถ่านหิน และอากาศร้อนจะพน่ ออกไปรวมกนั บริเวณเหนือวตั ถุดิบในเตร ทาใหเ้ กิดการเผาไหม้ ข้ึน ความร้อนจะแพร่ไปในเตาเหนือวตั ถุดิบ ความร้อนเหล่าน้ีจะผา่ นออกจากเตาไปทางอีกขา้ งหน่ึงเขา้ ไปใน หอ้ งเผาอากาศ ซ่ึงเป็นอิฐที่เรียงสลบั กนั ไว้ อิฐจะดูดเอาความร้อนน้นั ไว้ การทางานจะดาเนินไปเร่ือย ๆ ห้อง เผาอากาศจะค่อย ๆ มีอุณหภูมิสูงข้ึนประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส จากน้นั ก็จะสลบั ขา้ งกนั เช่นน้ีเรื่อย ๆ ไป ใชเ้ วลาประมาณ 4-6 ชว่ั โมง วตั ถุดิบที่อยภู่ ายในเตาจะหลอมละลายเหล็ก เมื่อหลอมละลายเจา้ หนา้ ท่ีจะตอ้ ง นามาวเิ คราะห์จนระดบั ของคาร์บอนในเน้ือเหลก็ เท่ากบั เหล็กกลา้ แตล่ ะชนิด ภาพที่ 2.7 การผลิตเหลก็ กลา้ แบบโอเพนฮาร์ท 2.2 การผลติ เหลก็ กล้าด้วยเตาไฟฟ้ า (Electrical Furnace Process)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 9/75 การผลิตเหลก็ กลา้ แบบน้ีจะใชเ้ ศษเหล็กกลา้ ท่ีไดจ้ ากเครื่องจกั ร เครื่องกลตา่ ง ๆ ที่หมดสภาพ การใชง้ านแลว้ นามาบรรจุในเตา จากน้นั จะใหค้ วามร้อนแก่เศษเหลก็ กลา้ จากประกายไฟฟ้ า (Electric Arc) ซ่ึงกระโดดจากแทง่ คาร์บอน (electrodes) ไปยงั เศษเหลก็ ซ่ึงจะค่อย ๆ มีความร้อนเพม่ิ ข้ึนเร่ือย ๆ จนหลอม ละลายเป็ นน้า โลหะหินปนู (Limestone) จะรวมตวั กบั สิ่งท่ีเจือปนตา่ ง ๆ ในน้าเหล็ก เป็ นข้ีตะกรัน ลอยอ ยขุ่ า้ งบนน้าโลหะ เตาไฟฟ้ าใหค้ วามร้อนไดร้ วดเร็ว ทาใหผ้ ลิตเหลก็ กลา้ ไดเ้ ร็วกวา่ การผลิตดว้ ยวธิ ีอ่ืน ๆ และ ใหอ้ ุณหภูมิสูงกวา่ เตาชนิดอื่น สามารถใชห้ ลอมเหล็กกลา้ ผสมท่ีมีจุดหลอมเหลวสูง ๆ เช่น เหลก็ กลา้ ผสม ทงั สเตน เหลก็ กลา้ ผสมโมลิบดีนมั หรือเหล็กเหนียวหล่อ (Cast Steel) ไดด้ ี ภาพที่ 2.8 การผลิตเหลก็ กลา้ ดว้ ยเตาไฟฟ้ า 2.3 การผลติ เหลก็ กล้าแบบสุญญากาศ (Vacuum Furnace) การผลิตเหลก็ กลา้ ดว้ ยเตาสุญญากาศ มีลกั ษณะการทางานคลา้ ยกบั การผลิตเหล็กกลา้ ดว้ ยเตา ไฟฟ้ า เพยี งแต่เตาชนิดน้ีจะปิ ดเตามิดชิด และในขณะทาการหลอมเหลวโลหะจะป๊ัมอากาศที่อยใู่ นเตาออก ภายในเตาจะมีลกั ษณะเป็นสุญญากาศ เหล็กจากขบวนการน้ีจะไมม่ ีโอกาสสมั ผสั กบั ออกซิเจน ไนโตรเจน ใน อากาศเลย ทาใหเ้ หลก็ ที่ไดม้ ีโครงสร้างเมด็ เกรนละเอียดมาก การผลิตเหล็กกลา้ แบบน้ีเหมาะสาหรับใชผ้ ลิต เหลก็ กลา้ ที่ตอ้ งการคุณภาพสูง หรือผลิตโลหะบางชนิดท่ีในขณะหลอมเหลวถา้ ทาปฏิกิริยากบั ออกซิเจนใน อากาศ จะทาใหเ้ กิดความเสียหายข้ึนได้ เหล็กกลา้ ที่ผลิตไดจ้ ากกรรมวธิ ีน้ีนาไปสร้างชิ้นส่วน อุปกรณ์ท่ีตอ้ งรับ แรงอดั สูง ๆ หรือชิ้นงานที่ตอ้ งใชเ้ หลก็ ที่มีความพเิ ศษมาก ๆ เช่น โครงสร้างเคร่ืองยนตแ์ ก๊สเทอร์ไบน์

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 10/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.9 การผลิตเหลก็ กลา้ ดว้ ยเตาไฟฟ้ า เหลก็ กงึ่ สาเร็จรูป (Semifenish Steel Product) น้าเหลก็ เมื่อผา่ นวธิ ีการปรับสภาพใหเ้ ป็นเหล็กกลา้ แลว้ น้าเหล็กกลา้ จะถูกนาไปเทลงในแบบหล่อ (Mold) ใหเ้ ป็นอินกอท ทิ้งไวร้ ะยะหน่ึงน้าโลหะจะจบั ตวั เป็นรูปร่าง ยกแบบหล่อออกจากแท่งอินกอท จากน้นั ลาเลียงแทง่ อินกอท ทิ้งไวร้ ะยะหน่ึงน้าโลหะจะจบั ตวั เป็นรูปร่าง ยกแบบหล่อออกจากแท่งอินกอท จากน้นั ลาเลียงแทง่ อินกอทที่ยงั ร้อนแดงไปเกบ็ ไวใ้ นเตาอบ (Soaking Pit) ท่ีอุณหภูมิประมาณ 1,000 – 1,200 องศาเซลเซียส ทิง้ ไวท้ ี่อุณหภูมิน้ีระยะหน่ึง เพื่อใหแ้ ทง่ อินกอทมีอุณหภูมิสม่าเสมอกนั ท้งั แทง่ จึงนาแท่งอิน กอทไปทาการรีด เพื่อลดขนาดใหเ้ ลก็ ลง เหลก็ กลา้ ท่ีผา่ นวธิ ีการข้ึนรูปคร้ังแรกน้ีเอง ซ่ึงเราเรียกวา่ “เหล็กก่ึง สาเร็จรูป”สาหรับนาไปทาการผลิตใหเ้ ป็ นเครื่องมือเครื่องจกั ร อุปกรณ์ต่างๆ ตอ่ ไป เหลก็ กงึ่ สาเร็จรูป แบ่งออกได้ 3 ชนิด 1. บลูม (Bloom) เป็นเหล็กท่ีผา่ นวธิ ีการรีดใหม้ ีรูปร่างเป็ นแทง่ ตนั นาไปใชใ้ นงานผลิตชิ้นส่วน เคร่ืองมืออุปกรณ์ตา่ ง ๆ 2. บิลเลท (Billet) เป็นเหล็กที่ผา่ นวธิ ีการรีดใหม้ ีรูปร่างเป็ นแท่งตนั นาไปใชใ้ นงานผลิตชิ้นส่วน เครื่องมืออุปกรณ์ตา่ ง ๆ 3. สแลบ (Slab) เป็นเหลก็ ที่ผา่ นวธิ ีการรีดใหเ้ ป็นแผน่ แบน นามาใชง้ านทางวศิ วกรรมทวั่ ไป

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 11/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.10 การผลิตเหล็กกลา้ และเหลก็ ก่ึงสาเร็จรูป เหลก็ กลา้ หมายถึง เหล็กท่ีมีคาร์บอนผสมอยใู่ นเน้ือไมเ่ กิน 1.5% ซ่ึงจะมีผลทาใหค้ ุณสมบตั ิของ เหลก็ กลา้ น้นั แตกตา่ งกนั นอกจากธาตุคาร์บอนแลว้ ยงั อาจจะมีธาตุอื่นผสมอยดู่ ว้ ย เช่น ทงั สเตน โครเมียม นิกเกิลโมลิบดีนมั วาเนเดียม เพ่อื ทาใหเ้ หล็กกลา้ มีคุณสมบตั ิดีข้ึน เหมาะท่ีจะนาไปใชง้ านในลกั ษณะตา่ งๆ ได้ ดี และเมื่อเราผลิตเหล็กกลา้ ไดแ้ ลว้ ก็จะนาเหล็กกลา้ น้นั มาผลิตเป็นเหลก็ ก่ึงสาเร็จรูปเพื่อจะนามาใชผ้ ลิตเป็ นเค รี่องมืออุปกรณ์และเครื่องจกั รต่อไป 2.2.2 กรรมวธิ ีการผลติ เหลก็ หล่อ เหลก็ หล่อผลิตจากการหลอมแทง่ เหลก็ ดิบผสมกบั เศษเหล็กหล่อและเหล็กกลา้ เก่า ๆ โดยเผา รวมกบั ถ่านโคก้ และหินปูน (ในบางที่มีการผสมโซดาแอชและฟลูออสปาร์เขา้ ไปดว้ ย) ในเตาคิวโปลา เมื่อเผา

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 12/75 จนเน้ือเหล็กหลอมละลายแลว้ ก็จะนาน้าเหล็กน้ีไปเทใส่แบบทรายหรือแบบโลหะเพื่อใหไ้ ดช้ ิ้นส่วนเป็ นรูปร่าง ตา่ งๆ ตามความตอ้ งการ เตาคิวโปลา (Cupola Furnace) มีรูปร่างและลกั ษณะการทางานคลา้ ยกบั เตาสูงแตม่ ีขนาด เล็กกวา่ ประกอบดว้ ยโครงสร้างท่ีเป็นเหลก็ เหนียวรูปทรงกระบอก ภายในเรียงดว้ ยอิฐทนไฟ หรือวตั ถุทนไฟ อยรู่ อบ ๆ และมีทอ่ ลมเพื่อป้ อนลมเขา้ ไปช่วยในการลุกไหมใ้ หส้ มบรู ณ์ รวมท้งั มีรูให้น้าเหล็กและข้ีตะกรัน ไหลออกดว้ ย ประมาณช่วงกลางของเตาที่ดา้ นขา้ งจะมีช่องที่เปิ ดไดเ้ พ่ือใส่วสั ดุท่ีตอ้ งการหลอม พจิ ารณาลกั ษณะของเตาคิวโปลา ได้ดงั รูปท่ี 2.11 รูปที่ 2.11 ลกั ษณะของเตาคิวโปลา โดยทวั่ ไปแลว้ ขนาดของเตาคิวโปลา ที่ใชก้ นั จะสูงประมาณ 12-24 เมตร ขนาดเส้นผา่ นศูนยก์ ลาง ภายใน 0.4-2.5 เมตร และขนาดเส้นผา่ นศูนยก์ ลางภายนอก 0.6 – 3.0 เมตร

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 13/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ วตั ถุดบิ ทใี่ ช้ในการผลติ เหลก็ หล่อ โดยการป้ อนเขา้ เตาคิวโปลา มีดงั น้ี 1. เหล็กดิบ (Pig Iron) 2. เศษเหลก็ เหนียว (Steel Scrap) 3. เศษเหลก็ หล่อ (Cast Iron Scrap) 4. หินปนู (Limestone) 5. ถ่านโคก้ (Coke) วธิ ีการหลอมเหลก็ หล่อ ในการหลอมเหล็กหล่อกระทาไดโ้ ดยการนาเหล็กดิบเศษเหล็กเหนียว ถ่าน โคก้ และฟลกั ซ์ (โดยทวั่ ไปใชห้ ินปนู ทาหนา้ ท่ีเป็นฟลกั ซ์)ใส่ลงไปในเตาสลบั กนั เป็นช้นั ๆ โดยที่ส่วนล่างสุด ของเตาจะตอ้ งรองดว้ ยถ่านโคก้ เสียก่อน ถ่านโคก้ ที่รองกน้ เตาเรียกวา่ Bed Coke ถ่านโคก้ รองกน้ เตาน้ีถา้ มี ระดบั สูงหรือต่าเกินไปจะมีผลดงั น้ี 1. ถา้ Bed Coke สูงเกินไป ระยะการหลอมละลายจะยดึ ออกไป 2. ถา้ Bed Coke มีระดบั ต่าเกินไป จะทาใหเ้ หล็กหลอมละลายเร็วกวา่ ช่วงเวลาท่ีกาหนดและมี อุณหภมู ิต่า ช้นั หรือระดบั ของถ่านโคก้ ซ่ึงคน่ั อยแู่ ตล่ ะช้นั ของเหล็กเพื่อช่วยในการหลอมละลายเรียกวา่ ชาร์จ โคก้ (Charge Coke) ชาร์จโคก้ มีระดบั สูงอยรู่ ะหวา่ ง 6-9 นิ้ว เหล็กดิบ เศษเหลก็ หล่อ และเศษเหล็กเหนียวท่ีใส่ลงในเตาแต่ละชิ้นเป็นสดั ส่วนกบั ถ่านโคก้ ท่ีใส่ ลงไปแตล่ ะชนิดถว้ ย โดยทว่ั ๆ ไปจะใชอ้ ตั ราส่วน 5:1 ถึง 8:1 เช่นถา้ ใส่ เหล็กดิบ 5 กิโลกรัม จะตอ้ งใส่ถ่าน โคก๊ 1 กิโลกรัม ฟลกั ซ์ (Flux) เป็นวสั ดุท่ีมีจุดหลอมละลายต่า ใชท้ าความสะอาดน้าเหล็ก ทาหนา้ ท่ีประสมกบั ถ่าน โคก้ และออกไซดข์ องเหล็กออกมาในรูปของสแลก (Slag) หรือข้ีตะกรัน ฟลกั ซ์ท่ีใชใ้ นการหลอมเหล็กหล่อ ไดแ้ ก่ หินปนู ฟลูออไรต์ โซดาไฟ เมื่อทาการบรรจุวตั ถุดิบเตม็ เตาแลว้ จึงใหค้ วามร้อน ถ่านโคก้ ส่วนล่างุดจะเกิดการเผาไหม้ ซ่ึงในขณะ ท่ีมีการเผาไหมก้ จ็ ะผา่ นลมร้อนเขา้ ไปในเตา เพ่ือช่วยใหอ้ ุณหภูมิภายในเตาสูงข้ึนอยา่ งรวดเร็ว โดยที่อุณหภมู ิ ในช่วงน้ีจะอยรู่ ะหวา่ ง 1000-1300 องศาเซลเซียส สามารถที่จะหลอมละลายเหลก็ ดิบและเศษเหลก็ ได้ เมื่อเหล็กดิบในช้นั แรกหลอมละลายจนหมดแลว้ กจ็ ะแทงรูเทใหน้ ้าเหลก็ ไหลออกเพ่ือนาไปเทลงใน แบบใหม้ ีรูปร่างตา่ ง ๆ ตามตอ้ งการ กรรมวธิ ีเบสเซมเมอร์ (Bessemer Process) เตาเบสเซมเมอร์เป็ นเตาท่ีมีลกั ษณะคลา้ ยถงั ขนาดใหญ่ ปากปล่องเตาเอียง ตวั เตาต้งั อยบู่ นแกนสองแกนและหมุนไดร้ อบแกนในแนวราบ สาหรับเอียงลงมารับการ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 14/75 บรรจุเหลก็ ดิบและเทน้าเหล็กเมื่อเสร็จจากการถลุงแลว้ ท่ีไดเ้ ตาจะเป็นหอ้ งพน่ ลมโดยลมจะตอ่ มาจากแกน หมุนของเตา พจิ ารณาโครงสร้างและการทางานของเตาเบสเซมเมอร์ได้ดังรูปท่ี 2.12 รูปท่ี 2.12 โครงสร้างและการทางานของเตาเบสเซมเมอร์ วตั ถุดบิ ทใี่ ช้ในการผลติ เหล็กกล้าสาหรับเตาเบสเซมเมอร์มีดังนี้ 1. เหลก็ ดิบจากเตาสูง ในลกั ษณะท่ียงั เป็นน้าเหล็กกาลงั หลอมละลาย การเติมในแตล่ ะคร้ังมีปริมาณ 5-25 กรัม 2. อากาศ โดยใชป้ ๊ัมลมเป่ าเขา้ ตา ความดนั ประมาณ 150-200 kPa (ปริมาณ 700-1000 ลูกบาศก์ เมตร/นาที) กรรมวธิ ีเป่ าออกซิเจนโดยตรง (Direct Oxygen Process) เป็ นกรรมวธิ ีที่แกไ้ ขจากกรรมวธิ ีเบส เซมเมอร์ เน่ืองจากอากาศที่พน่ เขา้ เตานอกจากจะมีออกซิเจนแลว้ ยงั มีไนโตรเจน ปะปนเขา้ ไป ดว้ ยซ่ึงไนโตรเจนจะทาปฏิกิริยากบั เหล็กได้ เหล็กไนไตรด์ เมื่อเหลก็ เยน็ ตวั สารประกอบไนไตรด์ จะอยภู่ ายในเกรนของเหล็กทาใหเ้ หล็กมีความแขง็ เปราะ พจิ ารณาโครงสร้างและการทางานของเตาทใี่ ช้กรรมวธิ ีเป่ าออกซิเจนโดยตรงได้ดงั รูปที่ 2.13

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 15/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ รูปท่ี 2.13 โครงสร้างและการทางานของเตาท่ีใชก้ รรมวธิ ีเป่ าออกซิเจนโดยตรง 2.2.3 ชนิดของเหลก็ โลหะประเภทเหลก็ สามารถแบ่งออกไดด้ งั น้ี 1. เหลก็ ออ่ น (Wrought Iron)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 16/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ 2. เหลก็ ดิบ (Pig Iron) 3. เหล็กหล่อ (Cast Iron) 4. เหลก็ กลา้ (Steel) 1. เหลก็ อ่อน (Wrought Iron) เหล็กออ่ นเป็นเหล็กท่ีมีความบริสุทธ์ิสูง ไม่นิยมนามาใชง้ านเพราะอ่อนเกินไป แตเ่ ป็นที่นิยมของ ช่างดีเหล็ก เรพาะดีใหข้ ้ึนรูปไดง้ ่าย เหล็กออ่ นน้ีมีความบริสุทธ์ิ ถึง 99.9% ซ่ึงทางโลหะวทิ ยาเรียกเหล็กที่ บริสุทธ์ิน้ีวา่ “Ferrite” เหล็กอ่อนถลุงไดจ้ ากเตาพุดเดิ้ล (Puddle Furnace) ซ่ึงเป็ นกรรมวธิ ีการผลิตเหล็ก อ่อนท่ีเก่าแก่มากทีเดียว 1.2 การผลติ เหลก็ อ่อน กรรมวธิ ีในการผลิตเหลก็ อ่อนมีอยู่ 2 วธิ ี ดงั น้ี 1.2.1 กรรมวธิ ีพุดเดิล้ (Puddling Process) กรรมวธิ ีการผลิตเหลก็ อ่อนวิธีน้ี ถูกคิดคน้ ข้ึนประมาณปี ค.ศ.1780 การผลิตเหล็ก่อนวธิ ีน้ีจะ อาศยั เตาพุดเดิ้ล (Puddle Furnace) ลกั ษณะดงั รูป 6.3 โดยการใส่เหล็กดิบลงไปที่บริเวณกน้ เตา ซ่ึงมีลกั ษณะ คลา้ ยจานรองถว้ ย ความร้อนที่ใชใ้ นการหลอมไดจ้ ากเปลวไฟท่ีอยเู่ หนือกน้ เตา ซ่ึงมาจากหอ้ งเผาไหม้ คลา้ ยกบั ของเตากระทะ ขณะที่เหลก็ ดิบกาลงั หลอมละลายอยู่ ออ๊ กไซดข์ องเหล็กจะไปรวมตวั กบั แมงกานีส และ ซิลิกอน ในน้าเหลก็ กลายเป็นข้ีตะกรัน ส่วนคาร์บอนจะรวมตวั กบั ออกซิเจนกลายเป็นกา๊ ซ คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และจะถูกเผาไหมไ้ ป น้าเหลก็ จะเร่ิมตกตะกอนในช่วงน้ี พนกั งานคุมเตาจะทาการ กวนน้าเหล็กที่ตกตะกอนใหร้ วมตวั เป็นกอ้ นกลม ดงั รูป 6.2 จากน้นั จะนาออกจากเตาเพ่ือกาจดั ข้ีตะกรันออก แลว้ นาไปรีด ออกมาเป็นแท่งเหลก็ อ่อนที่เรียกวา่ muck bar ซ่ึงจะตดั เป็นท่อนส้นั ๆ เพ่ือนาไปใชง้ านต่อไป เนื่องจากการผลิตเหลก็ อ่อนดว้ ยกรรมวธิ ีพดุ เดิ้ลน้ี ตอ้ งอาศยั แรงงานคนมาก ดงั น้นั เหล็กอ่อน ท่ีผลิตออกมาถึงมีราคาแพง ในปัจจุบนั ไม่นิยมใชท้ าการผลิต

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 17/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ รูปท่ี2.14 พนกั งานคุมเตาขณะทาการกวนน้าเหล็ก ลกั ษณะของเตาพดุ เดิล้ เตาพุดเดิ้ลเป็นของประเทศองั กฤษ ลกั ษณะเตาเป็นเตารูปยาว ขา้ งบนมีลกั ษณะเป็นอา่ งกระทะท่ีขา้ ง ๆ กระทะมีกองไฟสาหรับใชค้ วามร้อนตามมากบั ลมร้อนท่ีจะออกทางปล่อง ดงั รูปที่ 5.1 รูปท่ี 2.15 ภาพหนา้ ตดั เตาพุดเดิ้ล

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 18/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ รูปที่ 2.16 ลกั ษณะของพดุ เดิ้ล วตั ถุดบิ ทจ่ี ะใส่ลงไปในเตา - เหล็กดิบสีขาว - เศษเหลก็ (เหล็กออกไซด)์ - ลมร้อน 1.2.2 กรรมวธิ ีแอสตนั (Aston Process) กรรมวธิ ีการผลิตเหล็กอ่อนวธิ ีน้ีมีชื่อเรียกอีกอยา่ งวา่ กรรมวธิ ีไบเออร์ (Byers Process) ถูกคิดคน้ ข้ึนมาในปี ค.ศ. 1952 โดย เจมส์ แอสตนั ซ่ึงมีความเห็นวา่ การผลิตเหล็กอ่อนดว้ ยกรรมวธิ ี พดุ เดิ้ล ตอ้ งอาศยั แรงงานคนมาก และมีความยงุ่ ยากในการผลิตมาก ดงั น้นั จึงไดท้ าการพฒั นาการผลิตเหล็ ก่อ่อนข้ึนใหม่ ซ่ึงไม่ตอ้ งอาศยั เตาพดุ เดิ้ล กรรมวธิ ีน้ี จะใชน้ ้าเหลก็ กลา้ จากเตาเบสเซมเมอร์ ซ่ึงยงั ไม่ไดท้ าการขจดั ออกซิเจน เป็ นวตั ถุดิบ โดย การเทน้าเหล็กลงไปในน้า (Laddle) ซ่ึงบรรจุข้ีตะกรันไว้ น้าเหล็กและข้ีตะกรันจะทาปฏิกิริยากนั อยา่ งรุนแรง เน่ืองจากน้าเหลก็ มีอุณหภมู ิสูงกวา่ อุณหภูมิของข้ีตะกรันมาก ปฏิกิริยาท่ีเกิดข้ึนน้ีทาใหน้ ้าเหล็กมีอุณหภมู ิสูง กวา่ อุณหภมู ิของข้ีตะกรันมาก ปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนน้ีทาใหน้ ้าเหลก็ และข้ีตะกรันรวมตวั กนั ทาใหก้ ลายเป็นเหลก็ ออ่ น ตอ่ จากน้นั จะนาไปทาการรีดเป็นแท่งเหลก็ อ่อน เหลก็ อ่อนที่ไดจ้ ากกรรมวธิ ีแอสตนั มีคุณภาพดีกวา่ เหล็ก อ่อนท่ีไดจ้ ากกรรมวธิ ีพดุ เดิ้ล ส่วนผสมของเหลก็ อ่อน ธาตุที่ผสมอยใู่ นเหล็กอ่อนประกอบดว้ ย คาร์บอน, แมงกานีส, ฟอสฟอรัส. ซลั เฟอร์, ซิลิกอน และมีข้ี ตะกรันผสมอยดู่ ว้ ย สาหรับปริมาณส่วนผสมของเหลก็ อ่อนแสดงในตารางท่ี 6.1 ตารางที่ 2.1 ส่วนผสมของเหลก็ อ่อน

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 19/75 ส่ วนผสม ปริมาณ (%) คาร์บอน 0.02 แมงกานีส 0.03 ฟอสฟอรัส 0.12 ซลั เฟอร์ 0.02 ซิสิกอน 0.15 ข้ีตะกรัน 3.0 คุณสมบตั ขิ องเหล็กอ่อน เหล็กอ่อนมีคุณสมบตั ิทางกลที่ต่ากวา่ เหล็กกลา้ โดยมีคา่ ความแขง็ แรงทางแรงดึง ประมาณ 48,000 – 52,000 ปอนดต์ อ่ ตารางนิ้ว มีค่าความแขง็ 55 Rockwell scale B เหลก็ อ่อนมีคุณสมบตั ิการยดื ตวั (Ductility) สูง ดงั น้นั จึงสามารถนามาข้ึนรูปดว้ ยกรรมวธิ ีตีข้ึนรูป (Forged) และนามาเช่ือมไดด้ ี คุณสมบตั ิ 1. มีความบริสุทธ์ิสูง 2. มีคาร์บอนไม่เกิน 1% 3. มีสแลกอยใู่ นเน้ือเหล็ก 4. ดีข้ึนรูปไดง่ายมาก 5. ดีเช่ือมปรานไดด้ ี 6. ทนต่อแรงกระแทกแบบกะทนั หนั ไดด้ ียง่ิ ประโยชน์ 1. ใชท้ าโซ่ 2. ใชท้ าขอเกี่ยว 3. ใชท้ าขอ้ ตอ่ รถไฟ 2. เหลก็ ดบิ (Pig Iron) เหล็กดิบเป็นเหลก็ ที่ไดจ้ ากการนาสินแร่เหลก็ มาทาการถลุง โดยการใหค้ วามร้อนแก่สินแร่ ภายในเตาสูง (Blast Furnace) โดยการบรรจุวตั ถุดิบ คือสินแร่เหลก็ (Iron Ore) ถ่านหิน (Coal) และหินปนู (Limestone) โดยใชร้ ถลากวตั ถุดิบ (Skip Car) เป็ นตวั ช่วยดึงวตั ถุดิบ ข้ึนไปสู่ปากเตาเพ่อื บรรจุวตั ถุดิบเขา้ ตาแลว้ จุดถ่านหินท่ีอยภู่ ายในเตาใหล้ ุกติดไฟ แลว้ จึงเป่ า

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 20/75 ลมใหเ้ ขา้ ไปในเตาเพ่ือช่วยในการเผาไหม้ ความร้อนภายในเตาสูงประมาณ 1,600 – 1,900 องศาเซลเซียส จนกระทงั่ ความร้อนสามารถถลุงสินแร่เหล็กที่อยภู่ ายในเตาจนเป็นโลหะเหลว ซ่ึงจะละลายไหลแทรกตวั อยรู่ ะหวา่ งช่องวา่ งของถ่านหิน ท่ีอยบู่ ริเวณกน้ เตาโดยมีข้ีตะกรัน (Slag) ลอยอยบู่ นส่วนบนของโลหะที่หลอมละลาย เจา้ หนา้ ที่จะเจาะเตาถลุงเพ่ือใหข้ ้ีตะกรัน ที่ลอยอยบู่ นน้าเหลก็ ใหไ้ หลออกก่อน จากน้นั จึงจะเจาะใหน้ ้าเหล็กไหลออกจากเตาเหลก็ ท่ี ไดจ้ ากการถลุงแร่ เหลก็ ในเตาถลุงน้ีเป็ นเหล็กที่ยงั ไม่บริสุทธ์ิมกั เรียกวา่ เหล็กดิบ (Pig Iron) เราจะนาเหล็กดิบท่ีถลุงไดส้ ่วนหน่ึงไปหล่อเป็ นแท่ง โดยเครื่องจกั รอตั โนมตั ิ (Pig Molding Machine) เพือ่ จะนาไปใชเ้ ป็ นวตั ถุดิบสาหรับทาเหลก็ กลา้ หรือเหล็กหล่อในภายหลงั โดยนา เหลก็ ดิบท่ียงั ร้อนหลอมเหลวแลว้ จะนาไปบรรจุลงในเบา้ (Ladle) แลว้ นาไปผลิตเป็น เหลก็ กลา้ ต่อไปในการถลุงสินแร่เหลก็ น้ีจะทางานตอ่ เนื่องตลอด 24 ชว่ั โมงติดต่อกนั ประมาณ 5-6 ปี จึงจะหยดุ ทาการซ่อมแซมเตากนั คร้ังหน่ึง ภาพที่ 2.17 การถลุงสินแร่เหลก็ โดยใชเ้ ตาสูง 2.1 เหลก็ ดบิ (Pig Iron) เหล็กดิบผลิตข้ึนจากเตาสูง (Blast Furace) โดยการหล่อหลอมสินแร่เหล็กกบั ถ่านโคก้ และหินปนู ซ่ึงคุณภาพของเหล็กท่ีไดข้ ้ึนอยกู่ บั ชนิดของสินแร่ท่ีนามาใชใ้ นการหลอม โ ดยปกติแลว้ เหล็กดิบที่ผลิตไดจ้ ะมีธาตุตา่ ง ๆ ประสมอยโู่ ดยประมาณดงั น้ี คาร์บอน (Carbon : C) 3-4%

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 21/75 ซิลิคอน (Silicon: Si) 1-3% แมงกานีส (Manganese : Mn) 1% ฟอสฟอรัส (Phosphorus : P) 0.1-1% กามะถนั (Sulphur: S) 0.05-0.1% เหลก็ ดิบจะมีความแขง็ และเปราะ ดงั น้นั จึงมีความแขง็ แรง ความเหนียว ไม่มากนกั และทนตอ่ แรง กระแทกไดน้ อ้ ย เหลก็ ดิบส่วนมากจะถูกนาไปหล่อเป็นเหลก็ ชนิดต่างๆ เช่น เหลก็ หล่อ และเหลก็ กลา้ เป็นตน้ ชนิดของเหล็กดิบ เหลก็ ดิบท่ีผลิตไดจ้ ากเตาสูงมีอยดู่ ว้ ยกนั หลายชนิดและนามาใชป้ ระโยชน์ต่างกนั สามารถพิจารณาไดด้ งั น้ี 1. เหลก็ ดิบเบสิก (Basic Pig Iron) นาไปใชก้ ารหล่อเหลก็ กลา้ และรีดข้ึนรูป 2. เหล็กดิบเอซิด (Acid Pig Iron) นาไปใชใ้ นการหล่อเหลก็ กลา้ ผลิตเหลก็ ออ่ นและรีดข้ึนรูป 3. เหล็กดิบฟอร์จิง้ (Forging Pig Iron) นาไปใชใ้ นการผลิตเหล็กออ่ น เหล็กประสมและตีข้ึนรูป 4. เหลก็ ดิบโรงหล่อ (Foundry Pig Iron) นาไปใชใ้ นการหล่อเป็ นเหลก็ หล่อสีเทา และเหลก็ หล่อ ประสม 5. เหลก็ ดิบมลั ลิเอเบิลหรือเหล็กดิบเหนียว (Malleable Pig Iron) นาไปใชใ้ นการหล่อเป็ น เหล็กหล่อสีขาว เหล็กหล่อเหนียว (เหลก็ หล่อมลั ลิเอเบิล) และเหล็กหล่อเหนียวประสม (เหล็กหล่อมลั ลิเอเบิล ประสม) อิทธิพลของธาตุท่ีประสมอยใู่ นเหลก็ ดิบ ธาตุชนิดต่าง ๆ ที่ประสมอยใู่ นเหลก็ ดิบจะทาใหเ้ หล็กดิบมี สมบตั ิดงั น้ี 1. คาร์บอน (Carbon : C) คาร์บอนมีอิทธิพลต่อจุดหลอมเหลวของเหล็ก คือจะทาใหจ้ ุดหลอมเหลว ต่าลงจึงทาใหเ้ หลก็ หลอมไดง้ ่ายข้ึน นอกจากน้ียงั ทาให้เหลก็ แขง็ ข้ึนสามารถชุบแขง็ ได้ ความเหนียวและอตั รา การขยายตวั ลดลง สมบตั ิในการตีข้ึนรูปและการเชื่อมประสานลดลง 2. ซิลิคอน (Silicon: Si) ซิลิคอนในเน้ือเหล็กจะรวมตวั กบั คาร์บอน เกิดเป็ นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซ่ึงมีความแขง็ มาก ดงั น้นั เหล็กที่มีซิลิคอนประสมอยมู่ ากเกินไปจะมีความเปราะและแตกหกั ง่าย สมบตั ิในการ เช่ือมประสานและปาดผวิ ลดลง แตท่ าใหม้ ีความคงทนตอ่ การกดั กร่อนไดด้ ี 3. แมงกานีส (Manganese :Mn) แมงกานีสท่ีประสมอยใู่ นเหลก็ ดิบจะทาใหเ้ หล็กมีความแขง็ และ ทนตอ่ การสึกเหรอไดด้ ี และจุดหลอมเหลวเพ่ิมข้ึนอยดู่ ว้ ย 4. ฟอสฟอรัส (Phosphorus : P) ฟอสฟอรัสถา้ มีมากในสินแร่เหล็กจะทาใหก้ ารถลุงยากข้ึน และถา้ มีมากในเน้ือเหล็กจะทาใหเ้ ปราะหกั ง่ายท่ีอุณหภมู ิเยน็ แต่ถา้ มีนอ้ ยจะช่วยใหส้ ามารถหล่อไดบ้ าง ๆ หลอมไหล ไดง้ ่ายสะดวกในการเทลงแบบ 5. กามะถนั (Sulphur :S) กามะถนั ถา้ มีมากในเน้ือเหลก็ จะทาใหเ้ หลก็ เปราะหกั ง่าย ณ ท่ีอุณหภมู ิสูง ๆ ทาใหก้ ารหลอมไหลยากไมส่ ะดวกที่จะเทลงแบบ ดงั น้นั การนาไปใชง้ านที่อุณหภมู ิสูง ๆ จึงไม่ดี

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 22/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ 3. เหลก็ กล้า (Steel) เหล็กกลา้ เป็นโลหะท่ีมีความสาคญั อยา่ งหน่ึงในปัจจุบนั เหลก็ กลา้ มีธาตุคาร์บอนผสมอยปู่ ระมาณ 0.1-1.5% โดยน้าหนกั ซ่ึงปริมาณธาตุคาร์บอนที่ผสมอยทู่ าใหเ้ หลก็ กลา้ มีคุณสมบตั ิท่ีแตกต่างกนั เหล็กกลา้ ถูก นามาใชใ้ นอุตสาหกรรมตา่ ง ๆ อยา่ งมาก นอกจากปริมาณของธาตุคาร์บอนแลว้ ยงั มีการผสมธาตุต่าง ๆ ใน เน้ือเหลก็ กลา้ อีกดว้ ย เช่น โครเมียม นิกเกิล ทงั สเตน วาเนเดียม โมลิบดีนมั เพื่อเป็ นการปรับปรุงคุณสมบตั ิของ เหล็กกลา้ ใหด้ ีข้ึน เหมาะสมกบั การนาไปใชใ้ นอุตสาหกรรมเฉพาะอยา่ ง เช่น ทนตอ่ ุณหภูมิไดส้ ูง ทนต่อการ เสียดสี ทนตอ่ การกดั กร่อน มีความแขง็ แกร่งสูงข้ึน เหลก็ กลา้ แบ่งออกได้ 2 ประเภท คือ 3.1 เหลก็ กล้าคาร์บอน (Carbon Steel) เหล็กกลา้ คาร์บอน เป็นเหลก็ ที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนเป็นหลกั อาจจะมีธาตุอ่ืนผสมอยไู่ ดบ้ า้ ง เล็กนอ้ ย เช่น ซิลิคอน แมงกานีส กามะถนั ฟอสฟอรัส เหล็กกลา้ คาร์บอนแบ่งออกไดห้ ลายชนิดตามปริมาณ ของธาตุคาร์บอนท่ีผสมอยใู่ นเน้ือเหล็ก จะทาใหม้ ีคุณสมบตั ิแตกตา่ งกนั และนาไปใชง้ านในลกั ษณะต่าง กนั เช่น 3.1.1 เหลก็ กล้าคาร์บอนต่า (Low Carbon Steel) เหล็กกลา้ คาร์บอนต่า จดั ไดว้ า่ เป็นเหล็กกลา้ ที่มีปริมาณธาตุคาร์บอนผสมอยใู่ นเน้ือ เหล็กนอ้ ยท่ีสุด คือ มีธาตุคาร์บอนผสมอยปู่ ระมาณ 0.10 – 0.30% โดยน้าหนกั กาหนดตามมาตรฐานอเมริกนั คือ AISI 1010 – 1030 กาหนดมาตรฐานเยอรมนั คือ St37 เนื่องจากมีปริมาณธาตุคาร์บอนผสมอยนู่ อ้ ย ทา ใหม้ ีความแขง็ แรงต่าไมส่ ามารถนาไปทาการชุบแขง็ ได้ เหมาะสาหรับนาไปใชง้ านที่ไม่ตอ้ งการความแขง็ แรง มากนกั เช่นนาไปรีดเป็ นแผน่ ทาถงั บรรจุของเหลว นาไปทาเป็นเหล็กเส้นใชใ้ นงานก่อสร้าง

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 23/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.18 เหล็กกลา้ คาร์บอนต่านามาผลิตถงั บรรจุ 3.1.2 เหลก็ กล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steel) เหล็กกลา้ คาร์บอนปานกลาง เป็นเหลก็ กลา้ ที่มีปริมาณธาตุคาร์บอนเพิ่มข้ึนมากกวา่ เหลก็ กลา้ คาร์บอนต่า คือมีคาร์บอนผสมอยปู่ ระมาณ 0.31-0.55% โดยน้าหนกั กาหนดตามมาตรฐานอเมริกนั คือ AISI 1031-1055 กาหนดตามมาตรฐานเยอรมนั คือ St 50 สามารถนาไปปรับปรุงคุณสมบตั ิดว้ ยความร้อน โดยการนาไปชุบแขง็ (Hardening) คือนาชิ้นงานไปเผาใหร้ ้อนเพ่ือใหเ้ หล็กเปลี่ยนโครงสร้างเป็ นออสเทน ไนต์ (Austenite) ซ่ึงการจะใชอ้ ุณหภูมิสูงขนาดไหนข้ึนอยกู่ บั ปริมาณธาตุคาร์บอนท่ีผสมอยู่ จากน้นั ทาให้ เยน็ ตวั ลงโดยเร็ว เหล็กจะเปลี่ยนโครงสร้างเป็ นมาแทนไซต์ (Martensite) ซ่ึงเหลก็ จะมีความแขง็ เพ่ิมข้ึน เหล็กกลา้ ชนิดน้ีนาไปใชผ้ ลิตชิ้นส่วนของเคร่ืองจกั รกลท่ีตอ้ งการความแขง็ แรง เช่น เพลาส่งกาลงั เฟื องใน เครื่องจกั รต่าง ๆ 3.1.3 เหลก็ กล้าคาร์บอนสูง (High Carbon Steel) เหล็กกลา้ คาร์บอนสูง เป็ นเหล็กกลา้ ที่ปริมาณธาตุคาร์บอนผสมอยใู่ นเน้ือสูงสุด คือมี คาร์บอนผสมอยปู่ ระมาณ 0.56 – 1.5% โดยน้าหนกั กาหนดมาตรฐานอเมริกนั คือ AISI 1056 – 1090 กาหนด มาตรฐานเยอรมนั คือ St170 เป็นเหล็กกลา้ ที่มีความแขง็ แรงสูง นาไปผลิตเคร่ืองมือคมตดั ตา่ งๆ เช่น มีดกลึง ดอกสวา่ ง ดอกควา้ นละเอียด ดอกทาเกลียว ใบเล่ือย ตะไบ ซ่ึงเครื่องมือคมตดั ต่าง ๆ เหล่าน้ี จะนาไปผา่ น กระบวนการข้ึนรูป ตามขนาด และรูปร่าง แลว้ นาชิ้นงานไปปรับปรุงคุณสมบตั ิดว้ ยความร้อน โดยการนาไป ชุบแขง็ (Hardening) ซ่ึงจะทาใหง้ านมีความแขง็ สูงมาก แต่เมื่อไดร้ ับแรงกระแทกจะเปราะหกั ไดง้ ่าย 3.2 เหลก็ กล้าผสม (Alloy Steel) เหล็กกลา้ ผสม เป็นเหล็กกลา้ ท่ีผสมธาตุหรือโลหะต่างๆ เช่น นิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนมั วาเนเดียม ทงั สเตน ธาตุที่ปผสมเขา้ ไปน้ีเพอ่ื ปรับปรุงคุณสมบตั ิต่าง ๆ ของเหล็กกลา้ เช่น ความแขง็ แรง (Strength) ความทนต่อการกดั กร่อน (Corrosion) ทนตอ่ การเสียดสี (Wearresisting) เหลก็ กล้าผสมแบ่งออกได้ 2 ประเภท คอื 3.2.1 เหลก็ กล้าผสมต่า (Low Alloy Steel) เป็ นเหล็กกลา้ ที่ผสมธาตุหรือโลหะต่าง ๆ เขา้ ไปอยใู่ นเน้ือมีปริมาณไม่เกิน 10% เหล็กกลา้ ผสมต่ามีหลายอยา่ ง เช่น

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 24/75 1) เหลก็ กลา้ ผสมสาหรับงานชุบแขง็ (Construction Alloy Steels) เป็ นเหล็กกลา้ ท่ีเหมาะสมสาหรับนาไปผลิตชิ้นส่วนเคร่ืองจกั รกล ท่ีตอ้ งการความแขง็ แรงโดยนาไปผา่ นขบวนการข้ึนรูป ดว้ ยเครื่องจกั รกล ใหม้ ีขนาดและรูปร่างตามความตอ้ งการ จากน้นั นาชิ้นงานไปทาการชุบแขง็ (Hardening) โดยการนาชิ้นงานไปเผาใหร้ ้อน ซ่ึงจะใชค้ วามร้อนขนาดไหน ข้ึนอยกู่ บั ปริมาณของธาตุคาร์บอนที่มีผสมอยู่ ในเน้ือเหลก็ น้นั จากน้นั นาชิ้นงานไปชุบในสารชุบ เพ่ือใหเ้ ยน็ ตวั ลงโดยเร็ว จากน้นั จะมีความแขง็ เพ่มิ ข้ึน งาน ที่ผา่ นการชุบแขง็ แลว้ จะมีความเครียดอยใู่ นเน้ือเหลก็ ถา้ นางานไปใชอ้ าจแตกหกั ได้ จึงตอ้ งนางานที่ชุบแขง็ แลว้ ไปอบคลายความเครียด (Tempering) โดยนางานไปใหค้ วามร้อน แลว้ ปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลงอยา่ งชา้ ๆ ภายในเตาอบ จึงจะนาชิ้นงานไปทาการตกแตง่ ผวิ สาเร็จโดยการเจียระไนชิ้นงานท่ีนาไปชุบแขง็ บางคร้ัง อาจจะเสียหายเนื่องจากงานบิดเบ้ียว โก่ง งอ เสียรูปร่าง หรืออาจเกิดแตกร้าว จึงตอ้ งปฏิบตั ิงานดว้ ยความ ระมดั ระวงั 2) เหลก็ กลา้ ผสมชนิดความแขง็ แรงสูง (High Strength Alloy Steel) เหลก็ กลา้ ชนิดน้ีไดร้ ับการพฒั นาข้ึนเพอื่ ใชแ้ ทนเหลก็ กลา้ ผสมสาหรับงานชุบแขง็ เพ่ือลดคา่ ใชจ้ ่ายและเวลาใน การปฏิบตั ิงานลงอยา่ งมาก และยงั หลีกเล่ียงความเสียหายของชิ้นงานจากการชุบแขง็ กล่าวคือ เมื่อนาเหลก็ กลา้ ชนิดน้ีไปผา่ นกระบวนการข้ึนรูปแลว้ ชิ้นงานจะมีความแขง็ แรงเพียงพอ สามารถนาไปใชง้ านไดเ้ ลยโดยไม่ ตอ้ งทาการชุบแขง็ ภาพที่ 2.19 การนาเหลก็ กลา้ ผสมต่ามาทาตวั ถงั รถยนต์ 3.2.2 เหลก็ กล้าผสมสูง (High Alloy Steel) เหล็กกลา้ ผสมสูงเป็นเหลก็ กล่าที่ผสมธาตุตา่ ง ๆ อยใู่ นเน้ือมากกวา่ 10% เพ่อื ใหม้ ี คุณสมบตั ิพเิ ศษเฉพาะตวั สาหรับใชง้ านเฉพาะอยา่ ง เช่น ทนการเสียดสี ทนการกดั กร่อน เป็ นตน้ 1) เหล็กกลา้ ไร้สนิม (Stainless Steel) เหล็กกลา้ ไร้สนิม เป็ นเหลก็ กลา้ ท่ีผสม โครเมียม และนิกเกิล ทาใหม้ ีคุณสมบตั ิทนต่อการกดั กร่อนไดด้ ี นามาใชผ้ ลิตเคร่ืองใชต้ า่ ง ๆ เช่น ชอ้ นส้อม บรรทดั เหลก็ ท่อต่าง ๆ ในโรงงานเคมี โรงงานผลิตอาหารสาเร็จรูป โรงงานกลน่ั น้ามนั โรงงานกระดาษ เครื่องมือวดั อุปกรณ์เครื่องครัว เป็ นตน้

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 25/75 2) เหลก็ กลา้ ทนการสึกเหรอ (Wear Resisting Alloy Steel) เหลก็ กลา้ ทนการสึก เหรอ เป็ นเหลก็ กลา้ ท่ีผสมแมงกานีส ทาใหม้ ีคุณสมบตั ิที่ทนตอ่ การสึกเหรอ ทนต่อการกระแทกเหมาะสาหรับ ผลิตอุปกรณ์ท่ีใชง้ านสมบุกสมบนั เช่น ฟันยอ่ ยหิน กระฟ้ อตกั แร่ อุปกรณ์ประกอบ รางรถไฟ เป็นตน้ 3) เหลก็ กลา้ ทาเครื่องมือ (Tool Steel) เหลก็ กลา้ ทาเคร่ืองมือ เป็ นเหล็กกลา้ ท่ีผสม ทงั สเตน โมลิบดีนมั โครเมียม วาเนเดียม แมงกานีส ซ่ึงเป็ นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง 4. เหลก็ หล่อ (Cast Iron) เป็ นวสั ดุช่างที่จดั อยใู่ นพวกโลหะ เหล็กหล่อเป็ นวสั ดุช่างที่สาคญั เหล็กหล่อมีเปอร์เซ็นตข์ องคาร์บอนค่อนขา้ งสูงจึงทาใหเ้ หล็กหล่อมีความแขง็ การข้ึนรูปตอ้ งนาไปหลอมแลว้ เทลงแบบผลิตภณั ฑท์ ่ีทาจากเหลก็ หล่อมีอยมู่ ากมาย เช่น ทาฐานเครื่องจกั ร ตวั เครื่องจกั ร รางเครื่องกลึง เส้ือ สูบเครื่องยนต์ พลู เลยส์ ายพาน ชิ้นส่วนเครื่องจกั รกล 4.1 คุณสมบัติของเหลก็ หล่อ 1. ผลิตจากเหลก็ ดิบสีเทา (มี Si สูง) 2. มีสารมลทินปนอยมู่ าก 3. รับแรงดึง (Tensile) ไม่ดี 4. รับแรงอดั (Compressive) ไดด้ ี 5. จุดหลอมเหลวต่า 6. แม่เหล็กจะดูดผงเศษเหล็กไดน้ อ้ ย 7. ไม่เป็นสปริงจะหกั เปราะง่าย 8. ผลิตจากเตาคูโพลา 9. มีเปอร์เซ็นตค์ าร์บอนสูง 2-4% 10. การรวมของคาร์บอนอยใู่ นรูปของกราไฟต์ 11. ข้ึนรูปโดยการหลอมละลายแลว้ เทลงในแบบ 12. การใชง้ านมกั นาไปทาพวกเหล็กโครงสร้าง 13. ผวิ หยาบ เมด็ เกรนโตมองเห็นไดช้ ดั 14. ผงตะไบเหล็กจะทมู่ ีสีดา 15. เม่ือเผาใหร้ ้อนจะเสียทรง เพราะจะยบุ ตวั

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 26/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ รูปที่ 2.20 แท่นระดบั ทาดว้ ยเหลก็ หล่อสีเทา 4.2 ชนิดของเหลก็ หล่อ 4.2.1 เหลก็ หล่อสีเทา (Gray Cast Iron) เหลก็ หล่อสีเทา หรือเหลก็ หล่อธรรมดา มีสัญลกั ษณ์ GG เป็นเหลก็ หล่อทว่ั ๆ ไป ซ่ึงเกิดจาก การหลอมเหลก็ ดิบสีเทา เศษเหล็กเหนียว ถ่านโคก้ หินปูน มีธาตุตา่ ง ๆ ประสมอยู่ เช่น คาร์บอน 2 – 4% ซิลิคอน 1.8-2.5% แมงกานีส 0.5-0.8% กามะถนั 0.3% เม่ือทาการหลอมละลายเหล็กในเตาคิวโปล่าใหเ้ ป็นน้าโลหะหลอมเหลวแลว้ นาน้าโลหะเหลว ไปเทลงในแบบหล่อ ในขณะท่ีน้าโลหะ คอ่ ย ๆ เยน็ ตวั ลงอยา่ งชา้ ๆ ธาตุคาร์บอนที่มีอยใู่ นเน้ือเหลก็ จะตกผลึก เป็นคาร์บอนอิสระแทรกตวั ในเน้ือเหลก็ น้นั ซ่ึงถา้ เราหกั เหล็กหล่อดูเน้ือภายในจะมีลกั ษณะเป็นเมด็ โลหะ หยาบสีเทาดา เหล็กหล่อสีเทามีคุณสมบตั ิรับแรงสั่นสะเทือน (Damp Vibration) รับแรงกระแทก(Impact Strength) ทนต่อความลา้ (Fatigue) และสามารถทาการตกแต่งดว้ ยเคร่ืองจกั รกลไดด้ ี (Machine Ability) เหล็กหล่อสีเทาเหมาะท่ีจะนาไปผลิตโครงสร้างของเคร่ืองจกั รกลตา่ ง ๆ เช่น เครื่องกลึง เครื่องกดั เคร่ืองไส เครื่องเจาะ แท่นระดบั ปากกาชบั งานตะไบ ทง่ั ตีเหล็ก เส้ือสูบเครื่องยนต์ เฟื องตา่ ง ๆ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 27/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.21 โครงสร้างเหล็กหล่อสีเทา คุณสมบตั ิ 1. ราคาถูก 2. ออ่ นแปรรูปไดง้ ่าย 3. รับแรงดึงไดต้ ่า 4. เปราะแตกหกั ง่าย 5. รับแรงสะเทือนและแรงอดั ไดด้ ี 6. คาร์บอนอยใู่ นรูปของกราไฟต์ (อยอู่ ยา่ งอิสระ) ประโยชน์ 1. ทาแทน่ เครื่องกลึง 2. ทาแทน่ เครื่องเจียระไน 3. ทาปากจบั ชิ้นงานตะไบ 4. ทาแทน่ ระดบั 5. ทาเส้ือสูบรถยนต์ 6. ทาเฟื อง 7. ทาพลู เลย์

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 28/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ภาพท่ี 2.22 เส้ือสูบเคร่ืองยนตห์ ล่อข้ึนจากเหล็กหล่อสีเทา 4.2.2. เหลก็ หล่อสีขาว (White Cast Iron) เหลก็ หล่อแขง็ หรือเหล็กหล่อสีขาว มีสญั ลกั ษณ์ GH เหลก็ หล่อสีขาว เป็นเหล็กท่ีมีธาตุคาร์บอนผสมอยใู่ นลกั ษณะท่ีเป็นคาร์ไบด์ หรือซีเมนไตต์ (Fe3C) ซ่ึงมีผลทาใหเ้ หลก็ หล่อสีขาวเป็ นเหล็กหล่อท่ีมีความแขง็ (Hardness) สูงดว้ ย การทาเหลก็ หล่อสีขาว สามารถ ทาได้ 2 วธิ ี คือ 1. ควบคุมส่วนผสม คือ มีธาตุ คาร์บอนผสมอยปู่ ระมาณ 2-3.5% และมี ซิลิคอนผสมอยปู่ ระมาณ 0.5%โดยน้าหนกั เม่ือนาน้าโลหะท่ีหลอมละลายไดไ้ ปเทลงใน แบบหล่อ เมื่อปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลง ธาตุคาร์บอน จะไมต่ กผลึกออกมาเป็นอิสระในรูปกราไฟต์ 2. ควบคุมอตั ราการเยน็ ตวั การ ทาเหลก็ หล่อสีขาววธิ ีน้ี เหล็กหล่อจะมีส่วน ผสมเหมือนเหล็กหล่อสีเทา โดยการบงั คบั ใหน้ ้าโลหะที่เทลงในแบบเยน็ (Chillers)ฝัง ลงในแบบหล่อบริเวณผวิ ที่สัมผสั กบั น้าเหลก็ การทาเหลก็ หล่อวธิ ีน้ี เหมาะสาหรับงานหล่อ ท่ีมีรูปร่าง บาง ๆ ภาพท่ี 2.23 โครงสร้างเหล็กหล่อสีขาว เนื่องจากเหลก็ หล่อสีขาวมีความแขง็ สูงมาก จึงเหมาะสาหรับนาไปใชง้ านท่ีตอ้ งทนต่อการ เสียดสี (Abrasive) เช่น อุปกรณ์โรงโม่หิน ลูกรีดโลหะ อุปกรณ์ในงานรถไฟ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 29/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ภาพที่ 2.24 ลูกรีดเหล็กทาจากเหล็กหล่อสีขาว คุณสมบัติ 1. แขง็ มาก 2. เปราะแปรข้ึนรูปไดย้ าก 3. เมด็ เกรนเป็ นสีขาว 4. คาร์บอนอยใู่ นรูปของคาร์ไบด์ 5. เป็นเหล็กหล่อท่ีเยน็ ตวั อยา่ งรวดเร็ว 6. สึกหรอยาก เพราะผวิ แขง็ มาก ประโยชน์ 1. ใชท้ ากา้ นลิ้น 2. ใชท้ าแคร่สะพานเครื่องกลึง 3. ใชท้ าชิ้นส่วนของเคร่ืองจกั รกลการเกษตร 4. ใชท้ าอุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรม เหลก็ หล่อแขง็ หรือเหล็กสีขาวน้ีมีผวิ แขง็ มาก ๆ ตอ้ งเจียระไนหรือปาดผวิ ออกดว้ ยคมมีดที่ทาจาก โลหะแขง็ เทา่ น้นั จึงจะปาดผวิ ออกได้ 4.2.3. เหลก็ หล่อเหนียว (Malleable Cast Iron) เหล็กหล่อเหนียว หรือเหลก็ หล่อมลั ลิเอเบิล (Malleable Cast Iron) มีสัญลกั ษณ์วา่ GT เหลก็ หล่อชนิดน้ีมีธาตุตา่ ง ๆ ประสมอยู่ เช่น คาร์บอน 1-2% ซิลิคอน 0.60-1.10% แมงกานีส ต่ากวา่ 0.30% กามะถนั 0.60-0.15%

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 30/75 เหล็กหล่อเหนียว เกิดจากการประดิษฐข์ องขา่ งหล่อชาวอเมริกนั ชื่อ Seth Boyden เม่ือปี ค.ศ.1826 จากการคิดคน้ ของ Boyden จึงทาใหก้ ารนาเหล็กหล่อเหนียวมาใชใ้ นงานอุตสาหกรรมตา่ ง ๆ มาก ข้ึน เหล็กหล่อเหนียว ผลิตไดโ้ ดยการนาชิ้นงานท่ีทาจากเหล็กหล่อสีขาว มาทาการอบอ่อน (Annealing) เพื่อเปล่ียนธาตุคาร์บอนที่อยใู่ นรูปซีเมนตไ์ ตต์ (Fe3 C) ในเหลก็ หล่อสีขาว ใหต้ กผลึกออกมาเป็ นคาร์บอน อิสระซ่ึงทาใหค้ วามแขง็ ของเหล็กหล่อสีขาวลดลง งานก็จะมีความเหนียวเพมิ่ ข้ึนในการทาการอบอ่อน จะใช้ เวลานานขนาดไหนข้ึนอยู่ กบั รูปร่างและขนาดความหนาของงานน้นั ๆ ภาพท่ี 2.25 โครงสร้างเหลก็ หล่อเหนียว เหลก็ หล่อเหนียวมี 2 ชนิด คือ 1) เหลก็ หล่อเหนียวสีดา (Black Heart Malleable) ทาไดโ้ ดยนางานที่เป็ นเหล็กหล่อสีขาวมาทา การอบอ่อนที่อุณหภมู ิประมาณ 900 องศาเซลเซียส จากน้นั ปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลงอยา่ ง ชา้ ๆ ภายในเตาอบ เพื่อทาใหค้ าร์บอนที่ผสมอยใู่ นเน้ือเหล็กตกผลึกมาเป็นอิสระ ซ่ึงเมื่อเรานาชิ้นงานมาหกั ดูเน้ืองานภายในจะ เป็นสีดา ซ่ึงจะมีคุณสมบตั ิในการยดื ตวั และความเหนียวดีข้ึน 2) เหลก็ หล่อเหนียวสีขาว (White Heart Malleable) ทาไดโ้ ดยนางานที่เป็ นเหล็กหล่อสีขาวมาทา การอบอ่อนที่อุณหภมู ิประมาณ 1,020 องศาเซลเซียส จากน้นั ปล่อยใหเ้ ยน็ ตวั ลงอยา่ ง ชา้ ๆ ภายในเตาอบ เมื่อ นาชิ้นงานมาหกั ดูเน้ือภายในจะเป็นสีขาว จะมีคุณสมบตั ิคลา้ ยเหลก็ หล่อเหนียวสีดา แต่จะมีการยดื ตวั นอ้ ยกวา่ เหลก็ หล่อเหนียวนามาใชท้ าชิ้นส่วนของรถยนต์ เคร่ืองจกั รที่ใชใ้ นงานเกษตร เคร่ืองจกั ทอผา้ อุปกรณ์ในงาน ประปา คุณสมบัติ 1. มีเปอร์เซ็นตค์ าร์บอนต่า (1.8%) 2. ทนตอ่ ความเคน้ แรงดึง 3. มีส่วนยดึ ตวั เครียดไดม้ ากข้ึน 4. สามารถตีข้ึนรูปได้

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 31/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ 5. สามารถอาบสังกะสีได้ 6. ชุบใหแ้ ขง็ ไดด้ ว้ ยความร้อน 7. บดั กรีไดท้ ้งั บดั กรีอ่อนและบดั กรีแขง็ 8. สามารถเชื่อมได้ ประโยชน์ 1. ใชท้ าชิ้นส่วนตา่ ง ๆ ของรถยนต์ 2. ใชท้ าชิ้นส่วนของเคร่ืองจกั รในงานเกษตร 3. ชิ้นส่วนเครื่องจกั รโรงงานทอผา้ 4. หวั เผาแก๊ส (Gas Burner) 5. หวั เผาน้ามนั 6. อุปกรณ์งานประปาตา่ ง ๆ เช่น ทาขอ้ ต่อท่อป๊ัมน้า 7. ชิ้นงานหล่อบาง ๆ ท่ีใชใ้ นสานกั งาน รูปที่ 2.26 คาร์บเู รเตอร์ทาจากเหล็กหล่อ เหลก็ หล่อเหนียวสีดา หรือ เหล็กหล่อมลั ลิเอเบิล้ แบลคฮาร์ท (Malieable Black Heart) สญั ลกั ษณ์ GTS ผลิตดว้ ยกรรมวธิ ีอเมริกนั เหลก็ หล่อชนิดน้ีทาโดยนาเหล็กดิบสีขาวไปหมกทรายไวก้ นั ไมใ่ หอ้ อกซิเจนเขา้ ไปได้ แลว้ ใหค้ วามร้อน 950°C ในการอบทิ้งไวห้ ลาย ๆ วนั ทาใหค้ าร์บอนลดลง เมด็ เกรน จะมีสีดา คุณสมบตั ิและประโยชน์ในการใชง้ านเหมือนกบั เหลก็ หล่อเหนียวสีขาวหรือเหลก็ หล่อมลั ลิเอเบิล้ ไวทฮ์ าร์ท 4.2.4. เหลก็ หล่อกราไฟต์ก้อนกลม (Nodular Cast Iron) เหล็กหล่อกราไฟตก์ อ้ นกลม เป็ นเหลก็ หล่อท่ีสมาคมช่างหล่ออเมริกา (American Foundryman’s Society) คน้ พบเมื่อปี ค.ศ. 1948 ต่อมาเหล็กหล่อชนิดน้ีไดร้ ับการพฒั นา และปรับปรุงโดย British Cast Iron Research Association (BCIRA) โดยการใชซ้ ีเรียม (Cerium) ใส่ลงในเหลก็ หล่อที่

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 32/75 หลอมเหลวอยู่ ซีเรียมจะเป็ นตวั ดึงกามะถนั ออก แลว้ ตวั ซีเรียมจะเหลืออยใู่ นเหลก็ ประมาณ 0.02% ทาใหก้ รา ไฟตจ์ บั ตวั เป็ นกอ้ นกลม ส่วนกรรมวธิ ีของบริษทั Internation Nickle Company (INCO) ใชแ้ มกนีเซียม (Magnesium) ใส่ลงในเหลก็ หล่อท่ีหลอมเหลวอยู่ ทาใหก้ ราไฟตจ์ บั ตวั กนั เป็ นกอ้ นกลม เหลก็ หล่อกราไฟต์ กอ้ นกลม เป็นเหล็กหล่อท่ีรวมคุณสมบตั ิท่ีดีของเหล็กหล่อสีเทา (จุดหลอมเหลวต่า ไหลตวั ดี ตกแตง่ ดว้ ย เคร่ืองจกั รกลไดด้ ี ตา้ นทานต่อการกระแทก) และเหลก็ กลา้ (มีความแขง็ แรง ความเหนียว ยดื ตวั ไดด้ ี แขง็ แรง สูง) เหลก็ หล่อกราไฟตก์ อ้ นกลม เหมาะที่จะนาไปทาโครงสร้างเครื่องจกั รกลขนาดใหญ่ เคร่ืองจกั รกล การเกษตร เพลาขอ้ เหวยี่ ง และเฟื อง เป็นตน้ ภาพที่ 2.27 โครงสร้างเหลก็ หล่อกราไฟตก์ อ้ นกลม เหลก็ หล่อพเิ ศษกราไฟตก์ อ้ นกลม (Spherical Graphite Cast Iron) เหล็กหล่อชนิดน้ีมีธาตุ แมกนีเซียม และนิกเกิลประสมอยใู่ นเน้ือเหลก็ ทาใหค้ าร์บอนอยใู่ นรูปของกราไฟตจ์ บั ตวั กนั เป็ นกอ้ นกลม ๆ คุณสมบัติ 1. ทนตอ่ ความเครียดไดด้ ีมาก เพราะมีอตั ราการยดื ตวั ประมาณ 1-5% 2. งอโคง้ ไดโ้ ดยไมม่ ีรอยแตกรอยปริในเน้ือเหล็ก 3. ทนต่อการสึกหรอไดด้ ี 4. ทนตอ่ ความร้อนไดด้ ี 5. สามารถนาไปตีข้ึนรูปได้ 6. สามารถรับแรงกระแทกไดด้ ี 7. สามารถชุบผวิ ใหแ้ ขง็ ไดด้ ว้ ยวธิ ีเผาดว้ ย เปลวไฟหรือเตาแรงเหนี่ยวนาไฟฟ้ า 8. ความแขง็ และความเปราะลดลงทาใหก้ ลึง กดั ไส เจาะไดง้ ่าย ประโยชน์

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 33/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ 1. ใชท้ าชิ้นส่วนเคร่ืองยนต์ เช่น เพลาขอ้ เหวยี่ ง 2. เครื่องมือการเกษตร 3. ชิ้นส่วนเรือเดินทะเล 4. โครงสร้างเคร่ืองจกั รขนาดใหญ่ 5. ท่อส่งน้า 6. ท่อส่งแก๊ส เหล็กหล่อพเิ ศษชนิดน้ีถา้ ตอ้ งการกลึง ใหก้ ลึงดว้ ยมีดท่ีทาดว้ ยโลหะแขง็ ความเร็วรอบตดั สูง เหลก็ หล่อพิเศษมีแฮนไนต์ (Spherical Mehandnite Cast Iron) เหลก็ หล่อชนิดน้ีผลิตโดยชาว อเมริกนั เป็นเหล็กหล่อชนิดดี ราคาแพง คาร์บอนจะอยใู่ นรูปของกราไฟต์ แต่อยอู่ ยา่ งกระจดั กระจายคลา้ ยก่ิง ไผ่ ชิ้นงานหล่อที่ไดจ้ ะไม่มีความเคน้ เหลืออยใู่ นเน้ือชิ้นงานเลย ไมม่ ีความคดงอผดิ จากขนาด ไมม่ ีรอยปริหรือ รอยแตก ไมม่ ีรอยเวา้ ลึกเขา้ ไปในเน้ือ คุณสมบัติ 1. ราคาแพง 2. เป็นหล่อชนิดดีเยย่ี ม 3. มีความเคน้ แรงดนั โคง้ สูง 4. มีความเคน้ แรงดึงสูง 5. มีความเคน้ แรงอดั สูง ประโยชน์ 1. ใชท้ าเส้ือสูบเคร่ืองยนต์ 2. เสาคอลมั น์ 3. เคร่ืองมือกล 4. รูนาส่งลิ้นหรือวาลว์ ไกด์ รูปที่ 2.28 เส้ือสูบเคร่ืองยนตท์ าดว้ ยเหล็กหล่อพิเศษมีแฮนไนต์

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 34/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ รูปท่ี 2.29 เมด็ เกรนของเหลก็ หล่อมีแฮนไนต์ 4.2.5 เหลก็ เหนียวหล่อ มีสญั ลกั ษณ์วา่ GS เหลก็ เหนียวหล่อชนิดน้ีจะผดิ กบั เหลก็ หล่อใน ขณะท่ีนาเหลก็ เหนียวมาหลอมน้นั เหล็กดิบที่ใชจ้ ะตอ้ งมีธาตุฟอสฟอรัสประสมอยมู่ าก เพื่อสะดวกในการเท น้าเหลก็ ไดง้ ่าย นอกจากน้ียงั เติมเศษเหล็กเหนียวลงไปดว้ ยประมาณ 1 ใน 3 ของเหลก็ ดิบ ชิ้นงานที่ทาจาก เหลก็ เหนียวหล่อ เมื่อหล่อเสร็จแลว้ ตอ้ งนาไปอบร้อนเพ่อื คลายความเคน้ แรงดึงภายในเน้ือเหล็กออกดว้ ยเตาท่ี ใชห้ ลอมเหล็กเหนียวหล่อเป็ นเตาไฟฟ้ า คุณสมบตั ิ 1. มีคาร์บอน 0.25-0.6% 2. ชุบใหแ้ ขง็ ท้งั แท่งได้ 3. ทนต่อการสึกหรอ 4. มีผวิ แขง็ 5. มีความเคน้ แรงดึงและมีความแขง็ แรงมาก ประโยชน์ ใชท้ าผานของรถไถนา หรือแผน่ เหล็กขดดินของรถไถนา 4.2.6 เหลก็ หล่อผสม (Alloy Cast Iron) เหลก็ หล่อผสมเป็นเหลก็ หล่อที่ผสมโลหะ หรือธาตุต่าง ๆ เขา้ ไปในขณะหลอมละลาย โครเมียม ทงั สเตน โมลิบดีนมั วาเนเดียม เพอื่ ทาใหค้ ุณสมบตั ิบางอยา่ งดีข้ึน และเหมาะสมกบั การนาไปใชง้ าน เฉพาะอยา่ งไดด้ ี เช่น ทนต่อการสึกหรอ (Wear Resistance) ทนต่อการกดั กร่อน (Corrosion Resistance)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 35/75 ทนต่อความร้อน (Heat Resistance) เหล็กหล่อผสมสามารถผลิตใหม้ ีคุณสมบตั ิเหมาะสมกบั อุตสาหกรรม ต่าง ๆ ได้ อยา่ งกวา้ งขวางทุกประเภท ตารางที่ 4 ลกั ษณะงานของเหลก็ หล่อ ลาดับ ชนิดของเหลก็ หล่อ ตัวอย่างงาน 1 เหล็กหล่อข้ึนรูปทว่ั ไป เสาคอลมั น์ เตาเหลก็ ทอ่ น้าทิ้ง 2 เหลก็ หล่อละเอียด เสาโคมไฟ รูปป้ันต่าง ๆ เป็นเหลก็ หล่อที่ตอ้ งการ ความสวยงาม 3 เหลก็ หล่อทาเครื่องจกั รกลชนิดทว่ั ๆ ไป งานสร้างเครื่องจกั ร เครื่องมือกลทว่ั ไป 4 เหล็กหล่อทาเครื่องจกั รกลชนิดดี กระบอกสูบ แหวนลูกสูบ ลูกสูบ 5 เหล็กหล่อทาเครื่องจกั รกลที่ตอ้ งมี เครื่องจกั รไฟฟ้ า คุณสมบตั ิแมเ่ หลก็ ฟันเฟื อง ลูกสูบไฮโดรลิก แผน่ ภายในนอลมิลล์ 6 เหล็กหล่อแขง็ (GH) ลอ้ รถไฟ ลูกกลิ้งตา่ ง ๆ ในเครื่องพิมพ์ เคร่ือง นากระดาษ ฯลฯ 7 เหลก็ หล่อที่ทนกรดและทนด่าง ป๊ัมน้ากรด ภาชนะตม้ ผลิตสบู่ 8 เหล็กหล่อทนไฟ เตาไฟ หลอดไฟ ภาชนะหลอมโลหะ 9 เหล็กหล่อพิเศษ ทง่ั ตีเหลก็ เหล็กรัดปล่อง เหล็กหา้ มลอ้ รถไฟ ข้อควรจาเมือ่ ปฏิบัติงานเกยี่ วกบั เหลก็ หล่อ เหลก็ หล่อผวิ นอกจะแขง็ มาก เวลาปาดผวิ นอกจึงตอ้ งใชแ้ รงมากกวา่ ปกติช่างจะตอ้ งรู้จกั ระวงั ส่วนผวิ ภายในจะอ่อน ปาดออกไดง้ ่าย คาศัพท์ประจาบท 1. GG แปลวา่ เหล็กหล่อสีเทา 2. GH แปลวา่ เหลก็ หล่อแขง็ 3. GT แปลวา่ เหลก็ หล่อเหนียว 4. GTW แปลวา่ เหล็กหล่อเหนียวสีขาว 5. GTS แปลวา่ เหล็กหล่อเหนียวสีดา 6. GGG แปลวา่ เหลก็ หล่อโนดูลาร์

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 36/75 7. GS แปลวา่ เหล็กเหนียวหล่อ มาตรฐานหลัก เหล็กเม่ือถูกนาไปใชง้ าน เพ่ือใหเ้ กิดความเขา้ ใจที่ตรงกนั เก่ียวกบั ช่ือ, คุณภาพ, คุณลกั ษณะ, ส่วนผสม , ฯลฯ จึงไดม้ ีการกาหนดมาตรฐานข้ึนมาใช้ ประเทศไทยไดน้ ามาตรฐานเหล็กมาใชโ้ ดยทวั่ ๆ ไป มี 4 มาตรฐาน คือ 1. มาตรฐานเหล็กเยอรมนั (DIN) 2. มาตรฐานเหลก็ อเมริกา (SAE/AISI) 3. มาตรฐานเหล็กญ่ีป่ ุน (JIS) 4. มาตรฐานเหล็กไทย (มอก.) เหลก็ ท้งั 4 มาตรฐานสามารถนามาเปรียบเทียบเกรดหรือคุณภาพกนั ได้ โดยบริษทั ผจู้ าหน่ายเหลก็ จะ ทาคูม้ ือหรือเรียกวา่ “ใบทะเบียนเกรด” เพ่ือบอกรายละเอียดของตนเองเปรียบเทียบกบั มาตรฐานต่าง ๆ ไว้ แต่ ในท่ีน้ีจะขอกล่าวถึงรายละเอียดตามมาตรฐานโดยทวั่ ๆ ไปก่อน 1. มาตรฐานเหลก็ เยอรมัน (DIN: Deutsche Industrial Norms) การกาหนดมาตรฐานเหลก็ ของเยอรมนั แบง่ ออกเป็น 3 ประเภท คือ 1.1 เหลก็ ไมป่ ระสมหรือเหล็กกลา้ คาร์บอน (Unalloyed Steel) 1.2 เหล็กประสม (Alloy Steel)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 37/75 1.3 เหลก็ หล่อ (Cast Iron) 1.1 เหลก็ ไมป่ ระสมหรือเหลก็ กลา้ คาร์บอน (Unalloyed Steel) กาหนดมาตรฐานได้ 2 รูปแบบคือ ก. กาหนดมาตรฐานดว้ ยค่าความเคน้ แรงดึงสูงสุด (Maximum tensile strength) เพือ่ สะดวกใน การนาไปใชง้ านไดเ้ ลย ไม่ตอ้ งนาไปปรับปรุงคุณสมบตั ิก่อนการใชง้ าน โดยมีหน่วยค่าความเคน้ แรงดึงเป็น dan/mm2 หรือ M.M/มม2 ; * da = คูณดว้ ย 10 ตวั อยา่ ง สญั ลกั ษณ์มาตรฐานเหลก็ เยอรมนั DIN 1611 St 42 St หมายถึง เหลก็ กลา้ คาร์บอนใชง้ านไดเ้ ลย บางคร้ังเรียกวา่ เหลก็ โครงสร้าง (Structural Steels) 42 หมายถึง ทนแรงดึงสูงสุดได้ 42 da นิวตนั /มม2 42 10 = 420 นิวตนั /มม2 หรือ 42 mm/มม2 สัญลกั ษณ์เหลก็ ประเภทน้ีมีรายละเอียดมากกวา่ น้ี นกั ศึกษาควรศึกษาในข้นั สูงต่อไป ข. กาหนดมาตรฐานดว้ ยส่วนผสมและการผา่ นกระบวนการทางความร้อน (Heat Treatment) โดยกาหนดปริมาณของธาตุคาร์บอน (C) มาให้ ตวั อยา่ ง สัญลกั ษณ์ C 40 ธาตุคาร์บอน ปริมาณธาตุ C = 40/100 = 4% หมายถึง เหล็กที่ตอ้ งผา่ นกระบวนการทางความร้อนก่อนนาไปใชง้ านมีปริมาณธาตุคาร์บอนเท่ากบั 4% (ธาตุคาร์บอนตอ้ งหารดว้ ย 100 ก่อนเสมอ) ในบางคร้ังเหล็กประเภท ก. และ ข. อาจเรียกแทนกนั ไดข้ ้ึนอยกู่ บั การนาไปใชง้ าน เช่น เหล็ก S + 37 ถา้ เขียนแบบ ข. กค็ ือเหล็ก C20 นน่ั เอง 1.2 เหลก็ ประสม (Alloy Steels) แยกเป็น 2 ประเภท คือ ‫‏א‬. เหลก็ ประสมต่า (Low Alloy Steels) คือ เหลก็ ที่มีส่วนผสมของธาตุอ่ืนนอกจากเหลก็ รวมกนั แลว้ ไมเ่ กิน 5% มีมาตรฐาน เขียนไดด้ งั น้ี 16 Mn Cr 5 ปริมาณธาตุแมงกานีส = 5/4 = 1.25% ธาตุโครเมียม(ไม่แสดงตวั เลขแสดงวา่ มีเล็กนอ้ ย) ธาตุแมงกานีส ธาตุ C = 16/100 = 1.6% การแปลสัญลกั ษณ์ของธาตุต่างในเหล็กมาตรฐานน้ี ธาตุต่าง ๆ จะมีตวั หารดงั น้ี หารดว้ ย 4 : Co Cr Mn Ni Si W หารดว้ ย 10 : Al Cu Mo Ti Vi Pb

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 38/75 หารดว้ ย 100 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ จากตวั อยา่ ง : CNP S ธาตุต่าง ๆ คือ C = 1.6%, Mn = 1.25%, Cr = เล็กนอ้ ย ผลรวมธาตุอื่นนอกจากเหล็ก = 1.6 + 1.25 = 2.85% ในบางการเขียนสญั ลกั ษณ์เหล็กชนิดน้ีอาจบอกกรรมวธิ ีการผลิตไวด้ ว้ ย เช่น E - 34 Cr Mo 4 ปริมาณธาตุโครเมียม = 4/4 =1% ธาตุโมลิบตินมั (มีเลก็ นอ้ ย) ธาตุโครเมียม ธาตุคาร์บอน 34/100 = 3.4% เหลก็ ผลิตจากเตา Electro-Steel สญั ลกั ษณ์กรรมวธิ ีการผลิตจากเตาชนิดตา่ ง ๆ M = Siemeno - Martin - Steel Steel T = Thomas - Steel Steel (Rimmed Steel) E = Electro - Steel Killed Steel U = Unkilled - R = Killed - RR = Double - ข. เหลก็ ประสมสูง (High Alloy Steels) คือ เหล็กประสมท่ีมีธาตุอื่นนอกจากเหล็กรวมกนั แลว้ เกิน 5% ข้ึนไป สัญลกั ษณ์จะมีอกั ษร “X” นาหนา้ ปริมาณธาตุคาร์บอน (C) ตอ้ งหารดว้ ย 100 ส่วนธาตุอื่นไม่ ตอ้ งหาร ตวั อยา่ งสญั ลกั ษณ์ X 42 Cr Ni Ti 18 9 ปริมาณนิกเกิล = 9% ปริมาณโครเมียม = 18% ธาตุไทเทเนียม(มีเลก็ นอ้ ย)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 39/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ธาตุนิกเกิล ธาตุโครเมียม ปริมาณคาร์บอน42% ชนิดเหลก็ ประสมสูง 1.3 เหลก็ หล่อ (Cast Iron) การเขียนสัญลกั ษณ์ของเหลก็ หล่อ จะเขียนนาดว้ ยสัญลกั ษณ์แทนชนิดของเหล็กหล่อและตามดว้ ย ตวั เลขแทนคา่ Max. Tensile strength (GS-45) หรืออีกแบบหน่ึงคือ จะเขียนนาดว้ ยชนิดของเหล็กหล่อ และ ตามดว้ ยจานวนเปอร์เซ็นตค์ าร์บอนโดยเขียน C กากบั มาดว้ ย (GS-025) หรือเขียนตามดว้ ยวสั ดุประสม (GS-22 CrMo 54) สัญลกั ษณ์ท่ีใชแ้ ทนเหล็กหล่อชนิดต่าง ๆ GS - Steel Casting GG - Grey cast iron GGG - Globular Grey cast iron GT - Malleable cast iron GTS - black malleable cast iron GTW - white malleable cast iron ตวั อยา่ ง GS – 45 = เหลก็ เหนียวหล่อมี Max. Tensile strength 45daNmm2 GS – C25 = เหล็กเหนียวหล่อ มีคาร์บอนผสมอยู่ 0.25% และลกั ษณะของเหลก็ น้ี จะตอ้ งผสมซิลิกอน 0.4% และแมงกานีส 0.05% คงที่เสมอ GS – 22 CrMo 54 = เหล็กเหนียวหล่อที่ผสม ดว้ ยคาร์บอน 0.22% ซิลิกอน และ แมงกานีสคงที่ 0.4% และ 0.65% ตามลาดบั และโครเมียม 5/4 = 1.25%, โมลิบตินมั 4/10 = 0.4%

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 40/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ Alloyed steel casting E 25 Cr Mo 5 6 GS - 6/10 % โมลิบตินมั 5/4 % โครเมียม โมลิบตินมั โครเมียม 25/100 % คาร์บอน Electric Furnace Casting Steel ตวั อยา่ งการใชง้ าน เหลก็ ไมผ่ สม (Unalloyed Steel) St. 37 : เหล็กโครงสร้างซ่ึงมี Ultimate Strength 37daNmm2 โครงสร้างทว่ั ไปเหมาะในการเช่ือม C 22 : Unalloyed steel มี 0.22% C ใชส้ าหรับทาชิ้นส่วนเคร่ืองจกั รกล C 35 V 70: Unalloyed steel มี 0.35% C ผา่ นการ Heat Treating ทาใหม้ ี Ultimate strength 70daNmm2 ให้ ทาชิ้นส่วนเครื่องกลการเกษตร เช่น รถแทรกเตอร์ Ck 45 : Unalloyed steel 0.45% C และมีฟอสฟอรัสและกามะถนั เล็กนอ้ ย ส่วนมากใชท้ าพวก Machine tool steel เช่น เพลา C 60 W3 : Unalloyed tool steel 0.6% C ใชท้ าเคร่ืองมือ เช่น สกดั Punch เหล็กผสมต่า (Low alloyed steel) 15 Cr 3 : Low alloyed steel 0.15% C 3/4% Cr. ใชท้ าเฟื อง ชุบผวิ แขง็ ภายในเหนียว 13 Cr V 53: Low alloyed steel 0.13% C 5/4% Cr3/4% V ใชเ้ ฟื องท่ีทนความร้อน 13 Cr Mo 44: Low alloyed steel 0.13% C 4/4% Cr4/10% Mo ทนความร้อน 9 S 20 : Low alloyed steel 0.09% C 0, 2% S automatic steel 50 Cr V 4: Low alloyed steel 0.5% C 4/4% Cr มี V เลก็ นอ้ ย ใชท้ าพวก Spring 25 Cr Mo 56: Low alloyed steel 0.25% C 5/4% Cr 6/10% Mo Heat resisting EB 13 Cr V 5: steel ท่ีใชห้ ลอมดว้ ยเตาไฟฟ้ า ผนงั เตาพอกดว้ ยต่าง มี Strength สูง

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 41/75 GS-E 25 Cr Mo 56: Cast steel หลอมดว้ ยเตาไฟฟ้ า 0.25% C5/4% Cr6/10% Mo มี Ultimate Str. = 65daNmm2 Heat resistance High alloyed steel X 10 Cr Ni 188 - High alloyed steel 0.1% C 18% Cr 8% Ni Stainless steel X 75 W Cr V 184 - High alloyed steel 0.75% C 18% W 4% Cr High speed steel X 10 Cr Ni Mo Ti 18 101 - High alloyed steel 0.1% C 18% Cr 10% Ni 1% Mo ทนตอ่ การกดั กร่อน หมายเลขวสั ดุ (Material No.) หมายเลขวสั ดุเพ่ือความเป็ นระเบียบของวสั ดทุ ุกชนิด และเพ่ือสาหรับคอมพวิ เตอร์ หมายเลขวสั ดุ 7 ตาแหน่ง,ตาแหน่งที่ 1 แสดงถึงวสั ดุหลกั เลขตาแหน่ง 2 ถึง 5 เลขแสดงชนิดเลขหอ้ ยทา้ ย ตาแหน่ง 6 และ 7 หมายเลขสาหรับวสั ดุหลกั จากเลข 7 ตาแหน่งแสดงใหท้ ราบดงั น้ี : 0 เหลก็ ดิบและธาตุประสมไม่บริสุทธ์ิ 1 steel วสั ดุตาแหน่ง 1 2 โลหะหนกั เลขแสดงชนิด (ตาแหน่ง 2 ถึง 5) 3 โลหะเบา เลขหอ้ ยทา้ ย (ตาแหน่ง 6 ถึง 7) 4 ถึง 8 อโลหะ 9 ใชไ้ ดท้ ุกชนิด ระบบวสั ดุหลกั 1 : Steel 1 วสั ดุหลกั 1: steel 1. เกรดและคุณภาพจดั อยใู่ นหมวดของโลหะประสมพิเศษ หมายเลขชนิด, ตาแหน่ง2และ3ชนิด หมายเลขตาแหน่ง 4 และ 5 จะไม่แสดงถึงส่วนประสม หมายเลขชนิด, ตาแหน่ง4และ5ชนิด เบอร์เลข 1. เลขหอ้ ยทา้ ย, ตาแหน่ง6:การRefining Process 2. เลขหอ้ ยทา้ ย, ตาแหน่ง7 : Heat treatment ความหมายของเลขชนิด ตาแหน่ง 2 และ 3

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 42/75 เลขชนิด ชนิด เลขชนิด ชนิด 00 เปล่ียนแปลงและเกรดโลหะหลกั 20…28 เหลก็ เครื่องมือ 01…02 03…07 เหลก็ โครงสร้างทว่ั ๆ ไปไมป่ ระสม 32…33 เหลก็ High speed 08…09 เหลก็ คุณภาพ ไม่ประสม 34 เหลก็ ทนต่อการสึกหรอ 90 91…99 เหลก็ คุณภาพ ประสม 35 เหลก็ Bearing 10 ชนิดพเิ ศษ, เปลี่ยนแปลงและเกรดโลหะหลกั 36…39 เหลก็ ท่ีมคี ุณสมบตั ิพิเศษทางฟิ สิกส์ 11…12 ชนิดพเิ ศษอื่น ๆ 40…45 เหลก็ ปลอดสนิม 15…18 เหลก็ พิเศษประสม 47…48 เหลก็ ทนความร้อนสูง เหลก็ ที่มีคุณสมบตั ิพเิ ศษในทางฟิ สิกส์ 50…84 เหลก็ โครงสร้าง เหลก็ โครงสร้าง 85 เหลก็ Nitride เหลก็ เคร่ืองมือ 88 ประสมแขง็

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 43/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ความหมายของเลขหอ้ ยทา้ ย เลข 1. เลขหอ้ ยทา้ ย ตาแหน่ง 6 เลข 2. เลขหอ้ ยทา้ ย ตาแหน่ง 7 Refining process กรรมวธิ ี (Heat Treatment ) 0 ไมแ่ น่นอนหรือมม่ ีความหมาย 0 ไม่มีหรือ เปลี่ยนแปลง 1 เหลก็ โทมสั หล่อไมเ่ งียบ (Unkilled) 1 Normalizing 2 เหลก็ โทมสั หลอ่ เงียบ (Killed) 2 Soft anncaling 3 การหลอมดว้ ยวธิ ีอื่น ๆ หลอ่ ไมเ่ งียบ (Unkilled) 3 ใหค้ วามร้อนเพอื่ จะปาดผิวไดง้ ่าย 4 การหลอมดว้ ยวธิ ีอื่น ๆ หล่อเงียบ (Killed) 4 ทาใหเ้ หนียว(tough Heat treatment) 5 เหลก็ Siemens-martin หล่อไม่เงียบ 5 Heat Treatment 6 เหลก็ Siemens-martin หล่อเงียบ 6 ทาใหแ้ ขง็ (Hard Heat treatment) 7 เหลก็ เตา oxygen หลอ่ ไม่เงียบ 7 ข้ึนรูปแบบเยน็ (Cold Forming) 8 เหลก็ เตา oxygen หลอ่ เงียบ 8 สปริงแขง็ ข้ึนรูปแบบเยน็ 9 เหลก็ เตาไฟฟ้ า 9 เปล่ียนแปลงพเิ ศษตามกาหนด ตวั อยา่ ง หมายเลขวสั ดุที่สมบูรณ์สาหรับ St 37-2 (DIN 17 100) เหลก็ หล่อเงียบ S-M Steel Normalizing:10112.61 ระบบวสั ดุหลกั 2 (โลหะนอกกลุ่มเหลก็ -โลหะหนกั ) และ 3 (โลหะเบา) หมายเลขชนิด 4. ตาแหน่งแสดงถึงส่วนประสม เป็ นสดั ส่วนกบั โลหะหลกั , ชนิด และจานวน ธาตสุ ะสม 1. หมายเลขหอ้ ยทา้ ย (ตาแหน่ง 6) แสดงถึงการผา่ นกรรมวธิ ี 2. เลขหอ้ ยทา้ ย (ตาแหน่ง 7) หมายถึงการผา่ นข้นั การทางาน ซ่ึงใหไ้ ดต้ ามกรรมวธิ ีซ่ึงเป็นอยกู่ บั ความแตกต่างของวสั ดุ การแบ่งหมายเลขชนิด ความหมายของ 1.เลขหอ้ ยทา้ ย ตาแหน่ง 6 หมายเลขวสั ดุ โลหะหลกั เลข กรรมวธิ ี 2.0000...2.1799 ทองแดง 0 คงเดิม 2.2000...2.2499 สงั กะสี, แคทเมียม 1 ออ่ น 2.3000...2.3499 ตะกว่ั 2 รีดเยน็ (แขง็ ปานกลาง) 2.3500...2.3999 ดีบุก 3 รีดเยน็ (แขง็ และแขง็ กวา่ ) 2.4000...2.4999 นิกเกิลโคบอล 4 ใหค้ วามร้อนแต่ไม่สามารถตกแตง่ ได้ 2.5000...2.5999 โลหะพเิ ศษ 5 ใหค้ วามร้อน สามารถตกแตง่ เยน็ ได้ 2.6000...2.6999 โลหะหล่อหลอมตวั สูง 6 warm hardening แต่ไม่สามารถตกแต่ง ได้ 3.0000...3.4999 อะลูมิเนียม 7 warm hardening สามารถตกแต่งเยน็ ได้ 3.5000...3.5999 แมกนีเซียม 8 คลายความเครียดโดยปราศจากการรีด เยน็ 3.7000...3.7999 ติตาเนียม 9 การเปลี่ยนแปลงพเิ ศษ (ตามความ ตอ้ งการ) ตวั อยา่ ง หมายเลขวสั ดุสมบูรณ์ท่ีสมบูรณ์สาหรับ NiCr 6015 ผา่ นการรีดเยน็ และคลายความเครียด 2.4867.21

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 44/75 เหล็กหล่อและเหลก็ เหนียวหล่อ GG – 26 : เหลก็ หล่อมี Ultimate strength 26daNmm2 GGG – 42 : เหลก็ หล่อ graphite กอ้ นกลม ใชห้ ล่อขอ้ เหวย่ี ง เพลาหลงั เพลาลูกเบ้ียว GS – 38 : Cast steel ultimate St.38daNmm2 ใชท้ าหางปลาเรือ GTW - 35 : ใชท้ าขอ้ งอท่อน้า 2. มาตรฐานเหลก็ อเมริกนั มาตรฐานเหล็กอเมริกนั แยกเป็น 2 มาตรฐาน คือ 2.1 มาตรฐาน AISI (The American Iron and Steel Institute) 2.2 มาตรฐาน SAE (The Society of Automotive Engineers) กาหนดมาตรฐานใชต้ วั เลข 4 ตวั เป็ นตวั กาหนด โดยตวั เลขตวั ท่ีหน่ึงบอกชนิดของเหลก็ วา่ เป็นเหล็กอะไร เลขตวั ที่สองเป็นตวั บอกปริมาณส่วนผสมในเน้ือเหลก็ และสองตวั สุดทา้ ยบอกถึงปริมาณ คาร์บอน 10 XX = เหลก็ คาร์บอนธรรมดา 11 XX = เหล็กคาร์บอนที่เหมาะสมแก่งานปาดผวิ 13 XX = เหล็กแมงกานีส (Mn 1.75%) 2 XXX = เหลก็ นิกเกิล 3 XXX = เหล็กโครเมียมและนิกเกิล 40 XX = เหลก็ โมลิบดินมั (Mo 0.2-0.25%) 41 XX = เหลก็ โมลิบดินมั (Cr < 0.95%, Mo < 0.30%) 43 XX = เหลก็ โมลิบดินมั โครเมียมและนิกเกิล (Mo 0.25%, Cr < 0.80%, Ni 1.83%) 46 XX = เหล็กโมลิบดินมั และ < 1.83% นิกเกิล 48 XX = เหลก็ โมลิบดินมั และ 3.50% นิกเกิล 5 XXX = เหล็กโครเมียม 6 XXX = เหลก็ โครเมียมและวาเนเดียม 7 XXX = เหลก็ โครเมียมและวลุ แฟรม 9 XXX = เหล็กซิลิกอนและแมงกานีส การเขียนสญั ลกั ษณ์ตามมาตรฐาน SAE

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 45/75 หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ตวั อยา่ ง SAE 2310 SAE 2 3 10 ปริมาณธาตุคาร์บอน 10/100 = 0.1% ปริมาณนิกเกิล เหล็กนิกเกิล ชื่อมาตรฐาน SAE การเขียนสัญลกั ษณ์มาตรฐานเหลก็ อเมริกนั AISI จะมีการเขียนเหมือนกบั SAE ตา่ งกนั ที่ AISI จะมี สัญลกั ษณ์ การใชเ้ ตาผลิตไวห้ นา้ ตวั เลข 4 ตวั ดงั ตวั อยา่ ง ตวั อยา่ ง AISI E 43 20 ปริมาณธาตุคาร์บอน 20/100 = 2% กลุ่มเหลก็ ผสมโมลิบดินมั , โครเนียม และนิกเกิล ชนิดเตาไฟฟ้ า ชื่อมาตรฐาน สญั ลกั ษณ์เตาผลิตเหลก็ A = เตา Bessemer ชนิดด่าง B = เตา Bessemer ชนิดกรด C = เตา Open Hearth ชนิดด่าง D = เตา Open Hearth ชนิดกรด E = เตาไฟฟ้ า (Electric Furnace) มาตรฐาน AISI จะกาหนดมาตรฐานดงั ท่ีกล่าวมาแลว้ สถาบนั AISI ยงั กาหนดมาตรฐานเหล็กลา้ เครื่องมือตามลกั ษณะเทคนิคการชุบแขง็ ซ่ึงปัจจุบนั ไดร้ ับการยอมรับจากผใู้ ชเ้ ป็นจานวนมาก โดยแบ่งเหล็ก เครื่องมือออกเป็ น 7 กลุ่ม คือ - เหล็กลา้ ชุบแขง็ ดว้ ยน้า (Water Hardening) ใชส้ ญั ลกั ษณ์ “W’ โดยแบ่งตามปริมาณคาร์บอน ได้ 3 กลุ่ม คือ กลุ่มแรกมีปริมาณคาร์บอน 0.6-0.75% กลุ่มน้ีจะใหค้ วามสาคญั ความเหนียวมากกวา่ ความแขง็ กลุ่มท่ีสองมีปริมาณคาร์บอน 0.75-0.95% ใหค้ วามสาคญั ความเหนียวและความแขง็ อยใู่ นเกณฑป์ านกลาง กลุ่มสามมีปริมาณ 0.95-1.4% กลุ่มน้ีใหค้ วามสาคญั กบั ความแขง็ สูง เหล็กเกรด “W” แบง่ ตามช้นั คุณภาพจะมี อยู่ 4 ช้นั คุณภาพ คือ W1, W2, W4 และ W5 (รายละเอียดศึกษาจากคู่มือ)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนที่ 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 46/75 - เหล็กกลา้ ทนแรงกระแทก (Shack – resisting) ใชส้ ัญลกั ษณ์ “S” ใชส้ าหรับงานท่ีมีการ กระแทกซ้า ๆ กนั มีความเหนียวเป็นพเิ ศษมาตรฐานน้ี แบ่งช้นั คุณภาพออกเป็น 7 ช้นั คือ S1-S7(รายละเอียด ศึกษาจากคู่มือ) - เหลก็ กลา้ เคร่ืองมืองานเยน็ (Color Work Tool Steel) เป็นหลกั ใชท้ าเคร่ืองมือตดั สาหรับใช้ งาน ณ อุณหภมู ิปกติ เช่น กรรไกรตดั เหลก็ งานแมพ่ ิมพต์ ดั โลหะ เป็นตน้ สญั ลกั ษณ์แบ่งเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มแรกใชส้ ญั ลกั ษณ์ “O” มี 4 ช้นั คุณภาพ O1, O2, O6, O7 เหล็กกลุ่มมีจะชุบแขง็ ดว้ ยน้ามนั (Oil hardening) กลุ่มท่ีสองใชส้ ญั ลกั ษณ์ “A” คือ ตอ้ งชุบแขง็ ดว้ ยลม (Air hardening) แบง่ ช้นั คุณภาพเป็น 8 ช้นั คุณภาพ คือ A2-A10 กลุ่มสามใชส้ ญั ลกั ษณ์ “D” เป็นเหลก็ ท่ีมีส่วนผสมธาตุคาร์บอนและโครเมียมสูงทาใหท้ นการศึกหรอ ไดเ้ ป็นพเิ ศษ แบง่ ช้นั คุณภาพออกเป็น 5 ช้นั คุณภาพต้งั แต่ D2-D7 - เหลก็ กลา้ เครื่องมืองานร้อน (Hot Working Tool Steel) ใชส้ าหรับงานทาเคร่ืองมือ ใชง้ าน ขณะร้อน (Hot Working) ใชส้ ญั ลกั ษณ์ “H” แบ่งช้นั คุณภาพเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มแรก เป็นช้นั คุณภาพต้งั แต่ H10-H19 ชุบแขง็ โดยน้ามนั หรือลม ความแขง็ หลงั ชุบ 40-50 HRC. กลุ่มสอง คือ ช้นั คุณภาพ H21- H26 ชุบดว้ ย น้าหรือน้ามนั ความแขง็ หลงั ชุบเทา่ กบั กลุ่มแรกแตส่ ามารถรักษาคุณสามบตั ิทางดา้ นความแขง็ ณ อุณหภูมิที่สูง กวา่ กลุ่มสามช้นั คุณภาพ H41-H43 มีคุณสมบตั ิพิเศษกวา่ กลุ่มแรก ตา้ นทานการแตกร้าวไดด้ ีกวา่ และมีราคาถูก กวา่ การชุบตอ้ งใชเ้ ตาท่ีควบคุมบรรยากาศ - เหลก็ กลา้ เครื่องมือความเร็วสูง (High Speed Tool Steels) เป็นวสั ดุสาหรับสร้างเคร่ืองมือตดั เช่น ดอกสวา่ น มีด กลึง กดั ฯลฯ มาตรฐาน AISI จดั เหล็กกลุ่มน้ีออกเป็น 2 กลุ่มคือ กลุ่มแรก คือ กลุ่ม ทงั สเตนเป็ นหลกั (Tungsten Base) ใชส้ ญั ลกั ษณ์ “T” แบ่งออกเป็ นช้นั คุณภาพได้ 7 ช้นั ต้งั แต่ T1-T15( รายละเอียดศึกษาจากคู่มือ) - เหล็กกลา้ เครื่องมือแม่พิมพพ์ ลาสติก (Plastic Mold Steed) เป็นเหลก็ มาตรฐานผลิตข้ึนมาใช้ สาหรับทาแมพ่ ิมพพ์ ลาสติก ใชส้ ญั ลกั ษณ์ “P” แบง่ ออกตามการอบชุบได้ 3 กลุ่ม คือ กลุ่มแรก เป็นเหลก็ ที่ผา่ น การชุบแขง็ มาก่อน ช้นั คุณภาพ P20 และ P21สามารถนาไปใชง้ านไดเ้ ลย กลุ่มที่สองเป็นเหล็กท่ีใชส้ าหรับการ ชุบแขง็ พ้นื ผวิ (Case Hardening Steel) ช้นั คุณภาพมีต้งั แต่ P2-P5 กลุ่มสาม คือ กลุ่มที่ใชส้ าหรับงานที่มีแรง กดดนั มากและความแขง็ ที่ผวิ สูง การควบคุมขนาดภายหลงั การชุบแขง็ ที่แน่นอนสามารถชุบแขง็ ใหค้ วามแขง็ ท้งั ชิ้นไมป่ รากฎมาตรฐานในกลุ่ม P แต่จะอยใู่ นกลุ่มหลกั กลา้ ไร้สนิทมาร์เทนซิติก (AIAI 420)(ดูรายละเอียด จากคู่มือ) - เหลก็ กลา้ เคร่ืองมือพเิ ศษ (Special Purpose Tool Steel) เป็ นเหล็กกลา้ ท่ีผลิตข้ึนมามี จุดประสงคก์ ารใชง้ านเฉพาะดา้ น สามารถแบ่งได้ 2 กลุ่มคือ กลุ่มสญั ลกั ษณ์ “L” ประกอบดว้ ยส่วนผสมธาตุ คาร์บอน 0.5-1.0% มีธาตุหลกั คือโครเมียม 0.75-1.5% มี 3 ช้นั คุณภาพ คือ L2, L3, L6 (รายละเอียดดูจากคูม่ ือ) ส่วนกลุ่มสญั ลกั ษณ์ “F” มี 2 ช้นั คุณภาพ ธาตุผสมหลกั มีเพียงธาตุเดียวคือทงั สเตน จึงใหค้ ุณภาพทางดา้ น ความแขง็ สูงกวา่ เหลก็ เกรด W หลายเทา่ แบ่งช้นั คุณภาพออกเป็ น 2 ช้นั คือ F1 และ F2 (รายละเอียดดูจากคูม่ ือ)

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 47/75 หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ 3. มาตรฐานญ่ีป่ ุน (JIS : Japanese Industrial Standard) ระบบญ่ีป่ ุนตามมาตรฐาน JIS การกาหนดมาตรฐานแบง่ ตามลกั ษณะของการใชง้ านออกเป็น หมวดหมู่ ซ่ึงแตล่ ะประเภทหรือชนิดจะมีสัญลกั ษณ์เขียนระบุไว้ ดงั ตวั อยา่ งเช่น JIS G 4 4 0 1 - SK1 สญั ลกั ษณ์แทนประเภทของเหลก็ ตวั แยกชนิดของเหลก็ ตามส่วนสดั ตวั อยา่ งประเภทของเหลก็ ในกลมุ่ น้นั ๆ หมายถึงกลุ่มประเภทของเหลก็ หมายถึงประเภทของผลิตภณั ฑอ์ ตุ สาหกรรม มาตรฐานของญ่ีป่ ุน อกั ษรเป็นตวั บอกถึงวา่ เป็นผลิตภณั ฑอ์ ุตสาหกรรมประเภทใด เช่น A หมายถึง งานวศิ วกรรม ก่อสร้าง และสถาปัตย,์ G หมายถึงโลหะประเภทเหลก็ และโลหะ เป็นตน้ ตวั เลขตวั แรกหมายถึงกลุ่มประเภทของเหล็กซ่ึงไดแ้ ก่ 0 = หมายถึงเร่ืองทว่ั ๆ ไป 1 = วธิ ีวเิ คราะห์ 2 = วตั ถุดิบเหล็กดิบ ธาตุผสม 3 = เหล็กกลา้ คาร์บอน 4 = เหล็กกลา้ ผสม 5 = เหล็กกลา้ หล่อและเหลก็ หล่อ 9 = เบด็ เตลด็ และคาแนะนา ตวั เลขที่สอง หมายถึงตวั บง่ หรือแยกประเภทของเหลก็ กลุ่มน้นั ๆ ไดแ้ ก่ 1 = เหล็กกลา้ ผสมนิกเกิล-โครเมียม โครเมียม-โมลิบดินมั 2 = เหล็กกลา้ ผสมอลูมิเนียม-โครเมียม โครเมียม-โมลิบดินมั 3 = เหล็กไร้สนิม (เป็ นแทง่ )

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 48/75 4 = เหลก็ เคร่ืองมือ 8 = เหล็กทาสปริง 9 = เหลก็ กลา้ ตา้ นทานการกกั ร่อนและความร้อน ตวั เลขสองตวั สุดทา้ ย จะเป็นตวั แยกชนิดของเหลก็ ตามส่วนผสมของธาตุท่ีมีอยใู่ นเหล็กน้นั ไดแ้ ก่ 01 = เหลก็ เคร่ืองมือคาร์บอน 02 = เหล็กรอบสูง 03 = เหลก็ เครื่องมือผสม สญั ลกั ษณ์ SK1 เป็นสญั ลกั ษณ์ใชเ้ ขียนแทนชนิดของเหล็ก ซ่ึงในท่ีน้ี SK1 หมายถึงเหล็กเคร่ืองมือ คาร์บอน ตวั อยา่ งมาตรฐาน JIS Jis G 4401 เหลก็ เคร่ืองมือคาร์บอน (Carbon Tool Steel) สัญลกั ษณ์ SK1-SK7 SK 1 1.30-1.50C, 0.50 Si, 0.50 Mn, 0.30 P, 0.030 S ใชท้ าเครื่องมือตดั ใบมีดโกน ตะไบคมมีด SK 2 1.10-1.30C, 0.35Si, 0.50Mn, 0.030P, 0.030S ใชท้ าคตั เตอร์ ดอกสวา่ น SK 3 1.00-1.10C, 0.35Si, 0.50Mn, 0.030P, 0.030S ใชท้ าดอกตดั เกลียว เล่ือยมือ เกจวดั Jis G 4403 เหล็กกลา้ ไฮสปี ด (High Speed Tool Steel) สัญลกั ษณ์ SKH SKH 2 0.70-0.85C, 0.4Si, 0.4Mn, 0.03P, 0.03S, 3.8-415Cr, 17-19W, 0.8-1.2V ใชท้ าเคร่ืองมือตดั ทว่ั ๆ ไป สาหรับงานตดั ที่ตอ้ งใชค้ วามเร็วรอบสูง SKH 3 0.7-0.85C, 0.4Si, 0.4Mn, 0.03P, 0.03S, 3.8-4.5Cr, 17-19W, 0.8-1.2V, 4.5-5.5Co ใชท้ า เครื่องมือตดั ตา่ ง ๆ Jis G 4404 เหล็กเครื่องมือประสม (Alloy Tool Steel) สญั ลกั ษณ์ SKS SKS 1 1.30-1.40C, 0.5-1.0Cr, 4.0-5.0W ใชท้ าเคร่ืองมือตดั และแม่พมิ พ์ SKS 2 1.00-1.10C, 0.50-1.00Cr, 1.00-1.50W ใชท้ าดอกทาเกลียวใน ดอกสวา่ น คตั เตอร์ แม่พมิ พข์ ้ึนรูป SKS 4 ใชท้ าสกดั แม่พมิ พต์ วั ผู้ (Punch) SKS 5 ใชท้ าเล่ือนวงเดือน เลื่อยสายพาน SKS 7 ใชท้ าเลื่อยมือ Jis G 4801 เหลก็ ทาสปริง สญั ลกั ษณ์ SUP 3 ใชท้ าสปริงแผน่ บาง SUP 4 ใชท้ าสปริงขด Jis G 4804 เหล็กคาร์บอนธรรมดา (Resulphurized Carton Steel) สัญลกั ษณ์ SUM Jis G 4805 เหล็กกลา้ ทาแบร่ิง คาร์บอน-โครเมียม สญั ลกั ษณ์ SUJ

วชิ า : วสั ดุช่างอตุ สาหกรรม หน่วยการเรียนท่ี 2 : โลหะ ใบเนือ้ หา 49/75 Jis G 5101 เหล็กกลา้ หล่อ (Carbon Steel Casting) สัญลกั ษณ์ SC SC 37 SC 42 ใชท้ าชิ้นส่วนมอเตอร์ไฟฟ้ า Jis G 4901 ใชท้ าโครงสร้างเคร่ืองจกั รทว่ั ๆ ไป Jis G 5121 Jis G 5122 เหลก็ กลา้ ประสมทนต่อการกดั กร่อน และความร้อน สัญลกั ษณ์ NCP Jis G 5501 Jis G 5502 เหล็กไร้สนิมหล่อ สญั ลกั ษณ์ SCS Jis G 5702 Jis G 5703 เหล็กกลา้ หล่อตา้ นทานความร้อน สัญลกั ษณ์ SCH Jis G 3103 Jis G 3302 เหล็กหล่อสีเทา สญั ลกั ษณ์ FC Jis G 3112 Jis G 3350 เหล็กหล่อแกรไฟตก์ อ้ นกลม สัญลกั ษณ์ FCD เหลก็ หล่อมลั ลิเอเบิ้ล สีดา สญั ลกั ษณ์ FCNB เหลก็ หล่อมลั ลิเอเบิล้ สีขาว สัญลกั ษณ์ FCMW เหลก็ รีดสาหรับโครงสร้างทว่ั ไป สัญลกั ษณ์ SS แผน่ เหล็กชุบสงั กะสี สัญลกั ษณ์ SPG เหล็กเส้นงานก่อสร้าง สัญลกั ษณ์ SDC เหล็กท่อ ไลทเ์ กจ สญั ลกั ษณ์ SSC 4. มาตรฐานเหลก็ ไทย (มอก.) สาหรับประเทศไทยเรามีมาตรฐานผลิตภณั ฑอ์ ุตสาหกรรมเรียกกนั ยอ่ ๆ วา่ มอก. ซ่ึงสาหรับ มาตรฐานเหล็ก Standard for structural steel มีแยกไวเ้ ป็นหมวดหมู่ตามลกั ษณะการใชง้ าน สามารถใชง้ าน สามารถเปิ ดหาดูไดจ้ ากคู่มือมาตรฐานผลิตภณั ฑอ์ ุตสาหกรรม กระทรวงอุตสาหกรรม ในเร่ืองของเหล็กตาม เลขที่ มอก. ตวั อยา่ งเลขที่ มอก. เลขที่ มอก. 107-2517 เหล็ก 528-2527 เหลก็ กลวงสาหรับการก่อสร้าง เหล็กกลา้ ละมุนรีดร้อน