การอบชุบด้วยความร้อน

การอบชุบความร้อนของชิ้นงานหล่อขึ้นรูปที่มีความแม่นยำสูง เป็นเทคโนโลยีการแปรรูปโลหะที่ใช้การควบคุมความร้อนและความเย็นเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพโดยไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการใช้ความร้อนหรือความเย็น โดยปกติจะใช้ที่อุณหภูมิสูงมาก เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ เช่น การทำให้โลหะแข็งขึ้นหรืออ่อนลง เทคนิคการอบชุบความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การอบอ่อน การชุบแข็งผิว การอบคืนตัว และการชุบแข็ง อันที่จริง คำว่าการอบชุบความร้อนใช้ได้เฉพาะกับกระบวนการที่การให้ความร้อนและความเย็นทำขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติโดยตั้งใจเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การให้ความร้อนและความเย็นบางครั้งเกิดขึ้นโดยบังเอิญในขั้นตอนการผลิตอื่นๆ เช่น การขึ้นรูปด้วยความร้อนหรือการเชื่อม

โดยหลักแล้ว การอบชุบด้วยความร้อนเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ แต่ก็สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนแปลงวัตถุประสงค์ในการผลิตบางอย่างได้ เช่น การปรับปรุงการกลึง การปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูป และการคืนความยืดหยุ่นหลังจากกระบวนการขึ้นรูปเย็น ดังนั้นจึงเป็นกระบวนการผลิตที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับวิธีการผลิตอื่นๆ และยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์โดยการเพิ่มความแข็งแรงหรือคุณลักษณะอื่นๆ ที่พึงประสงค์ได้อีกด้วย

กระบวนการอบชุบความร้อนพื้นฐานสี่ประเภทที่ใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ การอบอ่อน (Annealing), การปรับสภาพปกติ (Normalizing), การชุบแข็ง (Hardening) และการอบคืนตัว (Tempering)

เทคนิคที่ใช้ในแต่ละวิธีและความเกี่ยวข้องกับคนงานเหล็กมีรายละเอียดดังต่อไปนี้:

โดยทั่วไป การอบอ่อนเป็นกระบวนการตรงข้ามกับการชุบแข็ง โลหะจะถูกอบอ่อนเพื่อลดความเครียดภายใน ทำให้โลหะอ่อนตัวลง มีความยืดหยุ่นมากขึ้น และปรับโครงสร้างเกรนให้ละเอียดขึ้น การอบอ่อนประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่โลหะจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด คงอุณหภูมินั้นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงทำให้โลหะเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง กระบวนการทำให้เย็นลงขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะและคุณสมบัติที่ต้องการ โลหะบางชนิดต้องทำให้เย็นลงในเตาเผา ในขณะที่บางชนิดสามารถทำให้เย็นลงได้โดยการฝังไว้ในเถ้า ปูนขาว หรือวัสดุฉนวนอื่นๆ

การเชื่อมโลหะทำให้เกิดบริเวณที่มีโลหะหลอมเหลวอยู่ติดกับบริเวณที่อุณหภูมิห้อง เมื่อรอยเชื่อมเย็นตัวลง จะเกิดความเครียดภายใน ส่งผลให้เกิดความเปราะและจุดแข็ง การเชื่อมโลหะอาจทำให้โลหะอ่อนแอลงได้ การอบอ่อนเป็นเพียงหนึ่งในเทคนิคที่ใช้แก้ไขปัญหาเหล่านี้

การอบชุบแบบนอร์มาไลซิ่ง (Normalizing) เป็นกระบวนการอบชุบความร้อนชนิดหนึ่งที่ใช้ได้เฉพาะกับโลหะเหล็กเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากการอบอ่อน (Annealing) ตรงที่การอบชุบแบบนอร์มาไลซิ่งจะให้ความร้อนแก่โลหะจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่า จากนั้นจึงนำออกจากเตาเพื่อระบายความร้อนด้วยอากาศ

วัตถุประสงค์พื้นฐานของการทำให้เป็นปกติ (normalizing) คือการขจัดความเค้นภายในที่เกิดจากการอบชุบด้วยความร้อน การเชื่อม การหล่อ การตีขึ้นรูป การขึ้นรูป หรือการกลึง หากไม่ควบคุม ความเค้นอาจทำให้โลหะเสียหายได้ ดังนั้น ก่อนที่จะทำการชุบแข็งเหล็ก ควรทำให้เป็นปกติก่อนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำไม่จำเป็นต้องทำให้เป็นปกติ แต่หากทำให้เป็นปกติแล้วก็ไม่ก่อให้เกิดผลเสียใดๆ โดยปกติแล้ว ชิ้นงานหล่อจะถูกอบอ่อน (annealing) แทนการทำให้เป็นปกติ อย่างไรก็ตาม ชิ้นงานหล่อบางชนิดจำเป็นต้องทำให้เป็นปกติ

เหล็กที่ผ่านกระบวนการนอร์มาไลเซชันจะแข็งแรงและแข็งกว่าเหล็กที่ผ่านกระบวนการอบอ่อน ในสภาวะนอร์มาไลเซชัน เหล็กจะมีความแข็งแกร่งกว่าในสภาวะโครงสร้างอื่นๆ มาก ชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกระแทกและชิ้นส่วนที่ต้องการความเหนียวสูงสุดพร้อมความต้านทานต่อแรงภายนอกมักจะผ่านกระบวนการนอร์มาไลเซชัน ในกระบวนการนอร์มาไลเซชัน มวลของโลหะมีผลต่ออัตราการเย็นตัวและโครงสร้างที่ได้ ชิ้นส่วนที่บางกว่าจะเย็นตัวเร็วกว่าและแข็งแรงกว่าหลังจากผ่านกระบวนการนอร์มาไลเซชันแล้วเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่หนากว่า

การชุบแข็งโลหะประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด แล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยการจุ่มลงในน้ำมัน น้ำเกลือ หรือน้ำ เหล็กส่วนใหญ่ต้องทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (การชุบแข็ง) เพื่อให้แข็งตัว แต่เหล็กบางชนิดสามารถทำให้เย็นลงในอากาศได้โดยให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกัน แม้ว่าการชุบแข็งจะช่วยเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเหล็ก แต่ก็ทำให้ความยืดหยุ่นลดลง โดยทั่วไปแล้ว เหล็กที่แข็งกว่าจะเปราะกว่า เพื่อลดความเปราะบางส่วน เหล็กควรได้รับการอบคืนตัวหลังจากชุบแข็งแล้ว

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กหลายชนิดสามารถทำให้แข็งขึ้นได้ และความแข็งแรงสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการให้ความร้อนอย่างควบคุมและทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว ในกรณีนี้ กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าการอบชุบด้วยความร้อน แทนที่จะเรียกว่าการทำให้แข็ง

หลังจากชุบแข็งแล้ว เหล็กโดยทั่วไปจะมีความแข็งเกินความต้องการและเปราะเกินไปสำหรับการใช้งานในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ นอกจากนี้ ยังเกิดความเค้นภายในอย่างรุนแรงในระหว่างการเย็นตัวอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิการชุบแข็ง เพื่อลดความเค้นภายในและลดความเปราะ เหล็กควรได้รับการอบคืนตัวหลังจากชุบแข็งแล้ว กระบวนการอบคืนตัวประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด (ต่ำกว่าอุณหภูมิการชุบแข็ง) คงอุณหภูมินั้นไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงทำให้เย็นตัวลง โดยทั่วไปจะใช้อากาศ ความแข็ง ความแข็งแรง และความยืดหยุ่นขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เหล็กได้รับความร้อนในระหว่างการอบคืนตัว

โดยหลักแล้ว การอบคืนตัวทำเพื่อลดความเปราะที่เกิดจากการชุบแข็ง และเพื่อสร้างคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะในเหล็ก การอบคืนตัวจะทำหลังจากกระบวนการชุบแข็งเสมอ ไม่ใช่ทำก่อน นอกจากจะช่วยลดความเปราะแล้ว การอบคืนตัวยังช่วยทำให้เหล็กอ่อนตัวลง ซึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และปริมาณความแข็งที่ลดลงนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เหล็กได้รับความร้อนในระหว่างกระบวนการอบคืนตัว

การอบคืนตัวจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดวิกฤตต่ำสุดของเหล็กเสมอ ในแง่นี้ การอบคืนตัวจึงแตกต่างจากการอบอ่อน การทำให้เป็นปกติ และการชุบแข็ง ซึ่งใช้อุณหภูมิที่สูงกว่าจุดวิกฤตสูงสุด

บริษัท Ningbo Investment Casting ให้บริการการอบชุบความร้อนที่มีความแม่นยำสูง ด้วยความร่วมมือระยะยาวกับพันธมิตรผู้เชี่ยวชาญด้านการอบชุบความร้อน เราจึงสามารถให้บริการวิธีการอบชุบความร้อนต่อไปนี้ด้วยต้นทุนที่ต่ำ:

1. การทำให้เป็นมาตรฐาน: การให้ความร้อนแก่ชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์หล่อจนถึงหรือสูงกว่าอุณหภูมิจุดวิกฤตและคงอุณหภูมิไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงปล่อยให้เย็นลงในอากาศเพื่อให้ได้เนื้อเยื่อเพอร์ไลต์ จุดประสงค์ของการทำนอร์มาไลเซชันคือเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ปรับปรุงความสามารถในการตัดเฉือน ปรับขนาดเกรนให้ละเอียด ขจัดข้อบกพร่องของเนื้อเยื่อ และเตรียมพร้อมสำหรับการอบชุบความร้อนขั้นต่อไป การทำนอร์มาไลเซชันเหมาะสมกว่าสำหรับชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์หล่อเหล็กกล้าคาร์บอนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม และชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์หล่อเหล็กกล้าผสมที่มีความหนา ขนาดใหญ่ และซับซ้อน

2. การอบอ่อน: การอบอ่อนเป็นวิธีการอบชุบความร้อนชนิดหนึ่งที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์หล่อจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง การอบอ่อนส่วนใหญ่ใช้เพื่อลดความแข็ง เพิ่มความยืดหยุ่นสำหรับการขึ้นรูปต่อไป และลดความเค้นตกค้างของชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์หล่อ

3. การอบชุบความร้อน: ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น ความต้านทานการแตกร้าว ความอ่อนตัว และความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ ด้วยการให้ความร้อนซ้ำอย่างควบคุม เราสามารถลดความเปราะของชิ้นงานหล่อขึ้นรูปได้อย่างรวดเร็ว

4. การชุบแข็ง: การชุบแข็งเป็นกระบวนการทำให้ชิ้นงานหล่อขึ้นรูปเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว โดยส่วนใหญ่มักทำเพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นมาร์เทนไซต์ ในโลหะผสมเหล็ก การชุบแข็งมักจะทำให้โลหะแข็งขึ้น ในขณะที่โลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กมักจะอ่อนตัวลงกว่าปกติ ในการทำให้แข็งด้วยการชุบแข็ง ชิ้นงานหล่อขึ้นรูป (โดยปกติคือเหล็กกล้าหรือเหล็กหล่อ) ต้องถูกทำให้ร้อนสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตบน แล้วจึงทำให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว

ความสนใจ: อย่างไรก็ตาม โลหะหล่อที่ไม่ใช่เหล็กส่วนใหญ่ เช่น โลหะผสมของทองแดง อะลูมิเนียม หรือนิกเกล และเหล็กหล่ออัลลอยสูงบางชนิด เช่น เหล็กหล่อสแตนเลสออสเทนิติก (304, 316) จะเกิดผลตรงกันข้ามเมื่อผ่านกระบวนการชุบแข็ง คือจะอ่อนตัวลง ส่วนเหล็กหล่อสแตนเลสออสเทนิติกจะต้องผ่านกระบวนการชุบแข็งเพื่อให้ทนต่อการกัดกร่อนได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากจะแข็งตัวขึ้นอย่างมากเมื่อใช้งาน

5. การอบชุบด้วยคาร์บอน: การคาร์บูไรซิ่งเป็นกระบวนการนำธาตุคาร์บอนเข้าสู่พื้นผิวของชิ้นงานหล่อขึ้นรูป กระบวนการนี้จะช่วยเพิ่มความแข็งของพื้นผิวและความต้านทานการสึกหรออย่างมากโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของคาร์บอนในผลิตภัณฑ์ แต่ยังคงรักษาความแข็งต่ำไว้ภายใน

6. การอบชุบและการทำให้แข็ง: กระบวนการอบชุบความร้อนแบบผสมผสานโดยการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงของชิ้นงานหล่อขึ้นรูป วิธีการอบชุบความร้อนแบบนี้มักใช้เพื่อเพิ่มความแข็งทั้งพื้นผิวและภายในของชิ้นงานหล่อขึ้นรูปที่มีความแม่นยำสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนสึกหรอที่ใช้ทดแทนชิ้นส่วนเดิม

7. การชุบแข็งผิว: วิธีการนี้เรียกอีกอย่างว่าการชุบแข็งผิวหน้า โดยเป็นการเติมธาตุเพิ่มความแข็งลงบนพื้นผิวของชิ้นงานหล่อขึ้นรูป เพื่อสร้างชั้นป้องกันเพิ่มเติม

ข้างต้นเป็นวิธีการอบชุบความร้อนหลักๆ ที่ระบุไว้สำหรับชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์ การอบชุบความร้อนจะดำเนินการโดยส่วนใหญ่ตามการใช้งานของชิ้นงานหล่อแบบแม่พิมพ์ หากคุณไม่คุ้นเคยกับการอบชุบความร้อน โปรดติดต่อเรา วิศวกรของเราจะแนะนำวิธีการที่เหมาะสมหากผลิตภัณฑ์ของคุณต้องการบริการนี้

ติดต่อเราได้ที่ sales@nbinvestmentcasting.com เมื่อคุณต้องการใช้บริการอบชุบความร้อนของเรา