รายละเอียดเกี่ยวกับการขึ้นรูปด้วยการอบชุบความร้อนของท่อเหล็ก

ประการแรก ความเครียดจากการดับเย็นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติและรูปร่าง
ความเครียดจากการชุบแข็ง (การบิดเบี้ยว) มีสองประเภท คือ การเปลี่ยนแปลงขนาดและการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (การเสียรูป) การเปลี่ยนแปลงขนาดหมายถึงการเปลี่ยนแปลงขนาดที่เกิดจากการขยายตัวหรือการหดตัวอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงสถานะระหว่างการชุบแข็ง โดยส่วนใหญ่หมายถึงการเสียรูปที่คล้ายคลึงกัน เช่น การยืด การหด การหนาขึ้น และการบางลง ส่วนการเสียรูปส่วนใหญ่เกิดจากการหย่อนตัวเนื่องจากน้ำหนักของชิ้นส่วนและการเสียรูปเนื่องจากความเค้น เช่น การเสียรูปที่ไม่คล้ายคลึงกัน เช่น การบิดเบี้ยว การโค้งงอ และการบิดตัว แน่นอนว่าหากขนาดเปลี่ยนแปลง รูปร่างก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ดังนั้นจึงมักเกิดความสับสนว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงขนาดหรือการเสียรูป และการเปลี่ยนแปลงขนาดและการเสียรูปมักทับซ้อนกัน การใช้คำว่าความเครียดจากการชุบแข็งจึงเหมาะสมที่สุด ในทางโลหะวิทยา ความเครียดจากการชุบแข็งหมายถึงสภาวะที่ผลรวมของความเค้นที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนหลังการอบชุบความร้อนมีแนวโน้มเข้าใกล้ศูนย์
การเกิดความเครียดจากการดับเย็นนั้นเกี่ยวข้องกับสามขั้นตอน:
① การให้ความร้อน (โดยพิจารณาจากการกำจัดความเครียดภายใน)
② ฉนวน (หย่อนคล้อยเนื่องจากน้ำหนักของตัวเอง เช่น การโค้งงอ)
③ การระบายความร้อน (โดยอาศัยการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอและการเปลี่ยนแปลงเฟส) ทั้งสามขั้นตอนนี้ทับซ้อนกันและในที่สุดจะนำไปสู่ความเครียดจากการดับเย็นของชิ้นส่วน

ประการที่สอง คำถาม 6 ข้อเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงมิติ
1. สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงขนาดคืออะไร: โดยทั่วไป การเปลี่ยนแปลงขนาดเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เช่น การขยายตัวและการหดตัวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเฟส การขยายตัวเกิดขึ้นเมื่อการชุบแข็งทำให้เกิดมาร์เทนไซต์ ในขณะที่การหดตัวเกิดขึ้นเมื่อเกิดออสเทนไซต์ที่เหลืออยู่ และปริมาณการหดตัวจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณออสเทนไซต์ที่เหลืออยู่ เมื่อทำการอบคืนตัว โดยทั่วไปจะเกิดการหดตัว และเหล็กอัลลอยที่ผ่านการอบคืนตัวและชุบแข็งหลายครั้งจะเกิดการขยายตัว นอกจากนี้ เมื่อทำการอบชุบเย็น มาร์เทนไซต์ของออสเทนไซต์ที่เหลืออยู่จะขยายตัว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาด ปริมาตรจำเพาะของโครงสร้างเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้น ยิ่งปริมาณคาร์บอนมาก การเปลี่ยนแปลงขนาดก็จะยิ่งมากขึ้น
2. การเปลี่ยนแปลงของวัสดุและมิติ: การเปลี่ยนแปลงมิติ (ความเครียดจากการชุบแข็ง) ที่เกิดจากการชุบแข็งนั้นแตกต่างกันไปตามวัสดุของเหล็ก P, Mo, Cr, C และ Mn มีอิทธิพลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงมิติ ในขณะที่ Si และ Ni มีอิทธิพลน้อย เหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือวัดและตัด SKS3 และ SKS31 (เหล็กกล้าเครื่องมือ W-Cr-Mn) เป็นเหล็กกล้าที่มีการเสียรูปจากการชุบแข็งน้อย และบางครั้งเรียกว่าเหล็กกล้าที่ไม่เกิดความเครียดจากการชุบแข็ง ประการที่สอง เส้นการไหลของพลาสติกของเหล็กมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงมิติจากการชุบแข็ง ตามทิศทางของเส้นการไหลของพลาสติก นั่นคือทิศทางตามยาว การเปลี่ยนแปลงมิติจะมาก ในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางตามยาว นั่นคือทิศทางตามขวาง การเปลี่ยนแปลงมิติจะน้อย ดังนั้น เมื่อเลือกวัสดุ จึงจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับความสม่ำเสมอของทิศทางเส้นการไหลของพลาสติก นอกจากนี้ การแยกตัวเชิงเส้นของคาร์ไบด์ยังส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงมิติด้วย
3. การชุบแข็งและการเปลี่ยนแปลงขนาด
(1) การเปลี่ยนแปลงมิติที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเท่านั้น: เมื่อชิ้นส่วนเหล็กถูกชุบแข็ง จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่างๆ ขึ้น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมิติ เมื่อโครงสร้างออสเทนไนต์เปลี่ยนเป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์ (การชุบแข็งอย่างสมบูรณ์) การเปลี่ยนแปลงมิติ (การขยายตัว) ของชิ้นส่วนจะมากที่สุด เมื่อโครงสร้างออสเทนไนต์เปลี่ยนเป็นโครงสร้างเบนไนต์ การเปลี่ยนแปลงมิติจะประมาณ 1/3 ของกรณีข้างต้น และเมื่อเปลี่ยนเป็นโครงสร้างเพิร์ลไลต์ (การอบอ่อน) การเปลี่ยนแปลงมิติจะประมาณ 1/4 ของกรณีข้างต้น นอกจากนี้ การขยายตัวที่เกิดจากมาร์เทนไซต์จะเพิ่มขึ้นตามปริมาณคาร์บอนในเหล็กที่เพิ่มขึ้น
(2) อิทธิพลของออสเทนไนต์ที่คงเหลืออยู่: เนื่องจากผลของการชุบแข็ง แม้ว่าจะมีออสเทนไนต์เหลืออยู่เพียงเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงมิติที่เกิดจากการขยายตัวก็จะลดลงตามไปด้วย ดังนั้น การมีออสเทนไนต์คงเหลืออยู่เพียงเล็กน้อยจึงทำให้การเปลี่ยนแปลงมิติลดลง อย่างไรก็ตาม การมีออสเทนไนต์คงเหลืออยู่จะลดความแข็งในการชุบแข็งและจะทำให้เกิดการเสียรูปจากการบ่มเมื่อวางไว้ที่อุณหภูมิห้อง
(3) อิทธิพลของคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย: ในระหว่างการให้ความร้อนแบบดับเย็น คาร์ไบด์ที่ละลายในออสเทนไนต์จะมีน้อยลง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ คาร์ไบด์ที่คงเหลืออยู่จะมีมากเท่าใด การเปลี่ยนแปลงมิติก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงรูปร่างและชนิดของคาร์ไบด์ที่คงเหลืออยู่เองนั้นไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ดังนั้นจึงไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงมิติ
(4) ผลของการบำบัดด้วยความเย็น: เมื่อทำการบำบัดด้วยความเย็น ปริมาณออสเทนไนต์ที่คงเหลือจะลดลง และปริมาณมาร์เทนไซต์จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงมิติที่ขยายตัว
4. การอบชุบและการเปลี่ยนแปลงขนาด
(1) การสลายตัวของมาร์เทนไซต์: การสลายตัวของมาร์เทนไซต์ที่เกิดจากการอบคืนตัวเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงขนาดที่หดตัว ปริมาณการเปลี่ยนแปลงขนาดจะแตกต่างกันไปตามปริมาณคาร์บอนของมาร์เทนไซต์ ยิ่งปริมาณคาร์บอนของมาร์เทนไซต์สูง การเปลี่ยนแปลงขนาดก็จะยิ่งมากขึ้น อย่างไรก็ตาม หากพิจารณาสภาพก่อนการชุบแข็งเป็นเกณฑ์มาตรฐาน การเปลี่ยนแปลงขนาดโดยรวมหลังจากการชุบแข็งและการอบคืนตัวก็ยังคงเป็นการขยายตัวในที่สุด
(2) ผลของคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย: หากมีคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย ปริมาณคาร์บอนของออสเทนไนต์จะลดลง และคาร์ไบด์เองก็ไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงมิติ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงมิติในขั้นตอนแรกของการอบคืนตัว (การอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200) จึงเป็นการหดตัว
(3) ผลของออสเทนไนต์ที่คงเหลืออยู่: หากมีออสเทนไนต์คงเหลืออยู่ การเปลี่ยนแปลงขนาดที่เกิดจากการอบคืนตัวจะมีน้อย เมื่ออุณหภูมิการอบคืนตัวสูงกว่า 200℃ ออสเทนไนต์คงเหลือจะเปลี่ยนเป็นเบนไนต์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดจากการขยายตัว ดังนั้น ในช่วงเริ่มต้นของการอบคืนตัว (ต่ำกว่า 200°C) ออสเทนไนต์คงเหลือจะทำให้ขนาดหดตัว เมื่ออุณหภูมิสูงกว่านี้ อุณหภูมิการอบคืนตัวจะเพิ่มขึ้น และการสลายตัวของออสเทนไนต์คงเหลือจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดจากการขยายตัว
5. การเปลี่ยนแปลงขนาดของเหล็กอัลลอย
คาร์ไบด์ในเหล็กอัลลอยมักจะละลายธาตุพิเศษบางชนิด แต่ปริมาตรจำเพาะของมันแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นวิธีการปรับสภาพเหล็กอัลลอยจึงเหมือนกับวิธีข้างต้น เพียงแต่ปริมาณออสเทนไนต์ที่คงเหลือจะแตกต่างกันไปตามชนิดและปริมาณของธาตุผสม และปริมาณคาร์ไบด์ก็แตกต่างกันด้วย ดังนั้นจึงต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงขนาดด้วย
6. วิธีลดการเปลี่ยนแปลงขนาด
การเปลี่ยนแปลงขนาดเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลังจากการชุบแข็งหรือการอบคืนตัว ดังนั้นจึงไม่สามารถกำจัดการเปลี่ยนแปลงขนาดได้ ทำได้เพียงลดการเปลี่ยนแปลงขนาดด้วยวิธีการอบชุบความร้อนเท่านั้น
(1) การขยายตัวเกิดจากมาร์เทนไซต์: การหดตัวเกิดจากออสเทนไซต์ที่คงเหลืออยู่ ดังนั้นปริมาณมาร์เทนไซต์และปริมาณคาร์บอนที่ละลายในมาร์เทนไซต์ควรลดลง และปริมาณออสเทนไซต์ที่คงเหลืออยู่ควรเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ต้องสังเกตว่าการเพิ่มขึ้นของออสเทนไซต์ที่คงเหลืออยู่จะทำให้เกิดการเสียรูปจากการบ่ม
(2) เพิ่มปริมาณคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย (คาร์ไบด์ตกค้าง) (3) ใช้โครงสร้างอื่นที่ไม่ใช่มาร์เทนไซต์ในการทำให้เหล็กแข็งขึ้น และเบนไนต์เป็นโครงสร้างที่ดีที่สุด เหล็กที่มีเบนไนต์ 50% และมาร์เทนไซต์ 50% จะแข็งและมีการเปลี่ยนแปลงขนาดน้อย จึงควบคุมขนาดได้ง่าย
(4) ควรทำการอบชุบความร้อน