บริการชุบแข็งเหล็ก อบชุบโลหะทางความร้อนด้วยแก๊ส

การอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊ส (ชุบแข็ง) เป็นกระบวนการอบชุบทางความร้อนภายใต้บรรยากาศและอุณหภูมิของแก๊สเพื่อปรับปรุงความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานความล้า หรือปรับปรุงคุณสมบัติความต้านทานแรงดึงของชิ้นงานเหล็ก เพื่อยืดอายุการใช้งานและปรับปรุงคุณสมบัติให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะของแต่ละชิ้นส่วน

อบชุบทางความร้อนด้วยแก๊ส

การอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊ส เป็นกระบวนการอบชุบทางความร้อนภายใต้บรรยากาศและอุณหภูมิของแก๊สเพื่อปรับปรุงความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานความล้า หรือปรับปรุงคุณสมบัติความต้านทานแรงดึงของชิ้นงานเหล็ก

บริษัท ไทยปาร์คเกอร์ไรซิ่ง มีบริการรับชุบกระบวนการอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊ส ดังนี้

แก๊สคาร์บูไรซิ่ง และอบคลายเครียด
แก๊สคาร์โบไนไตรดิง และอบคลายเครียด
เคว้นชิ่ง และอบคลายเครียด

*กระบวนการพิเศษ: โบตัน (วิธีการใช้เคมีป้องกันคาร์บอนเฉพาะส่วน)

แก๊สคาร์บูไรซิ่ง
เป็นกระบวนการทำให้เหล็กร้อนขึ้นที่อุณหภูมิ 850^oC ถึง 940^oC กระบวนการนี้เป็นการเติมอะตอมคาร์บอนที่ผิวให้มากพอ แล้วทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (เคว้นชิ่ง) เพื่อทำให้ผิวชิ้นงานแข็งขึ้น แต่ยังคงรักษาความเหนียวของเนื้อวัสดุ และยังได้ความแข็งแรงที่ผิวด้วย คือได้คุณสมบัติทั้งสองอย่าง ‘เหนียวและแข็ง’
ในบางครั้ง หากบางพื้นที่ของชิ้นงานไม่ต้องการทำคาร์บูไรซิ่ง เราสามารถทำการป้องกันผิวจากคาร์บูไรซิ่งได้ด้วยวิธีการปิดผิวเหล็กทั้งวิธีทางกลและการเคลือบด้วยสารเคมี (กระบวนการโบตัน)

แก๊สคาร์โบไนไตรดิง
เป็นกระบวนการเติมอะตอมคาร์บอนและไนโตรเจนเข้าสู่ผิวเหล็กที่อุณหภูมิประมาณ 800^oC ถึง 880^oC ซึ่งจะใช้อุณหภูมิต่ำกว่าการทำแก็สคาร์บูไรซิ่ง แต่มีลักษณะที่คล้ายกันคือการทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ผิวที่แข็ง โดยกระบวนการนี้สามารถชุบเหล็กคาร์บอนต่ำได้ เช่น เหล็ก SPCC ซึ่งปกติเป็นเหล็กที่ทำคาร์บูไรซิ่งไม่ได้ ทำให้ต้นทุนด้านวัสดุลดลงซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก และเนื่องจากกระบวนการคาร์โบไนไตรดิงยังสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าแก็สคาร์บูไรซิ่ง หลังจากผ่านกระบวนการแล้วจึงทำให้ชิ้นงานเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและเสียรูปน้อยลงด้วย

เคว้นชิ่ง และอบคลายเครียด
การทำให้เย็นตัวและอบคลายเครียด เป็นกระบวนการอบชุบทางความร้อนซึ่งเปลี่ยนสถานะของโครงสร้างมาร์เทนไซต์ในเหล็ก โดยการให้ความร้อนกับเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนเท่ากับหรือมากกว่า 0.3% ขึ้นไปที่อุณหภูมิออสเทนไนซิ่งประมาณ 850^oC และทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วในน้ำหรือน้ำมัน ทำให้สามารถเพิ่มความแข็งและเพิ่มความทนต่อการสึกหรอของเหล็กได้ หลังจากนั้นจะทำกระบวนการอบคลายเครียด (Temper) ซึ่งเป็นกระบวนการให้ความร้อนเพื่อลดความเครียด และลดความเปราะของชิ้นงานเหล็ก

คุณสมบัติเด่น

สามารถควบคุมความแข็งที่ผิวและความแข็งลึก (case depth)
สามารถทำกระบวนการเคว้นชิ่งได้ในน้ำมันเคว้นชิ่ง 3 ประเภท (เย็น / กึ่งร้อน / ร้อน)
ปรับปรุงความแข็ง, ความเหนียว และความแข็งแกร่งต่อการกระแทก
ปรับปรุงความสามารถในการต้านทานการสึกหรอ
ปรับปรุงความแข็งแกร่งต่อการล้าตัว

การใช้งาน

ส่วนใหญ่ใช้กับชิ้นส่วนจักรกลอย่างเครื่องยนต์, ระบบส่งกำลัง และระบบเลี้ยว เช่น ก้านสูบ, เพลาข้อเหวี่ยง, เกียร์ / เพลาเกียร์, เพลารอก CVT, เพลาขับ, ชิ้นส่วนข้อต่อ, เฟืองท้ายข้าง เป็นต้น

ประเภท

แก๊สคาร์บูไรซิ่งเป็นกระบวนการทำให้เหล็กร้อนขึ้นที่อุณหภูมิ 850 o C ถึง 940 o C ในบรรยากาศเอ็นโดเทอร์มิกแก็ส โดยมีส่วนประกอบหลักภายในเตาช

แก๊สคาร์โบไนไตรดิงเป็นกระบวนการเติมอะตอมคาร์บอนและไนโตรเจนเข้าสู่ผิวเหล็กที่อุณหภูมิประมาณ 800 o C ถึง 880 o C ปกติในการทำแก็สคาร์โบไนไตรด

เคว้นชิ่งการทำให้เย็นตัวและอบคลายเครียด เป็นกระบวนการอบชุบทางความร้อนซึ่งเปลี่ยนสถานะของโครงสร้างมาร์เทนไซต์ในเหล็ก โดยการให้ความ

แก๊สซอฟท์ไนไตรดิ้งแก็สซอฟท์ไนไตรดิ้ง เป็นกระบวนการทางเคมีที่ใช้ความร้อนเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย โดยการแพร่ซึมทั้งอะตอมไนโตรเจน และคาร์บอนเข้าไ

คำถามที่พบบ่อย

กระบวนการอบชุบความร้อนคาร์บอไนไตรดิ้งคืออะไร

คาร์บอไนไตรดิ้ง เป็นหนึ่งในกระบวนการอบชุบความร้อนภายใต้บรรยากาศแก๊สและอุณหภูมิที่หลากหลาย ซึ่งมีจุดประสงค์หลักเพื่อ ปรับปรุงคุณสมบัติความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และ ความต้านทานความล้า หรือ ความต้านทานแรงดึง ของชิ้นส่วนอุตสาหกรรม เพื่อยืดอายุการใช้งานและปรับปรุงคุณสมบัติให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะของแต่ละชิ้นส่วน

กระบวนการและรายละเอียด

คำจำกัดความ: การคาร์บอไนไตรดิ้งเป็นกระบวนการที่อะตอมของ คาร์บอนและไนโตรเจนถูกแทรกซึมเข้าสู่ผิวเหล็กพร้อมกัน ที่อุณหภูมิประมาณ $800^\circ\text{C}$ ถึง $880^\circ\text{C}$ ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊สแบบทั่วไป และตามด้วยการชุบแข็ง (Quenching)
ส่วนผสมของแก๊ส: ในกระบวนการคาร์บอไนไตรดิ้งด้วยแก๊ส จะมีการเติม แก๊สแอมโมเนีย ( $\text{NH}_3$ ) เข้าไปในบรรยากาศการคาร์บูไรซิ่งปกติ ทำให้เกิดการไนไตรดิ้งและการคาร์บูไรซิ่งไปพร้อมกัน โดยส่วนประกอบของไนโตรเจน ( $\text{N}$ ) จะถูกแตกตัวออกมาจากแก๊สแอมโมเนีย
ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:
- เนื่องจากไนโตรเจนช่วย เพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) จึงสามารถนำไปใช้กับเหล็กกล้าที่ไม่มีส่วนผสมของโลหะอื่น (Non-alloy steel) เช่น เหล็ก $\text{SPCC}$ และเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ซึ่งไม่สามารถใช้กับกระบวนการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊สแบบปกติได้ ส่งผลดีในด้านการ ลดต้นทุนวัสดุ
- เนื่องจากสามารถชุบแข็งได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊ส จึงช่วย ลดการเสียรูปและการบิดเบี้ยว (Deformation and Distortion) ที่เกิดจากการอบชุบความร้อนได้

ลักษณะเฉพาะของการคาร์โบไนไตรดิ้งด้วยแก๊ส (Characteristics of Gas Carbonitriding)

ประเภทเหล็กที่ใช้ได้: เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (เช่น วัสดุ SP, $\text{SS}$ , $\text{S10C}$ ) และเหล็กกล้าชุบผิวแข็ง (Low carbon alloy steel เช่น $\text{SCM}$ )
การลดการเสียรูป: สามารถทำการชุบแข็งได้ที่อุณหภูมิต่ำ ช่วยลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง (ยกเว้นเหล็กกล้าที่ทำผิวแข็งแล้ว)
ลดการแตกร้าว: ด้วยอิทธิพลของไนโตรเจนที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง ทำให้การชุบแข็งทำได้ง่ายแม้กระทั่งกับเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ซึ่งเป็นประโยชน์ในการ ลดปัญหาการแตกร้าวจากการชุบแข็ง
ผิวแข็งสม่ำเสมอ: เมื่อเทียบกับการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊ส จะมีการยับยั้งการเกิดชั้นแข็งผิดปกติที่ผิวชั้นนอกสุด ทำให้สามารถสร้างชั้นผิวแข็งที่มีความ สม่ำเสมอ ได้
ความต้านทานต่อการอ่อนตัวจากการอบคืนตัว: มีความต้านทานต่อการอ่อนตัวเมื่อทำการอบคืนตัว (Temper Softening Resistance) ที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊ส

ทำไมการอบชุบความร้อนแบบคาร์โบไนไตรดิ้งจึงมีความสำคัญ?

กระบวนการนี้มีความสำคัญเนื่องจากสามารถ ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของโลหะ ได้ เช่น ความแข็ง (hardness) และ ความเหนียว (toughness) นอกจากนี้ การคาร์บอไนไตรดิ้งยังสามารถช่วย ปกป้องโลหะจากการกัดกร่อน (corrosion) ได้อีกด้วย

วัสดุใดบ้างที่สามารถทำการอบชุบความร้อนแบบคาร์โบไนไตรดิ้งได้?

กระบวนการคาร์บอไนไตรดิ้งมักถูกนำไปใช้กับชิ้นส่วนชุดกำลังขับเคลื่อน เช่น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ ระบบเกียร์ และชุดเฟืองท้าย (ก้านสูบ เพลาข้อเหวี่ยง เกียร์/เพลาเกียร์ เพลาพูลเลย์ของระบบเกียร์ $\text{CVT}$ เพลาขับ ชิ้นส่วนของข้อต่อความเร็วคงที่ เฟืองท้าย เฟืองข้างของชุดเฟืองท้าย เป็นต้น)

Carbonitriding เป็นกระบวนการทางความร้อนที่น่าสนใจมาก ซึ่งให้ประโยชน์หลายด้านต่อผลิตภัณฑ์โลหะ ต่อไปนี้คือประโยชน์หลัก ๆ ของการอบชุบความร้อนแบบคาร์โบไนไตรดิ้ง:

ประโยชน์ของการอบชุบความร้อนแบบคาร์โบไนไตรดิ้ง

ความแข็งผิวเพิ่มขึ้น (Increased Surface Hardness):
- กระบวนการนี้จะนำ คาร์บอน และ ไนโตรเจน เข้าสู่ผิวเหล็กพร้อมกัน ทำให้เกิดสารประกอบไนไตรด์และคาร์ไบด์ ซึ่งมีความแข็งสูงและทนทานต่อการสึกหรออย่างมาก
ทนทานต่อการสึกหรอสูง (High Wear Resistance):
- ด้วยความแข็งของผิวที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้ชิ้นส่วนที่ผ่านการคาร์บอไนไตรดิ้งมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและทนทานต่อการขัดถูและการเสียดสีได้ดี
คงความเหนียวของแกนกลาง (Core Toughness Retention):
- ในขณะที่ผิวหน้าถูกทำให้แข็งและทนทานต่อการสึกหรอ แต่โลหะที่อยู่ชั้นล่าง (แกนกลาง) ยังคงรักษาคุณสมบัติความเหนียว (Toughness) เดิมไว้ ทำให้ชิ้นส่วนมีความสมดุลระหว่างความแข็งผิวและความทนทานต่อแรงกระแทก
ขนาดของชิ้นงานคงเดิม (Retained Original Dimensions):
- การคาร์บอไนไตรดิ้งเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโลหะในชั้นผิวบน ไม่ใช่ การสร้างชั้นเพิ่มเติมบนผิวเหล็ก (Hardened case is not an additional layer) ดังนั้น มิติเดิมของชิ้นส่วนจึงยังคงอยู่ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำสูง
อุณหภูมิการทำงานที่ต่ำกว่า (Lower Operating Temperature):
- กระบวนการคาร์บอไนไตรดิ้งใช้ช่วงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า (ประมาณ $800^\circ\text{C}$ ถึง $880^\circ\text{C}$ ) เมื่อเทียบกับการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊สแบบปกติ (ประมาณ $850^\circ\text{C}$ ถึง $940^\circ\text{C}$ ) การใช้อุณหภูมิที่ต่ำลงช่วยลดโอกาสที่จะเกิดการบิดเบี้ยว (Distortion) ของชิ้นงาน
เหมาะสมกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าที่ไม่มีส่วนผสมของโลหะอื่น (Suitable for Non-alloy and Low Carbon Steel):
- กระบวนการนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steel) และเหล็กกล้าที่ไม่มีส่วนผสมของโลหะอื่น ซึ่งไม่สามารถสร้างผิวแข็งได้ดีด้วยกระบวนการคาร์บูไรซิ่งด้วยแก๊สแบบมาตรฐาน

กล่าวโดยสรุป การคาร์บอไนไตรดิ้งจึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการ ผิวแข็งที่ทนทานต่อการสึกหรอสูง ควบคู่ไปกับการรักษา ความเหนียวของแกนกลาง และ ควบคุมการบิดเบี้ยว ได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ