text1

สารบัญ หนา บทที่ 1 บทนํา

2

บทที่2 การหลอมและการเทเหล็กหลอ

14

บทที่3 คุณลักษณะฃองเหล็กหลอ

36

บทที่ 4 การควบคุมและทดสอบคุณภาพของเหล็กหลอ กรรมวิธีนอคคิวเลทกับการทดลองดวยแทงลิ่มและการนํามาใชกับเหล็กหลอทางชาง

42

บทที่5 กระสวนและไสแบบ

51

บทที่ 6 แบบหลอทรายและทรายทําแบบหลอ

91

บทที่7 การจัดระบบแบบหลอ

118

บทที่ 8 การหลอมและการเทเหล็กหลอ

155

บทที่ 9 การหลอมละลายและการเทโลหะชนิดตาง ๆ

168

บทที่10 การกระทําหลังหลอเสร็จและการปรับดวยความรอน

181

บทที่11 การตรวจชิ้นงานหลอ

195

บทที่12 จุดเสียในงานหลอและวิธีแกไข

205

บทที่ 13 เตาหลอมโลหะ

231

บทที่ 14 โลหะวิทยางานหลอ

251

บทที่ 15 ความรูทางเคมีกบั งานหลอ

276

บรรณานุกรม

315

บทที่1 บทนํา ในบทนี้จะไดกลาวถึงประวัติการหลอโลหะโดยยอ การทํางานหลอ โลหะที่ใชในการทํางานหลอ ตลอดจนประโยชนใชสอยของงานหลอ ทั้งนี้เพื่อใหความรูทั่วไปในเรื่องการหลอโลหะ 1.1 ประวัติการหลอโลหะ 1.1.1 การหลอมโลหะ ชิ้นงานหลอนัน้ ไดจากการเทโลหะเหลวลงในแบบหลอปลอยใหเย็นและแข็งตัว ดังนั้นประวัติ การหลอเริ่มตั้งแตเมื่อมนุษยรูจักหลอมโลหะและรูจัดทําแบบหลอ กลาวกันวาเริ่มตั้งแต 4,000 ปกอนเริ่ม คริสตศักราช แตเราไมอาจทราบเวลาที่แนนอน เมื่อมนุษยเริ่มนําโลหะมาใชงานนั้น ไดทําเครื่องประดับโดยการตีทอง หรือเงินใหมีรูปรางตามที่ ตองการ และภายหลังก็ไดนาํ ทองแดงมาตีทําเปนอาวุธบาง เปนผานไถบาง เนื่องจากโลหะเหลานีป้ รากฏอยู ในสภาพบริสทุ ธิ์ตามธรรมชาติ จึงนํามาใชงานไดสะดวก ตอมามนุษยพบโดยบังเอิญวาทองแดงนั้นละลายได และไดคน พบวาเมื่อเทโลหะเหลวลงในแบบ ชิน้ งาน หลอจะสามารถทําชิ้นงานหลอที่มีรูปรางซับซอน เชน เครื่องเรือนและเครื่องประดับตาง ๆ ได หลอในระยะแรก ๆ ทําดวยบรอนซ ซึ่งเปนโลหะผสมระหวางทองแดง ดีบุก และตะกั่วบรอนซมี อุณหฦมหิ ลอมเหลวต่ํากวาทองแดง การหลอบรอนซนั้นกระทํากันครั้งแรกในเมโสโปเทเมีย ประมาณ 3,000 ป กอนคริสตศักราช และเทคนิคนีไ้ ดรับการสงทอดมาสูเอเชียกลางอินเดียและจีน ไดมาถึงจีนราว 2,000 ปกอ นคริสตศักราช ในประเทศจีนสมัยยินประมาณ 2,500-1,000 ปกอนคริสตศักราช ก็ไดมีการหลอภาชนะที่มีขนาดใหญ ๆ และมีคุณภาพดีไดสําเร็จ เทคนิคการหลอบรอนซก็ไดรับการสงทอดไปสูยุโรปในราว 1,500 - 1,400 ปกอนคริสตศักราช มีดาบ หัวหอก เครื่องประดับ ภาชนะตาง ๆ และเครื่องตกแตงใชในงานศพที่ไดทําขึ้นในสเปน สวิสเซอรแลนด เยอรมันนี ออสเตรีย นอรเวย เดนมารค สวีเดน อังกฤษ และฝรัง่ เศส เทคนิคการหลอบรอนซในอินเดียและจีน ไดรับการสงทอดมาสูญี่ปุนและเอเชียอาคเนย ในญี่ปุนมี พระพุทธรูปงาม ๆ ที่ไดสรางขึ้นในระหวางคริสตศักราช 600 – 800 การนําเหล็กมาใชนั้นก็เริ่มดวยการตีเชนเดียวกับทองแดง ชาวอิสสิเรียนและชาวอียิปต ใชเครื่องมือ ทําดวยเหล็ก ในราว 2,800 – 2,700 ปกอนคริสตศักราช ตอมาในราว 800 – 700 ปกอน คริสตศักราช ในประเทศจีนไดมกี ารคนพบการทําเหล็กหลอจากเหล็กปก (pig iron) ซึ่งมีอุณหภูมิ หลอมเหลวต่ําและมีฟอสฟอรัสอยูมาก โดยใชเตาหลอแบบแบน (plane bed)

2

เทคนิคการหลอดังกลาวไดไปถึงประเทศแถบทะเลเมดิเตอรเรเนียนในกรีซราว 600 ปกอน คริสตศักราช ไดมีอนุสาวรียข นาดใหญของเอปามินอนดาส และเฮอรคิวลิส ตลอดจนอาวุธและเครื่องมือ ตาง ๆ ที่เปนชิ้นงานหลอ ในอินเดียในสมัยดังกลาวนี้ไดมีการหลอเหล็กปกและสงไปขายที่อียิปตและยุโรป แตไมไดมกี าร ผลิตเหล็กหลอจากเหล็กปกจริง ๆ จัง ๆ จนกระทั่งในคริสตศตวรรษที่ 14 ในเยอรมันนีและอิตาลีไดมี การเปลี่ยนจากเตาหลอแบบแบนไปใชเตาบลาสต (blast furnace) ทรงกระบอก ในการหลอมก็ใสแร (ores) สลับกับถานไม ไดมีผลงานอุตสาหกรรมเปนจํานวนมาก เชน ปนใหญ ลูกปนใหญ เตาอบ ทอ ฯลฯ เปนตน วิธีการหลอในสมัยนั้น ใชการเทโลหะเหลวที่ไดจากแรลงไปในแบบเลย ไมมีการทําเหล็กปก กอนแลวจึงหลอมเหล็กปกใหม และเทลงแบบดังที่ทํากันในปจจุบัน ถานโคกนั้นไดคน พบกันในอังกฤษในคริสตศตวรรษที่ 18 และไดมีการหลอมเหล็กปกใหมในเตา เล็ก ๆ เพื่อทําชิ้นงานหลอเปนครั้งแรกในประเทศฝรั่งเศส สําหรับเตาหลอนั้น เตาที่คลายคิวโพลา (Cupola) ในปจจุบันไดมีผูสรางขึ้นเปนครั้งแรกในอังกฤษ และการหลอมเหล็กปกในทํานองคลายกับที่ ทําอยูในปจจุบันก็เริ่มขึ้นหลังจากนั้น ถึงแมวาจะมีการตีเหล็กเหนียว (steel) ตั้งแตสมัยดึกดําบรรพ แตเหล็กเหนียวหลอ (cast steel) นั้น ไดรูจักทํากันเมื่อ เอช.เบสเสมเมอร (H.Bessemer) หรือ ดับเบิลยู ซีเมนต (W. Siemens) ไดพบวิธีทําเหล็ก เหนียวจากเหล็กปกในครึ่งหลังของคริสตศตวรรษที่ 19 ชิ้นงานหลอทีท่ ําดวยอะลูมนิ ัมผสมก็เพิ่งมีขึ้นในระยะหลัง หลังจากที่ไดมกี ารคนพบการทําให อะลูมินัมบริสุทธิ์ โดยใชการแยกดวยไฟฟา (electrolysis) ในตอนปลายศตวรรษที่ 19 1.1.2 แบบหลอ ไดใชวิธีเทน้ําโลหะลงไป กลาวกันวาในระยะแรกเมือ่ เริ่มมีการหลอทองแดงที่เมโสโปเตเมียนัน้ บนทราย หลังจากนั้นก็ไดใชวิธีการเทน้ําโลหะในโพรง ซึ่งขุดไวในหิน หินเปนหินชนิด แซนดสโตน ไลมสโตน (sandstone limestone) หรือเซอรเปนไทด (serpentine) ซึ่งทําใหขุดไดงาย และบางครั้งก็ใช ดินเหนียวทําแบบหลอ ในระยะแรก ๆ เมื่อจะหลอวัตถุแบน ๆ เชน หัวขวานหรือดาบก็ใชเฉพาะแบบ สวนลาง (drag mold) โดยไมมีแบบสวนบน (cope mold) แตตอ มาก็ใชทั้งแบบสวนลางและสวนบน หลังจากนัน้ ก็ไดสามารถหลอของที่ขางในกลวง โดยใชไสหรือคอร (core) ซึ่งทําดวยดินเหนียวและผง ถานไม นอกเหนือจากการทําแบบหลอในหินและการทําแบบหลอจากดินดังที่ไดกลาวมาแลว ยังไดมีการ ใชแบบไม (wooden pattern) และแบบขี้ผึ้ง (wax pattern) สําหรับแบบขี้ผึ้งละลาย และเทขี้ผึ้งออก

3

ทําใหเกิดโพรงขึ้นภายในวิธีการดังนี้เปนพืน้ ฐานสําหรับการหลอโดยใชแบบทราย (sandcasting) และการ หลอวิธีขี้ผึ้งหาย (lost wax costing) ปจจุบันกลาวกันวาวิธีการดังกลาวใชกนั มานานแลว ในราว 2,000 ป กอนคริสตศักราช หรือกอนนั้น อยางไรก็ตามเทคนิคการทําแบบหลอทราย โดยใชแบบไมดังที่ใชกันอยู ในปจจุบนั และเทคนิคการหลอมเหล็กก็เพิง่ จะมาสมบูรณแบบหลังจากคริสตศตวรรษที่ 18 ในยุโรป 1.2 การทําชิ้นงานหลอ ในการทําชิ้นงานหลอจะตองมีกระบวนการหลอมโลหะ การทําแบบ การเท การรื้อแบบ และการทํา ความสะอาด (ดูรูป 1.1) ใชเตาชนิดตาง ๆ กันในการหลอมโลหะ กลาวโดยทัว่ ไปคิวโพลาและเตาที่ใชการ เหนีย่ วนําไฟฟาความถี่ต่ํา (low frequency induction furnace) ใชสําหรับเหล็กหลอ (cast iron) เตาอารค ไฟฟา (electric-arc furnace) และเตาที่ใชการเหนี่ยวนําไฟฟาความถี่สูง ใชสําหรับเหล็กเหนียวหลอ และ เตาครูซิเบิล (crucible furnace)ใชสําหรับทองแดงผสมหรือโลหะเบาผสม ที่เปนดังนี้เพราะเตาแตละชนิด เหมาะทีจ่ ะใชหลอมโลหะแตละอยางไดอยางดีและประหยัด

วัตถุดิบ

เตาหลอ

เบา การเท

ระบบการปรับ คุณภาพทรายหลอ

เครื่องทําแบบ หลอ

เขยาทรายออก ทําสะอาด

หีบหลอ

ตรวจสอบ ชิ้นงาน

ทราย

รูปที่ 1.1 กรรมวิธีการหลอโลหะ

4

แบบหลอนั้นมักทําโดยการกระทุงอัดทราย ทรายนี้อาจเปนทรายหลอธรรมชาติหรือทรายผสมดิน เหนียว แบบทรายทํางายและราคาถูก ถาใชทรายที่เหมาะสมบางครั้งก็ใชวัสดุประสาน (binders) ผสมกับ ทราย เชน ใชน้ําแก (water-glass) ซีเมนตฟวรันเรซิน, ฟโนลิคเรซิน (furan resin,phenolic resin) หรือ น้ํามันที่ใชในการทําใหทรายแหง (drying oil) วัสดุประเภทนี้จะทําใหแบบหลอแข็งแรงขึ้น และมักทําใหการ ทําแบบงายขึ้นดวย แตการใชวัสดุเชนนั้นจะทําใหคาใชจายสูงขึ้น ดังนั้นจะตองเลือกใชโดยพิจารณาถึงรูปราง วัสดุที่ใชทําชิ้นงานหลอตลอดจนจํานวนที่ตองการผลิต นอกจากแบบหลอทราย บางครั้งก็ใชแบบหลอทําดวยโลหะ สําหรับการเทน้ําโลหะลงแบบนั้น น้ําโลหะจะวิ่งเขาแบบโดยผานระบบรูเขา (gate) ของแบบระบบรูเขาจะตองอยูในลักษณะที่ทําใหน้ําโลหะ วิ่งเขาแบบไดสะดวก ตามปกติจะอาศัยความดึงดูดของโลกดึงโลหะใหเขาแบบ แตบางครั้ง ก็ใชความดันอัด น้ําโลหะในระหวาง หรือหลังจากการเท การหลอแบบแมพิมพ (die casting) เปนวิธีการหลอที่ใชความดันสูงอัดน้ําโลหะเขาสูแบบซึ่งทํา ดวยโลหะ อาจจะหลอสิ่งของบาง ๆ ไดโดยใชวิธีนี้ การหลอโดยใชความดันต่ํา (low pressure casting) หมายถึงการใชความดันสูงกวาบรรยากาศ เล็กนอย กระทํากับน้ําโลหะในเตา เพื่ออัดใหโลหะเหลววิ่งเขาสูแบบโดยผานทอ การหลอโดยใชแรงเหวี่ยง (centrifugal casting) เปนวิธีการหลอที่ใชการหมุนแบบหลอแลวเทน้ํา โลหะลงในแบบ ดังนั้นน้ําโลหะจะถูกอัดดวยแรงเหวี่ยงจนกระทั่งแข็งตัว การหลอทอก็ใชวิธีนี้ หลังจากการเทจะตองแกะชิ้นงานออกจากแบบและทําความสะอาด สวนที่ยื่นออกมาตรงระบบรูเขา หรือครีมที่เกิดที่แบบตอกันจะตองเอาออก แลวชิ้นงานจะไดรับการตกแตงและทําความสะอาดเพื่อใหดู สวยงาม ทั้งนี้โดยการพนเม็ดโลหะเขากระแทกผิว (shot blasting) หรือโดยกระบวนการอื่นที่มีลักษณะ คลายกัน หลังจากนั้นก็ตรวจดูดวยสายตาวา รูปรางลักษณะเปนอยางไร มีจุดเสียตรงไหนหรือไม และ ตรวจดูมิติ (dimension) ของชิ้นงานดวย นอกจากนั้ น ยั ง มี ก ารตรวจด า นโลหะวิ ท ยาเพื่ อ หาจุ ด เสี ย ภายใน เช น โดยวิ ธี ค ลื่ น เหนื อ เสี ย ง (supersonic testing) หรือวิธีรังสี (radiographic inspection) ในบางกรณียังมีการตรวจความแข็งแรงโครงสราง และสวนผสม โดยการตรวจชิ้นทดสอบ ซึ่งได แบงปนมาจากโลหะหลอมที่ใชเทชิ้นสวนนั้น ๆ ที่กลาวมาคือ วิธีการทําชิ้นงานหลอ บางชิ้นก็ทํายาก บางชิ้นก็ทํางายขึ้นกับรูปราง ขนาด และความเที่ยงตรงที่ตองการ ชิ้นงานที่มีความหนาตางกันมาก ๆ ที่ บางและกวาง หรือที่ตองใชไสแบบยาวและบาง เปนประเภทที่หลอยาก ประเภทที่ตองการความเที่ยงตรง สูงหรือตองการมุมคมมาก ๆ ก็หลอไดยาก ผูที่ทําการหลอและผูที่ออกแบบชิ้นงาน จะตองเขาใจหลักการ งานหลอ จึงจะไดชิ้นงานหลอที่มีคุณภาพดี

5

1.3 โลหะที่ใชในการหลอ 1.3.1 เหล็กหลอ เหล็กหลอเปนโลหะผสมที่ประกอบดวยเหล็ก คารบอน ซิลิคอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร แบงออกไดเปน 6 ชนิด คือ เหล็กหลอเทา เหล็กหลอชั้นดีพิเศษ (high grade cast iron) เหล็กหลอมัลลีเบิล (malleable cast iron) และเหล็กหลอเย็นเร็ว (chilled cast iron) โครงสรางของเหล็กหลอเทาประกอบดวยเฟอไรท (ferrite) หรือ เพอไลท (pearlite) และมีคารบอน อิสระ ซึ่งมีรูปรางเปนเกล็ดแทรกอยูในเนื้อเหล็ก คารบอนและซิลิคอนมีผลอยางมากตอโครงสรางเหล็ก ตลอดจนขนาดและรูปรางของคารบอนที่แยกออกมาอยูโ ดยอิสระ (free carbon) จากเฟอไรทหรือเพอไลท คุณสมบัติของเหล็กหลอจะขึน้ กับโครงสรางของเหล็กและขนาดและรูปราง ตลอดจนจํานวนของเกล็ด คารบอน ความหนาของชิ้นงานและอัตราการเย็นตัวของชิ้นงานก็มีผลตอโครงสรางของเหล็กหลอ เหล็กหลอ เทามีความแข็งแรง ทางดึง (tensile strength) ประมาณ 10 – 30 kg/mm2 หรือ 100 – 300 μPa* แตเปราะ จะ หลอมเหลวทีอ่ ุณหภูมิประมาณ 1200 °C ** มีคุณสมบัติการหลอ (castability) ดีเยีย่ มและราคาถูก ดังนั้นจึงใชเหล็กหลอเทากันมาก เหล็กหลอขั้นดีพิเศษจะมีคารบอนและซิลิคอนนอยกวาเหล็กหลอเทา เพื่อใหแข็งแรงกวาเหล็กหลอ เทา เกล็ดคารบอนก็มีขนาดเล็กกวา มีความแข็งแรงทางดึง 30 – 50 kg/mm2 หรือ 300 – 500 μPa จะหลอ ไดยากกวาเหล็กหลอเทา เหล็กหลอเทาผสมประกอบดวยโลหะตาง ๆ ที่นํามาผสม มีเกล็ดกราไฟทละเอียดมาก และมี โครงสรางที่ไมเปลี่ยนแปลงตามสภาพแวดลอม ดังนั้นคุณสมบัติจะดีกวาเหล็กหลอเทา เหล็กหลอเทาผสม นั้นแยกออกเปนสองประเภท คือ ประเภทที่มีโลหะอื่นมาผสมเพียงไมกี่เปอรเซนต และประเภทที่มีโลหะ อื่นมาผสมเปนปริมาณมากโลหะที่นํามาผสมไดแก โครเมียม นิกเกิล ทองแดง โมลิบดีนมั วาเนเดียม (vanadium) ไทเทเนียม (titanium) ฯลฯ โลหะเหลานีจ้ ะทําใหเหล็กหลอทนตอความรอน ความสึกหรอ ความกัดกรอน (corrosion) ไดดีขึ้น และมีคณ ุ สมบัติการปอกดวยเครื่องกลโรงงาน (machinability) ดีขึ้น เหล็กหลอมัลลีเบิลทําจากเหล็กหลอขาว โดยอบเหล็กหลอขาวในเตาอบเปนเวลานาน โครงสราง ซีเมนไทท (cementite) ของเหล็กหลอขาวจะถูกเปลี่ยนเปนเฟอไรทหรือเพอไลท และคารบอนจะแยกตัว ออกมา มีเหล็กหลอมัลลีเบิลอยู 3 ชนิดคือ เหล็กหลอมัลลีเบิลแบลคฮารท (black heart malleable cast iron) เหล็กหลอมัลลีเบิลไวทฮารท (white heart meallable cast iron) ทั้งนี้แยกตามโครงสราง เหล็กหลอมัลลีเบิลเหนือกวาเหล็กหลอเทาในดานความอดทนตอการกระแทก (toughness) และยืดตัวตาม แรงไดมากกวา (elongation) เหล็กหลอชนิดนี้แพงเพราะตองผานการอบ (anneal) ไมเหมาะที่จะใชทํา ชิ้นงานหลอหนา ๆ แตเหมาะที่จะทําชิน้ งานที่บางเพราะทนตอการกระแทกไดดี

6

เหล็กหลอกราไฟทกลม (spheroidal graphite) นั้น ซีเรียม (cerium) ลงในน้ําโลหะ และกราไฟทเปนรูปกลม

ทําขึ้นไดโดยเติมแมกนีเซียม แคลเซียมหรือ

ตาราง 1.1 การจําแนกประเภทของโลหะหลอ

เหล็กหลอ

เหล็กหลอเทา เหล็กหลอคุณภาพดี เหล็กหลอเทาผสม เหล็กหลอกราไฟทกลม เหล็กหลอมัลลีเบิล เหล็กหลอเย็นเร็ว (chilled cast iron) เหล็กเหนียวคารบอน

เหล็กเหนียวหลอ

โลหะหลอ ทองแดงผสมหลอ

เหล็กเหนียวผสม บรอนซ ทองเหลือง ทองเหลืองชนิดทนแรงดึงไดดี (hightension brass) อื่น ๆ อะลูมินัมผสม

โลหะเบาผสมหลอ แมกนีเซียมผสม สังกะสีผสม นิกเกิลผสม ตะกั่วผสม โลหะผสมหลออื่น

ดีบุกผสม อื่น ๆ

7

(spheroids) ก็จะแยกตัวออกมา เหล็กหลอชนิดนี้เหนือกวาเหล็กหลอเทาทั้งในดานความแข็งแรง ความ ทนตอการกระแทก และความทนตอการสึกหรอ แยกออกไดเปน 2 ชนิด คือชนิดที่ตองอบและ ชนิดที่ไม ตองอบ เหล็กหลอเย็นเร็ว (chilled cast iron) เปนเหล็กหลอที่ผิวเปนเหล็กหลอขาว และภายในเปนโครงสราง ที่มีกราไฟทแยกตัวออกมา ผิวจึงทนตอการสึกหรอ และภายในก็ทนตอการกระแทก มักใชทําชิ้นสวนที่ ตองทนตอการสึกหรอ 1.3.2 เหล็กเหนียวหลอ (cast steel) เหล็กเหนียวหลอแยกไดเปนเหล็กเหนียวคารบอนและเหล็กเหนียวผสม เหล็กเหนียวคารบอนมี 2 ชนิด คือ เหล็กเหนียวคารบอนนอย ( C < 0.2%) คารบอนปานกลาง (0.2 – 0.5%C) และ คารบอลสูง (C> 0.5%) การที่มีคารบอนนอยทําใหความแข็งแรงทางดึงต่ํา ดึงยึดไดมาก ทนการกระแทก ไดดี และเชื่อมงาย โครงสรางของเหล็กเหนียวหลอมีลักษณะหยาบและเปราะถาไมผานการกระทําดวย ความรอนโครงสรางจะมีลักษณะละเอียดและทนตอการกระแทกถาผานการอบออนและอบใหเนื้อละเอียด สม่ําเสมอ (annealing and normalizing) อุณหภูมิหลอมเหลวของเหล็กเหนียวประมาณ 1,500ºC จะหลอยาก กวาเหล็กหลอธรรมดา แตใชเปนชิ้นสวนเครื่องกลไดดีเพราะมีความแข็งแรงและราคาต่ํา เหล็กเหนียวผสมหลอมีแมงกานีส โครเมียม โมลิบดีนัม นิกเกิล ผสมอยูอาจมีโลหะ ดังกลาวเพียง อยางเดียวหรือหลายอยางที่ผสมอยูกับเหล็ก โลหะผสมเหลานี้จะทําใหเกิดคุณสมบัติพิเศษ เชน ทนตอการ สึกหรอ ทนตอกรด ตอการกัดกรอน (corrosion) หรือทนตอการกระแทก ตัวอยางเชน เหล็กเหนียวหลอไร สนิม (stainless cast steel) และเหล็กเหนียวหลอทนความรอน 1.3.3 ทองแดงผสมหลอ ที่เรียกวาทองแดงผสมหลอมี บรอนซ ทองเหลือง ทองเหลืองแข็งแรงพิเศษ (high tension brass) อะลูมินัม บรอนซ ฯลฯ บรอนซเปนโลหะผสมที่ประกอบดวยทองแดง และดีบุก บรอนซที่ใชกันมักมีดีบุกนอยกวา 15% อุณหภูมิหลอมเหลวประมาณ 1,000ºC ซึ่งต่ํากวาของเหล็กผสม และหลอไดดีเทา ๆ กับเหล็กหลอเทา ทนตอการกัดกรอนและการสึกหรอไดดีจึงใชทําชิ้นสวนเครื่องกล แตราคาเปน 5 – 10 เทาของเหล็กหลอ เทา ดังนั้นจึงใชทําเฉพาะชิ้นสวนที่ตองการคุณสมบัติพิเศษ บรอนซมี 2 ชนิด คือ ฟอสเฟอรบรอนซ ซึ่งไดรับการเติมฟอสฟอรัสทําใหทนตอการสึกหรอไดดี ขึ้น และบรอนซตะกั่ว (lead bronze) ซึ่งมีตะกั่วผสมอยู ใชทําแบริ่ง ทองเหลืองประกอบดวยทองแดงและสังกะสี และทองเหลืองแข็งแรงพิเศษประกอบดวยทองแดง อะลูมินัม เหล็ก แมงกานีส นิกเกิล ฯลฯ โลหะตาง ๆ ที่เขาไปผสมนี้ทําใหมีคุณสมบัติทางกลดีขึ้น

8

อะลูมินัมบรอนซเปนโลหะผสมระหวางทองแดง อะลูมินัม ฯลฯ ทนการสึกหรอและการกัดกรอน ไดดี นอกจากนี้ยังมีชิ้นงานหลอที่ทําดวยทองแดงบริสุทธิ์ 1.3.4 โลหะเบาผสมหลอ มีอะลูมินัมผสม และแมกนีเซียมผสมฯลฯ อะลูมินัมบริสุทธิ์หลอยากและมีคุณสมบัติทางกลไมดี ดังนั้น จึ ง ใชโลหะผสมที่ ทํ าให มีคุ ณสมบัติดีขึ้น โดยการเติมทองแดง ซิ ลิคอน แมกนีเ ซีย ม แมงกานีส นิกเกิล ฯลฯ อะลูมินัมผสมนี้เบา มีคาความนําความรอน (thermal conductivity) สูง เหมาะสําหรับงานที่ ตองการคุณสมบัติดังกลาว อะลูมินัมผสมชุดA1 –S,Cu – Si และA1- Si – Mg ใชสําหรับทําชิ้นสวนเครื่องกล ชุด A1 – Cu – Ni – Mg และ A1- Si – Cu- Ni- Mg ใชทําชิ้นสวนที่ตองทนความรอนและชุด A1 – Mg สําหรับชิ้นสวนที่ตองทนตอการกัดกรอน แมกนีเซียมผสมเบากวาโลหะ (ที่ใชกันแพรหลาย) อยางอื่น มีความถวงจําเพาะประมาณ 1.8 มักใช อะลูมินัม แมงกานีส เบริลเลียม ฯลฯ ผสมกับแมกนีเซียมในการทําโลหะผสม 1.3.5 โลหะผสมอื่น ๆ สังกะสีผสมซึ่งมีอะลูมินัมอยูนิดหนอยใชในการหลอแบบแมพิมพ (die casting) โมเนลเมทัล (monel metal) เปนนิกเกิลผสมชนิดหนึ่งที่มีทองแดงผสมอยู เฮสเทลลอย (hastelloy) ก็เปนนิกเกิลผสม ก็เปนนิกเกิลผสมมีโดโมลิบดีนัม โครเมียม และซิลิกอนผสมอยู โลหะประเภทตะกั่วผสมมีโลหะใชทําตัวพิมพ ซึ่งมีตะกั่ว ทองแดง และดีบุกเปนสวนผสม และยัง มีโลหะทําแบริ่งซึ่งมีตะกั่ว ทองแดงและพลวงเปนสวนผสม เปนตน 1.4 การใชชิ้นงานหลอ 1.4.1 ปริมาณการผลิตของงานหลอ ในป พ.ศ. 2513 มีการผลิตชิ้นงานหลอทั่วโลกมากกวา 80 ลานตันเหล็กหลอเทามีปริมาณประมาณ 80% (น้ําหนัก) ของงานหลอทั้งหมด รองลงมาคือเหล็กเหนียวหลอ 15% โลหะหลอนอกกลุมเหล็กมี ปริมาณเพียง 2 – 3% ประเทศที่ผลิตชิ้นงานหลอมากมี สหรัฐอเมริกา สหภาพโซเวียต ญี่ปุน เยอรมัน ตะวันตก สหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส อิตาลีและอินเดีย สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตมีปริมาณผลิต มากกวาประเทศอื่น ๆ 1.4.2 คุณสมบัติที่ตองการและโลหะหลอที่ใหคุณสมบัตินั้น ๆ ชิ้น งานหล อ นั้ น ใช ทํ า งานต า ง ๆ มากมาย ในการตั ด สิ น เลือ กโลหะที่ใ ช ทํ า ชิ้ น งานหล อ จะต อ ง พิจารณาคุณสมบัติ อายุการใชงาน ราคา ฯลฯ ตาราง 1.2แสดงคุณสมบัติที่ตองการและโลหะหลอที่ให คุณสมบัตินั้น 1.4.3 การใชโลหะหลอในดานตาง ๆ ตาราง 1.3 แสดงการใชโลหะหลอชนิดตาง ๆ วาโลหหลอชนิดใดเหมาะสําหรับงานชนิดใด

9

ตาราง 1.2 คุณสมบัติที่ตองการและโลหะหลอที่ใหคุณสมบัตินั้น ๆ คุณสมบัติที่ตองการ ความแข็งแรง

โลหะหลอ เหล็กเหนียวหลอ เหล็กหลอคุณภาพดีพิเศษ (high grade cast iron) เหล็กหลอกราไฟท กลม เหล็กหลอมัลลีเบิล

ทนทานตอการกระแทก

เหล็ ก เหนี ย วหล อ เหล็ ก หล อ กราไฟท ก ลม เหล็กหลอมัลลีเบิล

หลอไดสะดวก

เหล็กหลอเทา บรอนซหลอ อะลูมินัมผสมหลอ (Al-Si-Cu, Al-Si-Mg)

เบา

อะลูมินัมผสมหลอ แมกนีเซียมผสมหลอ

มีความนําความรอนและไฟฟาดีเยี่ยม

ทองแดงบริสุทธิ์หลอ

ทนตอการสึกหรอ

Ni – Crหลอ เหล็กเหนียวแมงกานีสสูงหลอ (high manganese cast steel) เหล็กหลอ กราไฟท ก ลม เหล็ ก หล อ คุ ณ ภาพดี พิ เ ศษ ทองแดงผสมหลอ

ทนตอการกัดกรอน (corrosion)

น้ําจืดและน้ําเค็ม ทองแดงผสมหลอ กรดไนตริก

เหล็กเหนียวหลอไรสนิม เหล็กหลอมีโครเมียมมาก

10

คุณสมบัติที่ตองการ

ทนความรอน

โลหะหลอ เหล็กหลอมีซิลิคอนมาก กรดไฮโดรลิค เฮสเทลลอย ทองแดงผสมหลอ กรดกํามะถัน เหล็กหลอมีซิลิคอนมาก ทองแดงผสมหลอ (ยกเวนทองเหลือง) เหล็กเหนียวหลอชนิด ทนกรด,เหล็กหลอ Ni – resist oxidation และ เหล็กหลอมีโครเมียม มาก อุณหภูมิสูง เหล็กเหนียวหลอมี Cr – Ni มาก เหล็กเหนียวไรสนิมหลอ ดาง (alkali) เหล็กเหนียวหลอคารนอย ทองแดงผสมหลอ เหล็กเหนียวหลอไรสนิม เหล็กหลอเทา 1000 – 1200 °C เหล็กเหนียวหลอทน ความรอน 700 – 800°C เหล็กเหนียวหลอไรสนิม เหล็กเหนียวหลออะลูมินัม เหล็กหลอมีโครเมียมมาก เหล็กหลอ Ni – Cr 500 - 600°C เหล็กเหนียวหลอผสม มีโลหะอื่นผสมนอย เหล็กหลอผสมมีโลหะอื่น ผสมนอย

11

คุณสมบัติที่ตองการ

ทนตออุณหภูมิต่ํา

โลหะหลอ 400°C เหล็กเหนียวคารบอน – หลอ เหล็กเหนียวแมงกานีสสูงหลอ 300°C เหล็กหลอคุณภาพพิเศษ เหล็กหลอกราไฟทกลม เหล็กหลอมัลลีเบิล 250 - 300°C เหล็กหลอเทา 200 - 250°C ทองแดงผสมหลอ 100 - 200°C อะลูมินัมผสมหลอ สูงกวา -25°C -46°C

เหล็กหลอเทา เหล็กเหนียวหลอ คารบอนนอย -73°C เหล็กเหนียวหลอ 2.5%Ni -100°C เหล็กเหนียวหลอ 3.5%Ni -196°C เหล็กเหนียวหลอ 18 Cr-บรอนซหลอ

หมายเหตุ *μPa = micro pascal = 10-6 Newton / m2 lkg/mm2 =9.807 μPa lkg /cm2 =0.09807uPa **1200°C=1200°C elcius =1200 – 273.15 Kelvin Kelvin เปนหนวย SI สําหรับอุณหภูมิ Al = อะลูมิเนียม Cu = ทองแดง Ni = นิกเกิล Mg = แมกนีเซียม Si = ซิลิกอน S = กํามะถัน °C = องศาเซลเซียส

12

ตารางที่1.3 การใชโลหะหลอสําหรับงานตาง ๆ ชนิดของโลหะหลอ ตัวอยางการใชงาน เหล็กหลอเทา ชิ้นสวนรถยนต (เสื้อสูบ ฝาสูบ อางขอเหวี่ยง (รวมทั้งเหล็กหลอชั้นดี) (rank case) ปลอกเสื้อสูบ จานถวง (fly wheel) จานเบรค ฯลฯ) เครื่องกลโรงงาน (แทนเครื่อง โตะรองเครื่อง คันโยก) เครื่องกลน้ํา (สูบน้ํา กังหันน้ํา เปลือกสูบหรือ กังหัน ใบพัดกังหัน) เครื่องทําใยผา เครื่องพิมพ เครื่องไฟฟา (โครง มอเตอร เปลือกมอเตอร) ทอน้ําเหล็กหลอ ชิ้ น ส ว นเครื่ อ งกล (เฟ อ ง ข อ ต อ ส ง กํ า ลั ง (coupling) ลูกรอก) เหล็กหลอมัลลีเบิล ชิ้นสวนรถยนต (ลูกรอก เพลาขอเหวี่ยง ปลอก (malleablecastiron) เสื้อสูบ แขนดันวาลว ดุมลอ จานคลัทซ) ชิ้นสวนเครื่องกล (ขอตอทอ วาลว) เหล็กหลอกราไฟทกลม ชิ้นสวนรถยนต (เพลาขอเหวี่ยง ฯลฯ) อุปกรณ (spheroidal graphite cast iron) ทําเหล็กเหนียว (ลูกกลิ้งรีดเหล็ก แบบหลออิน กอท)ทอน้ําเหล็กหลอ และชิ้นสวนเครื่องกลที่ ต อ งการ ความทนต อ การกระแทกสู ง กว า เหล็กหลอเทา) เหล็กเหนียวคารบอนหลอ ชิ้ น ส ว นเครื่ อ งกลที่ ต อ งการความทนทาน และเหล็กเหนียวผสมหลอ ชิ้ น ส ว นรถไฟ (โครงข อ ต อ ระหว า งรถ) ชิ้นสวนรถตักและขนดิน เครื่องกลน้ํา (ใบพัด เครื่องกังหันน้ํา เปลือกสูบน้ํา) อุปกรณทําเหล็ก เหนียว (ลูกกลิ้งรีดเหล็ก แทนรับลูกกลิ้ง) เรือ (โครงส ว นท า ยเปลื อ กเครื่ อ งกั ง หัน คั น โยก) เครื่องกลแร (เครื่องโมแร เครื่องขุดแร)

13

ชนิดของโลหะหลอ ทองแดงผสมหลอ

โลหะผสมเบาหลอ (light alloy castings)

ตัวอยางการใชงาน ชิ้นสวนเครื่องกล (รองลื่น (bearing) กาน วาลว ปลอกเพลา) เครื่องกลน้ํา (สูบน้ํา สวนประกอบสูบน้ํา) เรือ (ใบพัด สูบน้ํา ฯลฯ) ชิ้นสวนรถยนต (เปลือกชุดเฟองทดสงกําลัง เสื้อสูบ ฝาสูบ ทอไอดี) สูบน้ํา โครงกลอง ถายรูปเปลือกมิเตอร

14

14

บทที่ 2 การหลอมและการเทเหล็กหลอ ในบทนี้จะไดกลาวถึงวิธีการหลอมและการเทเหล็กหลอโดยใชควิ โพลา(cupola)และเตาเหนีย่ วนํา (induction furnace) ความถี่ต่ํา เพื่อที่จะไดชิ้นงานหลอทีด่ ีจะตองมีน้ําเหล็กที่ดีและจะตองเทใหถูกวิธี 2.1 การหลอมเหล็กหลอโดยใชคิวโพลา คิวโพลานั้นใชกันมากในการหลอมละลายเหล็กหลอ เพราะมีขอดีตา ง ๆ ที่เตาชนิดอื่นไมมี ตอไปนี้ 1) เปนเตาที่สรางงายและใชงาย 2) หลอมละลายติดตอกันโดยไมตองหยุดได 3) หลอมละลายในอัตราสูงได 4) อุปกรณทใี่ ชและโสหุยในการหลอมละลายมีราคาถูก 5) ปรับสวนผสม (chemical composition) ไดมาก 2.1.1 สวนตาง ๆ ของคิวโพลา (1) สวนตาง ๆ ของคิวโพลาโดยยอ รูป 2.1 แสดงสวนตางๆของคิวโพลาที่นิยมใชกันประกอบดวยปลอกเหล็กเหนียวรูปทรงกระบอก วางในแนวตั้งมีอิฐทนไฟกรุอยูภายในใสโลหะและถานโคกลงเตาทางชองบรรจุ (charging door) เปาลมเขา เตาทางรูลม (tuyeres) เมื่อถานโคกติดไฟโลหะจะละลาย น้ําโลหะและขี้ตะกรัน (slag) นั้นเจาะออกจาก เตาทางรูเจาะ (tap hole) ซึ่งอยูทางสวนลางของเตา ดังนั้นในคิวโพลาโลหะจะไดรับความรอนโดยตรง จากพลังงานทีเ่ กิดจากเผาไหมของถานโคกโลหะจะหลอมละลายโดยมีประสิทธิภาพสูง (2) การแบงเขตตาง ๆ ในคิวโพลา จากชองบรรจุถึงรูเจาะแบงออกไดเปนเขตตาง ๆ ตามสภาพของโลหะในคิวโพลาเขตใหความ รอนขั้นตน เขตนี้เริ่มจากชองบรรจุไปจนถึงตําแหนงที่โลหะกําลังจะหลอมละลาย ในขณะเลือ่ นลงตาม ทางในเขตนี้โลหะจะรอนขึน้ เปนลําดับเขตหลอมละลาย ชวงบนของสวนที่โลหะละลาย เขตเพิ่มอุณหภูมหิ ลังละลาย นับจากเบื้องลางของเขตหลอมละลายจนถึงระดับรูลมในระหวางที่ผาน เขตนี้น้ําโลหะจะเพิ่มอุณหภูมิหลังจากละลายแลว เขตเบา นับจากรูลมจนถึงกนคิวโพลา เปนที่เก็บน้ําโลหะและขี้ตะกรันในการแบงเขตอีกลักษณะ หนึ่ง ภายในของคิวโพลา แบงออกไดเปนเขตเพิ่มออกซิเจนและเขตลดออกซิเจน เขตเพิ่มออกซิเจนตั้งแตระดับรูลมจนถึงระดับกลางกองถานโคกกนเตา ในเขตนี้ถานโคกไดรบั ออกซิเจนเพิ่มจากอากาศที่เขามาทางรูลมเขตลดออกซิเจน สวนที่อยูเ หนือเขตเพิ่มออกซิเจน แกส CO2

15

ซึ่งเกิดขึ้นในเขตเพิ่มออกซิเจนจะถูกลดออกซิเจนโดยทีถ่ านโคกดึงออกซิเจนไปจาก CO2 รูป 2.2 และรูป 2.3 แสดงคิวโพลาขนาด 3 ตัน (3) สมรรถนะการหลอมละลาย (Melting Capacity) สมรรถนะการหลอมละลายของคิวโพลาคิดเปนตันตอชัว่ โมง สมรรถนะการหลอมละลายจะเปลี่ยน ตามปริมาตรลมที่เขาสูเตา อัตราสวนเหล็กตอถานโคกและสภาพปฏิบัติการอื่นๆถึงแมขนาดเสนผาศูนยกลาง ของคิวโพลาจะไมเปลี่ยนสมรรถนะการหลอมละลายมาตรฐานของคิวโพลาชนิดธรรมดามีแสดงในตารางที่ 2.1 และรูปที่ 2.4 (4) ความสูงทีใ่ ชการไดจริง (Effective Height) ความสูงที่ใชการไดจริงของคิวโพลา คือความสูงนับจากระดับจุดศูนยกลางของรูลม จนถึงสวนลางของ ชองบรรจุ ในชองนี้โลหะที่เขาเตาจะไดรับความรอนขั้นตน ดังนั้นคิวโพลายาวๆ จะชวยใหมีการถายเทความ รอนไดมาก แตถายาวเกินไป จะทําใหมีการตานทางการไหลของอากาศมากเกินไปและอาจทําใหถานโคกถูก อัดมากเกินไปเมื่อไดคิดในแงตาง ๆ ดังกลาวแลว ความสูงที่ใชการไดจริงของคิวโพลามาตรฐานมักจะเทากับ ประมาณสี่ถึงหกเทาของเสนผาศูนยกลางภายในของเตาที่ระดับรูลม (5) เขตเบา (Crucible Zone) เขตเบาคือเขตที่นับจากสวนลางรูลมถึงกนเตา เขตเบาของคิวโพลาที่มีสวนรับน้าํ โลหะตางหาก (forehearth) จะตื้นเพราะไมตองใชรับน้ําโลหะเขตเบาของคิวโพลาที่ใชรับน้ําโลหะดวยจะลึก ตามปกติมัก ใหเขตเบามีขนาดใหญพอทีจ่ ะรับเหล็กได 2 –3 ครั้งบรรจุ (charge) ในเขตเบายังมีถานโคก ดังนัน้ จึงมีที่สําหรับน้ําโลหะเพียง 45%ของปริมาตรทั้งหมด เขตเบาไมควร ใหญเกินจําเปน เพราะจะทําใหเหล็กดูดเอาคารบอนและซัลเฟอรจากถานโคก

16

ตารางที่ 2.1 ความสัมพันธระหวางเสนผาศูนยกลางของคิวโพลาและอัตราการหลอม เสนผาศูนย พื้นที่หนาตัด อัตราการหลอม (ตัน / ซม.) กลางใน อัตราสวนใชไดจริงของเหล็กตอถานโคก (%) D(mm) A (m2) 8 10 12 14 16 18 0.42 0 0.071 0.74 0.64 0.57 0.52 0.47 0.58 350 0.096 1.0 0.9 0.8 0.7 0.64 0.76 400 0.126 1.3 1.1 1.0 0.9 0.83 0.95 450 0.159 1.7 1.4 1.3 1.2 1.05 1.2 500 0.196 2.1 1.8 1.6 1.4 1.3 1.4 550 0.238 2.5 2.2 1.9 1.7 1.6 1.7 600 0.283 3.0 2.6 2.3 2.1 1.9 2.0 650 0.332 3.5 3.0 2.7 2.4 2.2 2.3 700 0.385 4.1 3.5 3.1 2.8 2.6 2.7 750 0.442 4.7 4.0 3.6 3.3 2.9 3.0 800 0.503 5.3 4.6 4.1 3.7 3.3 3.4 850 0.567 6.0 5.2 4.6 4.2 3.8 3.8 900 0.636 6.7 5.8 5.2 4.7 4.2 4.3 950 0.709 7.5 6.4 5.8 5.2 4.7 4.7 1000 0.785 8.3 7.1 6.4 5.8 5.2 5.2 1050 0.866 9.2 7.9 7.0 6.3 5.7 5.7 1100 0.950 10.0 8.6 7.7 7.0 6.3 6.3 1150 1.039 11.0 9.5 8.4 7.6 6.9 6.8 1200 1.131 12.0 10.3 9.2 8.3 7.5 7.4 1250 1.227 13.0 11.2 10.0 9.0 8.1 8.0 1300 1.327 14.0 12.1 10.8 9.7 8.8 8.6 1350 1.431 15.1 13.0 11.6 10.5 9.5 10.2 9.3 1400 1.539 16.3 14.0 12.5 11.3 11.0 10.0 1450 1.651 17.5 15.0 13.4 12.1 11.7 10.6 1500 1.767 18.7 16.1 14.3 13.0

17

(6) รูเจาะ (Tap Hole) และรูขี้ตะกรัน (Slag Hole) รูเจาะและรูขี้ตะกรันอยูในเขตเบา รูปรางและตําแหนงของรูเหลานี้ขึ้นอยูกับวิธีการเจาะเอาน้ํา เหล็กและขี้ตะกรันออก กระบวนการเจาะเอาน้ําโลหะและขี้ตะกรันออกเปนระยะ ๆ ตามวิธีนจี้ ะเจาะเอาน้ําเหล็กหรือ ขี้ ตะกรันที่พกั อยูในอางในเตาคิวโพลา เปนระยะ ๆ จากรูเจาะและรูขี้ตะกรัน ทั้งนี้โดยใชมือจับอุปกรณแลว เจาะและอุดรู วิธีการนี้แสดงในรูป 2.5 และรูป 2.6 สวนผสมทางเคมีของน้ําเหล็กที่ไดโดยวิธนี ี้จะเปลีย่ น เนื่องจากสัมผัสกับถานโคกและขี้ตะกรัน ขบวนกรรมเอาขี้ตะกรันออกทางดานหนา รูป 2.7 แสดงขบวนกรรมนี้ขี้ตะกรันจะไหลออก ติดตอกันไป โดยที่น้ําโลหะจะออกสวนลาง และขี้ตะกรันจะแยกออกจากน้าํ โลหะทันที ขบวนกรรมนี้ ใหผลดีที่สุด เพราะมีการเปลี่ยนแปลงในสวนผสมทางเคมีนอยที่สุด ขบวนกรรมเอาขี้ตะกรันออกทางดานหลัง ดังแสดงในรูป 2.8 รูเจาะและรูขี้ตะกรันอยูคนละดาน จึงไมจําเปนตองมีการแยกขี้ตะกรันออกมาจากน้ําโลหะ น้ําโลหะที่ออกอยางติดตอกัน ทั้งโดยวิธีเอาขี้ตะกรันออกทางดานหนาและดานหลัง จะเขาไปพัก อยูในเตาพักน้าํ โลหะ (forehearth) ดังในรูป 2.9 เมื่อตองการน้ําโลหะก็เทออกไดเทาที่ตองการ (7) รูลม (Tuyere) รูลมทําหนาที่สงอากาศเขาเตาเพื่อใหถานโคกเผาไหมอากาศจะตองเขาในปริมาณ และความดันที่ เพียงพอ ดังนัน้ จึงตองมีการคํานวณและทดลองหาพื้นทีห่ นาตัดรวมของรูลม เพือ่ ใหมขี นาดทีเ่ หมาะสม ถาพื้นที่หนาตัดรวมนอยเกินไปความเร็วลมจะสูงเกินไป ทําใหอุณหภูมิของแกสที่เกิดจากการเผาไหม ต่ําลง แตถาพื้นที่หนาตัดรวมใหญเกินไป ความเร็วลมจะลดและจะไมไดการเผาไหมที่สม่ําเสมอ พื้นที่หนาตัดของรูลมนั้น หาจากอัตรารูลมซึ่งมีนิยามดังนี้ อัตราสวนรูลม (A/a) = พืน้ ที่หนาตัดภายในของคิวโพลาที่ระดับรูเปาลม พื้นที่หนาตัดต่ําสุดของรูลม หนึ่งรู - จํานวนรู อัตราสวนนี้มกั จะเทากับประมาณ 5 – 6 สําหรับคิวโพลาเล็ก และ 8 – 12 สําหรับคิวโพลาใหญ จํานวนรูลมนั้นเลือกโดยวิธกี ําหนดเอา แตจะตองเปนจํานวนคู ดังในตารางที่ 2.2 รูปรางของรูลมอาจเปนรูป (a) ทรงกระบอก (b) สี่เหลี่ยมจัตุรัส และ (c) บานออกดังในรูป 2.10 ชนิด (c) มักใชกับคิวโพลาขนาดใหญ หรือขนาดกลางเพราะพื้นทีห่ นาตัดภายในคอย ๆ ขยายใหญขึ้น ทําให เปาอากาศเขาเตาไดอยางสม่าํ เสมอ

18

ตารางที่ 2.2 จํานวนของรูลม เสนผาศูนยกลางใน ของคิวโพลา (mm) จํานวนรูลม

<600

600 - 900

>900

4-6

6 - 12

10 – 12

ควรใชเหล็กหลอหรือเหล็กเหนียวทํารูลม เพราะมีความแข็งแรงพอที่จะรักษามิติของรูลมไวได ในขณะใชงาน (8) กลองลม ( Window Box หรือ Window Chamber) กลองลมทําหนาที่รวบรวมอากาศที่เปามาจากพัดลม เพื่อจายผานรูลมเขาสูเตาอยางสม่ําเสมอ ดังที่แสดงในรูป 2.11 ความกวางของกลองลมมีขนาดประมาณเทากับเสนผาศูนยกลางของทอสงลมจาก พัดลมและความสูงเทากับสี่เทาของความกวาง 2.1.2 ทฤษฎีการหลอมในคิวโพลา (1) ปฏิกิริยาการเผาไหมในเตา ในคิวโพลาความรอนที่เกิดจากปฏิกิริยาใหความรอนระหวาง 02 จากอากาศที่ถูกเปาเขาตาและ C ในถานโคกจะทําใหโลหะหลอมเหลวทําใหเกิดขี้ตะกรันสงสิ่งเจือปนเขาไปอยูกับขีต้ ะกรัน และลด ออกซิเจนจากออกไซด รูป 2.12 แสดงลักษณะการกระจาย (distribution) แกสของที่เกิดจากการเผาไหม 02 จากอากาศที่เขาเตาทางรูปอนลม ทําใหเกิดปฏิกิริยาเพิม่ ออกซิเจนดังนี้ CO2 (1) C + 02 ถานโคกจะเผาไหมในเขตนี้ และอุณหภูมิทเี่ ขตนี้จะสูงกวาที่อื่นในเตา เขตนี้เรียกวาเขตเพิ่มออกซิเจน ซี่งเกิดในเขตเพิ่มออกซิเจนจะเปลีย่ นเฉพาะ ขางบนของเขตนี้เปนเขตลดออกซิเจน CO2 บางสวนเปน CO โดยปฏิกริ ิยาลดออกซิเจนดังนี้ CO2 + C 200 (2) ปฏิกิริยานี้เปนปฏิกิริยาดูดความรอนและเปนปฏิกิริยาที่เกิดรวดเร็วขึ้น ถาอุณหภูมิขึ้นในเขต สูงขึ้นไปในเตา และเนื่องจากการเกิดปฏิกริ ิยานี้ อุณหภูมขิ องแกสจะลดลง ปฏิกิริยาตามสมการที่ (1) และสมการที่ (2) เกิดขึน้ เมื่อถานโคกสัมผัสกับอากาศที่เปาเขามา ดังนั้นตําแหนงที่ปฏิกิริยาเหลานี้จะเกิด ตลอดจนลักษณะการกระจายของแกสที่เกิดจากการเผาไหมจะ ขึ้นกับขนาดของถานโคกปริมาตรอากาศเปาขนาดของรูลมและตัวแปรอื่น ๆ ในการหลอมโลหะดวยคิวโพลา การควบคุมตําแหนงของเตาเพิ่มออกซิเจนและเขตลดออกซิเจน นับเปนเรื่องสําคัญ เพราะจะกระทบกระเทือนคุณภาพของน้ําโลหะ ถาเขตเพิ่มออกซิเจนขยายขึ้นไปถึง

19

สวนบนของเตา โลหะที่ยังเปนของแข็งจะตองอยูในบรรยากาศเพิ่มออกซิเจนอันรุนแรง ทําใหโลหะ ไดรับออกซิเจนเพิ่มขึ้นเมื่อเปนดังนี้จะเกิดผลเสียในดานการสูญเสีย Si เปนอยางมากในระหวางการ หลอม การทําใหเกิดคารบอนลักษณะแปลก ๆ และเกิดการสูญเสียปริมาณโลหะและอื่น ๆ (2) ปฏิกิริยาทีท่ ําใหเกิดขี้ตะกรันและการเปลี่ยนแปลงของสวนผสมของน้ําโลหะ ขี้ตะกรันของคิวโพลาประกอบดวยวัสดุชว ยใหเกิดขี้ตะกรัน (flux) เชน หินปูน (limestone) วัสดุ กรุเตา ( lining material ) เถาที่เกิดจากถานโคกและออกไซดของโลหะ สวนผสมของขี้ตะกรันขึ้นอยูกับ สภาพปฏิบัติการ (operating condition) และชนิดของวัสดุที่ใช ตารางที่ 2.3 แสดงสวนผสมตามปกติของ ขี้ตะกรันของคิวโพลา เนื่องจากขี้ตะกรันทําปฏิกิริยากับน้ําโลหะ สวนผสมของขี้ตะกรันจะเปนอยางหนึ่ง ที่ทําใหสวนผสมของน้ําโลหะเปลี่ยนไป ดังนั้นจึงควรมีการควบคุมสวนผสมของขี้ตะกรัน ตารางที่ 2.3 สวนประกอบทางเคมีของขี้ตะกรันตามปกติ ของคิวโพลา (%) สวนประกอบ Ca0 Mg0 Al203 Fe0 Mn0 S SiO2 (ชนิด) ขี้ตะกรันกรด 40-50 20-35 0-3 5-12 0.5-0.7 0.5-2.0 0.1-0.4 ขี้ตะกรันดาง 20-30 30-50 5-20 3-10 0.5-5.0 0.5-3.0 0.4-1.0 โดยทั่วไปถาอากาศที่เปามากเกินไป หรือถาอัตราสวนระหวางเหล็กและถานโคกต่ํา จะทําใหเกิด ออกไซดของสวนผสมของโลหะมากขึ้น โดยเฉพาะอยางยิ่งออกไซดของซิลิคอนและแมงกานีส จะเพิ่มขึน้ และคุณภาพน้ําโลหะก็จะต่ําลงเนือ่ งจากการสูญเสียที่เกิดขึน้ ในขณะทําการหลอมเหลว ออกไซดเหลานี้ในขี้ตะกรันทําปฏิกิริยากับคารบอนในน้าํ โลหะและถานโคกดังนี้ Fe0 + C = Fe + CO Si02 + 2C = Si + 2C0 ดังนั้นออกไซดดังกลาวจะถูกลดออกซิเจน ปฏิกิริยาเหลานี้จะเกิดมากขึ้นเมื่ออุณหภูมเิ พิ่ม ดังนัน้ ถาอุณหภูมกิ ารหลอมโลหะสูง การสูญเสียของสารในเหล็ก (โดยที่สารนั้น ๆ กลายเปนออกไซด) จะ เพิ่มขึ้นเปนสัดสวนกับอุณหภูมิ และการเกิดจุดเสียในชิน้ งานหลอก็จะเพิ่มขึ้นเปนสัดสวนดวย ประเด็นสําคัญอีกอันหนึ่งคือ ซัลเฟอรจากถานโคกที่เขาไปในน้ําโลหะ ถานโคกที่ใชงานหลอ ตามปกติมีซัลเฟอรอยู 0.5 – 0.8 % และคาดวาประมาณ 30% ของซัลเฟอรนี้เขาไปในน้ําโลหะ ซัลเฟอรนี้ กลายเปนซัลไฟดในน้ําโลหะ และจะถูกดึงออกมาจากน้าํ โลหะโดยการทําปฏิกิริยากับ Ca0 ซึ่งมีอยูมากใน ขี้ตะกรัน ปฏิกริ ิยาที่วานี้คือ Ca0 + FeS = CaS + Fe0 Ca0 + MnS = CaS + Mn0

20

แตมี Fe0 และ Mn0 อยูมากในขี้ตะกรัน ปฏิกิริยาจะดําเนินไปทางขวาไดยาก ดังนั้นจะดึงเอา ซัลเฟอรออกไดไมมากพอ ดวยเหตุผลนี้จงึ ไมควรใหเกิดการเปนออกไซดมากนักในการหลอมโลหะ (3) ถานโคกและปริมาตรอากาศที่เปาเขาเตา ถาเปาอากาศเขามากเกินไปและมีถานโคกไมพอ ระดับของถานกนเตา (bed coke) จะลดลงและ จะทําใหเหล็กเปนออกไซดไดมาก ทั้งนี้เพราะเหล็กตองอยูในบรรยากาศที่พาใหเกิดการเปนออกไซดได มาก ดังนัน้ จึงจําเปนตองรักษาระดับถานกนเตาใหสูงที่สุดเทาที่จะเปนไปได เพื่อที่จะปองกันมิใหเหล็ก เปนออกไซดและเพื่อใหไดอณ ุ หภูมิน้ําเหล็กสูง หนาที่ของถานโคกที่บรรจุเขาเตาคือการรักษาระดับถานกนเตาใหอยูคงที่และทําใหการทํางานของ เตาเปนไปอยางตอเนื่องกันเปนเวลานาน ปริมาณถานโคกที่เพียงพอสําหรับแตละครั้งบรรจุนั้นจะตอง คํานวณหา โดยการพิจารณาถึงชนิดของเหล็กความแข็งแรงทางกลของถานโคก และปริมาณเถาซัลเฟอร ในถานโคกขนาดของถานโคกก็เปนเรื่องสําคัญที่ควรพิจารณาดวย รูป 2.13 แสดงผลของขนาดถานโคกตอ ปฏิกิริยาการเผาไหมในคิวโพลา ขนาดของถานโคกควรเทากับประมาณ 1/8 – 1/10 ของเสนผาศูนยกลาง ภายในของคิวโพลาและควรมีขนาดเทา ๆ กันดวย ปริมาตรอากาศที่เปาเขาเตามีผลกระทบกระเทือนมากทีส่ ุด ตอการเผาไหมของถานโคกใน คิวโพลา และคํานวณไดจากสูตรตอไปนี้ Q = 1,000 x W x K x K x L x C 60 100 100 โดยที่ Q : ปริมาตรอากาศ m3 / min W : อัตราการหลอมละลาย ton/hr L : ปริมาตรอากาศที่ตองใชในการเผาไหมคารบอน 1 kg m3 / kg K : ปริมาตรถานโคกที่ตองใชในการหลอมละลายโลหะ 1 kg / kg k : ปริมาณคารบอนใน 100 kg ของถานโคก kg C : สัมประสิทธิ์การปรับตามสภาพ ในสมการขางบนมีการคิดการเปลี่ยนแปลงในขนาดถานโคกดวย ปริมาตรอากาศเปานั้นไมเปลี่ยนแปลงตามอัตราสวนเหล็กตอถานโคกมากนักดังนัน้ อาจหา ปริมาณอากาศที่ตองการไดจากสูตรตอไปนี้ W = 100 - 110 m3 / min - m2 A W : ปริมาตรอากาศเปา m3 / min A : พื้นที่หนาตัดของคิวโพลา m2

21

(4) วัสดุที่ใชในการหลอโดยคิวโพลา เหล็กปก (pig iron)วัสดุทใี่ ชกับคิวโพลากันมากที่สุดคือเหล็กปก เพือ่ ใหไดชนิ้ งานหลอที่ดีจะตอง ใชเหล็กปกที่ดี มักจะใชเหล็กปกเทากับประมาณ 20 - 30 % ของโลหะทีใ่ สเขาเตาทั้งหมด เศษเหล็กเหนียว (steel scrap) เหล็กเหนียวใชแลวที่สะอาดจะมีสวนผสมที่เหมือน ๆ กันและหาซื้อ ไดในราคาถูก การที่เหล็กเหนียวมีคารบอนและซิลิกอนนอย ทําใหเหมาะที่จะใชทําชิ้นงานหลอทีต่ องการ % ของ C และ% ของ Si นอย ๆ ตามปกติจะใชเศษเหล็กเหนียวเทากับ 30 - 40 % ของโลหะทั้งหมด โดยเฉพาะในกรณีเหล็กหลอความแข็งแรงสูงจะตองใชเศษเหนียวมากกวาปกติ ขนาดและรูปรางของเหล็กเหนียวใชแลวมีผลกระทบกระเทือนอยางสําคัญตอการรักษาสภาพการที่ ถูกตองภายในเตา เชน ถาใชเหล็กเหนียวใชแลวอยูใ นรูปแผนบาง ๆ จะมีการสูญเสียมวลโดยปฏิกิริยาเพิ่ม ออกซิเจนเปนอยางมาก ตรงกันขามถาแผนเหล็กหนาเกินไปอุณหภูมใิ นเตาจะต่ํา ตาราง 2.4 แสดงขนาดที่ เหมาะสมของเศษเหล็กเหนียวใชแลว เหล็กหลอใชซา้ํ (return scrap) เหล็กหลอใชซ้ํา หมายถึงชิ้นงานหลอที่ใชไมได รูลน รูเท รูวงิ่ หรือ เหล็กหลอใชซา้ํ ที่ซื้อมาจากโรงหลออื่น ควรใชเหล็กหลอใชซ้ําที่มาจากโรงหลอนั้น ๆ เอง เพราะรูสวนผสม เหล็กผสมสารปรับสวนผสม (ferro alloy) หมายถึงวัสดุเชน Fe-Si หรือ Fe-Mn เมื่อใชเหล็กเหนียว ใชแลวเปนเปอรเซนตมากขึ้นก็จะตองมีการปรับสวนผสมโดยการใช ferro alloy ในการปรับสวนผสมควร พิจารณาเรื่องการเปลี่ยนแปลงในสวนผสมของน้ําโลหะ เนื่องจากปฏิกิริยาเพิม่ ออกซิเจนในขณะอยูใ น สวนบนของเตา และที่เกิดจากปฏิกิริยากับขี้ตะกรันหรือถานโคก การเปลี่ยนแปลงใน % C ซึ่งประกอบดวยการลดคารบอนโดยปฏิกริ ิยาเพิ่มออกซิเจนของน้ําโลหะ ขณะที่อยูสวนบนของเตา และการเพิ่มคารบอนโดยปฏิกิริยาระหวางน้ําโลหะและถานโคกนั้น เกีย่ วของ อยางซับซอนกับสภาพปฏิบตั ิการ % C นั้นปรับไดโดยเปลี่ยนอัตราสวนระหวางเหล็กปกและเหล็กเหนียวใช แลวในการหลอมเหลว ควรเผื่อการสูญเสีย Si ประมาณ 10 - 25 % และ Mn ประมาณ 15-30% การสูญเสีย เหลานี้จะตองนําไปประกอบการคํานวณในการปรับสวนผสม % S จะเพิ่มเพราะไดซัลเฟอรจากถานโคก มัก กําหนดให %S เพิ่มไดไมเกิน 0.1% ตาราง 2.5 แสดงตัวอยางของการกําหนดวัสดุชนิดตาง ๆ ที่ใชหลอ

22

ตาราง 2.4 ขนาดที่เหมาะสมสําหรับเศษเหล็กเหนียวที่ใชบรรจุเขาเตา เสนผาศูนยกลางในของคิวโพลา 500 600 650 700 ขนาดของเศษ ความหนา (mm) 4-5 5-8 6-20 6-25 เหล็กเหนียว ความยาว (mm) 50-150 100-200 100-200 100-250

ตาราง 2.5 ตัวอยางของการกําหนดวัสดุชนิดตาง ๆ ที่ใชในการหลอ สวนผสมที่ตองการ ระวางวัสดุ โลหะผสมเหล็ก (%) (%) (%) คุณภาพ เศษ Fe-Si Fe-Mn เศษเหล็ก เหล็ก Si=75% Mn= C Si Mn เหล็กพิก เหนียว หลอ 75% ความเคนดึง 15 3.6 2.2 0.7 30 25 45 1.6 0.2 (kg/mn2) 25 3.3 2.0 0.6 25 40 35 1.7 0.4

เหล็กปก เศษเหล็กเหนียว เศษเหล็กหลอ

C(%) 4.0 2.0 3.4

Si(%) 2.0 0.2 2.0

Mn(%) 0.5 0.4 0.7

ในการคํานวณหาสวนผสมขางบนนี้ไดใชผลการวิเคราะหตอไปนี้ สมมุติ การสูญเพลิงขณะหลอมของซิลิคอนและแมงกานีสเทากับ 15% และ 20%ตามลําดับตัวอยางการ คํานวณหาสวนผสม

23

C

Si

Mn

3.3(%)

2.0(%)

0.6(%)

เหล็กพิก เศษเหล็กเหนียว เศษเหล็กหลอ ผลรวม(%) สูญเพลิง(%) ความแตกตาง(%)

4.0x0.25=1.00 0.2x0.40=0.08 3.4x0.35=1.19 2.27

คารบอนที่ไดรับ จากถานโคก (%) ของผสมจากโลหะ ผสมเหล็ก(%)

1.05

2.0x0.25=0.50 0.2x0.40=0.08 2.0x0.35=0.70 1.28 15 1.28 - 2.0 = -1.07 1-0.15 -

0.5x0.25=0.13 0.4x0.40=0.16 0.7x0.35=0.25 0.54 20 0.54 - 0.6 = -0.21 1-0.20 -

1.07 =1.7 0.75x0.85 Si 2.0(%) 2.35

0.21 =0.4 0.75x0.80 Mn 0.6(%) 0.75

สวนผสมที่ตองการ

สวนผสมที่ตองการ ผลการคํานวณ(%)

- 1.03

C 3.3(%) 3.32

2.1.3 การใชควิ โพลา (1) ผนังเตา (lining) ผนังเตา ประกอบดวยอิฐทนไฟ วัสดุทนไฟหลอสําเร็จรูป หรือวัสดุทนไฟใชในการปะ ถา ตองการใหผนังเตาเปนประเภทกรดก็ควรใชวัสดุทนไฟ chamotle หรืออิฐแปง(talc brick) และควรใช magnesia หรือ doromite ถาตองการผิวเตาประเภทดางควรพอกผิวใหหนา 3 – 4 mmและเพื่อใหจับติดดี ควรใชน้ําใหนอ ยที่สุดคิวโพลาที่ทําผนังเตาใหมนนั้ ควรปลอยใหแหงเองสัก 2-3 วัน แลวจึงเผาถานโคก หรือฟนในเตาเปนเวลา 1 วันกับ1 คืน เพื่อใหแหงสนิท การซอมผนังเตา ตามปกติในการเตรียมใชคิวโพลาก็จะเริ่มโดยการซอมผนังเตา ซึ่งถูกกัดกรอน ไปในการใชงาน โดยเปดเหล็กปดกนเตาออกปลอยใหภายในของเตาเย็นลงแลวจึงซอมจุดทีถ่ ูกกัดกรอน มักจะตองซอมเฉพาะเขตหลอมละลายที่อุณหภูมิสูง จะตองใชสกัดหรือคอนลมเพื่อเอาขี้ตะกรันถานโคก และเหล็กที่ตดิ อยูออกไปจนถึงสวนวัสดุทน ไฟ หลังจากนัน้ อาจตองเปลีย่ นอิฐทนไฟ หรือเพียงแตใชวัสดุทนไฟปะ ทั้งนี้แลวแตสึกกรอนไปแคไหน

24

ควรใหมนี ้ํานอยที่สุดในวัสดุทนไฟทีใ่ ชฉายหรือปะในการซอมรูลมและรูเจาะจะตองระวังเรื่องขนาดรูปราง และมุม หลังจากซอมเสร็จแลวก็ปดประตูปดกน แลวใชทรายทําแบบหลอบุกนเตาใหหนาสัก 30 – 50 mm แลวจึงใสทรายกนเตาทับอีกทีแลวตบใหแนน สวนผสมของทรายกนเตามีในตาราง 2.6 ตัวอยางของ วัสดุตาง ๆ (%) สวนผสม ทรายซิลิกา อิฐแชมโมททปน ดินเหนียว ปูนขาวทนไฟ ถานโคกปน A 40 7 3 50 B 20 40 40 C 70,80 20,30 แชมโมททเปนสวนผสม xSi02.yAl203 เปนกรดก็ไดดางก็ได หรือเปนกลางก็ไดถามี Si02มากก็ เปนกรด นิยมใชกับคิวโพลาสวนลางของเตาจะเรียวลงสูรูเจาะดวยมุม 5/1,000 ถึง 10/1,000 องศาการเรียว นี้ทําใหเจาะน้าํ โลหะออกไดสะดวก ความหนาของทรายกนเตาเทากับ 200mm เปนอยางต่ํา ความหนา นี้ขึ้นกับขนาดของคิวโพลาและจํานวนชั่วโมงปฏิบัติงาน การอุนคิวโพลา หลังจากทําผิวเตาเสร็จแลว ควรปลอยใหแหงชา ๆ อาจทําใหแหงโดยการจุดถาน โคกกนเตา ดังจะไดกลาวถึงในตอนตอไป รูเจาะและปากเตา (spout) นั้น ควรทําใหรอนโดยการเผาดวยฟน หรือถานโคก หรือใชเตาฟู (burner) เพื่อปองกันมิใหอุณหภูมิของน้ําโลหะที่ออกมาทีแรกตองลดลงมาก (2) การเตรียมงาน การจุดเตา หลังจากที่ไดซอมเตาและทําใหแหงแลว ควรเริ่มจุดเตา 3 - 4 ชั่วโมงกอนกําหนดเจาะ น้ําโลหะ เริ่มดวยการใสฟนลงไปที่กนเตา แลวจุดใหติดโดยการใชผาชุบน้ํามันหรือเตาฟู (petroleum burner) หลังจากไฟติดแลวจึงใสถานโคกกนเตา แลวปลอยใหตดิ จนลุกโชน ถาใชตะเกียงแกสเปาชนิดพิเศษสําหรับ ติดเตา จะติดถานโคกกนเตาไดเลยโดยไมตองใชฟน ถาใชวิธีหลังจะใชเวลานอยกวาวิธีแรกมาก การเปากอนหลอม (fore blow) เมื่อเกิดการเผาไหมจนเปลวไฟขึน้ ถึงสวนบนของถานโคกกนเตา แลวก็ปด รูมอง (peep hole) แลวเปาลมประมาณ 3 – 4 นาที ในระหวางที่เปากอนหลอมนี้ ควรปรับระดับ ถานโคกกนเตาใหถูกตองโดยใชโซหรือทอนเหล็กเหนียว วัดจากรูบรรจุ (charging opening)สําหรับคิวโพลา เล็กที่มีขนาดเสนผาศูนยกลางภายในต่ํากวา 700mm ถานโคกกนเตาสูง 1.5 – 1.8 เทาของเสนผาศูนยกลาง ภายในก็พอ และสําหรับคิวโพลาขนาดใหญใชถานโคกกนเตาสูง 1,200 -1,300mm วัสดุบรรจุปริมาณโลหะที่จะบรรจุนั้นคํานวณโดยใชตารางควบคุมวัสดุน้ําหนักโลหะ สําหรับ แตละครั้งบรรจุ (charge) ควรเทากับ 1/10 – 1/15 ของอัตราการหลอมตอชั่วโมงของคิวโพลา ปริมาตร ถานโคกสําหรับแตละครั้งบรรจุนั้นคิดจากอัตราสวนระหวางเหล็กและถานโคก ปริมาณของหินปูนที่ชวย ทําใหเกิดขี้ตะกรันควรเทากับประมาณ 25 – 30% ของน้ําหนักถานโคก ในการบรรจุควรใสหนิ ปูนเขาไป

25

กอน แลวจึงใสโลหะและถานโคกตามลําดับ แตลําดับการบรรจุไมสูสําคัญนักสิ่งที่ควรระวังมากกวาคือ อยาใหขนาดของแตละชิ้นของวัสดุตางกันมาก ๆ (3) วิธีปฏิบัติ การเริ่มเปาลมหลังจากใสวัสดุเขาไปจนถึงสวนลางของประตูบรรจุแลวปลอยใหโลหะไดรับความ รอนประมาณ 15 – 20 นาทีกอนจะเปาลม แตถาชวงนีน้ านเกินไป ระดับของถานโคกกนเตาจะต่ําเพราะเกิด การเผาไหมไปมาก เมื่อไดปลอยใหโลหะรับความรอนเพียงพอแลวก็เริ่มเปาลม หลังจากนี้ประมาณ 3 – 4 นาทีจะเห็นเหล็กละลายเปนหยด ๆ ตกผานรูมอง ตามปกติจะเริ่มเปดรูเทครั้งแรกราว 15-20 นาที หลังจากเริ่มเปาลม น้ําโลหะที่ออกมาแตแรกมีอณ ุ หภูมิต่ําและสวนผสมมักเปลี่ยนไปจากที่ตองการมาก ดังนั้น ตามปกติจะไมใชในการหลอชิ้นงาน ถาตองการใหไดน้ําโลหะอุณหภูมิสูงตั้งแตแรกจะตองใชถานโคกกน เตามาก ๆ และเปาลมมาก ๆ หรือใสแคลเซียมคารไบด 1-2% ผสมมากับถานโคกงวดแรก การหลอมละลายและการเจาะ ถาเปนคิวโพลาที่มที ี่แยกขี้ตะกรันจะเปนการแยกที่หนาเตาหรือ หลังเตาก็ตาม จะเจาะน้ําโลหะออกไดติดตอกันโดยไมตอ งหยุดขี้ตะกรันจะออกมากับน้ําโลหะ แตจะ ถูกแยกออกไป สําหรับคิวโพลาที่ใชวิธแี ยกขี้ตะกรันเปนตอน ๆ นัน้ จะเปดรูเจาะเปนระยะ ๆ ตามปริมาณ น้ําโลหะและขี้ตะกรันในอางเก็บในเตา จะตองบรรจุถา นโคกหินปูน และโลหะเขาเตาเปนระยะ ๆ อยางสม่ําเสมอเพื่อรักษาใหระดับวัสดุ อยูที่สวนลางของประตูบรรจุ ในระหวางการหลอมละลายจะตองตรวจอัตราการหลอมละลายอุณหภูมิของ น้ําเหล็กและความดันของลมเปาอยูเสมอดังนั้นจะตองรักษาสภาวะในเตา กลาวคือ อุณหภูมิ ความดัน ความสูงของกองถานโคกกนเตา ผนังเตา ฯลฯ ไวไมใหเปลี่ยนแปลง ถึงแมวาคิวโพลาจะทํางานโดยมีอัตราสวนเหล็กตอถานโคกที่ถูกตอง และมีปริมาณลมพอเพียง เพราะผนังเตาในเขตหลอมละลายจะสึกกรอนไป แตถาใชงานไปนานเขาระดับถานโคกกนเตาจะลดลง ดังนั้นเพื่อใหระดับถานโคกกนเตาคงที่จะตองใสถานโคกเพิ่มเขาไปเทากับประมาณหนึ่งครั้งบรรจุ (0ne charge)ทุก ๆ หนึ่งชัว่ โมง หรือหนึ่งชั่วโมงครึ่ง วิธีการปฏิบัติเมื่อจะหยุดใชเตา เมื่อใกลจะสิ้นสุดการใชเตา ความดันของอากาศจะลดลง เพราะ ความสูงของถานโคกกนเตาจะลดลง ดังนั้นจึงตองปรับประตูลม (damper) เพื่อรักษาใหปริมาณอากาศ คงที่ ถาปลอยใหเตาทํางานตอไปตามปกติจนกระทั่งโลหะทีอ่ ยูเหนือกองถานโคกกนเตาละลายหมด อาจจะมีโลหะไปติดผนังเตาเนื่องจากน้ําโลหะถูกเปากระจายการสึกกรอนของวัสดุทนไฟ หรือการเพิ่ม ออกซิเจนของเหล็ก ฯลฯ ดังนั้นจึงควรหยุดเปาลมเมื่อยังมีวัสดุอกี ประมาณ 2-3 ครั้งบรรจุอยูเหนือถาน โคกกนเตา

26

พรอมกับที่หยุดเปาลมก็เปดรูมอง (tuyere peep hole) และเอาเหล็กและขี้ตะกรันออกมาทาง รูเจาะและรูขี้ตะกรัน หลังจากนั้นก็เปดประตูกนเตา ทําใหวัสดุทั้งหลายตกลงมาบนกองทราย ซึ่งจัดไวใต คิวโพลา ถาสิ่งตาง ๆ ในเตาไมตกลงมา เมื่อเปดประตูกนเตา จะตองใชทอนเหล็กทะลวง ที่ไมตกมักเปน เพราะทรายรองกนเตามีดนิ เหนียวมากเกินไป ตองปรับสวนผสมของทรายกนเตาใหมีดินเหนียวนอยลง (4) สภาพการทํางานที่ถูกตองของคิวโพลา ในการหลอมละลายเหล็กโดยใชควิ โพลา คุณลักษณะของเหล็กจะเปลีย่ นอยูเสมอ คือเปลี่ยนไป ตามสภาวะของเตา ทั้งนีถ้ ึงแมเตาจะทํางานติดกันในอัตราผลิตคงที่ ดังนั้นจะตองปรับสภาวะตามการ เปลี่ยนแปลงของเตา ทั้งนี้เพือ่ ใหไดสภาวะการทํางานที่อยูในเกณฑใชได (a) สภาวะที่จะทําใหไดอุณหภูมิของน้ําโลหะสูงมีดังนี้ 1) ความสูงที่ใชไดจริง(effective height) สูงพอ 2) ปริมาณลมเปามากพอ (อัตราสวนรูลมสูงพอ) 3) ใชถานโคกแข็งที่มีขี้เถานอย 4) ถานโคกกนเตามีระดับสูง 5) มีการเปาลมมากพอกอนลงมือทํางานตามปกติ 6) ใชถานโคกมากพอ 7) ใชโลหะที่มีขนาดและน้ําหนักเหมาะกับขนาดเสนผาศูนยกลางคิวโพลา 8) มีอัตราการหลอมละลายเหมาะกับขนาดเสนผาศูนยกลางคิวโพลา (b) สภาวะที่จะทําใหไดเหล็กที่ไมผานการทําปฏิกิริยากับออกซิเจนและเปนเหล็กสะอาดมีดงั นี้ 1) ถานโคกกนเตามีระดับสูง 2) ใชถานโคกมากพอ 3) ใชโลหะที่มีขนาดและน้ําหนักเหมาะกับขนาดเสนผาศูนยกลางของคิวโพลา 4) ปองกันมิใหมลี มเปามากเกินไป หรือความดันสูงเกินไป (c) สภาวะที่จะทําใหไดเหล็กที่มีเนื้อสม่ําเสมอและมีสวนผสมทางเคมีตามที่ตองการมีดังนี้ 1) ใชเหล็กปกใหมที่รูสวนผสมทางเคมี 2) ควบคุมเหล็กใชแลวดี มีการจัดแบงประเภทของเหล็กใชแลว 3) ใชโลหะที่มีขนาดและน้ําหนักเหมาะกับขนาดเสนผาศูนยกลางของคิวโพลา 4) ใชรูลมที่สงลมเขาไดเฉลี่ยเทา ๆ กันทั่วพืน้ ที่หนาตัด 5) ใชเตาพักน้ําโลหะ (forehearth)

27

2.1.4 วิธีการใชคิวโพลาในสมัยปจจุบัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไดมีการใชควิ โพลาที่หลอเย็นดวยน้ํา และคิวโพลาทีใ่ ชลมรอนเปา (hot blast cupola) กันในงานอุตสาหกรรมในระยะหลัง ๆ (1) คิวโพลาหลอเย็นดวยน้ํา ผนังเตาในเขตหลอมละลายเหนือรูลม เปนสวนที่สึกกรอนมากที่สดุ ในคิวโพลาและเมื่อสึกกรอน ไปมาก ๆ เปลือกเตาซึ่งเปนเหล็กเหนียวจะรอนจนแดง และตองหยุดการทํางานของเตา นอกจากนั้นถา ผนังเตาเหลือบางมาก ๆ จะตองเสียเวลาซอมนาน ดังนั้นในระยะหลัง ๆ นี้ จึงมีการใชคิวโพลาหลอเย็น ดวยน้ํา โดยเฉพาะอยางยิ่งเตาทีห่ ลอเย็นตรงเขตหลอมละลายมีคิวโพลาหลอเย็นดวยน้ําอยูสองชนิด ชนิดแรกมีโพรงรอบเตาใหน้ําอยู (water jacket) ดังในรูป2.15 และอีกชนิดหนึ่งใชน้ําโปรยลงมาที่เปลือก เตาการหลอเย็นวิธีแรกมักใชกับคิวโพลาขนาดเล็กในการหลอเย็น ชนิดที่สองเปลือกเตาควรไดรับน้ําริน ลงมาโดยรอบอยางสม่ําเสมอ คิวโพลาชนิดหลังนี้ควรใชเปลือกเตาหนากวาชนิดแรก และควรหนากวา 10 mm ทั้งนี้ขึ้นอยูกับการพิจารณาระหวางการนําความรอน (ตองการใหเปลือกบาง) และความแข็งแรง ทางกล (ตองการใหเปลือกหนา) วิธีหลังมักใชกับคิวโพลาขนาดใหญคิวโพลาหลอเย็นดวยน้าํ ไดเปรียบ ตรงที่ทําใหใชงานไดนานกอนตองซอม และเมื่อตองซอมก็ไมตองซอมมากเทาเตาที่ไมมีการหลอเย็นดวย น้ํา นอกจากนั้นยังมีการเปลี่ยนแปลงในสวนผสมของเล็กนอย เพราะสภาวะภายในเตาจะไมคอยเปลี่ยน เนื่องจากมีการสึกกรอนของผนังเตานอย เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการใชคิวโพลาหลอเย็นดวยน้ําที่ผนังเตาหนาเพียง 2 – 3 cm หรือไมมีผนังเตาเลย คิวโพลาบางอันใชวิธหี ลอเย็นโดยใชน้ําหลอเย็นเฉพาะรูลมซึ่งทําดวยทองแดง ทั้งนี้เพื่อจํากัดใหการเผา ไหมอยูใ นเขตเฉพาะ และเพือ่ ไมใหสูญเสียความรอนมากเกินไป (2) คิวโพลาใชลมรอนเปา (Hot Blast Cupolas) คิวโพลาตามปกติใชลมเปาทีไ่ ดจากบรรยากาศรอบเตา แตมีคิวโพลาที่ใชลมที่ผานการทําใหรอ น มากอน การใชอากาศที่ทําใหรอนมากอนทําใหอุณหภูมใิ นเตาสูงขึ้นและมีขอไดเปรียบตาง ๆ ดังนี้ 1) ทําใหอณ ุ หภูมิน้ําโลหะจากคิวโพลาสูงขึ้น 2) ลดอัตราสวนเหล็กตอถานโคกไดโดยไมลดอุณหภูมิ 3) ลดการสูญเสียเนื่องจากการทําปฏิกิริยากับออกซิเจนของซิลิคอน แมงกานีส เหล็ก และ โลหะผสมอื่น 4) อาจใชโลหะคุณภาพต่ําได และลดคาใชจายในดานวัสดุ 5) เพิ่มอัตราการหลอมละลาย มีวิธีการทําใหอากาศรอนกอนเปาอยู 3 วิธี วิธีแรกใชความรอนปกติ (sensible heat) ของแกสใน คิวโพลา วิธีที่สองใชความรอนแฝง(latent heat) ของ CO ซึ่งเปนแกสชนิดหนึ่งในคิวโพลา วิธีที่สามใช

28

แหลงความรอนตางหากจากคิวโพลาเชนในการเผาไหมของแกสหรือน้ํามัน อุณหภูมิลมที่ไดจากวิธีแรก เทากับ 150 – 160 ºC และไมเห็นผลการไดเปรียบมากนัก อุณหภูมิลมที่ไดจากวิธีที่ 2 และที่ 3 เทากับ 350 – 500 ºC และจะเห็นผลการไดเปรียบอยางชัดเจน คิวโพลาใชลมรอนเปาชนิดที่ 1 และ 2 มีแสดงใน รูป 2.17 และรูป 2.18 (3) การลดความชื้นของลมเปา ความชื้นในลมเปาจะทําใหอุณหภูมิน้ําโลหะต่ําลงและทําใหเกิดจุดเสีย (defects) ในชิ้นงานหลอ เหตุที่เกิดขอเสียดังกลาวมีดงั นี้ ความชื้นในอากาศทําปฏิกิริยากับถานโคก H2 O + C CO + H2 – 29.4 calories 2H2O+ C

CO2 + 2H2 – 19.4 calories

ปฏิกิริยาขางบนเปนชนิดดูดความรอน (endothermic) ดังนั้นความรอนที่ควรไดจากถานโคกจึง เสียไปโดยเปลาประโยชน ผลที่เกิดขึ้นคืออุณหภูมิในเตาจะลด เขตเพิ่มออกซิเจน (oxidization zone) จะ ขยายมากขึน้ และทําใหเกิดการหลอมละลายที่เหล็กทําปฏิกิริยากับออกซิเจน(oxidizing melting) เพื่อ ปองกันมิใหเกิดผลเสียเนื่องจากความชื้น จึงมีการลดความชื้นของอากาศเปาวิธีลดความชื้นที่ใชกนั แพรหลายกับคิวโพลามีดังนี้ 1) ลดความชื้นโดยใชซิลิกาเจล (silica gal)ในสภาพของแข็ง 2) ลดความชื้นโดยใชลิเธียม คลอไรด (lithium choride) ในสภาพสารละลาย 3) ลดความชื้นโดยลดอุณหภูมิอากาศ เพื่อดึงความชื้นออกจากอากาศ

29

รูปที่ 2.1 รูปรางคิวโพลา แบบธรรมดา

รูปที่ 2.2 คิวโพลาขนาด 3 ตัน (รูปดานขาง)

30

รูปที่ 2.3 คิวโพลาขนาด 3 ตัน (รูปดานหลัง)

รูปที่ 2.4 สมรรถนะของคิวโพลา

31

รูปที่ 2.5 ขบวนกรรมเจาะน้ําโลหะและขี้ตะกรันออกเปนระยะ ๆ

รูปที่ 2.6 การเจาะน้ําโลหะจากคิวโพลาเปนระยะ ๆ

รูปที่ 2.7 ขบวนกรรมเจาะนําโลหะตอเนื่องโดยกัน้ ขีต้ ะกรันออกขางหนาเตา

32

รูปที่ 2.8 ขบวนกรรมเจาะน้ําโลหะตอเนื่องโดยเอาขี้ตะกรันออกดานหลัง

รูปที่ 2.9 เตาพักน้ําโลหะ

รูปที่ 2.10 รูปทรงสัณฐานตาง ๆ ของรูลม (Tuyere)

33

รูปที่ 2.11 รูปรางและมิติของกลองลม (Wind box)

รูปที่ 2.12 การกระจาย (distribution) ของแกสในคิวโพลากับความสูงจากระดับรูลม

รูปที่ 2.13 ผลของขนาดถานโคกปกตอการเผาไหมในคิวโพลา

34

รูปที่ 2.14 รูปรางผนังดานในของคิวโพลา

รูปที่ 2.15 คิวโพลาแบบหลอเย็นดวยน้ํา

รูปที่ 2.16 คิวโพลาชนิดพนน้ําหลอเย็น

35

รูปที่ 2.17 คิวโพลาลมรอนโดยใชความรอนปกติ (sensible heat)

รูปที่ 2.18 คิวโพลาลมรอนโดยใชการเผา CO

36

36

บทที่ 3 คุณลักษณะของเหล็กหลอ สวนผสมของเหล็กหลอ เหล็กหลอคือโลหะผสมระหวางธาตุเหล็ก (Iron) และธาตุถาน (Carbon)ปกติเหล็กหลอจะมีธาตุถาน ผสมอยูระหวาง 1.7 - 4.3% นอกจากนี้จะมีธาตุอื่น ๆ รวมอยูดว ย เชน ธาตุซิลิคอน (Silicon หรือใชยอ Si ) ซึ่งมีอยูประมาณ 0.3 – 4.0% ธาตุแมงกานีส (Manganese เขียนยอ Mn) มีประมาณไมเกิน 1.5% ธาตุ ฟอสฟอรัส (Phosphorus เขียนยอ P) มีประมาณไมเกิน 1.0% และธาตุซลั เฟอร (Sulphur เขียนยอ S) มี ประมาณไมเกิน 0.2% ตามปกติแลวธาตุคารบอนที่ผสมอยูในเหล็กหลอจะมีมากกวาในเหล็กเหนียว(Steel) และจํานวนธาตุ คารบอนนี้จะละลายอยูในน้าํ เหล็ก (Molten Iron) เมื่อน้ําเหล็กเย็นตัวลงหรือแข็งตัวแลวจะทําใหโครงสราง ภายในเหล็กหลอเกิดขึ้น 2 แบบ คือ แบบแกรไฟท (Graphite) หรือฟรีคารบอน (Free Carbon) และ แบบซีเมนไทท (Cementite) หรือคอมไบนคารบอน (Combined Carbon) คอมไบนคารบอน หมายถึงการทีค่ ารบอนรวมตัวกัน แบบแกรไฟทเราจะพบในเหล็กหลอสีเทา (Grey Cast Iron)สวนแบบซี เมนไททนนั้ เรามักจะพบในเหล็กหลอชนิดเหล็กหลอสีขาว(WhiteCast Iron) ซึ่งเหล็กชนิดนี้จะมีเนื้อแข็ง โครงสรางของเหล็กหลอ เหล็กหลอโดยทั่ว ๆ ไปมีลักษณะโครงสรางภายในเปนแบบตาง ๆ กันคือ 1. ซีเมนไทท (Cementite) โครงสรางของเหล็กหลอชนิดนี้มีธาตุถานรวมตัวกันหรือที่เรียกวา คอมไบนคารบอน ไดจากการเย็น ตัวดวยอัตราสูง (อยางรวดเร็ว) หรือโดยการจัดสวนผสมของเหล็กหลอใหมีปริมาณของคารบอนและซิลิคอน ผสมอยูนอย เหล็กชนิดนี้จะมีเนื้อแข็ง และเปราะ สวนมากเปนพวกเหล็กหลอสีขาว หรือเหล็กมอตเติล (ดังรูป 1 และ 2) 2. เพอรไลท (Pearlite) มีโครงสรางเปนแบบธาตุถานรวมตัวกัน โดยการเรียงซอนกันระหวางโครงสรางเฟอรไรท และ โครงสรางซีเมนไทท (รูปที่ 3) เหล็กหลอชนิดนี้มีความแข็งแรงดีมาก 3. เฟอรไรท (Ferrite) โครงสรางชนิดนี้มีธาตุเหล็กผสมอยูเปนสวนมาก และมีธาตุคารบอนผสมอยูเพียงสวนนอย เนื้อ เหล็กจะออนและมีความแข็งแรงเพียงปานกลางเทานั้น (รูปที่ 4และ5)

37

4. สเตทไดท (Steadite) โครงสรางชนิดนี้เกิดจากการที่ฟอสฟอรัส(P)ที่มีเหลืออยูร วมตัวกันกับธาตุเหล็ก โครงสรางชนิดนี้ ทําใหเหล็กแข็งและเปราะ สาเหตุที่ทําใหเหล็กหลอมีโครงสรางตางกัน สาเหตุสวนใหญที่ทําใหคารบอน (C) รวมตัวกันในเนื้อเหล็ก แลวเกิดเปนแบบตาง ๆ นั้น ขึ้นอยูกับ 1. อัตราการเย็นตัวของน้ําเหล็ก 2. สวนผสมทางเคมีของน้ําเหล็ก 3. การเติมสารเคมีหรือการหลอมดวยความรอนสูง อัตราการเย็นตัวของน้ําเหล็ก การเย็นตัวอยางรวดเร็ว การเย็นตัวดวยอัตราสูงจะเปนสาเหตุหนึง่ ที่ไมทําใหเกิดการรวมตัวของ โครงสรางแบบแกรไฟท ในทางตรงกันขามกลับจะทําใหเกิดโครงสรางชนิดที่เรียกวาคอมไบนคารบอน คือ แบบคารบอนรวมตัวกัน อันจะเปนผลใหเราไดเหล็กหลอชนิดที่มีเนื้อแข็ง หรือทีเ่ รียกกันวา เหล็กหลอสีขาว (White Cast Iron) เหล็กหลอชนิดนี้ถาหักออกมาดูจะเห็นผิวเนื้อเปนสีขาวคลายเงินแข็งมาก และเปราะ จะ นําไปกลึง ไส หรือตบแตงไดยาก สําหรับการเย็นตัวอยางชา ๆ เย็นตัวดวยอัตราต่ํานั้นจะทําใหไดเหล็กหลอ สีเทา ซึ่งมีโครงสรางเปนแกรไฟท ซึ่งเมื่อหักออกจะดูเห็นเปนสีเทา สวนเหล็กหลอที่มีโครงสรางรวมกัน (Mottled Cast ระหวางแบบแกรไฟท และซีเมนไทท มีชื่อเรียกอีกอยางหนึ่งวา “เหล็กหลอมอทเทิล” Iron) เหล็กหลอชนิดนี้เปนเหล็กทีม่ ีคุณสมบัติระหวางเหล็กหลอสีเทา และเหล็กหลอสีขาว อัตราการเย็นตัวของเหล็กหลอนี้ ยอมขึน้ อยูกับความหนาของชิ้นงานของเหล็กหลอดวย ถาชิ้นงานหนาอัตราการเย็นตัวยอมชา และจะทําใหไดเหล็กหลอประเภทเหล็กหลอสีเทา (Grey Cast Iron) แตถาชิ้นงานบางมาก การเย็นตัวของเหล็กหลอนีก้ ็ยอมเร็ว ซึ่งจะไดเหล็กหลอประเภทเหล็กหลอ สีขาวสวนผสมทางเคมีของน้ําเหล็ก คารบอนและซิลิคอนเปนตัวที่ทําใหเกิดแกรไฟท กลาวคือ ถาเหล็กหลอมีสวนผสมของคารบอนและ ซิลิคอนอยูนอย จะทําใหเกิดเหล็กที่มีเนื้อแข็งชนิดหนึ่ง เรียกวา ซิลไอออน (Chilled Iron)ซึ่งมีเนื้อแข็งคลาย เหล็กหลอสีขาว แตถาหากเพิ่มสวนผสมขึ้นไปชนิดใดชนิดหนึง่ หรือทั้งสองชนิด จะทําใหความแข็งที่มีอยู ในเนื้อเหล็กลดลงไปได

38

การเติมสารเคมีและการหลอมดวยความรอนสูง การเติมสารเคมี (Inoculation) และการหลอมดวยความรอนสูง(Superheating) เนื้อเหล็กนีจ้ ะ ทําใหเกิด แกรไฟท ที่ละเอียดกระจายออกไปทั่วเนื้อเหล็กไดมากกวาการหลอม โดยวิธีธรรมดาและ เปนการเพิ่มแรงความตานทานตอแรงดึง (Tensile Strength)ใหสูงขึ้นดวย ก. การเติมสารเคมี สารเคมีที่เราใชเติมกับน้ําเหล็กนั้น สวนมากนิยมใชพวกเฟอรโรซิลิคอน แคลเซียมซิลิไซด แกรไฟท และอื่น ๆ เพื่อชวยใหโครงสรางแบบแกรไฟท ที่อยูในรูปของคารไบด แยกตัวออกไปเปนเกล็ดกระจายอยูทวั่ ไปเหล็กซึ่งมีจํานวนคารบอนสมดุลย (Carbon Equivalent) ต่ําประมาณ 3.7 หรือต่ํากวานัน้ จะมีปฏิกิริยาอยางแรงตอการเติมสารเคมีใหเกิดแกรไฟท เหล็กซึ่งมี จํานวนคารบอนสมดุลย หมายถึงจํานวนธาตุถาน (Carbon) + 1/3 (ซิลิคอน + ฟอสฟอรัส) เฟอรโรซิลิคอนที่ใชเติมควรบดใหละเอียด มีขนาดไมใหญกวา ¼ นิ้ว ปกติแลวจะเติมลงไปที่ รูเจาะน้ําเหล็ก (Cupola Spout) ในอัตราประมาณไมเกิน 0.5% หรือประมาณ 10 ปอนด ตอน้ํา เหล็ก 1 ตัน ข. การหลอมดวยความรอนสูง การหลอมดวยอุณหภูมิสูง มักไมใชเตาคิวโพลาธรรมดา สวนมากจะใชเตาไฟฟาหรือเตาคิวโพลาชนิดที่ใชลมรอน เหล็กหลอที่หลอมดวยอุณหภูมิสูงจนถึง 1,520°C โครงสรางของแกรไฟทจะเปนเกล็ดละเอียด และเล็กกวาปกติ โครงสรางชนิดนี้เมื่อเย็นตัวลงจะเปลี่ยนแปลงไดยากกวาเหล็กหลอทีห่ ลอมดวยเตา คิวโพลาธรรมดา ชนิดของเหล็กหลอ เหล็กหลอแบงออกไดมากมายหลายชนิด มีชื่อเรียกตาง ๆ กัน แตละชนิดจะมีโครงสรางหรือ สวนประกอบภายในไมเหมือนกัน สวนประกอบตาง ๆ เหลานี้จะสามารถเห็นไดจากกลองขยาย ไมโครสโคป โดยดูจากชิ้นสวนตัวอยาง ซึ่งจําเปนตองผานการขัดเงาและทําความสะอาด โดยแชลง ในกรดมาแลวเปนอยางดีเหล็กหลอที่จะกลาวถึงตอไปนี้ เปนเพียงเหล็กหลอ 2 –3 ชนิด ในหลายชนิด ซึ่งนํามาใชงานกันมาก 1. เหล็กหลอสีขาว (White Cast Iron) โครงสรางภายในของเหล็กชนิดนี้ ประกอบดวย โครงสรางแบบซีเมนไททและเพอรไรท (รูปที่ 1) 2. เหล็กหลอมอตเติล (Mottled Cast Iron) มีโครงสรางคลายเหล็กหลอสีขาว แตมกั มี แกรไฟทผสมอยูดวย (รูปที่ 2) 3. เหล็กหลอสีเทา (Grey Cast Iron) มีโครงสรางเปนแบบแกรไฟทกระจายอยูทวั่ ไป โครงสรางนี้อาจเปน

39

ก. เฟอรไรท + แกรไฟท ข. เฟอรไรท หรือ เพอรไรท + แกรไฟท ค. เพอรไรท + แกรไฟท (รูปที่ 3) 4. เหล็กหลอโนดูลาร (Nodular Cast Iron) เปนเหล็กหลออีกชนิดหนึง่ ที่ควรรูจัก เหล็กหลอ ชนิดนี้มีโครงสรางเปนรูกลม หรือทรงกลม(Spheroids) (รูปที่ 4 และ 15) ซึ่งไดจากการหลอมเหล็กหลอ แลวเติมสารเคมีบางชนิด เชน แมกนีเซียม หรือซีเรียมลงไป แตนยิ มใชแมกนีเซียมมากกวา เพราะ ราคาถูกและมีปฏิกิริยาดีกวา ถาเหล็กหลอที่มีโลหะพวกติเตเนียม ตะกั่ว ทองแดง และดีบุกผสมอยู จะทําใหแมกนีเซียมที่เติมลงไปมีปฏิกิริยานอยลงน้ําโลหะที่จะใชทําเหล็กหลอโนดูลาร หรือเรียกสั้น ๆ วาS.G.Iron โดยการเติมแมกนีเซียมนี้ควรมีผสมของฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร (S) ต่ํา รวมทั้ง แมงกานีส (Mn) ก็ควรจะต่ําดวย เหล็กหลอชนิดนี้ควรนําไปผานความรอน โดยการอบในเตาอบเสียกอนหลังจากเทน้ําเหล็กลง ในแบบหลอแลว เพื่อจะไดเพิ่มความแข็งแรงขึ้นอีก นอกจากจะเพิม่ ความแข็งแรงแลว ความเหนียวก็ จะตองมีมากขึน้ รวมทั้งสามารถตานทานแรงกระแทกและแรงดึงใหดีขึ้นอีกดวย เหล็กหลอชนิดนี้ควร ไดรับการควบคุมดูแลอยางใกลชิด โดยเฉพาะเกีย่ วกับสวนผสมของน้าํ โลหะ เพื่อจะไดคณ ุ สมบัติที่ถูกตอง และแนนอน 5. เหล็กหลอมอลลิเอเบิล (Malleable Cast Iron) เหล็กหลอชนิดนี้จะมีโครงสรางภายใน แบบแกรไฟทเปนรูปกลม เรียกวา “เทมเปอร” (Temper Carbon) (รูปที่ 5) โดยการนําเอาเหล็กหลอที่ ผลิตไดแลว ซึ่งมีสวนผสมเปนเหล็กหลอชนิด เหล็กหลอสีขาว มาผานความรอนในเตาอบเสียกอนที่จะ นําไปใชงาน ความสําคัญของธาตุตาง ๆ ในเหล็กหลอ แกรไฟท (Graphite) เปนคารบอนที่ผสมอยูในเหล็กหลอ ซึ่งเปนตัวทําใหคุณสมบัติของเหล็กหลอแตกตางกัน ออกไป ทั้งนี้ตอ งแลวแตขนาดและรูปรางของแกรไฟททผี่ สมอยูในเนื้อเหล็กหลอนัน้ ๆ โดยทั่วไปแกรไฟทที่รวมอยูใ นเนื้อเหล็กจะมีรูปรางตางกันอยู 3 แบบ คือ 1. แกรไฟททอี่ ยูในเนื้อเหล็กเปนรูปเกล็ดบาง ๆ (รูป 3) 2. แกรไฟททอี่ ยูในเนื้อเหล็กเปนรูปกลม (รูป 4) 3. แกรไฟททอี่ ยูในเนื้อเหล็กเปนลักษณะของเทมเปอรคารบอน (รูป 5)แกรไฟทที่เปนเกล็ด โครงสรางในเหล็กหลอ เราแยกออกตามชนิดและขนาดของมันใหแตกตางกันออกไปได ในรูปที่ 6 (A-E) เปนการกระจายตัวของแกรไฟทหรือชนิดของมันในลักษณะตาง ๆ กัน ขนาดของ เกล็ดแกรไฟทจะแยกออกไดดังตัวอยางที่ 7-14

40

โครงสรางแบบ A ในรูปที่ 6 เปนโครงสรางที่เราตองการมากกวาแตความแข็งแรงก็ยงั ไม มากนัก แบบ B, C,และ D ก็เชนเดียวกัน เพราะการรวมตัวของมันไมสม่ําเสมอ สวนแบบ E แกรไฟท ที่ไดจะไดโดยการผสมคารบอนลงไปใหต่ํากวาปกติ แบบนี้จะไมเหมาะกับงานที่เราตองการความ แข็งแรงนัก เพราะตาขายที่เกิดขึน้ จะทําใหความแข็งแรงของเหล็กนอยลง แตก็ยังความแข็งแรง มากกวาชนิดอืน่ ๆ ที่กลาวมาแลว คารบอนและซิลิคอน (Carbon & Silicon) คารบอนเปนธาตุที่สําคัญที่สุดที่ทําใหเหล็กหลอมีโครงสราง และคุณสมบัตติ างกันออกไป สวนธาตุที่สําคัญรองลงมาคือ ซิลิคอน ธาตุทั้งสองนี้มีความสัมพันธใกลเคียงกันมาก จึงเกิดมีวิธีการ อันหนึ่ง ใชหาความสัมพันธของธาตุทั้งสอง โดยการคํานวณไดดังนี้ คือ เหล็กหลอซึ่งมีจํานวนคารบอนสมดุลย = จํานวนธาตุคารบอน 1/3 (ซิลิคอน + ฟอสฟอรัส) เนื่องจากความสัมพันธอันใกลชิดของทั้งสองธาตุนี้ จึงนิยมใชคําวา Carbon Equivalent (C.E.) แทน การพูดวา เหล็กหลอชนิดหนึ่ง มีสวนผสมคือ คารบอน = x% ซิลิคอน = y% โดยเรียกเสียใหมวา เหล็กหลอชนิดหนึ่งมี C,E, = Z% เพื่อเปนการทราบจํานวนคารบอนและซิลิคอนที่มีอยูรวมกันเลย จากสูตรขางบนนี้ แมงกานีส (Manganese) แมงกานีสรวมตัวกับซัลเฟอรในเหล็กหลอ ทําใหเกิดแมงกานีสซัลไฟด(เศษขี้เหล็ก หรือ Slag) จํานวนที่เหมาะสมสําหรับธาตุทั้งสองที่ควรจะมีในเหล็กหลอคือ แมงกานีสไมนอยกวา 1.7 เทาของ ซัลเฟอรที่ผสมในเหล็กหลอ + 0.35 ถามีแมงกานีสมากเกินพอในเหล็กหลอ จะทําใหเนื้อเหล็กแข็ง เหล็กหลอทั่ว ๆ ไปจะมีสวนผสมของแมงกานีสประมาณ 0.5-1.0% แตบางครั้งอาจสูงกวานีใ้ น กรณีที่ตองการคุณสมบัติเปนพิเศษบางอยาง แมงกานีสสวนมากไดจากเหล็กปกที่ใชผสมในการหลอม เหล็กหลอ แตสามารถใสเพิ่มเติมไดตามตองการโดยการใชพวกกอนเฟอรโรแมงกานีส หรือพวกแมงกานีส บดละเอียดปานกลางมาใสในเบารองรับน้ําเหล็ก ซัลเฟอร (Sulphur) ปฏิกิริยาของซัลเฟอรในเหล็กหลอ คลายกับแมงกานีส และจะไดซัลเฟอรจากพวกเศษเหล็ก และวัสดุทใี่ สไปในเตาหลอม เชน จากพวกถานโคกและอื่น ๆ สามารถทําใหซัลเฟอรลดลงไดจากการ ใหทําปฏิกิริยากับแมงกานีส เชน แมงกานีสซัลไฟด (slag) ปกติมักไมตองการใหซัลเฟอรมารวมอยูใน น้ําเหล็ก แตไมสามารถหลีกเลี่ยงไดเมื่อใชหลอมดวยเตาคิวโพลา เพราะจะไดซัลเฟอรจากถานโคกเสมอ ในเหล็กหลอจึงถูกควบคุมใหมีปริมาณซัลเฟอรผสมอยูนอยที่สุดเทาที่จะเปนไปไดปกติไมเกิน 0.1% ในกรณีที่ตองใชถานโคกทีม่ ีซัลเฟอรผสมอยูสูงจึงจําเปนที่จะตองผสมหินปูน หรือโซดาไฟลง ไปในเตา หรือจะผสมเฉพาะโซดาไฟลงไปในเบาก็ได เพือ่ ลดจํานวนซัลเฟอรลง

41

ฟอสฟอรัส (Phosphorous) ฟอสฟอรัสจะมีอยูในเหล็กหลอเปนลักษณะของเหล็กฟอสไฟด ฟอสฟอรัสชวยใหน้ําเหล็กวิ่งดี เวลาเทลงแบบเหมาะสําหรับใชกับงานที่มคี วามบางมาก ๆ และเปนเหล็กที่ไมแข็งแรงนัก เหล็กหลอที่มี ฟอสฟอรัสผสมอยูมากกวา 0.5%จะแข็งและเปราะ ไมเหมาะกับงานที่จะตองรับแรงกระแทก แตถา ตองการเหล็กที่มีความตานทานตอการสึกกรอน ฟอสฟอรัสจะชวยไดมาก การหลอมเหล็กที่มี ฟอสฟอรัสผสมอยูสูงมักจะไมไดเหล็กที่มคี วามแข็งแรงนัก วิธีการที่จะทําใหฟอสฟอรัสซึ่งผสมอยูในเหล็กหลอมากขึ้นหรือนอยลงนั้นยากมาก ในการ หลอหลอมดวยเตาคิวโพลา ธาตุตาง ๆ ที่หลอมดวยเตาคิวโพลา หรือเติมลงไปที่ปากเบารับน้ําเหล็กจะมีปริมาณเทาเดิม มากขึ้นหรือลดลงก็ได ทั้งนีข้ ึ้นอยูกับ 1. ความรอนทีใ่ ชเผาไหมภายในเตา 2. ขนาดและจํานวนของวัสดุที่เราใสไปในเตา 3. อุณหภูมิของเหล็กหลอภายในเตา ซึ่งอัตราการเพิ่มหรือลดไดแสดงไวดังตอไปนี้ ธาตุ 100 ซิลิคอน ฟอสฟอรัส แมงกานีส โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนั่ม

ปริมาณธาตุที่คงเหลือ เติมที่เตาคิวโพลา เติมที่เบารับน้าํ โลหะ 85-90 90 100 100 85 90 80-85 80-85 100 100 90-95 90-95

42 บทที่ 4 การควบคุมและทดสอบคุณภาพของเหล็กหลอกรรมวิธีอินนอคคิวเลทกับการทดลองดวยแทงลิ่ม และการนํามาใชกับเหล็กหลอทางชาง 1) ความหมายของเหล็กหลอทางชาง 2) บทบาทของสารอินนอคคิวแลนทในเหล็กหลอสีเทา 3) ทฤษฎีการแยกตัวของแกรฟไฟน 4) สรุปขอดีของกรรมวิธีอินนอคคิวเลท 5) สารอินนอคคิวแลนท 6) การควบคุมกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท 7) การทดลองดวยแทงลิ่ม 8) ขนาดของแทงลิ่มทดลอง 1. ความหมายของเหล็กหลอทางชาง (ENGINEERING CAST IRON) เหล็กชนิดนี้จะเปนเหล็กมีเนื้อละเอียด E.C.I.เปนเหล็กหลอที่ผานกรรมวิธีอินนอคคิวเลท โครงสรางสม่ําเสมอไมวาจะเปนสวนหนาที่สุดกับสวนบางที่สุดของเหล็กหลอชิ้นนั้น แตถาเปน เหล็กหลอธรรมดาซึ่งไมไดผา นกรรมวิธีอินนอคคิวเลทนี้เราไมสามารถที่จะนําไปใชงานที่ตองการแรง ตานทานสูง ๆ ได คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของเหล็กหลอทั่วไป ขึ้นอยูกับอัตราการเย็นตัวของเหล็ก แตการควบคุมสวนผสมทาง คุณสมบัติเหลานี้สามารถควบคุมไดโดยการควบคุมสวนผสมทางเคมี เคมีจะทําไดยากเมื่อตองการหลองานที่มีสวนคุณสมบัตติ างกันมากชนิด เมื่อเปดเตาครั้งหนึ่ง ๆ เพราะจะตอง เปลี่ยนสวนผสมของวัตถุดิบอยูตลอดเวลาที่เราตองการเปลี่ยนคุณสมบัติของเหล็กหลอ โดยการเติมสารอิน นอคคิวแลนทลงไป ซึ่งสารนี้จะไปลดอิทธิพลของอัตราการเย็นตัวทีม่ ีตอความแตกตางของความหนาบาง ของชิ้นงานโดยไมกระทบกระเทือนตอสวนผสมทางเคมีที่มีอยูในเนื้อเหล็กเมื่อการเย็นตัวสม่ําเสมอทั่วไป เหล็กก็จะมีโครงสรางที่ดีสม่ําเสมอทั่วไปเชนเดียวกันจะมีผลทําใหชางหลอสามารถผลิตงานที่มีคุณภาพสูง และนอกจากนั้นยังสามารถผลิตงานที่มีคุณสมบัติตางกันไดอยางสะดวกอีกดวยเหล็กหลอทางชางแบงเปน 6 ชนิด ตามความตานทานแรงดึงที่มีอยูในเหล็กหลอ ดังนี้

43 ชนิดเหล็กหลอ C-50 C-50 C-45 C-40 C-35 C-30

ความตานทานแรงดึง(ปอนด/ตารางนิ้ว) 55,000 50,000 45,000 40,000 35,000 30,000

ความตานทานตอแรงดึงนี้หาไดจากการทดลอง โดยใชเครื่องดึงแทนเหล็กที่มีสวนตาม มาตรฐานของ A.S.T.M. (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERLALS) เสนผาศูนยกลางแทง เหล็กตามมาตรฐาน A.S.T.M. ที่ใชในการทดลองนี้ มีอยู 3 ขนาด A = 0.8" B = 1.2" C = 2" การทดลองสวนมากใชเหล็กขนาด B(1.2") เหล็กที่จะมาใชในการทดลองนั้น ตองเปนเหล็กชนิด เดียวกันกับเหล็กที่ใชงาน ซึ่งเราอาจจะใชน้ําเหล็กที่เหลือจากการเทแบบของงานแลวเทลงไปในแบบของ แทงเหล็ก หรือไมก็รวมแบบของแทงเหล็กเขากับงาน ซึ่งจะตองออกแบบเปนพิเศษ โดยมีความสัมพันธกับ ชิ้นงานเชน อาจจะตองมีความหนาเทากับสวนที่สําคัญที่สุดของงาน 2. บทบาทของสารอินนอคคิวแลนทในเหล็กหลอสีเทา เมื่อสารอินนอคคิวแลนทถูกเติมลงในน้ําเหล็กขณะที่น้ําเหล็กไหลออกจากเตาคิวโพลาสารนี้ก็จะเริม่ มีบทบาทเมื่อน้ําเหล็กคอยเย็นตัวลง โดยไปทําใหคารบอนแยกตัวออกจากเหล็กคารไบน แลวไปจับตัวกัน เปนเกล็ดแกรไฟทอยูทวั่ ไปในเนื้อเหล็กและยังทําใหเนือ้ เหล็กละเอียดขึ้นอีกดวย บทบาท เหลานี้หมายถึงสารอินนอคคิวแลนทนไี้ ดไปชวยปรับปรุงโครงสรางของเหล็กสีเทาใหดีขึ้น คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กหลอสีเทานี้ เราสามารถพิจารณาไดจากโครงสรางของเหล็ก ดังนั้น ถาโครงสรางของเหล็กถูกปรับปรุงใหดีขนึ้ คุณสมบัตทิ างกายภาพของเหล็กก็จะดีขึ้นเชนเดียวกัน สวนเหล็กหลอสีเทาที่ไมไดผานกรรมวิธีอินนอคคิวเลทนี้ เมื่อน้ําเหล็กแข็งตัวแลว เนื้อเหล็กตรง สวนที่บาง ๆ จะเปนสีขาวหรือไมบางแหงก็เปนสีขาวผสมกับสีเทาจัด ๆ เหล็กหลอชนิดนี้มี โครงสรางที่มีรูปคลายตนไมแตกกิ่งกานสาขาของเกล็ดแกรไฟทติดอยูก ับยูเท็คติคเซลลที่หยาบ ๆ ตามเนื้อ เหล็กสวนทีห่ นา ๆ

44 การที่เหล็กมีโครงสรางตางกันระหวางสวนหนากับสวนบาง หรือสวนนอกสุดกับในทีส่ ุดของเนื้อ เหล็กก็เพราะวาอัตราการเย็นตัวของแตละสวนไมเทากัน อิทธิพลของอัตราการเย็นตัวที่แตกตางกันนี้ เราไม สามารถจะหลีกเลี่ยงได แตก็สามารถทําใหนอยลงไดโดยใชกรรมวิธอี ินนอคคิวเลทเขาไปชวย เมื่อเติมสาร อินนอคคิวแลนทลงไปในน้าํ เหล็ก ก็จะทําใหเหล็กมีโครงสรางที่ดีสม่ําเสมอทั่วกันในเนื้อเหล็กไมวา จะเปนสวนในสุดนอกสุดของเหล็ก นอกจากจะชวยใหเหล็กมีโครงสรางที่ดีสม่ําเสมอทั่วกันไปแลว กรรมวิธีนี้ยังชวยเพิ่มความเหนียวใหกับเหล็กหลอสีเทาอีกดวย เปนที่ทราบกันโดยทัว่ ไปแลววา คุณสมบัติของการรับแรงกระแทกและปริมาณยูเท็คติคเซลลของ เหล็กหลอนี้มคี วามสัมพันธกัน เชน ถาปริมาณยูเท็คติคเซลลตอพื้นที่หนึ่งตารางหนวยมีมาก เหล็กหลอสี เทาก็จะมีคุณสมบัติของการรับแรงกระแทกสูงการทําใหปริมาณของยูเท็คติคเซลลมากขึ้นก็เปนหนาที่ใหญ อันหนึ่งของกรรมวิธีอินนอคคิวเลท โดยสารอินนอคคิวแลนทจะไปทําใหเนื้อเหล็กละเอียดขึน้ และมี โครงสรางที่มีเกล็ดแกรไฟทอยูทั่วไป นอกจากนี้ยังเพิ่มความตานทานตอแรงดึงใหกับเหล็กหลอสีเทาอีก ดวย กรรมวิธีอินนอคคิวเลทจะใหประโยชนอยางมากกับเหล็กหลอสีเทาที่มีปริมาณคารบอนสมดุลย 3.7% หรือต่ํากวา เหล็กหลอที่หลอจากเศษเหล็กเหนียวถึง 30% หรือมากกวา เหล็กหลอชนิดนีแ้ กรไฟทจะแยกตัว ออกมาชากวาเหล็กหลอที่หลอจากเหล็กปกแกรไฟทที่ออกมาชานี้จะจับอยูตามรอบ ๆ ผลึกของเหล็กซึ่งเรา เรียกแกรไฟทชนิดนีว้ า อันเดอรคูลแกรฟไฟท (UNDER COOL GRAPHITE) เหล็กอันเดอรคูลแกรไฟท คุณสมบัติทางรับแรงกระแทกจะลดนอยลงไป นอกจากนี้จะเกิดความแตกตางของเนื้อเหล็กทีห่ นาและสวน บาง ซึ่งจะทําใหการตกแตงลําบากขึ้น การเกิดอันเดอรคูลแกรไฟทนี้ เราสามารถปองกันไดโดยการเติมสารอินนอคคิวแลนทลงไปในน้าํ เหล็ก ขณะทีเ่ ราปลอยน้ําเหล็กลงในเบา การเติมสารนี้ควรเติมตรงที่รางหนาเตาคิวโพลา ใชปริมาณของสาร จํานวน 0.2% ถึง 0.5%ของน้ําหนักของเหล็กที่จะนําไปใช ปริมาณของสารที่จะใชมากหรือนอยนั้นขึ้นอยูกับ ชนิดของ E.C.I. อุณหภูมิของน้ําเหล็กและปริมาณของเศษเหล็กเหนียวที่ใสลงไปเชน ถาอุณหภูมิของน้ํา เหล็กเหนียวสูงหรือปริมาณเศษเหล็กเหนียวใสลงไปมาก สารที่ใสลงไปในเหล็กชนิดนี้กต็ องเพิ่มปริมาณมาก ขึ้น น้ําเหล็กที่ไดจากการหลอมจากเตาไฟฟาสวนมากอุณหภูมิจะสูงเกินกวา 1500 °C ดังนั้นเมื่อเหล็ก เย็นตัวและแข็งตัวที่เกิด “อันเดอรคูลแกรไฟท” ซึ่งเราสามารถแกไขการเกิดแกรไฟทชนิดนี้ไดโดยการเติม สารลงไป เหล็กที่ผานกรรมวิธีอินนอคคิวเลทแลวจะเปนเหล็กทีม่ ีแรงเคนภายในต่ําซึ่งจะไมคอ ย เกิดรอยแตกราว และยังมีการหดตัวนอยอีกดวย

45 3. ทฤษฎีแยกตัวของแกรไฟท ทฤษฎีของ “ไพโววาสกี” กลาววา บรรดานิวเคลียจะเปนจุดศูนยกลางของการเกิดผลึกและเปนเหตุ ใหเกิดการแยกตัวของแกรไฟท เมื่อสารอินนอคคิวแลนทถูกใสลงไปในน้ําเหล็กสารนี้ก็จะกระจายไปทัว่ บริเวณ เมื่อสารนี้ไปอยูทาง สวนไหนของน้ําเหล็ก ก็จะไปทําใหน้ําเหล็กบริเวณนัน้ มีเปอรเซ็นตของคารบอนสูงกวาที่อื่นเปนพิเศษ คือ เลย 4.3% ขึ้นไป สวนผสมของน้ําเหล็กทีม่ ีเปอรเซ็นตของ คารบอนกวา 4.3% นี้ เราเรียกวา “ไฮเปอรยูเท คติค” (HYPEREUTECTIC) พออุณหภูมคิ อยลดลงจนถึงอุณหภูมหิ นึ่งคารบอนจะถูกขับออกมาทันทีในรูปที่ ละเอียดมาก คารบอนเหลานี้จะกระจัดกระจายไปทัว่ บริเวณของน้าํ เหล็กและจะกระจายเปนศูนยกลางของ การเกิดผลึก และผลึกที่เกิดขึ้นเหลานี้กจ็ ะจับกันเปนเกล็ดคารบอนอยูท ั่วไปในเนื้อเหล็ก น้ําเหล็กทีใ่ สสารอินนอคคิวแลนทนี้ถาจะใหไดผลตามที่ตองการจะตองไมเก็บน้ําเหล็กที่ใสสารแลว ไวนานจนเกินไป จะทําใหสารนั้นไรประโยชนเพราะวาเมื่อใสสารลงไปแลวก็จะเกิดปฏิกิริยาตามที่กลาวมา ขางตน แตถาเก็บไวนานเกินไป สิ่งที่เกิดขึ้นทั้งหลายก็จะกลับกลายเปนอยางเดิมเชนเดียวกันกับการใสสาร นอยเกินไปก็จะไมทําใหเกิดผลอันใดกับน้าํ เหล็ก น้ําเหล็กที่ถูกหลอมตัวดวยอุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 1,520°C) จะแข็งตัวโดยมีโครงสรางแบบที่มี “อันเดอรคูลแกรไฟท” เหตุผลที่เกิดโครงสรางแบบนี้กเ็ พราะวา เมื่อเหล็กถูกหลอมดวยอุณหภูมิสงู มาก ๆ และถูกหลอมอยูที่อุณหภูมนิ ั้นนาน ก็จะทําใหบรรดานิวเคลียซึ่งเปนจุดศูนยกลางของการเกิดผลึกหลอม ละลายหมด ดังนั้นสารจึงมีประโยชนมากสําหรับเหล็กจําพวกนี้ 4. สรุปขอดีของกรรมวิธีอินนอคคิวเลท 1. ปองกันการเกิด “อันเดอรคูลแกรไฟท” โดยทําใหเกิดเกล็ดแกรไฟททั่ว ๆ ไปในเนือ้ เหล็ก 2. สามารถผลิตเหล็กหลอคุณภาพสูงจากสวนผสม ซึ่งมีเหล็กเหนียวปนไดซึ่งทําใหประหยัดตนทุน การผลิตลงไปอีก เมื่อเทียบกับการใชเหล็กปก (PIG IRON) 3. สามารถผลิตเหล็กหลอทีม่ ีคุณสมบัติทางกายภาพตาง ๆ กันได โดยไมตองเปลี่ยนการใสวัตถุดบิ (สวนผสม) ตาง ๆ ที่ปอนเขาไปในเตาสําหรับการหลอมครั้งหนึ่ง ๆ 4. ลดการหดตัวภายใน ซึ่งเนื่องมาจากความแตกตางของโครงสรางโดยมีสาเหตุมาจากความหนา บางของชิ้นงาน 5. ลดแรงเคนภายในและไมหดตัวเมื่อผานการตบแตง 6. ชวยใหเหล็กมีโครงสรางที่ดีทุก ๆ สวนของชิ้นงาน ไมวาจะหนาหรือบาง 7. สามารถใชธาตุตาง ๆ ผสมลงในเหล็กไดอยางประหยัด ทั้งนีเ้ พื่อใหไดมาซึง่ คุณสมบัติตาม ตองการ

46 8. ปองกันไมใหเหล็กเปนสีขาวในสวนที่บาง ขอนี้เราตรวจไดจากแทงลิ่มที่ใชในการทดลอง จะเห็น วาเมื่อเติมสาร ๆ ลงในแลว สวนที่เปนเหล็กสีขาวจะลดลงไป 9. เหล็กหลอทีผ่ านกรรมวิธีจะตบแตงไดงายกวา 10. กําจัดผลเสียซึ่งมีสาเหตุมาจากสิ่งตาง ๆ ในขณะที่หลอมอยู ตัวอยางเชน เศษเหล็กตาง ๆ บางชิ้น มีสวนผสมของพวกโครเมียมอยู แตไมสามารถแยกออกไดจําเปนที่ตอ งใสไปในเตา เหล็กที่ไดออกมาจะมี เนื้อแข็ง สารนีก้ ็จะไปทําใหเหล็กมีเนื้อดีขนึ้ 11. สามารถใหคุณสมบัติทางกลไดตา ง ๆ กัน โดยไมตองเปลี่ยนสวนผสมทางเคมี 12. ชวยใหงานออกแบบเครื่องจักรตาง ๆ บรรลุถึงเปาหมาย คือไดคุณสมบัติตามที่ผูออกแบบตองการ 13. เพิ่มความตานทานทางการสึกหรอ 14. สามารถผสมโครเมียมไดถึง 2% โดยที่เหล็กหลอชนิดนี้ยังสามารถที่จะตบแตงไดโดย วิธีธรรมดา 5. สารอินนอคคิวแลนท สารอินนอคคิวแลนททใี่ ชทวั่ ๆ ไป สวนมากประกอบดวยซิลิคอน และ ประสิทธิภาพของสารจะ ขึ้นอยูกับความสามารถละลายตัวไดของซิลิคอน วิธีจะใชสารใหไดผลมากทีส่ ุดนั้น จะตองเติมสารนี้ตรงรางหนาเตาคิวโพลาขณะที่ปลอยน้ําเหล็ก ออกมาสารที่จะใชเติมนั้นจะตองถูกบดใหไดขนาดมาตรฐาน คือ ไมใหญกวาตะแกรงเบอร 10 และไมเล็ก กวาตะแกรงเบอร 60 การที่เลือกใชสารชนิดนั้นใดนั้นควรคิดใหรอบคอบถึงขอดีขอเสียตาง ๆ เสียกอนอยาง เชน ปริมาณมากนอยที่จะตองใชสารคราวหนึ่ง ๆ ราคาถูกแพงเมื่อเปรียบเทียบกับสารชนิดอื่น ความสามารถ ละลายตัวไดประสิทธิภาพและอิทธิพลของสารที่จะมีตอน้ําเหล็ก สารอินนอคคิวแลนทชนิดแรกที่จะนํามากลาวคือ เฟอรโรซิลิคอน สารชนิดนี้เหมาะสําหรับใชกบั งานที่บาง ๆ การใชสารนี้ยงั ไปทําใหเกิดขี้ตะกรันขึ้นอีกดวย ขอเสียที่นับวาใหญทสี่ ุดของเฟอรโรซิลิคอนก็ คือ จะตองใชสารนี้กับอลูมิเนียม 1.5% ซึ่งอลูมิเนียมจะเปนสาเหตุใหเกิดรูพรุนที่ผิวงาน สารอินนอคคิวแลนทที่ดี ควรจะมีความสามารถที่จะแยกคารไบดอยางพอเพียง เพื่อที่จะไปแยกซี เมนไททออกโดยไมเปลีย่ น “เพียไร” เปน “เฟอรไร” ซึ่งจะลดความแข็งแรงของเหล็กลงไป ซิลิคอนและ อลูมิเนียมมีอํานาจมากในการทําใหเกิดการแยกตัวของแกรไฟท แตทั้งสองอยางจะเปลี่ยน “เพียไร” เปน โครงสรางแบบคงตัวของ “เฟอรไร”

47 ประสิทธิภาพของกรรมวิธีนอคคิวแลนทจะหมดไป ถานําเหล็กที่ใสสาร แลวถูกเก็บไวนานเกินไป ประสิทธิภาพจะลดลงเร็วมากที่อุณหภูมิสูงและจะลดลงอยางชา ๆ ขณะที่อณ ุ หภูมิลดลง ถาใชเฟอรโร ซิลิคอน ประสิทธิภาพของสาร ฯ จะหมดเร็วกวาใชสารอยางอื่น ๆ ซึ่งมีคุณภาพสูงกวา แคลเซียม-ซิลิไซด สารนี้เหมาะกับเหล็กหลอที่มีสวนผสมของเหล็กเหนียวเปนเปอรเซ็นตสูง แตไม คอยมีประสิทธิภาพกับงานบาง ๆ ขอเสียของแคลเซียม-ซิลิไซด ก็คือ ทําใหขี้ตะกรันเหนียวมาก ทําใหลําบาก ตอการเขี่ยออก ซึ่งจะทําใหขี้ตะกรันเขาไปผสมเปนเนื้อเหล็กในงาน มีสารอินนอคคิวแลนทหลายชนิดมีจําหนายในตลาด ตัวอยาง เชน คาลอยส ของบริษทั เม็คฮานิค อิน โนคิวลิน ของโฟเซโก แตละชนิดเหลานี้มที ้งั ขอดีและขอเสียบางในการปฏิบัติ 6. การควบคุมกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท มีสิ่งที่เกี่ยวของกับปริมาณของสารอินนอคคิวแลนท ที่เราจะตองใชในคราวหนึ่ง ๆ ดังนี้ คือ 1. ชนิดของสารอินนอคคิวแลนท 2. จํานวนคารบอนสมดุลยของเหล็ก 3. ความหนาของชิ้นงาน 4. ปริมาณมากนอยของอินเดอรแกรไฟท มีคนเขาใจกันวากรรมวิธีอินนอคคิวแลนทสวนมากใชเฟอรโรซิลิคอนแตที่จริงมีอีกหลายชนิดทีใ่ ช กันอยูมาก เชน แคลเซียม-ซิลิไซด ซึ่งมีประสิทธิภาพเปนสี่เทาของเฟอรโรซิลิคอนและสารของบริษัทตางๆ ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงขึ้นไปอีก กรรมวิธีอินนอคคิวแลนทจะมีปฎิกริยาไวตอเหล็กที่มีจํานวนคารบอนสมดุลยต่ํา ตัวอยางเชน เราใช สารอินนอคคิวแลนทที่มีคณ ุ ภาพต่ําทําใหเหล็กหลอขาวเปนเหล็กหลอสีเทาได โดยไมตองผานการอบ ดวยความรอน และในทางตรงกันขาม เราก็สามารถจะทําใหเหล็กซึ่งมี C.E.I สูง แข็งขึ้นไดโดยใชสารอิน นอคคิวแลนทชนิดทําใหแข็งขึ้น บางครั้งเราใชสารทั้งสองชนิด คืออยางชนิดทําใหออนและแข็งปนกัน เพื่อใหเกิดผลทั้งสองชนิด มีความแข็งแตก็ยังสามารถตบแตงไดงาย เปนที่ทราบกันแลววา ซิลิคอนและ อลูมิเนียมเปนตัวทําใหเกิดการแยกตัวของแกรไฟท แตธาตุทั้งสองนี้จะไปทําให “เพียไร” เปลี่ยนเปน “เฟอร ไร” ที่คงตัว โบรอนและโครเมียมจะไปทําใหซีเมนไททคงตัว สวนนิกเกิล และแมงกานีสจะทําใหออสเต ไนต (AUSTENITE) คงตัวจริงอยูก ารเปลี่ยนสวนผสมทางเคมี ก็อาจจะมีผลในการเปลี่ยนแปลงหรือ ปรับปรุงโครงสรางและคุณสมบัติทางกลใหดีขึ้นได แตก็ไมสะดวกเหมือนกับเราใชกรรมวิธีอินนอคคิว แลนทปรับปรุงแทน ตัวอยางตอไปนี้จะแสดงถึงความแตกตางระหวางเหล็กทีผ่ านกรรมวิธีอินนอคคิวแลนทและ เหล็กหลอธรรมดาตัวเลขตอไปนี้แสดงถึงสวนผสมตาง ๆ ของเหล็กกอนผานกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท

48 คารบอนรวม ซิลิคอน

3.2% 1.75% (หลังอินนอคคิวแลนท 1.95% อัตราการเติมสาร 0.22% ของน้ําหนักน้าํ เหล็ก) แมงกานีส 0.83% ซัลเฟอร 0.05% ฟอสฟอรัส 0.16% กอนผานกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท แทงลิ่มทดลองวัดได 18/32 นิว้ (14 ม.ม.) หลังกรรมวิธีลิ่ม ทดลองวัดได 6/32 นิ้ว (4.7 ม.ม) อัตราการเติมสาร 80 ออนซ ตอหนึ่งตันของน้ําเหล็กหรือประมาณ 0.22 % ของน้ําเหล็กผลการทดสอบคุณสมบัติทางกล ความตานทานตอแรงดึง ความแข็ง (บริเนล) ตัน/ตารางนิ้ว กิโลกรัม/ตาราง ม.ม กอนเติมสารอิน ฯ 17.0 26.8 255 หลังการเติมสารอินฯ 22.6 35.5 235 5.6 8.7 20 50% ลดชิล (CHILL) ลงไป สารอินนอคคิวเลทสามารถใชสวนกับโครเมียมไดถึง 2% เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กใหดีเมื่อ ตองถูกใชในทีม่ ีอุณหภูมิสูง ทั้งนี้การใสโครเมียม 2% นี้มิไดทําใหเหล็กแข็งมากจนตบแตงไมได เหล็กยังคง เปนเหล็กหลอสีเทา นอกจากนั้น ยังมีการทดลองอีกชนิดหนึ่งคือ สารอินนอคคิวแลนททมี่ ี 94%และ75% ของซิลิคอน ผสมกับ 7% ของแมงกานีสและเซอรโครเมียมตามลําดับสารผสมทั้งสองชนิดนีถ้ ูกนํามาใชกับเหล็กซึ่งมี สวนผสมดังนี้ คารบอน 3.05% ซิลิคอน 2.01% แมงกานีส 0.88% ซัลเฟอร 0.114% ฟอสฟอรัส 0.172% จํานวนคารบอนสมดุลย 3.75% การทดลองไดแสดงวาใหผลดีสําหรับเหล็กที่มีคารบอนสมดุลระหวาง 3.35% ถึง 3.75%ดังนัน้ เหล็กหลอที่จะมาผานกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท ควรจะมีคารบอนสมดุลประมาณ 3.7% และถาเราตองการ ไดผลดีที่สุดจากกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท ตองไมใหจํานวนคารบอนสมดุลยของเหล็ก

49 หลังจากเติมสารอินนอคคิวเลทแลวเกิน 3.8% จํานวนสารอินนอคคิวเลท จะใชนอยลงเมื่อจํานวน คารบอนสมดุลของเหล็กสูง เปนที่ทราบกันแลววา อันเดอรคูลแกรไฟทจะเกิดขึ้นหลังจากเหล็กแข็งตัวแลว ซึ่งถาเปนการเกิดแกร ไฟทธรรมดาก็จะเกิดการแยกตัวเมื่อตอนน้ําเหล็กยังเหลวอยู ประโยชนของสาร ฯ ขอหนึ่งก็คือชวยใหการ เกิดแกรไฟททจี่ ุดยูเท็คติค (UTECTIC POINT) ซึ่งเหล็กธรรมดาจะเกิดแกรไฟทต่ํากวาจุดยูเท็คติค อันนี้ เลยทําใหสามารถกลาวไดวา กรรมวิธีอินนอคคิวแลนทเปลี่ยนวิธีการแข็งตัวของเหล็กปองกันการเกิด อันเดอรคูลแกรไฟท ถาสารอินนอคคิวเลทคุณภาพต่ํา ความสามารถเหลานี้กจ็ ะต่ําไปดวย การเติมสาร ปริมาณมากนอยแคไหนจะเกี่ยวกับปริมาณของอันเดอรคูลแกรไฟทของเหล็กนั้น ๆ สิ่งที่จะมาทําใหเกิดอันเดอรคูลแกรไฟทมดี ังนี้ 1) เกิดมาจากสวนผสมทางเคมีของวัตถุดิบที่เราใสลงไป ซึ่งจะใหปริมาณคอมไบนดคารบอนสูง 2) เกิดจากการเย็นตัวอยางเร็วเนื่องจาก ก. ชิ้นงานบางมาก ข. อุณหภูมขิ องน้ําเหล็กทีเ่ ทต่ํามาก 3) ลดจํานวนคารบอนรวม หรือเพิ่มสวนผสมของเหล็กเหนียว 4) เพิ่มอุณหภูมิของการหลอมสูงกวา 1,560°C การเกิดและการกําจัดอันเดอรคูลแกรไฟทขึ้นอยูกับสิ่งตาง ๆ ทั้ง 5 ขอที่กลาวมา ถาสิ่งตาง ๆ นั้นมี มากขึ้น ปริมาณที่จะใชสารก็มากขึ้นไปดวย ดังตัวอยางตอไปนี้ จํานวนคารบอนสมดุลในเหล็ก ปริมาณสาร (% ของเหล็ก) 3.20 - 3.25 0.20 3.00 - 3.20 0.30 2.50 - 2.75 0.40 2.75 - 3.00 0.50 ถาเหล็กมีจํานวนคารบอนสมดุลในเหล็ก รวม 3.25% ถูกเทลงในงานที่มีความหนา1/8" หรือถูก หลอมดวยอุณหภูมิสูงกวา 1,600°C ก็จําเปนที่จะตองใชสารอินนอคคิวเลทจํานวนมากกวาตารางขางบน เพราะไปเขาเกณฑการเกิดอันเดอรคูลตามขอ 2 (ก) และขอ 4 7. การทดลองดวยแทงลิ่ม การทดลองดวยแทงลิ่มนี้จะขาดเสียมิไดในการควบคุมคุณภาพของเหล็กหลอและการเกิดของแกร ไฟทในเนื้อเหล็กจากกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท เพือ่ ที่จะใหไดคณ ุ สมบัติตาง ๆ ตามที่ตองการ ความ แตกตางที่เกิดกับแทงลิ่มกอนและหลังผานกรรมวิธีนั้นจะแสดงถึงประสิทธิภาพของกรรมวิธีนี้

50 แทงลิ่มทดลองซึ่งไดจากน้ําเหล็กกอนกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท เราเรียกวาบีฟอรเวจด (Before Wedge) ซึ่งจะแสดงใหเห็นผลจากสวนผสมทางเคมีและความมากนอยของอันเดอรคูล (ดูภาพประกอบ) แทงลิ่มทดลองซึ่งไดจากน้ําเหล็กหลังกรรมวิธีอินนอคคิวแลนท เราเรียกวาอัฟเตอรเวจด (After Wedge) ซึ่งจะแสดงใหเห็นผลจากสวนผสมทางเคมีและความมากนอยของการเกิดแกรไฟท การที่เราจะพิจารณาแทงลิ่มทดลองที่ไดถูกตีหักแลวนัน้ เราพิจารณาหรือวัดคาของมันไดจาก เสนรอยตอของบริเวณสีเทาและสีขาว ตามปกติการวัดคา เราวัดเปนอัตราสวนของนิ้วโดยถือวา 1/32 เปน หนึ่งหนวย ดังนั้นถาเราวัดได 12/32 นิ้วเราก็เรียกคาของแทงลิ่มทดลองนี้เพียง 12 เฉย ๆ เหล็กหลอที่มคี าของ “บีฟอรเวจด” สูง นั้นหมายความวาอัตราการเกิดอันเดอรคูลจะสูงดวย และ เปนผลใหเกิดยูเท็คติคเซลลชนิดใหญอีกดวย แตเมื่อเหล็กชนิดนี้ถูกเติมสารแคลเซียม – ซีลิไซดลงไป เพื่อใหเกิดการแยกตัวของแกรไฟทเพื่อเปนศูนยกลางการเกิดเกล็ดแกรไฟท ซิล (CHILL) สวนที่เปนเนื้อ เหล็กสีขาวของสวนที่เกิดจากอันเดอรคูลจะถูกกําจัดไป คงเหลือไวแตซิล ซึ่งมีผลมาจากสวนผสมทางเคมี ซึ่ง ทําใหเราวัดคาของ “อัฟเตอรเวจด” หรือ “คาไบด” ได และผลที่ตามมายูเท็คติคเซลลจะเล็กลง 8. ขนาดของแทงลิ่มทดลอง รูปหนาตัดของลิ่มจะเปนรูปสามเหลี่ยมหนาจั่ว มีมุมที่ปลายแหลม 28°C มีความยาวที่ฐานตามขนาด ดังตอไปนี้ ¼", ½", ¾",1", 1 ½" และ 2" ตามลําดับ ในการเลือกใชแทงลิ่มใหเหมาะกับงานเพือ่ ที่จะใหไดคาของซิลที่ถูกตองนั้นเราดูไดจากคาของซิลที่ แทงลิ่ม ถาคาของซิลนั้นเกินครึ่งหนึ่งของความยาวของฐานของลิ่มแลว เราควรทําซิลขนาดใหญกวามาใช แทนในงานนัน้ ๆ เพราะวาถาคาของซิลนั้นมากกวาครึ่งหนึ่งของความยาวของฐานแลว ความละเอียดของคา ของซิลจะลดนอยลงไป

51 บทที่ 5 กระสวนและไสแบบ 5.1 กระสวนงานหลอ (Patterns) ความหมายของกระสวน (Patterns) คือ ตนแบบ,แมแบบ หรือหุน จําลองที่จะทําใหเกิดเปนโพรง หรือชองวางภายในแบบหลอ (Molds) เพื่อใหไดขนาด และรูปรางที่ตองการจะทําการหลอออกมานั่นเอง

รูป 5.1 การ Layout Pattern 5.2 คุณสมบัตขิ องกระสวน 1. ผิวเรียบ 2. ขนาดเที่ยงตรง 3. มีความตานทานตอการเสียดสี 4. มีความแข็งแรงสูง 5. มีความตานทานตอสารเคมี 6. มีความคงทนในอุณหภูมสิ ูง ๆ 7. ทรายตองไมติดกระสวนไดงาย

52

รูปที่ 5.2 การสราง patterns ขนาดใหญ 5.3 วัสดุที่นํามาใชทํากระสวน ในขั้นตนในการทํางานหลอนั้น จะตองมีการเตรียมแบบหรือที่เรียกวา กระสวน (Patterns) เสียกอน ซึ่งกระสวนจะมีขนาดที่แตกตางกันไป ทัง้ นี้ก็ขึ้นอยูก ับเหตุผลในการหลอและจําเปนตองทําการเผื่อขนาดไว จากแบบที่เขียน (Drawing) ดวยก็เพื่อกันการหดตัวของโลหะ (Shrinkage) การตกแตงผิว (Machine Finish Allowance) การเผื่อความลาดเอียง (Draft Allowance) การเผื่อการบิดตัว (Distortion Allowance) และการเผื่อคลอนแบบ เปนตน

53

รูป 5.3 ภาพตัดจากงานจริงเพื่อสรางกระสวน

รูปที่ 5.4 วัสดุที่นยิ มนําใชทํา Pattern มีดังตอไปนี้ คือ 1.ไม (Wond) 2.โลหะ(Metals)

54 3. ปูนพลาสเตอร(Plaster) 4. พลาสติก (Plastic) 5. ปรอท(Hg) 6. ขี้ผึ้ง(Wax) 7. โฟม(Polystyrene) 8. อื่น ๆ (Others)

รูปที่ 5.5 การฝง Pattern ลงในแบบหลอ

5.3.1 กระสวนไม (Wood Pattern) นิยมใชกันมาก เพราะหาไดงายราคาถูกในปจจุบันเรานิยมใชไมสัก (Teak) เพราะมีความคงทนสูง ตบแตงดวยเครื่องมือ, เครื่องจักรไดงาย, ดูดความชื้นนอย รวมทั้งเกิดการบิดตัวไดนอยมาก แตถาหา ไมสัก (Teak)ไดยาก ก็จะนิยมใชไมสน (Pine)แทนก็ได

55

รูปที่ 5.6 กระสวนไม (Wood Pattern) ขอดีของกระสวนไม 1. ราคาถูก 2. น้ําหนักเบา 3. งายในการ Machine 4. ทําใหผิวเรียบไดโดยงาย 5. ใชกับขนาดของงานใหญ ๆ ไดดี 6. งายตอการซอมแซม 7. งายตอการปรับปรุง หรือเปลี่ยนแปลง ขอเสียของกระสวนไม 1. ไมทนทานตอความชื้น 2. ไมทนทานตอการเสียดสี 3. เปลี่ยนแปลงขนาดไดงาย (เมื่อโดนความชื้น) 4. ความแข็งแรงนอยกวากระสวนโลหะ 5. ถาเคลื่อนยาย หรือเปลี่ยนที่จะเกิดการชํารุดไดงาย 6. ไมทนทานตอแรงกระทุง หรือกระแทกจากการดําทรายหลอ 5.3.2 กระสวนโลหะ(Metal Pattern) ที่นิยมใชกันอยางแพรหลาย สวนมากจะไดแก 1. อลูมิเนียม หรืออลูมิเนียมผสม (Al or Al Alloy) 2. เหล็กหลอ(Cast Iron) 3. เหล็กกลา (Steel)

56 4.โลหะผสมดีบุก (Sn Alloy) 5.ทองเหลือง (Brass)

รูปที่ 5.7 กระสวนโลหะ ( Metal Pattern) ขอดีของกระสวนโลหะ 1. แข็งแรง มีความเที่ยงตรงกวากระสวนไม (Wood Pattern) 2. อายุใชงานนานกวากระสวนไม (Wood Pattern) 3. ไมดูดซึมน้ํา 4. สามารถทนการเสียดสีไดดี 5. การเผื่อขนาดตางๆ (Allowance) ไดเที่ยงตรงดีเยีย่ ม 6. ผิวกระสวยสามารถตกแตงใหเรียบไดดยี ิ่งขึ้น ขอเสียของกระสวนโลหะ 1. ราคาคอนขางแพง 2. เกิดการเปนสนิมไดงาย (กระสวนเหล็กหลอ และเหล็กกลา) 3. ถาเปนกระสวนอลูมิเนียม (AI) จะซอมแซมยาก 4. มีน้ําหนักมากกวากระสวนไม (Wood Pattern) 5. ทําการ Machine ไดยากกวากระสวนไม (Wood Pattern) 5.3.3 กระสวนปูนพลาสเตอร (Plaster Pattern) เปนกระสวนที่ทําจากปูนพลาสเตอร (Plaster) หรือยิบซั่มมีความแข็งแรงทนตอแรงกดหรือแรงอัด ไดดีตบแตงผิวไดงายและเรียบดียิ่ง นิยมนํามาใชกับงานที่เราตองการความละเอียดของผิวสูงไดดี

57

รูปภาพ 5.8 กระสวนปูนพลาสเตอร 5.3.4 กระสวนพลาสติก (Plastic Pattern) สวนใหญทํามาจาก Termosetting Plastic นิยมใชแทนกระสวนโลหะ (Metal Pattern) เนื่องจาก ไดขนาดทีแ่ นนอนมาก ขบวนการทําก็ทําไดงาย ไมดดู ความชื้นรวมทั้งตนทุนต่ําอักดวย ชนิด Termosetting Plastic ที่ใชนนั่ ก็คือ Epoxy นั่นเอง

รูปที่ 5.9 ชิ้นงานที่ไดจาก ( Investment Casting)

58 5.3.5 กระสวนขี้ผงึ้ (Loss Wax Pattern) นิยมใชในกระบวนการ Investment Casting ซึ่งไดชิ้นงานที่มีความประณีตสูง สวนมากใชหลอ พระพุทธรูปตางๆ เปนตน ขี้ผึ้ง (Wax) ที่ใชสวนมากจะเปนขี้ผึ้งสารประกอบ และพวกยางสังเคราะหตางๆ ทําโดยการฉีดขี้ผึ้ง เขาสูโพลงแบบของแมพิมพ (Die) ที่เตรียมไวแลวปลอยทิ้งไวใหเกิดการแข็งตัว แลวจึงทําการแยกออกจาก พิมพ (Die) ออกมา 5.3.6 กระสวนปรอท (Hg Pattern) เราสามารถนําเอาปรอท (Hg) มาทําเปนกระสวน (Pattern) ได โดยเทปรอท(Hg) ลงในแมพิมพ กระสวน (Molds) ที่มีอุณหภูมิ - 70°F หรือต่ํากวาก็ได แลวปลอยทิ้งไวในตัวกลางที่เปนอาซีโตนจนปรอท นั้นเกิดการแข็งตัว แลวจึงทําการแยกปรอทที่แข็งตัวแลว 5.3.7 กระสวนโฟม (Polystyrene Pattern) หรือนิยมเรียกกันอีกอยางหนึ่งวา Full Mould Process เหมาะสําหรับหลอชิ้นงานเปนรายชิน้ ๆ เดียวเทานัน้ โดยกอนใชงานตองทาหรือฉาบผิวกระสวนใหทั่วกอน แลวจึงนําไปทําแบบหลอโดยโฟม (Polystyrene) จะถูกอัดตัวอยูในโพรงแบบ เมื่อทําการเทน้ําโลหะลงไปกระสวนจะละลายกลายเปนแกสหนี ออกไป น้ําโลหะจะเขาแทนที่กระสวน เมื่อแข็งตัวก็จะไดชิ้นงานหลอออกมาตามตองการ 5.4 ชนิดของกระสวน กอนอื่นตองคํานึงถึงสิ่งดังตอไปนี้ในการพิจารณาเลือกกระสวนคือ 1. ความซับซอนของชิ้นงาน 2. จํานวนชิ้นงาน 3. ขบวนการทําแบบ 4. แนวโนมทีจ่ ะเปลี่ยนงาน 5.4.1 กระสวนชิ้นเดียว (One-Piece Pattern) มีหลายชื่อ Loose Pattern หรือ Solid Pattern ก็ได ทําไดงาย ราคาถูก ใชผลิตงานจํานวนไมมากนัก มีรูปรางงาย ๆ ไมยุงยากซับซอนนัก สวนใหญจะมีดา นเรียบหนึ่งดาน เรียกวา Parting Surface นิยมใช มือในการทําแบบๆ ทั่วๆ ไป

59

รูป 5.10 กระสวนชิ้นเดียว

60

รูปที่ 5.11 รายละเอียดของ One Piece Pattern 5.4.2 กระสวนสองชิ้น (Two-Piece Pattern) เรียกอีกชื่อหนึง่ วา Split Pattern สวนมากจะนิยมแบงกระสวนออกเปน 2 ซีกเทาๆ กันหรือ อาจจะไมเทากันในบางครั้งก็เปนไดทั้ง 2 ชิ้น จะมี Parting Surface หรือ ระยะ Parting Line โดยจะมี สลักของซีกบน เพื่อสวมกับรูหรือรองของสวนซีกลางเขาดวยกันในขณะทําแบบ เพื่อสวนของซีกบนจะ ติดอยูกับหีบหลอบน (Cope) และสวนของซีกลางจะติดอยูกับหีบหลอลาง (Drag)

61

รูป 5.12 กระสวน 2 ชิ้น 5.4.3 กระสวนหลายชิ้น (Multipiece Pattern) จะมีอยู 3 ชิ้น หรือมากกวาก็ได รูปรางจะมีความยุงยากมากกวากระสวนแบบชนิดที่ไดกลาว มาแลว และจะมีสลัก และรูไวสวมกันในการทําแบบ ซึ่งจะตองใชหีบชิ้นกลาง (Cheek) เขามาชวยดวย ดังรูปที่ 5.13

62

รูป 5.13 กระสวนหลายชิน้

5.4.4 กระสวนติดแผน (Match-Plate Pattern) เปนกระสวนแบบ 2 ชิ้น แลวนํามาติดกับ Follow Board สวนมากจะเปนพวกโลหะมากกวาไม เพราะคงทน แนนอนกวากันมาก (Molding Machines) ผลิตงานเปนจํานวนมาก ๆ ไดดี

หรือโลหะทั้ง 2 ดาน ที่นิยมใช สวนมากใชทําแบบดวยเครื่อง

63

รูป 5.14 กระสวนติดแผน (Match-PlatePattern)

รูป 5.15 กระสวน แบบ Loose-Pieces

64 5.4.5 Cope and Drag Pattern เปนกระสวนติดแผนโดยมีสวนของซีกลางและซีกบนติดอยูกับ Follow Board ที่เปนไมหรือโลหะ คนละแผน นิยมใชเครื่องทําแบบหลอ (Molding Machines)ในการทําแบบ ผลิตงานขนาดใหญ ๆ จํานวน มาก ๆ ไดดี

รูป 5.16 Cope and Drag Pattern 5.4.6 กระสวนโครง (Skeleton Pattern) มีโครงทําดวยไม (Wood) ใหรูปรางเหมือนงานที่ตองการเวลาทําแบบใสทรายตรงชองวางของโครง แลวกระทุงทรายใหไดที่ แลวใชแผนไมทมี่ ีรูปรางเหมือนชิ้นงาน ปาดผิวแบบใหเรียบจึงใชได นิยมใชกับงาน ขนาดใหญมาก ๆ ตนทุนต่ํา ๆ

รูป 5.17 กระสวนชิ้นเดียวเปรียบเทียบกับแบบอื่น ๆ

65

รูป 5.18 กระสวนแบบตาง ๆ

66

รูป 5.19 กระสวนที่ตองใช Follow Board 5.4.7 กระสวนกวาด (Sweep Pattern) ไมแผนไมซีกเดียวตัดใหเปนรูปรางเชนงานจริง , การทําแบบหลอจะใชวิธีกวาด (Sweep) หมุนรอบแกนกลาง เพื่อกวาดทรายใหเปนโพรงแบบตามตองการ นิยมผลิตงานรูปรางงาย ๆ และทั้ง 2 ดานตองเทากันหรือคลอยตามซึ่งกันและกัน ดูรูป 5.18(f) 5.4.8 Gated Pattern ใชผลิตงานที่มีขนาดเล็ก ๆ เทานั้น และจํานวนผลิตก็ไมมากนัก จะมีระบบปอนจาย (Gatting System) ติดอยูมากับ Pattern เสร็จในตัว นิยมทําดวยไม (Wood) หรือโลหะ (Metals) ก็ได ดูรูป 5.20

รูป 5.20 Gated Pattern

67

รูป 5.21 การทําแบบหลอของ Gated Pattern 5.4.9 กระสวนติดแผนรองรับ (Pattern For Follow Board) จะมี Follow Board ที่มีรูปรางเหมือนกับผิวดานในของชิน้ งาน ติดกับสวนของหีบหลอบน (Cope) ขณะทําแบบตองวาง Pattern ลงบน Follow Board ใหทําหีบหลอลาง(Drag)กอน เมื่อพลิกหีบหงายขึ้นแลว ยก Follow Board แลว จึงทําในสวนของหีบหลอบน (Cope) ตอไป ดังรูป 5.19 (j) 5.5 การเผื่อของกระสวน (Pattern Allowance) 5.5.1 การเผื่อหดตัว (Shrinkage) การหดตัวจะมีอยู 3 ขั้นตอน คือ 1. หดตัวขณะเหลว 2. หดตัวขณะกําลังเริ่มแข็งตัว 3. หดตัวเมื่องานเย็นตัวสนิทแลว สวนเผื่อหดตัว (Shrinkage) นั้นคือจํานวนที่ตองทํา Pattern ใหมีขนาดโตกวาชิ้นงานนัน่ เอง ดังตารางที่ 5.1

68 ตารางที่ 5.1

Pattern Shrinkage Allowances PATTERN SHRINKAGE ALLOWANCES*

Before specifying consult the pattern maker and foundryman Pattern Type of Section Contraction Dimension, Construction Thickness, in.per ft Casting Alloys in. in.

Gray cast iron Up to 24 Open 1/8 Form 25 to 48 Open 1/10 Over 48 Open 1/12 Up to24 Cored 1/8 From25 to 36 Cored 1/10 Over36 Cored 1/12 Cast steel Up to24 Open 1/4 From25 to 72 Open 3/16 Over72 Open 5/32 Up to18 Cored 1/4 From19 to48 Cored 3/16 From49 to66 Cored 5/32 Over66 Cored 1/8 Malleable cast iron 1/16 11/64 1/8 5/32 3/16 19/128 1/4 9/64 3/8 1/8 1/2 7/64 5/8 3/32 3/4 5/64 7/8 3/64

69

Casting Alloys Aluminum

Magnesium

Brass Bronze

Pattern Dimension in.

Type of Section Construction Thickness in.

1 Up to 48 Open 49to 72 Open Over72 Open Up to 24 Cored From25 to 48 Cored Over 48 Cored Up to48 Open Over48 Open Up to24 Cored Over24 Cored

Contraction in. per ft 1/32 5/32 9/64 1/8 5/32 9/64 to 1/8 1/8 to1/16 11/16 5/32 5/32 5/32 to 1/8 3/16 1/8 to 1/4

5.5.2 การเผื่อตบแตง (Machine Finish Allowance) เปนจํานวนเนือ้ ของงานที่เผื่อไวทําการตบแตง (Machine)ในขั้นสุดทายกอนนํา Pattern ไปใชงาน ตอไป ดังตาราง 5.2

70 ตารางที่ 5.2 Machine Finish Allowances Machine Finish Allowances and Blueprint Markings* Machine Finish Allowances-Various Metals Allowances,in.

Pattern Size,in.

Cast iron Up to6 6 to 12 12 to 20 20 to 36 36 to 60 Cast steel Up to 6 6 to 12 12 to 20 20 to 36 36 to 60 Non-ferrous Up to 3 3 to 8 6 to 12 12 to 20 20 to 36 36 to 60 Admiralty metal Up to 24

Bore

Surface

CopeSide

1/8 1/8 3/16 1/4 5/16

3/32 1/8 5/32 3/16 3/16

3/16 1/4 1/4 1/4 5/16

1/8 1/4 1/4 9/32 5/16

1/8 3/16 1/4 1/4 1/4

1/4 1/4 5/16 3/8 1/2

1/16 3/32 3/32 1/8 1/8 5/32

1/16 1/16 1/16 3/32 1/8 1/8

1/16 3/32 1/8 1/8 5/32 3/16

1/4

1/4

3/8

71 5.5.3 การเผื่อความลาดเอียง (Draft Allowance) เปนการทําใหผิวในแนว Vertical ใหเกิดมีความลาดเอียงขึ้นมา เพื่อสะดวกในการถอด Pattern ออก จากแบบหลอทรายนั่นเอง

รูป 5.22 การเผื่อความลาดเอียง 5.6 การกําหนดสัญลักษณสีของกระสวน ตามมาตรฐานอเมริกัน (AFS) ดังนี้ 1. สีดํา สวนไมตองตกแตง 2. สีแดง สวนที่ตองตกแตง 3. สีเหลือง บาไสแบบ 4. สีดําบนพื้นเหลือง สวนเกินไมตองการในงานจริง 5. สีแดงบนพืน้ เหลือง สวนแยกชิน้ ได

72

รูป 5.23 สัญลักษณสีของ Pattern 5.7 บาไสแบบ (Core Print) เปนสวนยื่นออกจาก pattern เพื่อเปนตัวรองรับ Cores ตาง ๆ จะแบงออกไดดังนี้คือ 5.7.1 Vertical Core เรียกอีกอยางหนึ่งวา Cope and Drag Print โดยบาจะอยูทั้งหีบบน (Cope) และหีบลาง(Drag) นั่นเอง จะทําใหเกิดบารองรับในแนวดิ่ง (Vertical)นิยมทําปลายใหเรียวเพื่อถอดไดงา ย

รูป 5.24 Vertical Core

73 5.7.2 Horizotal Core คลายกับแบบ Vertical Core แตที่แตกตางกัน คือ บาจะวางในแนวนอน สวนมากจะพบใน กระสวนแบบ Two Piece Pattern

รูป 5.25 Horizotal Core 5.7.3Hanging or Cover Core ไสแบบจะประกอบในลักษณะแขวนไวเหนือโพรงแบบหลอบาชนิดนีจ้ ะมีขนาดใหญกวา Pattern

รูป 5.26 Hanging Core 5.7.4 Balanced Core ดานหนึง่ ของ Core จะถูกยึดไว สวนปลายที่เหลือจะยืน่ ไปในโพรงแบบหลอซึ่งมีขนาดเล็กกวา Core และ Core ทั้ง 2 ดานจะตอง Balanced กันเสมอ บางทีอาจใช Chaplet ชวยยึดดวย

74

รูปที่ 5.27 Balanced Core 5.7.5 Drop or Stop off Core สวนใหญชนิดนี้ Core จะอยูใ นแบบหลอชั้นลาง (Drag) ทั้งหมด มีดานหนึ่งชนกับParting Line พอดี ดังรูป 5.28

รูปที่ 5.28 Stop off Core 5.7.6 Ram-Up Core สวนมากจะอยูใ นหีบหลอลาง (Drag) หมดเชนกัน แตจะจมอยูก นของโพรงแบบหลอชั้นลาง และที่ โพรงแบบดานบนจะทํา Taper ไวเพื่อสะดวกในการถอดออก ดังรูป 5.29

75

รูปที่ 5.29 Ram-Up Core 5.7.7 Kiss Core สวนใหญจะมี Core จํานวน 2 ตัวหรือมากกวาในโพรงแบบหลอชั้นลาง (Drag)สําหรับชิ้นงานที่ ตองการรูจํานวน 2 รู หรือมากกวา โดยปลายดานหนึง่ ของ Core จะดันทรายของหีบหลอบน (Core) และอีก ดานที่เหลือจะชนกับกนโพรงแบบหลอในหีบหลอชั้นลาง (Drag) ดังรูป 5.30

รูปที่ 5.30 Kiss Core 5.8ไสแบบ (Cores) ไสแบบ (Cores) หมายถึง ทรายที่ทําเปนรูปรางตาง ๆ เพื่อใหชิ้นงานหลอที่ออกมาเปนรู หรือ รอง ตาม ตองการ โดยการวางลงในโพรงแบบหลอ กอนทําการเทน้ําโลหะลงแบบไสแบบ (Cores) มีอยูหลายชนิด ไดแก

76 1. ไสแบบทรายชื้น (Green Sand Cores) 2. ไสแบบทรายแหง(Dry Sand Cores) 3. ไสแบบเปลือกบาง (Shell Cores) 4. ไสแบบหีบรอน (Hot-Box Cores) 5. ไสแบบซินโฟล (Synflo Cores) 6. ไสแบบซิลิเกต(Co2 Cores) 7. ไสแบบฟูราน (Furan Cores) 8. ไสแบบซินโคร (Synoor Cores) 9. ไสแบบโพลเฟน (Flofen Cores) 10. ไสแบบโพลเทอม(Floterm Cores) 11. Resin Bonded Cores 12. The Cold Set Process 13. Fluid or Cartable Sand Process 14. Nishiyama Process 15. Oil-No-Bake Process แตในทีน่ ี้จะขอกลาวถึงใน 2 แบบแรกที่เปนที่นิยมกันมากเทานั้น คือ 5.8.1 ไสแบบทรายชื้น (Green Sand Core) คือ ไสแบบ (Core) ที่ทําดวยทรายชื้น (Green Sand) เปนสวนหนึ่งของแบบหลอ (Molds)ที่ทําขึ้นมา พรอม ๆ กันก็ได เพราะใชทรายชนิดเดียวกันนั่นเอง หรือนํามาประกอบกันภายหลังกอนเทน้ําโลหะก็ยอม ได

รูปที่ 5.31 ไสแบบทรายชืน้

77

รูปที่ 5.32 Green Sand Core

รูป 5.33 แสดงการวางไสแบบในแบบหลอ

78

รูป 5.34 การใช Split Pattern และ Green Sand Core

รูป 5.35 แสดงการวาง Core อีกแบบหนึ่ง

79 5.8.2 ไสแบบทรายแหง (Dry Sand Core) ทําจากทราย Silica (Sio2) โดยขจัดสิ่งสกปรกออกใหหมดกอน เรียกอีกอยางหนึ่งวา Sharp Sand โดยผสมกับตัวประสาน (Binder) และน้ํา (Water) ลงไปใหเขากัน Binder จะเพิ่มความแข็งแรงในขณะชืน้ (Green) หรือขณะแหง (Dry) อาจจะเติมเบนโทไนทลงไปอีกเพือ่ เพิ่มความแข็งแรงขณะชืน้ (Green Strength) ตัว Binder ที่ใชกนั คือ ยางธรรมชาติ, ยางสังเคราะห,น้ํามันลีนซีด หรือ Core Oil เปนตน

รูป 5.36 Dry Sand Core 5.9คุณสมบัตขิ องไสแบบ 1. มี Green Strength สูง (เมือ่ เขาเตาอบ) 2. มี Dry Strength สูง (เพื่อคงรูปรางขณะอบ) 3. มี Baked Strength สูง(เพือ่ คงรูปรางหลังอบ) 4. มี P.M.สูง 5. ผิวเรียบ 6. พังไดงายเมือ่ หลอเสร็จแลว

80 5.10 สวนประกอบของไสแบบ 1. ทราย (Sands) จะมีปริมาณ Clays นอยที่สุด ขนาดเม็ดทรายจะโตกวาทรายแบบหลอ เพื่อใหมี P.M. สูง 2. ตัวประสาน (Binder)เปนสวนที่สําคัญในการเกาะยึดเม็ดทรายในแตละเม็ดใหเกาะแนนรวมตัวกัน เปนรูปรางขึ้นไดตามตองการ ไดแก น้ําแกว,ยางสังเคราะห,ซีเมนต,ปูนพลาสเเตอร,น้ํามันตาง ๆ ,น้ําออย,แปง มัน,แปงขาวโพด เปนตน 3. น้ํา (Water) เราก็ถือวาเปนตัวประสานดวยเชนกัน แตที่ตองแยกมาใหเห็นชัดเจนก็เพราะวาน้ํามัน เปนตัวประสานราคาถูก,หาไดงาย,มีผลกับไสแบบ (Cores) มากที่สุดทั้งยังเปนหัวใจสําคัญในขบวนการทํา ไสแบบ (Cores) อีกดวย ซึ่งเราจะมองขามไมไดเลย 5.11 กลองไสแบบ (Core Boxs) จะทําดวยไม (Wood) หรือโลหะ (Metals) ก็ไดแลวแตจะสะดวก ภายในจะมีโพรงเปนรูปรางตาง ๆ เมื่อใสทรายทีผ่ านกรรมวิธีผสมกันในสัดสวนที่ถูกตองแลวทําการตําหรือกระมุงทราย ๆ จะเกาะยึดตัวกัน เปนรูปรางตาม Core Boxes นั่นตามตองการ หลังจากนัน้ ก็ทําการถอดไสแบบ (Core) นั้นออก แลวไปเขาเตา อบ (Ovens) ตอไป

รูป 5.37 เครื่องโมทรายไสแบบ (Cores)

81

รูปที่ 5.38 Core Boxs

82

รูป 5.39 แสดง Core Boxes อีกแบบหนึ่ง

83 กลองไสแบบ (Core Boxes) มีอยู 7 ชนิด คือ 5.11.1 Half Core Box ทําเปนรูปกระทรงกระบอก (Cylindrical Cores) มีอยูซีกเดียวไมมีฝาปด ดังรูป 5.40

รูปที่ 5.40 Half Core Box 5.11.2 Slab or Dump Core Box มีอยูซีกเดียวเชนกัน และไมมีฝาปด เมื่อใสทรายลงไปใหกระทุง ใหไดระดับขอบบนของกลอง แลวทําการปาดทรายสวนเกินใหเรียบแลวนําแผนรองมาประกบดานบนอีกที กอนทําการพลิก Core Box คว่ําลง แบบนีน้ ิยมทําเปนรูปสี่เหลี่ยม,สามเหลี่ยม หรืออืน่ ๆก็ได

รูปที่ 5.41 Dump Core Box

84 5.11.3 Split Core Box เปนกลองแบบ 2 ซีกมีฝาปดเปดอยูดานใน และใช C-Clamp ยึดประกบกัน หรือใชสลัก (Dowel) ประกบกันก็ยอมได ดังรูป 5.42

รูป 5.42 Split Core Box 5.11.4 Left and Right Hand Core Box เปนกลองไสแบบที่ใชผลิตทองอแบบตาง ๆ (Pipe Bends) มี 2 ซีก แลวนํามาประกบกันทีหลัง ดังรูป 5.43

รูป 5.43 Left and Right Hand Core Box 5.11.5 Strickle Core Box สวนใหญทาํ จากไม (Wood)มีStrickle Board เปนฝาดานบนคลาย ๆ Punch และมีสวนลางเปนCore Box เปรียบเสมือนเปน Die แลวจะประกบลงอัด Strickle Board ลงมาเขาหา กัน และอาจจะพลิก Core Box กลับดานอีกครั้งหนึ่ง ดังรูป 5.44

85

รูป 5.44 Strickle Core Box 5.11.6 Gang Core Box สามารถผลิตไสแบบ (Cores) ทีละมาก ๆ ในครั้งหนึ่ง ๆ ดังรูป 4.45

รูป 5.45 Gang Core Box 5.11.7 Loose Piece Core Box เปนลักษณะที่มีซีกเดียว (Half Core Box) แตมี Loose Piece ที่ทํา ดวยไม(Wood) ใสลงในตําแหนงที่ทําไวดว ย เพื่อใหไดชนิ้ งานออกมาตามตองการ ดังรูป 5.46

86

รูป 4.46 Loose Piece Core Box 5.12 หมุดยึดไสแบบ (Chaplets) เปนโลหะทีว่ างในโพรงแบบหลอ (Molds)ระหวางผิวแบบรวมทั้งผิวของ Cores จุดประสงคคือ เพื่อ ตรึง Coresใหอยูในตําแหนงที่แนนอน จะเปนชนิดเดียวกับน้ําโลหะที่จะทําการเทลงแบบ ตองสะอาด ปราศจากสิ่งสกปรก เชน สนิมหรือความชื้นตาง ๆ

รูป 5.47 Chaplets

87

รูป 5.48 แสดงหมุดยึดไสแบบตาง ๆ 5.13 การกระทุงไสแบบ แบงออกเปน 5 วิธี ดังนี้ 5.13.1 ทําดวยมือ (Hand Making) ทําไดงาย,สะดวก และประหยัด เปนที่นิยมใชกันมาก 5.13.2 เขยาดวยเครื่อง (Jolt Machine)สะดวกรวดเร็ว,ทันสมัยกวาแบบแรก 5.13.3 อัดดวยเครื่อง (Squeezing) คลายกับแบบที่ 2 5.13.4 แบบเหวี่ยงทราย (Sand Slinger) ใชเครื่องเหวีย่ งทราย เหมาะสําหรับแบบขนาดใหญมาก

88

รูปที่ 5.49 Sand Slinger 5.13.5 แบบเปาทราย (Core Blowing Machine) ใชอากาศเปาเพื่อใหทรายวิ่งเขาแบบ ดังรูป5.50

รูป 5.50 Core Blowing

89

รูป 5.51 Core Extrusing Machine

รูปที่ 5.52 Continuous Core-Baking-Arrangement 5.14 การอบไสแบบ (Cores Baking) มีเตาอบหลายชนิดที่ใชกันในปจจุบันนี้คือ 5.14.1 Core Ovens เปนเตาอบธรรมดาทั่ว ๆ ไป มีทั้งอบแบบตอเนือ่ ง หรือเปนบางครั้งไป เปนที่ นิยมใชกันทัว่ ไป เพราะราคาไมแพงนัก,หาไดงาย มักใชแก็สหรือน้ํามันชวยในการอบ

รูป 5.53 Dielectric Core Baking System

90 5.14.2 Dielectric Core Bakers เปนเตาอบไฟฟาใชขนาด 1,500 V ความถี่ประมาณ 20 ลาน Cycle โดยมีสายพานลําเลียงนําไสแบบ (Core) เขาขออกจากเตาโดยผานแทง Electrode ดวยเวลาที่รวดเร็วเวลาที่ใช ในการอบประมาณ 30 วินาทีตอครั้งหนึ่ง ๆ ความรอนที่ไดแก Core ประมาณ 280°Fเพื่อใหความชืน้ ระเหย เปนไอออกจาก Cores ใหหมดนั่นเองดังรูป 5.53

Making a core (a) ramming core sand, (b) drawing the core box, (c)baking the core half (in a dielectric oven), (d)pasting the core halves, (e)”washing”thecore with refractory slurry to improve casting surface finish. รูป 5.54 แสดงขั้นตอนการทํา Cores

91

91

บทที่ 6 แบบหลอทรายและทรายทําแบบหลอ ในบทนี้จะไดกลาวถึงแบบหลอทราย ซึ่งเปนแบบหลอที่ใชกันมากที่สุดและกลาวถึงทรายทําแบบ หลอ ทรายทําแบบหลอบางชนิดมีดินเหนียวเปนตัวประสาน (binder) บางชนิดก็ใชตัวประสานพิเศษ จะได กลาวถึงการทําแบบหลอทรายกอน แบบหลอทรายนั้นทําโดยใชมือหรือโดยใชเครื่องทําแบบหลอ ในระยะหลังมีการทําแบบหลอโดย ใชเครื่องมากขึน้ เพราะความกาวหนาของเครื่องทําแบบหลอทั้งขนาดเล็กและใหญ 6.1 การทําแบบหลอดวยมือ การทําแบบหลอดวยมือนัน้ ใชในกรณีทมี่ ีการผลิตเปนจํานวนนอย หรือเมื่อรูปรางซับซอน ทําแบบ หลอดวยการใชเครื่องไดยาก หรือเมื่อชิ้นงานหลอใหญมาก ๆ สวนมากใชทรายที่มีดินเหนียวเปนตัวประสาน 6.1.1 วิธีการทําแบบหลอสําหรับแบบหลอบน แบบหลอลางชนิดธรรมดา ลําดับการทําแบบหลอดวยมือ โดยใชทรายเปยก (green sand) มีดังนี้ (ดูรูป 105) 1) วางกระดานรองแบบหลอลงบนพื้นเรียบ โดยมีกองทรายอยูขาง ๆ 2) วางกระสวนและหีบสําหรับแบบสวนลาง (drag) ลงบนกระดานรองแบบหีบจะตองใหญกวา กระสวนพอทีจ่ ะทําใหความหนาของทรายโดยรอบกระสวนเทากับ 30-50 mm จะตองกําหนดตําแหนงรูเทไว กอน 3) คลุมผิวของกระสวนดวยทรายผิว (skin sand) หรือsurface sand ที่ผานการรอน (sieved) ให ละเอียดแลว ใหชั้นของทรายผิวนีห้ นาประมาณ 30mm (รูป 105(1) ) 4) เททรายทําแบบหลอ (molding sand) ลงบนทรายผิว แลวกระทุงดวยเครื่องมือกระทุง(rammer) จะตองระวังมิใหเครื่องมือกระทุงไปกระทุง กระสวนโดยตรง การกระทุงหรืออัดทรายโดยใชที่อัด (stamp)ก็ กระทําตามหลักการเดียวกันนี้ หลังจากนั้นก็ปาดทรายทีก่ องพูนเหนือระดับขอบบนของหีบหลอออก แลวยก หีบพรอมทั้งแบบหลอและกระสวนขึ้นจากกระดานรองแบบ (รูป 105 (2) ) 5) พลิกหีบเอาสวนลางขึ้นบน แลววางลงบนกระดานรองแบบและวางอีกครึ่งหนึ่งของกระสวนลง บนกระสวนครึ่งลาง วางหีบสําหรับแบบหลอสวนบนครอบกระสวนแลวโรยผงแยกหนาผา (parting agent) ลงบนหนาผา (parting surface) และบนผิวของกระสวน (รูป 105(3))

92

6) วางกระสวน รูเท (sprue rod) และกระสวนรูลนเขาที่ แลวเททรายผิวและทรายทําแบบหลอลงหีบ เสร็จแลวกระทุง (รูป 105 (4) ) ถาหีบไมมีเดือยหรือสลักสําหรับกํากับการวางแบบหลอเขากับแบบหลอลาง จะตองทําเครือ่ งหมายไวเพือ่ ใหวางไดถูกที่ แลวยกแบบหลอสวนบนหรือแบบบน (cope) ขึ้นจากแบบหลอ สวนลางหรือแบบลาง (drag)และวางบนกระดานรองแบบ (รูป105(5) ) 7) รูวิ่งและรูเขานั้นอาจแซะเอาโดยใชเกรียงหรือชอน (spatule) ก็ไดแตถาใชกระสวนสําหรับรูวิ่ง และรูเขาวางตอเขากับกระสวนของชิ้นงานก็ไมตองใชวธิ ีแซะโดยใชเกรียง ดึงกระสวนออกจากแบบหลอ โดยใชเข็ม (รูป 105 (6)) แลววางไสแบบลงในโพรงของแบบ เสร็จแลวประกบแบบบนเขากับแบบลาง (รูป 105 (7)) เปนอันเสร็จการทําแบบหลอ รูป 106 แสดงเครื่องมือในการทําแบบหลอดวยมือที่มกั ใชกัน มีหีบอยูหลายชนิดที่ใชในการทําแบบหลอ ที่ใชกนั มากที่สุดคือหีบไมหรือโลหะสําหรับหีบบนและ หีบลาง ดังแสดงในรูป 107 (a) หีบกลมก็ใชกนั นอกจากนี้ยังมีหีบที่แกะออกจากแบบหลอไดกอนเท (removable flask) ดังในรูป 107 (b) หีบที่วานี้แกะออกจากแบบหลอไดหลังจากทําแบบหลอเสร็จ ดังนั้น อาจทําแบบหลอไดหลายอัน โดยใชหีบเดียว หีบประเภทนี้มีหีบถอด (slip flask) ซึ่งถอดออกไดหลังจากทํา แบบหลอเสร็จ หีบประกับ (snap flask) ซึ่งมีบานพับติดอยูตรงมุมหีบและหีบแกะ (pop-off flask) ซึ่งแกะ ออกจากแบบหลอไดโดยถอดปากจับ (clamp) ตรงมุมตรงขามสองมุมของหีบ 6.1.2 การทําแบบปาด (Loam molding) แบบโลมใชสําหรับทําชิ้นงานหลออันเดียว หรือทําชิ้นงานใหญ ๆ ใชในการทําแบบหลอของทอโคง หรือหีบทรงกระบอกหมุน (rotating drum) เครื่องทําแหง (dryer) สําหรับการผลิตกระดาษหรือกงลอของ เครื่องกังหัน (turbine rotator หรือ turbine wheel) ใชกระสวนปาด (sweeping pattern หรือstrickle pattern) ในการทําแบบปาด ในการทําแบบหลอใชวิธีหมุนแผนซึ่งมีรอยโหวเปนรูปหนาตัดของชิ้นงานรวมแกนกลาง หรือวิธีลากใบปาด (strickle)ตามแผนกํากับ (guides) ซึ่งมีรูปรางตามรูปรางของชิ้นงาน ผิวของแบบหลอทํา ดวยโลม ซึ่งชืน้ และละเอียด ใชทรายแหงธรรมดาหรือผงอิฐในการทําโลม ยกเวนสวนที่ใชทําผิวแบบหลอ รูป 108 แสดงแบบหลออันใหญ ทําแบบบนพื้นหรือในบอ (pit) ใชวิธีปาดในการทําแบบปาด การทํา แบบหลอโดยการปาดมีลําดับการทําดังนี้

93

1.วางหีบสําหรับแบบบนลงกระดานรองแบบหรือบนพืน้ แลววางแผนรอง (center plate หรือ support) ลงตรงกลางของพื้นหีบ (รูป109) 2. แกนกลาง (center rod) ของใบปาดนั้นยึดในแนวตั้ง โดยแผนรองและโครงยึด (trestle) จะตองยึด โครงยึดไวไมใหเคลื่อนที่ แลวจุดหมุนของแบบปาดก็จะถูกยึด โดยวางน้ําหนักทับโครงยึดเหนือจุดหมุน 3. ในกรณีที่ใชทรายเปยกทําแบบหลอใหเททรายทําแบบลงในหีบ แลวทํารูปรางคราว ๆของ ชิ้นงาน โดยการปาด ทรายจะพูนขึน้ หรือลึกเปนรองแลวแตรางของกระสวน เมื่อไดรูปรางคราว ๆ แลวก็ โปรยทรายผิวลงบนผิวของแบบหลอ แลวแตงผิวแบบหลอใหเรียบรอยโดยการปาดอีกครั้งหนึ่ง 4. ในกรณีทใี่ ชโลม (loam) ทําแบบหลอก็ใหใชโลมแทนที่จะใชทรายผิวโปรยลงบนรูปรางคราว ๆ และแตงผิวแบบหลอใหเรียบรอยโดยการปาดอีกครั้งหนึ่ง ในกรณีนี้ถาหมุนใบปาดซ้ําหลายครั้งจะกลับทําใหผิวแบบหลอขรุขระชื้นเพราะโลมไปติดกับใบ ปาด เมื่อเช็ดโลมที่ติดกับใบปาดออกแลว และหมุนใบปาดทวนทิศทางเดิมอีกครัง้ หนึ่ง ก็เปนการเสร็จการ แตงผิวแบบหลอ ในกรณีทไี่ มใชใบปาดหมุนดังที่ไดกลาวมา แตใชการลากใบปาดตามแผนกํากับ วิธีการทําก็ จะคลายกับวิธขี างบน 6.2 การทําไสแบบ ไสแบบคือทรายทําเปนรูปราง ซึ่งใชวางลงในโพรงของแบบหลอเพื่อกันมิใหโลหะเขาสูสวนของ ชิ้นงานที่ตองการใหเปนรูหรือชองวาง ไสแบบมีหลายชนิด เชน ไสแบบน้ํามัน (oil core) ไสแบบ CO2(CO2 core) ไสแบบใชลม (airset core) ฯลฯ ชื่อตาง ๆ เหลานี้เรียกตามตัวประสานหรือตามกระบวนการทําไสแบบ 6.2.1 การทําไสแบบดวยมือ จะไดอธิบายวิธีการไสแบบโดยใชหีบไสแบบ (core box) (ดูรูป 110) เพื่อทําไสแบบรูปราง ดังแสดงในรูป 110(1) จะตองใชหีบไสแบบ ดังแสดงในรูป110(2)การหนีของแกสออกจากไสแบบนี้จะ เปนไปในทิศทางเดียว ดังนั้นจึงเจาะรูระบายแกสดังแสดงใน (3)และมีชองเจาะไวเพื่อใหรูระบายแกสหลาย ๆ รูตอเนื่องกัน ดังใน (4)เพื่อสงแกสออกจากแบบหลอ เมื่อทําเสร็จแลวจะยางไสแบบเหนือเครื่องทําแหง (dryer) โดยหมุนไปรอบ ๆ ดังใน (5)และลบคมและแตงผิวใหเรียบ โดยใชเกรียง (spatula) ในการทําไสแบบดวยมือจะตองระมัดระวังในเรื่องตอไปนี้ 1. บรรจุทรายทําไสแบบลงในหีบอยางสม่าํ เสมอ

94

2. ตรวจตราดูมิติและตําแหนงของเสนเชื่อมรูระบายแกส ตลอดจนเสนผาศูนยกลางและ ตําแหนงของรูระบายแกส 3. ระวังอยาใหไสแบบที่ทําเสร็จแลวตองบิดเบี้ยวหรือหัก 6.2.2 การทําไสแบบโดยใชเครื่อง ในการทําไสแบบโดยใชเครือ่ ง จะใชเครื่องเปาไสแบบ (core-blower) รูป 111 แสดงรูปราง และสวนประกอบของเครื่องเปาไสแบบทีน่ ิยมใชกัน เมื่อเปาอากาศเขาไปในถังเก็บทราย (sand reservoir) ทรายทําไสแบบจะถูกปอนไปกับอากาศเขาสูหบี ไสแบบ ซึ่งมีปากจับติดกับถังจายทราย อากาศจะหนีออกได ทางรูระบายอากาศในหีบไสแบบ สวนทรายจะคงอยูในหีบไสแบบ เปนไสแบบที่ตองการเสร็จแลวปลอย ปากจับออก และแกะไสแบบออกจากหีบ รูป 112 แสดงสวนประกอบของเครื่องทําไสแบบโดยวิธีเปาที่มีสมรรถนะสูงจะเปาอากาศเขาทางรู เหนือถังจายทราย (sand hopper)และทางดานขางของถังเก็บทราย ดังนั้นจะทําใหสามารถสงทรายเขาหีบไส แบบไดสะดวก ทรายจะไมยันกันและยึดกันเปนรูปรางสะพาน ทําใหสามารถปอนทรายได ถึงแมเปนทรายที่ ยึดตัวกันคอนขางแนน ในการทําไสแบบดวยเครื่องจะตองระวังเรือ่ งตอไปนี้ 1) ออกแบบหีบไสแบบใหทาํ ไสแบบไดสะดวกหาทางทีจ่ ะปองกันการสึกหรอที่เกิดจากทราย 2) จะตองมีการระบายลมที่เหมาะสม เพือ่ ใหอากาศในหีบไสแบบและอากาศที่ถูกเปาเขามาในหีบ พรอมกับทราย ออกจากหีบไดโดยสม่ําเสมอ รูปรางตําแหนงและจํานวนของรูระบายอากาศเปนสวนสําคัญ ของการทําไสแบบ 6.3 การฉาบผิวแบบหลอ หลังจากที่ไดแกะกระสวนออกแลว ก็ใชผงกราไฟทหรือผงไมคา (mica)ผสมน้ําทาหรือพนผิวแบบ หลอ เพื่อใหทาํ หนาที่ตอไปนี้ 1. กันมิใหน้ําโลหะแทรกซึมเขาในทรายและทําใหทรายหลอมเหลว 2. เพื่อใหผวิ ของงานหลอเรียบ 3. เพื่อทําใหเอาทรายไสแบบและทรายทําแบบหลอออกไดงายในตอนเขยาทรายออก 4. กันมิใหเกิดจุดเสีย เนื่องจากทราย เชน การเกิดครีบ (finning) เพื่อใหทําหนาที่ขางบนได

95

วัสดุที่ใชฉาบผิวตองมีคุณสมบัติตอไปนี้ 1) สามารถทนอุณหภูมิน้ําโลหะไดโดยไมละลาย 2) มีความแข็งแรงเมื่อทาเสร็จและแหงแลว พอที่จะไมถูกน้ําโลหะดึงหลุดจากผิวแบบหลอ 3) มีความหนาของผิวฉาบพอที่จะกันมิใหน้ําโลหะซึมเขาในทราย 4) เกิดแกสนอยในขณะทําการหลอ 6.3.1 การฉาบผิวแบบหลอสําหรับแบบหลอทรายเปยก สําหรับแบบหลอทรายเปยกใชผงกราไฟท ผงไมคาหรือแปงหิน (talcpowder) ลวน ๆ ใชวัสดุ ดังกลาวในการโปรย (dusting) หรือทาผิวแบบหลอโดยใชแปรง มีกระบวนการฉาบผิวดังนี้ 1) ถาเปนวิธีโปรยใชถุงผงหรือแปงทําดวยผาฝาย โปรยที่ผิวแบบในแนวตั้งกอน 2) ถาเปนวิธีทา ใชแปรงซึ่งมีผงหรือแปงติดอยูที่ปลาย ทาผิวแบบในแนวตั้งโดยเริม่ จากขางลางขึ้นสู ขางบน 3) มักจะมีผงหรือแปงกองอยูท ี่กนของโพรงในแบบจะตองกวาดหรือเปาออก 6.3.2 การฉาบผิวแบบหลอสําหรับแบบหลอทรายแหง สําหรับแบบหลอทรายแหงใชวัสดุตอ ไปนี้ 1) ใชผงกราไฟทหรือถานไม ถาอุณหภูมเิ ทต่ํากวา 1,350°C ระวังอยาใหเกิดฟองหรือแกส เนื่องจาก ตัวประสาน โดยการใชสวนผสมตอไปนี้ ก. กราไฟทผสม 100 สวน (กราไฟทเกล็ด (scaly graphite)0-40 สวน กราไฟทผง (earthy graphite) หรือ black wash100-60สวน)เบนโทไนท(bentonite) 10-20สวน (หรือดินทนไฟ(fire clay) 20-40สวน) ข. กราไฟทผสม 100 สวน (กราไฟทเกล็ด 20-50 สวน กราไฟทผงหรือผงถานโคก(Coke breeze)80 – 50 สวน) เบนโทไนท 10-20สวน(หรือดินทนไฟ 20-40 สวน) ทั้งในสองกรณีขางบนถาใชดินทนไฟ ใหผสมน้ําเหลือง (molasses) 2-5 สวน หรือกรดลิกนิน ซัลฟอนิค (lignin sulfonic acid) นอยกวา 2 สวนเขาดวยตอ 100 สวนของกราไฟทผสม 2) สําหรับอุณหภูมิเทสูงกวา 1,350°C จะตองใชวัสดุทมี่ ีการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัตินอยเมื่อใชที่ อุณหภูมิสูง ควรใชสวนผสมเชนตัวอยางขางลาง

96

ก. กราไฟทผสม 100 สวน (กราไฟทเกล็ด 90-80 สวน ผงถานโคก 20 สวน) เบนโทไนท 10-20 สวน ข. กราไฟทเกล็ด 100 สวน แอมโมเนียมคลอไรด 0.5 สวน, เบนโทไนท 10-20สวน ใชน้ําผสม เทากับ 100- 200% ของสวนผสมขางบนสําหรับการฉาบผิวแตละครั้ง แตถาใชกราไฟทเกล็ดกับเบนโท ไนท ควรใชนา้ํ มากกวานี้ และถาใชกราไฟทผงกับดินทนไฟ ควรใชน้ํานอยกวานี้ วิธีการฉาบผิวแบบหลอทรายแหงมีดงั นี้ 1) ตรวจวาน้ําฉาบผิวขนพอเหมาะหรือยัง กอนลงมือฉาบผิว 2) ใหฉาบผิวกอนยางแบบหลอ ถายางเพียงครั้งเดียวและฉาบผิวหลังจากยางครั้งแรกสําหรับแบบ หลอที่จะยางสองครั้ง 3) ฉาบผิวดวยการพนหรือการทา 4) ฉาบผิวที่อยูใ นแนวตั้ง โดยพนหรือทาจากลางขึ้นบน 5) ในกรณีที่ฉาบผิวของแบบหลอทรายที่แหงแลว ควรใชน้ําผสมดินเหนียวทาผิวเสียกอน 6) หลังจากพนหรือทาแลว ถาการฉาบยังไมเรียบ แตงใหเรียบโดยใชเกรียง (spatula) 7) ถาพนหรือทาฉาบผิวทับลงบนผิวที่ฉาบแลว และแหงแลว จะปรากฎวาผิวฉาบมักจะหลุดออกใน ตอนเทน้ําโลหะ 6.4 อุปกรณเพิ่มเติมของแบบหลอ 6.4.1 หมุดยึดไสแบบ (Chapletd) หมุดยึดไสแบบคือชิ้นสวนทําดวยโลหะ ใชในการยึดไสแบบหมุดยึดไสแบบนี้ถาไมจําเปนไมควร ใชในกรณีที่บา ไสแบบไมสามารถยึดไสแบบได เพราะรูปรางของแบบก็จําเปนตองใชหมุดยึดไสแบบ รูปรางและขนาดของหมุดยึดไสแบบจะตองเหมาะกับสภาพของชิ้นงาน และวัสดุทใี่ ชทําหมุดควร เปนชนิดเดียวกับวัสดุของชิน้ งาน (1) รูปรางของหมุดยึดไสแบบ โดยทั่วไปหมุดยึดไสแบบควรมีพื้นที่ผิว (surface area) มาก ๆ เพื่อจะไดกลืนเขากับโลหะของ ชิ้นงานไดสะดวก ถาสวน A ในรูป 113 ใหญเกินไปเมือ่ เทียบกับสวน H การละลาย (fusion) จะไมสมบูรณ แตถาสวน A เล็กเกินไปก็จะทําใหหนาทีย่ ึดไสแบบไดไมเต็มที่ ถาสวน D ใหญเกินไปเมื่อเทียบกับสวน A การละลายจะไมสมบูรณ

97

แตถาเล็กเกินไปก็จะทําใหหนาที่ยึดไสแบบไดไมดี เพราะหมุดยึดไสแบบจะจมเขาไปในไสแบบ รูปรางของหมุดยึดไสแบบขึน้ กับความตองการ บางครั้งแผนที่อยูตรงปลายทั้งสองขาง ทอนกลมอาจ ทําดวยวัสดุตางจากทอนกลม ทั้งนี้เพื่อกันมิใหแผนบาง ๆ นั้นละลายเร็วเกินไป ผิวของหมุดจะตองสะอาด จะตองไมมีออกไซดหรือความชื้นที่ผิว ถามีจะทําใหละลายยาก และจะ ทําใหเกิดรูโหวเนื่องจากการหด (2) ชนิดของหมุดยึดไสแบบ หมุดยึดไสแบบมีรูปรางและขนาดตาง ๆ กัน และมีชนิดและชื่อตาง ๆ กันรูป 114 แสดงชนิดที่ สําคัญ ๆ หมุดสองหัว (double – head chaplets)เปนชนิดที่ใชกันมากที่สุดชนิดนีม้ ีรูปรางและขนาดตาง ๆ กัน ทอนกลมระหวางทั้งสองหัวนั้น ทําเปนเกลียวเพื่อใหกลืนเขากับโลหะของชิ้นงาน ทั้งสองหัวจะมีรเู ล็ก ๆ ที่ จะปลอยแกสที่ออกมาในระหวางการเท ไดหนีออกไปไดสะดวก สําหรับบางชนิดระยะระหวางสองหัวปรับ ได หมุดกาน (stem chaplets)ใชยึดไสแบบสําหรับชิ้นงานหลอใหญ ๆ เชน ทอ โดยใชกานยาวนัน้ ติด เขากับหีบหลอ โครงหรือกาน (mandrels) ของไสแบบ หมุดปรุ (perforated chaplets) ทําดวยเหล็กแผนยาว ๆ ซึ่งมีรูเล็ก ๆ อยูเปนจํานวนมาก รูมีไวเพื่อให แกสหนีออกได และเพื่อใหกลืนเขากับโลหะของชิ้นงานใชสําหรับชิน้ งานหลอขนาดเล็ก และสําหรับชิ้นงาน หลอที่ใชบรรจุของไหลที่มคี วามดัน หมุดเหล็กแผน (sheet metal chaplets) ทําดวยเหล็กแผนบาง ๆ ที่ถูกอัดออกมาเปนรูปรางมีขนาด เล็ก แตแข็งแรง ถึงแมเมื่อสัมผัสกับน้ําโลหะ หมุดหลอ (cast chaplets) ทําโดยการหลอดวยโลหะชนิดเดียวกับโลหะของชิ้นงานใชกับชิน้ งาน หลอที่หนาและใหญ หมุดเครื่องกระจายความรอน (radiator chaplets) ใชสําหรับยึดไสแบบของชิ้นงานขนาดเล็ก ใชสวม เขากับวงแหวน (Washer) ซึ่งติดอยูกับผิวแบบหลอ 6.4.2 เดือยเสริม (Mandrels) เดือยเสริมคือโครงสรางที่ใสอยูในไสแบบหรือแบบหลอ เพื่อไมใหไสแบบหรือแบบหลอหักพัง ถา ใชเดือยเสริมอยางไมถูกตอง จะเกิดผลเสียเปนอยางมากตอประสิทธิภาพการทําแบบหลอ และการแกะแบบ หลอ (shakeout operation) นอกจากนั้นยังจะทําใหเกิดจุดเสีย (defects) ในการหลออีกดวย

98

ขอควรระวังเรือ่ งเดือยเสริมมีดังนี้ 1) จะตองคิดถึงการขยายตัวเนื่องจากความรอน ในขณะที่ทําใหไสแบบหรือแบบหลอแหง หรือ ในขณะเทน้ําโลหะ 2) จะตองคิดถึงการหดตัวของชิ้นงานหลอ หลังจากเทเสร็จแลว 3) จะตองใชเดือยเสริมแตละอันไดหลาย ๆ ครั้ง 4) จะตองเสริมความแข็งแรงของไสแบบ ทําใหทนความดันของน้ําโลหะได 6.4.3 น้ําหนักทับแบบหลอ (Weights) ในการเทน้ําโลหะลงในแบบหลอ แบบบน (cope) จะไดรับแรงลอยตัว (buoyancy force) จากน้ํา โลหะ ดังนัน้ จะตองมีน้ําหนักทับแบบบนเพื่อกันมิใหลอย จะคํานวณน้ําหนักทีจ่ ะตองใชไดจากสูตรตอไปนี้ น้ําหนัก W : kPA (kg) P : ความดันของน้ําโลหะตรงหนาผา (parting surface) (kg/cm2) A : พื้นที่หนาตัดของโพรงแบบหลอตรงหนาผา (cm2) K : อัตราสวนเผื่อ (safety factor) P = ‫ ﻻ‬h ‫ ﻻ‬:น้ําหนักจําเพาะของน้ําโลหะ (เชน 0.0073 kg/cm3 สําหรับเหล็กหลอเทา) h : ความสูงของรูเทเหนือหนาผา ดังนั้นน้ําหนักจะทับแบบจะเทากับ W = k‫ﻻ‬Ah (kg) ใชอัตราสวนเผื่อประมาณ 1.5 – 2.0 เพราะฉะนั้น W = (1.5 – 2.0) ‫ ﻻ‬Ah (kg) ตัวอยาง กรณีของเหล็กหลอเทาที่มีพื้นหนาตัด A –200 cm2 ความสูงของรูเทเทากับ 15 cm อัตราสวนเผื่อ เทากับ 1.5 W = 1.5 x 0.0073 x 200 x 15 = 33 kg ตามความเปนจริงมีน้ําหนักของแบบบนอยูแลว ดังนั้นน้าํ หนักทับเหล็กนอยกวาที่คํานวณไว ขางบนได

99

6.5 ทรายหลอ 6.5.1 คุณสมบัติของทรายหลอ ทรายหลอจะตองมีคุณสมบัติตอไปนี้ 1) ขึ้นรูปไดงา ย (formability) และทําแบบหลอไดสะดวก โดยที่มีความแข็งแรงพอ แบบหลอที่ทํา เสร็จแลวจะตองแข็งแรงพอที่จะยกไปไดและเทน้ําโลหะเขาไปไดโดยไมเกิดการเสียหาย ดังนั้นจะตองมี ความแข็งแรงที่อุณหภูมิหอง และมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง (hot strength) 2) จะตองใหแกสซึมออกได (permeability) สะดวกพอถาอากาศหรือแกสที่เกิดขึน้ ไมสามารถซึม ผานเม็ดทรายออกไปจากแบบหลอเร็วพอในขณะเทน้ําโลหะแลวอาจเกิดจุดเสียประเภทรูโหวที่เกิดจากการ หดตัวและรูพรุนที่ผิว 3) ขนาดของเม็ดทรายและปริมาณของเม็ดทรายแตละขนาด ตองเหมาะสมถาใชทรายละเอียดทํา แบบหลอผิวของชิ้นงานจะละเอียดดี แตถา เม็ดทรายละเอียดเกินไป แกสจะออกไมไดจะเกิดรูพรุน (blow holes) ดังนั้น จะตองจัดใหขนาดของเม็ดทรายและปริมาณของเม็ดทรายแตละขนาดเหมาะสม ทั้งนี้โดย คํานึงถึงทั้งสองประเด็นขางตน 4) ตองมีความทนไฟ (refractoriness) สูงพอ คือไมละลายที่อุณหภูมิเท ตาราง 6.1 แสดงอุณหภูมิเท ของน้ําโลหะชนิดตาง ๆ เม็ดทรายและตัวประสานจะตองมีความทนไฟพอ คือตองทนไดเมื่อเทน้ําโลหะ อุณหภูมิสูงลงในแบบหลอ 5) มีสวนผสมที่เหมาะสมเมื่อเม็ดทรายสัมผัสกับน้ําโลหะอุณหภูมิสูง จะเกิดปฏิกริ ิยาทางกายภาพ (physical) และทางเคมี ดังนัน้ ไมควรมีสวนผสมใด ๆ ที่จะทําใหเกิดแกสหรือที่จะละลายไปกับน้ําโลหะ 6) นํามาใชไดอีก ทรายที่ดจี ะตองใชไดหลายครั้ง เพื่อความประหยัด 7) ทรายที่ใชจะตองมีราคาถูกดวย ตารางที่ 6.1 อุณหภูมิเทสําหรับการหลอโลหะตาง ๆ ชนิดของโลหะที่หลอ อุณหภูมิเท (°C) โลหะผสมเบา 650 – 750 บรอนซ 1100-1250 ทองเหลือง 950-1100 เหล็กหลอ 1250- 1450 เหล็กเหนียวหลอ 1500-1550

100

6.5.2 ทรายหลอชนิดตาง ๆ ทรายหลอที่ใชกันมากที่สุดมี ทรายภูเขา (mountain sand) ทรายทะเล (shore sand) ทรายแมน้ํา (river sand ) และทรายซิลิกา (silica sand) ทั้งหมดนีเ้ กิดขึ้นตามธรรมชาติ ในการใชทําแบบหลอนั้น จะใช ทรายบางชนิดในสภาพทีเ่ กิดขึ้นตามธรรมชาติและบางชนิดก็จะบดใหเม็ดไดขนาดเสียกอน ถาทรายมีดิน เหนียวผสมอยู และเกาะติด (adhesive) กันไดดี ก็จะใชไดเลย แตถาเกาะติดกันไมดีพอจะตองเติมดินเหนียว ลงไป บางครั้งก็จะตองเติมทัง้ ตัวประสาน (binders) และดินเหนียวลงไปดวย ทรายภูเขานัน้ โดยทั่วไปไดจากชั้นหินเกา ๆ (old strata) มีดินเหนียวผสมอยูดวย และสวนมากตอง ผสมน้ําลงไปกอน จึงจะใชเปนทรายหลอได ที่มีดนิ เหนียวอยู 10 – 20 % จะใชไดเลยโดยไมตองเติมดิน เหนียว สวนที่มีดินเหนียวนอยกวานัน้ และติดกันไมดี จะตองเติมดินเหนียวตามสัดสวนที่เหมาะสมลงไป กอน ทรายทะเลไดจากชายหาดและทรายแมน้ําไดจากแมน้ํา ทรายซิลิกา ในบางกรณีไดจากภูเขาตาม สภาพธรรมชาติ บางกรณีก็ไดจากการบดหินที่มแี รควอรท (quartzite) ที่เรียกวา หินเขีย้ วหนุมาน สวนประกอบที่สําคัญที่สุดของทรายทุกชนิดคือ Sio2 จะมีสิ่งเจือปน (impurities) เชน ไมคา (mica) หรือ เฟลดสปาร (feldspar) ที่เรียกวาหินฟนมา ทรายทะเลและทรายแมน้ําจะมีสิ่งเจือปนโดยเฉพาะอยางยิ่งมีสาร อินทรี (organic) อยูมาก ในการใชทําแบบหลอควรมีสิ่งเจือปนเหลานี้นอยที่สุด ทรายซิลิกาธรรมชาติและ ทรายซิลิกาที่ทําขึ้นจากการบดหินควอรทมีสิ่งเจือปนอยูนอ ย และมี Sio2 อยูมากกวา 95 % ทรายทะเล ทรายแมน้ํา ทรายซิลิกาธรรมชาติ และทรายซิลิกาที่ทําขึ้นจากการบดหินควอรทจะไม เกาะติดกันเอง จะตองเติมตัวประสานลงไป เพื่อใหเม็ดทรายยึดกันกอนที่จะนําไปใชทําแบบหลอ 6.5.3 สวนประกอบของทรายหลอ (1) เม็ดทราย เม็ดทรายหลอแบงออกไดเปนหลายชนิด ดังแสดงในรูป 115 มีชนิดเม็ดกลม (rounded) เม็ด เกือบเหลี่ยมหรือมน (subangular) เม็ดเหลีย่ ม (angular) และเม็ดผลึก (crystalline) ฯลฯ ทรายชนิดเม็ดกลมใชเปนทรายหลอไดดี เพราะใชตวั ประสานนอย ๆ ก็ทําใหมีความแข็งแรงพอ นอกจากนั้นยังปลอยอากาศใหซึมผาน (permeability) ไดดีมาก และทําใหน้ําโลหะไหลสะดวก (flowability) ดวย ทรายเม็ดผลึกไมเหมาะที่จะใชทําทรายหลอ เพราะในการผสมทรายจะเกิดการหักเปนชิ้นเล็ก ๆ ทํา ใหความทนตอความรอน (refractoriness ) ต่ํา อากาศซึมออกไดยากและยังตองใชตัวประสานมากอีก ดวย

101

ทรายหลอมักประกอบดวยเม็ดทรายหลายขนาด แตในบางกรณีก็รอนทรายจนไดเม็ดขนาดเทา ๆ กันเสียกอน จึงใชทําแบบหลอ โดยทั่วไป 2/3 ของเม็ดทราย สําหรับทรายหลอควรมีขนาดอยูในชองตาม ขนาดรูตะแกรงรอน 3 ขนาดติด ๆ กัน สวนอีก 1/3 นั้น ควรมีขนาดตามรูตะแกรงรอนขนาดถัดไปจาก ขนาดทั้ง 3 แทนที่จะมีขนาดเม็ดเทา ๆ กัน (2) ดินเหนียว ดินเหนียวประกอบดวยดินเหนียวขาวบริสุทธิ์ (kaolinite) อิลไลท (illite) และมอนทมอริล โลไนท (montmorillonite) ตลอดจนควอรทเฟสดสปาร ไมคา และสิ่งเจือปนอืน่ ถาเติมน้ําเขาไป จะเหนียว(sticky)และถามีนา้ํ มากจะมีลักษณะคลายแปงเปยก (pasty) ถาน้ําแหงลงไปความเหนียวจะลดลง มาก ขนาดของเม็ดดินเหนียวอยูระหวาง 0.005 – 0.02 mm สําหรับชิ้นงานหลอขนาดใหญที่ใชแบบหลอทรายแหง จะใชทรายซิลิกาที่มีดินเหนียวทนไฟไดสูง (ที่เกิดตามธรรมชาติ) ผสมอยู บางครั้งก็ใชเบนโทไนท (bentonite) ซึ่งเปนดินเหนียวชนิดหนึ่งผสมเขากับ ทราย เบนโทไนทประกอบดวยเม็ดเล็ก ๆ ขนาด 10 – 0.01μ*สวนประกอบสําคัญของเบนโทไนทคือ มอนท มอริลโลไนท (Al2 O3 .4 SiO2 . H2O) ความเหนียวยืด (plasticity) เกิดขึน้ เนื่องจากการพองของเม็ดเล็ก ๆ ของ เบนโทไนทเมือ่ เติมน้ําลงไป (3) ตัวประสานชนิดอื่น ๆ บางครั้งไสแบบทําดวยทราย ซึ่งมีน้ํามันพืชผสมอยู 1.5 – 3.0% แลวยางที่อณ ุ หภูมิ 200 - 250°C น้ํามันประเภทนี้มีน้ํามันละหุง (linseed oil) น้ํามันถั่วเหลือง(soy bean oil) และน้ํามันโคลซา (colza oil) เปน ตน ไสแบบในลักษณะนีเ้ รียกวา ไสแบบทรายผสมน้ํามัน (oil sand core) ไสแบบชนิดนี้ไมเก็บความชื้นและ สลายตัวงายในตอนแกะแบบ ถามีแตน้ํามันผสมกับทรายจะมีความแข็งแรงไมเพียงพอที่อุณหภูมหิ อง ดังนั้น จะใชเบนโทไนทหรือแปงผสมเขาดวยเล็กนอยเพื่อใหขนึ้ รูปและปรับแตงได ถึงแมจะกระทําที่อณ ุ หภูมิหอง นอกจากใชดนิ เหนียวเปนตัวประสานในการทําแบบหลอแลว ในบางกรณีกใ็ ชเดกซทรีน (dextrine) ซึ่งทําจากแปงเปนตัวประสานอีกดวย เดกซทรีนนี้เหนียวถึงแมจะมีความชื้นต่ํา ดังนั้นจึงใชชว ยทําใหเม็ด ทรายเกาะกันดี สําหรับทรายที่ผิวแบบหลอของแบบหลอทรายเปยกและแบบหลอทรายแหง นอกจากนีย้ ังใช น้ําแกว(water- glass) เรซิน (resins) หรือซีเมนต (cement) เปนตัวประสานพิเศษ

102

(4) สวนผสมพิเศษ ใชผงถานหิน ผงยางมะตอย (pitch powders) ผงถานโคก (coke-breeze) หรือผงกราไฟท (graphitic powder) ประมาณ 1% ผสมกับทรายทําแบบหลอ เพื่อทําใหผิวงานหลอละเอียด ทําใหแกะแบบงาย และกันมิ ใหเกิดกาบหรือหนาขาวตัง (scabs) ในบางกรณีถาใสสวนผสมเหลานี้เขาไปมากเกินไป จะทําใหเกิดจุดเสีย เนื่องจากเกิดแกสขึ้น ดังนั้นการใชสวนผสมในปริมาณที่เหมาะสมจึงเปนเรื่องสําคัญ นอกจากนี้ยังอาจ เกิดผลตรงขามกับที่ตองการ ถาใชของที่มีคุณภาพไมดี 6.5.4 คุณสมบัติของทรายทําแบบหลอ (1) คุณสมบัตขิ องทรายทําแบบหลอชนิดเปยก คุณสมบัติตาง ๆ ของทรายที่มีดินเหนียวหรือเบนโทไนทเปนตัวประสานเปลี่ยนไปตามปริมาณ ความชื้นในทราย ดังนัน้ การควบคุมปริมาณความชื้นจึงเปนเรื่องสําคัญในการควบคุมคุณสมบัติของทรายทํา แบบหลอ รูป 116 แสดงความสัมพันธระหวางปริมาณความชื้น และคุณสมบัตติ างๆ ของทรายผสมดิน เหนียว ถาไมเปลี่ยนปริมาณดินเหนียว แตเพิ่มปริมาณความชื้นความแข็งแรงจะเพิ่มขึน้ เปนลําดับจนถึง จุดสูงสุด เมือ่ ปริมาณความชื้นเพิ่มขึ้นอีกความแข็งแรงจะลดลงถาไมเปลี่ยนปริมาณความชื้นแตเพิ่มปริมาณ ดินเหนียวก็จะพบคุณลักษณะเชนเดียวกับนี้ สภาพที่เกิดความแข็งแรงและการปลอยซึม (permeability) สูงสุดคือสภาพที่เม็ดทรายมีดินเหนียวผสมน้ําหุมอยูด วยความหนาระดับหนึ่ง ถามีความชื้นมากเกินไป ความ แข็งแรงและการปลอยซึมจะลดลง เพราะดินเหนียวที่มคี วามชื้นมากเกินไปนี้จะขยายเขาไปอยูในทีว่ าง ระหวางเม็ดทราย ถาความชื้นไมพอความแข็งแรงจะลดลง เพราะความเหนียวของดินเหนียวจะลด นอกจากนั้นดินเหนียวในสภาพผงจะเขาไปอุดที่วางระหวางเม็ดทราย ทําใหการปลอยซึมลดลง ปริมาณความชื้นที่ทําใหเกิดความแข็งแรงสูงสุด และที่ทําใหเกิดการปลอยซึมสูงสุดโดยทัว่ ไปมักไม ตรงกัน รูป 117 แสดงความสัมพันธระหวางปริมาณความชื้น ความแข็งแรง และความปลอยซึม ของทรายที่ มีเบนโทไนทเปนตัวประสาน เมื่อปริมาณความชื้นเพิม่ ขึ้นความแข็งแรงและความปลอยซึมจะเพิม่ ขึ้นจนถึง สูงสุด ถาเพิ่มตอไปอีก คุณสมบัติดังกลาวจะกลับลดลง ดังแสดงในรูป สําหรับทรายที่มีเบนโทไนทเปนตัว ประสานปริมาณความชื้นที่ทาํ ใหความแข็งแรงขณะเปยก (Wet strength) สูงสุด และที่ทําใหการปลอยซึม สูงสุดจะใกลกนั มาก (2) คุณสมบัตทิ ี่เปลี่ยนเพราะอากาศ (Air-set properties) คุณสมบัติของแบบหลอที่เปลี่ยนระหวางหลังจากที่ทําแบบหลอเสร็จ และเมื่อเทน้ําโลหะเรียกวา คุณสมบัติที่เปลี่ยนเพราะอากาศ โดยทัว่ ไปการเปลีย่ นแปลงเกิดเพราะ

103

การเคลื่ อ นที่ ข องความชื้ น ในแบบหล อ และการระเหยของความชื้ น ของผิ ว แบบหล อ การ ระเหยทํ า ให ผิ ว แบบหล อ แข็ ง ขึ้ น ความแข็ ง จะเพิ่ ม ขึ้ น มากเพี ย งใดขึ้ น กั บ คุ ณ สมบั ติ ข อง ทรายและสวนผสม การกระทุง หรือสภาพรอบๆ แบบหลอ (อุณหภูมิของบรรยากาศความชื้น ฯลฯ) การที่ความชื้นระเหยออกไปทําใหผิวของแบบหลอทรายที่มีเบนโทไนทเปนตัวประสานมีอาการ เปราะ ดังนัน้ จะตองควบคุมอัตราการระเหยของความชื้น (3) คุณสมบัติเมื่อแหง (Dry properties) ทรายที่มีดินเหนียวเปนตัวประสานเมื่อแหงแลว จะมีการปลอยซึมและความแข็งแรงสูงกวาเมื่อยัง เปยก เพราะความชื้นสวนที่เกินระดับที่ทําใหเกิดความแข็งแรงเมื่อเปยกสูงสุด และความชื้นที่ติดผิวของเม็ด ดินเหนียวจะหมดไป ปริมาณความชื้นในแบบหลอกอนทําใหแหงมีผลตอคุณสมบัติเมื่อแหงเปนอยางมาก เห็นไดจาก 116 และรูป 117 วาความแข็งแรงทางอัดเมือ่ แหงจะสูงขึ้น ถาความชื้นแตแรกมีมากขึน้ จะสูงขึ้น ความแข็งแรงทางอัดเมื่อแหงของทรายที่มีดินเหนียวเปนตัวประสาน มีสวนเกีย่ วของกับการเกิด จุดเสียประเภทรอยแหวง(cut)ในขณะเท ถาความแข็งแรงทางอัดต่ําก็มักจะเกิดรอยแหวง แตถาความแข็งแรง ทางอัดมากเกินไปก็จะทําใหแกะแบบยาก (4) คุณสมบัตทิ ี่อุณหภูมิสูง (Hot properties) แบบหลอจะตองรับอุณหภูมสิ ูง และความดันสูงของน้ําโลหะในขณะเท ดังนั้นจะตองรูความแข็งแรงที่ อุณหภูมิสูง การขยายตัวเนื่องจากความรอน ฯลฯ เสียกอน (ก) การขยายตัวเนื่องจากความรอน กอนทรายหลอจะขยายตัวอยางรวดเร็วในตอนแรก และขยายตัวชาลงในตอนตอไปจนถึงจุดขยายตัว สูง ดังแสดงในรูป 118 ปริมาณสูงสุดนี้จะใหญขึ้นถาอุณหภูมิสูงขึ้น ถาเปนทรายเม็ดละเอียดจะกินเวลาใน การขึ้นถึงปริมาตรสูงสุดมากกวาทรายเม็ดหยาบ การขยายตัวเนื่องจากความรอนจะเปลี่ยนไปตามชนิดของ ทรายหลอ ดังแสดงในรูป 119 ทรายทะเลและทรายภูเขาขยายตัวเนื่องจากความรอนนอยกวาทรายซิลิกาและ ทรายโอลิวีน (olivine snd) และทรายเซอรคอน (zircon sand) ขยายตัวเนื่องจากความรอนนอยมาก การขยายตัวเนือ่ งจากความรอนเพิ่มขึ้นเปนสัดสวนกับปริมาณความชื้นของทรายและจะลดลงถา ปริมาณสวนผสมที่ติดไฟเพิม่ ขึ้น

104

(ข) ความแข็งแรงที่อุณหภูมิ แบบหลอจะตองทนความดันที่เกิดจากการไหลของน้ําโลหะได ความแข็งแรงที่อณ ุ หภูมิสูงที่แบบ 2 หลอตองมีนั้น ขึ้นกับลักษณะงาน จะตองมีคาเพียงประมาณ 30 Kg/cm (-3μPa)เปนอยางสูงสําหรับ เหล็กหลอและเหล็กเหนียวหลอ ควรจะมีคาสูงกวานี้เล็กนอย ถาเปนชิ้นงานหลอขนาดใหญหรือเปนแบบ หลอที่ทําดวยทรายแหง ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงขึ้นกับชนิดของทรายหลอ และขึ้นกับปริมาณดินเหนียว ลักษณะการ กระจาย (distribution) ของขนาดเม็ดทรายและความหนาแนนตามปรากฏ (apparent density) (รูป 120) ถาปริมาณดินเหนียวไมเปลีย่ น ความแข็งแรงในการประสานระหวางทรายและดินเหนียว (binding strength) จะเพิ่มถาขนาดเม็ดทรายลดลง และความแข็งแรงของทรายที่มีขนาดเม็ดอยูในลักษณะกระจายจะ สูงกวาทรายทีม่ ีขนาดเม็ดเทา ๆ กัน ทรายที่มีขนาดเม็ดในลักษณะกระจายจะสูงกวาทรายที่มีขนาดเม็ดเทา ๆ กัน ทรายที่มขี นาดเม็ดในลักษณะกระจายจะอัดตัวไดความหนาแนนสูง มีเนื้อที่สัมผัสระหวางเม็ดทรายสูง และมีความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง (ค) การดัดไปตามแรงที่อุณหภูมิสูง (Hot deformation) ชิ้นของทรายทําแบบหลอทีด่ ีจะดัดไปตามแรงไดมากกอนที่จะหักในสภาพอุณหภูมิสูง อาจจะกลาว ไดวา การดัดไปตามแรงนี้คอื ความสามารถที่จะรับการขยายตัวเนื่องจากความรอนขณะเทน้ําโลหะเขาแบบ หลอ การดัดไปตามแรงที่อุณหภูมิสูงจะเพิ่ม ถาขนาดเม็ดทรายเล็กลง และปริมาณดินเหนียวสวนผสมพิเศษ และความชืน้ เพิ่มขึ้น (รูป 121) (5) คุณสมบัตกิ ารคงรูป (Retained properties) คุณสมบัติของแบบหลอที่ตองมีเมื่อแกะชิ้นงานออกจากแบบหลอ หลังจากเทเรียกวา คุณสมบัติการ คงรูป เพื่อความสะดวกในการแกะแบบ ทรายทําแบบหลอจําเปนจะตองสลายตัวไดงาย หมายความวาแบบ หลอควรจะแตกรอนออกงาย ๆ และแกะทรายออกจากผิวงานไดงาย ทรายทําแบบหลอนั้นจะถูกใชซ้ําหลายคน ดังนั้นการเก็บรวบรวมทรายหลังจากการแกะแบบจะตอง ทําไดโดยสะดวก จะตองมีการควบคุมความชื้นและสวนผสมของตัวประสานอยางเครงครัดจึงจะไดทรายทํา แบบหลอที่มีคุณสมบัติการคงรูปที่ดีจริง ๆ ถาทรายสลายตัวยาก จะแกไดโดยการเติมผงถานหิน (coal- dusts) หรือแปง (starch)

105

6.5.5 การจัดระบบสําหรับทรายทําแบบหลอ (1) กระบวนการนําทรายหลอกลับมาใช จะใชทรายทําแบบหลอกันซ้าํ หลายหน ไมวาจะใชกับน้ําโลหะชนิดใด รูป 122 แสดงลําดับ กระบวนการนําทรายหลอกลับมาใช ทรายที่ผานการใชงานแลว จะถูกปรับใหเขากับสภาพที่จะใชใหมได โดยการเติมทรายใหมและตัวประสานเขาไป หลังจากเอาสิ่งเจือปนออกไปแลว จุดสําคัญของกระบวนการนี้ คือ การเอาผงละเอียดและสิง่ เจือปนออก แลวผสมทรายและทําใหทรายเย็น ทรายทําแบบหลอจะถูกยอยใหแตกออกเปนชิ้น ในตอนนี้จะมีทรายเปนผงละเอียดเพิ่มขึ้น และแรง ประสาน (binding force) ของดินเหนียวจะลดลง ดังนั้นจะแยกเอาทรายที่เปนผงละเอียดและดินเหนียว ออกมา แลวเติมทรายใหมและตัวประสานเขาไป ถาไมทําเชนนี้ความแข็งแรงและการปลอยซึมของทราย จะลดลง ทําใหเกิดจุดเสียเชนเกิดทรายเขาไปแทรกในเนือ้ โลหะ (seabs) และเกิดรูพรุนที่ผิว ฯลฯ การผสมทรายเปนขั้นสําคัญในการปรับสภาพทราย จะตองเติมดินเหนียวความชื้น และตัวเติมอื่น ๆ (additives) เขาไปกับทรายทําแบบหลอ แลวจึงผสมการใสวัสดุตาง ๆในปริมาณที่ถูกตองและการ กวนผสมเขาดวยกันเปนเรื่องสําคัญ ถาผสมไมดีทรายทําแบบหลอจะมีความแข็งแรงไมพอ ถาไมทําใหทราย เย็นเสียกอนใชทําแบบอีกครั้งหนึ่ง และถาอุณหภูมิ 30 - 40ºC จะเกิดการระเหยของความชื้นมากขึ้น แลว ไอน้ํานี้จะกลับกลายเปนของเหลวที่ผิวกระสวน ทําใหแกะทรายออกจากผิวกระสวนไดยาก นอกจากนัน้ จะ เกิดจุดเสีย (casting defects) มากขึ้น ดังนั้นจะตองทําใหทรายเย็นลง โดยใชอุปกรณทําใหเย็น(cooling apparatus) ในการปรับสภาพของควรเลือกเครื่องที่เหมาะสมกับงานเครื่องเหลานี้ คือ เครื่องโมทราย (sandmill) เครื่องผสมทราย (sand-mixer ) ตะแกรงรอนทราย (send-screen) เครื่องยอยทราย (sand-blender) ฯลฯ (2) เครื่องโมทราย (sand- mill) เครื่องผสมทราย (sand- mixer) ปรับสภาพทรายทําแบบหลอโดยใชเครื่องโมทรายหรือเครื่องผสมทรายทั้งนี้แลวแตชนิดของตัว ประสาน มักใชเครื่องโมทรายสําหรับกรณีที่ตัวประสานเปนดินเหนียวและใชเครือ่ งผสมทรายสําหรับที่ใช น้ํามัน (drying oil) หรือโซเดียมซิลิเกท (sodium silicate) เปนตัวประสาน รูป 123 แสดงเครื่องโมทรายมักมีลูกกลิง้ สองลูกหมุนอยูในถังทรงกระบอกการผสมระหวางทราย และตัวประสานเกิดจากการที่ทรายและตัวประสานถูกลูกกลิ้งอัดเขากลับพื้นลางหรือขาง ๆ ของถังผสมทราย เครื่องโมทรายที่ใชกันมากมีลูกกลิ้งสองลูกกลิ้ง

106

อยูบนแผนลางของถัง ในขณะทีห่ มุนไปรอบๆเพลากลาง ความเร็วของลูกกลิง้ รอบเพลากลางมักเทากับ ประมาณ 40-60 รอบตอนาที และจะตองใชเวลา 5-10 นาที ในการผสมจากเริ่มจนเสร็จ เครื่องโมทรายอีก ประเภทหนึ่งมีลูกกลิ้งสองลูก ซึ่งหมุนอยูในพื้นราบแนวนอน ทําการผสมทรายโดยอัดทรายเขากับขางๆของ ถัง ดังที่เห็นในรูป 5-32 สําหรับเครื่องนี้ความเร็วรอบเพลากลางเทากับประมาณ 60-100 รอบตอนาที และใช เวลาผสมเพียงประมาณ 2-3 นาทีตั้งแตตนจนเสร็จ แตการผสมวิธีแรกเปนวิธีที่ดีกวา เครื่องผสมทรายมีตัวหมุน ซึ่งประกอบดวยเพลาและมีใบกวนทรายสองสามอันติดอยูก ับเพลา ตัวหมุนนี้หมุนรอบแกนแนวราบ ทั้งหมดวางอยูใ นราง(trough) ซึ่งอยูในแนวราบ ทรายและตัวประสานจะ ถูกผสมในรางนี้ มีเครื่องผสมทรายอยูสองชนิด คือชนิดที่ผสมทรายเปนงวดๆ (batch type) และชนิดที่ผสม ทรายตอเนื่องกันไป (continuous type) เรื่องสําคัญในการใชเครื่องผสมทรายคือ การควบคุมปริมาณทรายและสวนผสมใหถูกตองตาม ตองการ การควบคุมเวลาที่ใชในการผสมใหพอเหมาะ และการทําความสะอาดเครื่องหลังจากใชแลว (3) เครื่องยอยทราย (sand-blender) เครื่องยอยทรายทําหนาทีย่ อยทรายที่เปนกอน ๆ หลังจากการผสมรูป 125 แสดง เครื่องยอยทราย ทรายทําแบบหลอจะถูกปอนเขาสูสายพานยาวซึ่งมีฟน เหล็ก มีลักษณะคลายฟนหวี ในขณะทรายถูกพาไป ตามสายยาง กอนทรายจะถูกยอยโดย “หวี” แลวจะถูกเหวีย่ งไปขางหนาของเครื่อง ในขณะทีท่ รายผาน เครื่องนี้ อาจจะจัดใหอากาศเขาสัมผัสเม็ดทราย ( aeration ) หรืออาจแยกเอาสิ่งเจือปน ( ถามี ) ออกเสีย อัตราความเร็วปอนของสายพานประมาณ 10 m/sec และระยะการเหวี่ยงทรายประมาณ 2-3 m ทรายที่ถูก ปอนเขาเครื่องนี้อาจเปนทรายจากเครื่องโมทรายหรืออาจเปนทรายดํา ( black sand ) ที่เพิ่งผานการใชทํา แบบหลอ (4) การรอนทราย ( Sieving ) ในการทําทรายแบบหลอที่ผา นการใชงานแลวกลับมาใชอีก มีการใชเครื่องรอนทรายในการแยกเอา ทรายเม็ดหยาบมาก ๆ หรือสิ่งเจือปนออก มีเครื่องรอนอยูสองชนิด คือชนิดหมุน ( รูป 126 ) และชนิดสั่น ( 127 ) ชนิดแรกเปนรูปกรวยกลมหรือกรวยหกเหลี่ยม หรือกรวยแปดเหลี่ยม เนือ่ งจากทรายทีถ่ ูกปอนเขา เครื่องจะถูกรอนออกในระหวางที่เคลื่อนที่ออกจากทางเขาไปสูทางออก ดังนั้นจึงทําทางออกเล็กกวาทางเขา

107

สําหรับกรวยรูปหลายเหลีย่ มกอนทรายจะตกลงมาในขณะที่กรวยหมุน เกิดการกระแทกระหวางกอนทราย ทําใหกอนทรายถูกยอยเปนเม็ดทราย ทรายดําในสภาพหลังจากการแกะแบบหลอ จะอยูในกอนทั้งเล็กและใหญ ในกรณีเชนนีจ้ ะผาน เครื่องยอยอีกชนิดหนึง่ เสียกอนเขาเครื่องรอน เครื่องนี้ประกอบดวยถังทรงกระบอกซึ่งหมุน ผนังดานใน ของถังจะมีแผนโลหะติดอยูใ นลักษณะเกลียว ( spiral ) เกลียวนี้จะพากอนทรายขึน้ ไป แลวปลอยใหตกลง มาแตกเปนชิ้นเล็ก ๆ (5) เครื่องแยกดวยแมเหล็ก ในการปรับสภาพของทรายทําแบบหลอทีใ่ ชแลว เพื่อนํามาใชใหม (สําหรับเหล็กหลอและเหล็กเหนียว) จะใชเครื่องแยกดวยแมเหล็กในการแยกชิน้ เหล็กออกจากทราย มีแมเหล็กที่ใชกนั อยูสองชนิดคือ แมเหล็ก ถาวร และแมเหล็กไฟฟา แมเหล็กติดอยูกับลูกรอก (pulley) ตรงปลายสุดของสายพานสงทราย (belt conveyor)ทรายจะเคลื่อนไปกับสายพานจนถึงแมเหล็ก และตกออกจากสายพาน สวนชิ้นเหล็กในทรายจะถูก ดูดติดกับทรายสายพานและหมุนตามสายพานจนเลยลูกรอก แลวจึงตกลงจากสายพาน (6) เครื่องทําใหทรายเย็น (Sand – coler) ในการที่จะทําใหทรายไดเร็ว จะตองใชอากาศที่จะระบายความรอนเขาสัมผัสเม็ดทรายใหมาก ที่สุด มีเครื่องทําใหทรายเย็นแบบตาง ๆ ดังจะไดกลาวถึงตอไป รูป 128 แสดงเครื่องที่ใชอากาศเปาผานทรายที่ถูกใบพายกวน รูป 129 แสดงเครื่องที่ปลอยทรายเขา ในเครื่องแลวตีทรายที่กําลังตกดวยใบพัด ทําใหกระจายขึ้น และมีอากาศเปาเขามาดูดความรอนจากทรายที่ กําลังกระจาย รูป 130แสดงเครื่องที่มีทรายวางอยูบนตะแกรง และมีอากาศเปาขึ้นจากเบื้องลาง เครื่องนี้มี เครื่องกลทําใหตะแกรงสั่น ซึ่งทําใหทรายลอยตัวขึ้น ดังนั้นอากาศจะดูดความรอนไดอยางมีประสิทธิภาพ ในกรณีที่อุณหภูมิทรายสูงมาก เปาแตลมเทานั้นไมพอ ควรพรมน้าํ ลงบนทรายเล็กนอย เพื่อใหน้ํา ระเหยและดึงความรอนไปจากทราย

108

รูปที่105 กรรมวิธีการทําแบบหลอดวยมือ

รูปที่ 106 เครื่องมือสําหรับใชทําแบบหลอดวยมือ

109

รูปที่ 107 (a) หีบแบบหลอ

รูปที่107 (b) หีบแบบหลอลอดได

รูปที่ 108 แบบหลอปาดโดยใชแผนปาด

รูปที่ 109 เครื่องชวยปาด

110

รูปที่ 110 หีบไสแบบ

รูปที่ 111 กลไกการเปาของเครื่องเปาทําไสแบบ

111

รูปที่ 112 เครื่องยิงทรายทําไสแบบ

รูปที่ 113 รูปรางของหมุดยึดไสแบบ

รูปที่ 114 หมุดยึดไสแบบชนิดตาง ๆ

112

รูปที่ 115 รูปรางของเม็ดทรายหลอ

รูปที่ 116 ผลของความชื้นและสวนผสมดินเหนียวที่มีตอทรายที่ใชดนิ เหนียวเปนตัวยึด

รูปที่ 117 ผลของความชื้นและเบนไทไนทที่มีตอทรายที่ใชเบนโทไนทตัวยึด

113

รูปที่ 118 เสนแสดงการขยายตัวเพราะความรอนของทราย ณ อุณหภูมิที่ตาง ๆ กัน

รูปที่ 119 การขยายตัวเนื่องจากความรอนของทรายชนิดตาง ๆ

รูปที่ 120 ความแข็งแรงทางอัดเมื่อรอนของทรายทําแบบหลอ

114

รูปที่ 121 การเปลี่ยนแปลงรูปรางเมื่อรอนของทรายทําแบบหลอ ทรายใชแลว ทรายใหม ทําใหแหง ทําใหเย็น รอนดวยตะแกรง ที่เก็บทรายใหม

เขยา แมเหล็กแยกเศษเหล็ก ออก

ดินเหนียวและตัวเติมอื่น ๆ

บดกอนใหแตก ทําใหเย็น รอนดวยตะแกรง ที่เก็บทรายใชแลว

ที่เก็บดินเหนียวและตัวเติมอื่น ๆ

เครื่องผสม ผึ่งลม ที่เก็บ แบบหลอ เทน้ําโลหะ

รูปที่ 122 แผนภูมิตอเนื่องของการปรับคุณภาพทราย

115

รูปที่ 123 เครื่องโมทราย (ใชลูกกลิ้งหมุนในแนวตัง้ )

รูปที่ 124 เครื่องโมทราย (ใชลูกกลิ้งหมุนในแนวนอน)

รูปที่ 125 เครื่องเคลาใหทรายฟู

116

รูปที่ 126 เครื่องรอนทรายชนิดหมุน

รูปที่ 127 เครื่องรอนชนิดสัน่

รูปที่ 128 เครื่องกวนทรายและเปาทรายใหเย็น

117

รูปที่ 129 เครื่องทําใหทรายเย็นแบบตั้งใชใบพัดตีทรายทีก่ ําลังตก

รูปที่ 130 เครื่องทําใหทรายเย็นแบบสั่น

118 บทที่ 7 การจัดระบบงานหลอ บทนี้วาดวยการกําหนดรูเท (sprue) รูลน (riser) ทุนเย็น (chill) ฯลฯ สําหรับงานหลอ การกระทําดังกลาวนับไดวาสําคัญที่สุดในการหลอโลหะ ในการทําการหลอจะตองมีรูเท ซึ่งนําน้ําโลหะเขาสูชองวางของแบบหลอ และตองมีรูลน ซึ่ง สงน้ําโลหะเขาสมทบเมื่อมีการหดตัวขณะแข็งตัวและเย็นตัว ขนาดของรูเทและรูลนขึ้นกับความหนา ของชิ้นงานและชนิดของน้ําโลหะ ดังนั้นการกําหนดขนาดจึงเปนงานที่คอนขางยากยิ่งกวานัน้ ยังตอง คํานึงถึงสภาวะของการเท เชน อุณหภูมนิ ้ําโลหะขณะเท และอัตราการเท เนื่องจากคุณภาพของชิ้นงาน หลอขึ้นกับรูเท รูลนสภาวะการเทตาง ๆ ฯลฯ ดังนั้นการกําหนดสิ่งดังกลาวนี้จึงควรกระทําดวยความ ระมัดระวัง 7.1 ระบบจายน้ําโลหะ (Gating system) 7.1.1 ชื่อและหนาที่ของสวนตาง ๆ ของระบบจายน้ําโลหะ ระบบจายน้ําโลหะคือ ทางที่น้ําโลหะเขาสูชองวางของแบบหลอทุก ๆ สวนมีชื่อนับตั้งแตแอง (pouring cup) ที่รับน้ําโลหะที่ลงมาจากเบา (ladle) จนถึงรูที่นําเขาสูชองวางในแบบหลอ ชื่อเหลานี้มี แองเท (basin) รูเท (sprue) รูวิ่ง (runner) และรูเขา (ingate) ดังแสดงในรูป 62 แองเท เปนที่รับน้ําโลหะ จากเบา รูเท (sprue หรือ downsprue) เปนทางที่นําน้ําโลหะจากอางเทไปสูรูวิ่งและรูเขา รูวิ่ง (runner) เปนทางที่นําน้าํ โลหะจากรูเทไปยังสวนตาง ๆ ของแบบหลอ รูเขา (ingate) เปนทางที่น้ําโลหะจากรูวิ่ง เขาสูชองวางในแบบหลอ 7.1.2 รูปรางของสวนตาง ๆ ของระบบจายน้ําโลหะ (1) แองเท (Basin หรือ pouring cup) แองเทมีรูปรางเปนกรวยหรือถวยอยูเหนือรูเท แองเทตองมีลักษณะที่จะกันมิใหมีสิ่งเจือปน (inpurity) ในน้ําโลหะจากเบาเขาไปในรูเท ดังนั้นจะตองไมตื้นนักถาอัตราสวนระหวางความสูงของ เชนต่ํากวา 3 ระดับน้ําโลหะในแองเท เรียกวาH และเสนผาศูนยกลางของอางเทเรียกวา d นอยเกินไป จะเกิดการหมุนตัวของน้ํา (vortex) ซึ่งจะพาขี้ตะกรัน (slag) หรือสิ่งเจือปนอื่นซึ่งลอยอยูทผี่ ิวน้ําโลหะ เขาไปในรูเทดวย ดังนั้นความสูงของอางจึงควรจะมากที่สุดเทาที่จะทําได เชนที่แสดงในรูป 63 แตถา ลึกเกินไป การเทจะไมสะดวกและจะมีน้ําโลหะเหลืออยูภ ายหลังมากเกินไปซึ่งเปนการไมประหยัด มีแองเทแบบที่มีสวนกันขี้ตะกรัน ดังนั้นมักใหความสูงของแองเปน 5-6 เทาของเสนผาศูนยกลาง

119 (skim core) ดังแสดงในรูป 64 จะตองเทน้ําโลหะลงในสวนทีห่ างจากรูเท สวนกันขี้ตะกรันจะกันมิให ขี้ตะกรันและสิ่งเจือปนผานปลอยแตน้ําโลหะที่สะอาดลอดขางใตเขาสูรูเท บางครั้งก็มีจุกรูเท (sprue plug) อยูที่ทางเขาของรูเทจะเปดก็ตอเมื่อมีน้ําโลหะในแองเทเต็ม (รูป 65) สิ่งเจือปนและขี้ตะกรันลอยอยูทผี่ ิว ทําใหไมเขารูเท ถาแองเทเล็กเมื่อเทียบกับชิ้นงาน อาจตอง มีการเติมน้ําโลหะลงแองเทอีก 2 - 3 ครั้งกอนที่แบบหลอจะเต็ม ในบางกรณีก็ทําแองเทใหใหญกวา ชองวางในแบบหลอทําใหเทน้ําโลหะลงในแองเทใหเต็มครั้งเดียวพอ รูป 66 แสดงกรณีที่จกุ รูเททําดวยกราไฟท โดยที่กา นทําดวยเหล็กเหนียวสลักนั้นจะลอยในน้ํา โลหะและจะกันมิใหน้ําโลหะหมุนและดึงเอาสิ่งสกปรกเขาไปในรูเท (2) รูเท (sprue) รูเทเปนรูตรงและอยูในแนวตั้ง มีหนาตัดเปนรูปกลม บางครั้งหนาตัดจะเทากันตลอดจากบน ถึงลาง แตสว นมากจะใหญขางบนและคอย ๆ เล็กลง รูเทหนาตัดเทากันนั้นใชเมื่อตองการใหน้ําโลหะ เขาเร็วและสม่าํ เสมอ รูเทหนาตัดคอดลงนั้นใชเมื่อตองการกันมิใหสงิ่ เจือปนเขา คือตองการปลอยให เขานอยที่สุดเทาที่จะทําไดทาํ รูเทโดยการทะลวงแบบหลอดวยทอนของแข็ง หรือใชปลอกทําดวยวัสดุ ทนไฟ (refractory chamotte sleeve) วิธีทําประเภทหลังใชสําหรับรูเทที่ยาว (3) รูวิ่ง (runner) ทั้งนี้เพราะทําหนาตัดรูปรางดังกลาว รูวิ่งมักมีหนาตัดเปนรูปสี่เหลี่ยมคางหมูหรือครึ่งวงกลม บนหนาผาไดงาย และนอกจากนัน้ เสนรอบวงของหนาตัดยังมีคานอยเมื่อเทียบกับเนื้อที่ ดังนั้นน้ําโลหะ จะเย็นชา รูวิ่งนี้ยิ่งใหญยงิ่ ดี เพราะทําใหน้ําโลหะเย็นชาแตถาใหญเกินไปจะสิ้นเปลืองมาก รูป 67 แสดง มิติที่เหมาะของหนาตัดสําหรับความยาวตาง ๆ ของรูวิ่ง น้ําโลหะในรูวงิ่ จะยังคงมีสิ่งเจือปนลอยอยู โดยเฉพาะอยางยิ่งเมือ่ เริ่มเทดังนั้นควรพยายามเอา สิ่งเจือปนเหลานี้ออก วิธีทํามีดังนี้ 1) มีสวนตอเพื่อดักสิ่งเจือปน ตรงปลายรูวิ่ง น้ําโลหะที่มาถึงในตอนแรกสุดพรอมทั้งสิ่งเจือปน จะคางอยูใ นสวนนี้ (รูป 68) 2) ทําใหน้ําโลหะหมุนกอนถึงรูเขา ดังแสดงในรูป 69 น้ําโลหะเขาอางพักตามแนวเสนสัมผัส แลวหมุน ทําใหสิ่งเจือปนไปรวมกันอยูตรงกลาง 3) ใชรดู ัก (relief sprue) ดังในรูป 70 น้ําโลหะที่มาถึงกอนจะวิ่งขึน้ ตามรูดักและสิ่งเจือปนก็จะ คางอยูในนัน้ รูดักอยูถัดจากรูเท กอนถึงรูวงิ่ 4)ใชที่กรองดังในรูป 71 สิ่งเจือปนจะติดอยูกับทีก่ รอง เมื่อน้ําโลหะไหลผานจานกรอง (strainer core) ซึ่งเปนจานที่มีรูเล็ก ๆ เปนจํานวนมาก ควรใชวัสดุประเภทกระเบื้องเผา (ceramic) ทํา จานกรองบางครั้งก็วางจานกรองตรงทางเขาของรูเท

120 (4) รูเขา(Ingate) รูเขานั้นจะมีขนาดเล็กกวารูวงิ่ เพราะตองการกันมิใหสิ่งเจือปนเขาไปในชองวางของแบบหลอ หนาตัดของรูเขามีรูปรางสี่เหลี่ยมมุมฉาก สี่เหลี่ยมคางหมู สามเหลี่ยม และครึ่งวงกลม รูเขามักจะคอด ลงกอนถึงชองวางของแบบหลอแลวจึงใหญขึ้นเมื่อจะเขาแบบ ทั้งนี้เพื่อกักเอาสิ่งที่หลุดติดมากับ น้ําโลหะ (เชนทราย) ไวไมใหเขาแบบ ในตอนที่เอารูเทออกมักตัดสวนที่คอดที่สุดนี้ เพื่อไมใหตัดผิด โดยไปตัดเอาสวนหนึ่งของชิ้นงานหลอ (รูป 72) 7.1.3 รูเขาชนิดตาง ๆ (classfication of gating systems) รูเขามีชนิดตาง ๆ กัน ชนิดของรูเขาขึ้นกับรูปรางของชิ้นงานหลอ ชนิดตาง ๆ ของรูเขา มีรูเขา ที่หนาผา (parting gate) รูเขาทางขางบน (pop gate) รูเขาทางขางลาง (bottom gate) รูเขารูปดินสอ (pencil gate) รูเขาหลายระดับ (step gate) และรูเขารูปลิ่ม (wedge gate) ฯลฯ รูเขาที่หนาผา (รูป 73) เปนรูเขาที่ตรงหนาผาของแบบหลอ เมื่อเขาแลวน้ําโลหะจะลงไปใน ชองวางรูเขาทางขางบน (pop gate) เขาตรงจากขางบนของแบบหลอในแนวตั้ง น้ําโลหะที่เขาตามวิธีนี้ จะรบกวน (รูป 74) น้ําโลหะที่อยูใ นแบบ รูเขาชนิดนี้สิ้นเปลืองนอย และใชกนั มาก ทั้งนี้เพราะในการ ทําแบบหลอทําระบบรูเขา (gating system) ไดสะดวก และรูมักจะไมตองยาว รูเขาทางขางลาง (รูป 75) เปนรูเขาทีเ่ ขาตรงสวนลางของแบบหลอดังนั้นสวนมากจะมีรูเทยาว ในแนวตั้งตอกับรูวิ่งในแนวราบ แลวจึงมีรเู ขาตอขึ้นสูแบบ ในบางกรณีกใ็ ชรูเขารูปวงแหวน (ring gate) ดังในรูป 76 และใชรูงอน (horn gate) รูเขาทางขางลางจะทําใหน้ําโลหะขยับขึ้นในชองวางของแบบ โดยไมมีสิ่งรบกวนเชนรูเขาทาง ขางบน จึงเหมาะสมสําหรับกรณีที่ตองการใหน้ําโลหะไหลเขาเร็ว ๆ เชนเมือ่ ทําเหล็กเหนียวหลอหรือ เหล็กหลออื่นที่เกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนไดงายเชน เหล็กหลอ กราไฟทกลม รูเขารูปดินสอ (pencil gate) (รูป75) เปนระบบที่น้ําโลหะไหลลงจากรูเล็ก ๆ หลายรูที่เจาะไว ใตแองเทเหมาะสําหรับชิ้นงานหลอที่ยาวและบางเชนทอ เมื่อมีรูเขารูปดินสออยูเหนือสวนบนของแบบ หลอทอที่อยูในแนวตั้งน้ําโลหะจะเต็มจากขางลางขึ้นมาอยางสม่ําเสมอ และจะไดทอ ที่มีเนื้อสม่ําเสมอ รูเขาหลายระดับ (step gate)(รูป 79) เปนชนิดที่มีรูเทตอกับรูเขาหลายรู น้ําโลหะจะไหลเขา ชองวางในแบบจากรูเขาอันต่ําสุดกอน แลวจึงเขาจากรูเขาอันสูงขึ้นเปนอันดับ ดังนั้นน้ําโลหะที่รอน ที่สุดจะอยูตรงสวนบนของโลหะในชองวางเสมอ และการแข็งตัวจะไลจากขางลางมาถึงขางบน ถาเปน ดังนี้ถึงแมในกรณีโลหะที่มกี ารหดตัวมาก เชน เหล็กเหนียวหลอก็จะมีโพรงที่เกิดจากการหดเพียง เล็กนอยเทานัน้ ตถาไมไดทํารูเขาชนิดนี้อยางดีเปนพิเศษแลว น้ําโลหะจะไหลเขาแบบจากรูเขา อันต่ําสุดอันเดียว และดังนั้นจะไมไดผลดีเทาที่ควรไดจากรูเขาชนิดหลายระดับ

121 รูเขารูปลิ่ม (wedge gate)(รูป 80) เปนชนิดที่รูมีรูปรางยาวแตแคบอยูตรงสวนบนของแบบ ใช สําหรับชิ้นงานหลอที่เรียบและแบนที่มีความหนาปานกลางน้ําโลหะจะคอยๆเขาโดยไมกระทบกระเทือนน้ํา โลหะ ที่อยูในแบบแลวในกรณีนี้น้ําโลหะที่อยูขางบนจะรอนกวาที่อยูขางลาง และจะมีโพรงที่เกิดจากการ หดเพียงเล็กนอย 7.1.4 ระบบรูเขาสําหรับชิน้ งานเหล็กหลอ การกําหนดระบบรูที่ผูทําแบบหลอกําหนดเอาเอง โดยไมสูมีหลักเกณฑอะไรก็ทํากันมาก แตก็มีโรงหลอเปนจํานวนไมนอยที่ใชผูเชี่ยวชาญเฉพาะเปนผูกําหนดและถือเปนสวนหนึ่งของกระสวนแลวจึง สงตอใหผูทําแบบหลออยางไรก็ตามในการกําหนดชนิดตําแหนงและมิติของระบบทางเขา จะตองคํานึงถึงมิติ รูปรางและความหนาของชิ้นงาน ตลอดจนเวลาที่ใชในการเทและคุณลักษณะการไหลของน้ําโลหะ วิธีตอไปนี้ใชในการกําหนดระบบทางเขาสําหรับชิ้นงานเหล็กหลอ 1) หาเวลาที่ใชในการเท T ซึ่งขึ้นกับน้ําหนักของน้ําโลหะทั้งหมดทีใ่ ชในการเท W อาจหา T ได จากรูป 81 หรือจากตารางอืน่ 2) หาปริมาตรที่เทตอหนวยเวลา Q จากน้าํ หนัก W เวลาที่ใชในการเท T และน้ําหนักจําเพาะ ของโลหะ W = Q = v.a T 3) ปริมาตรที่เทตอหนึ่งหนวยเวลา Q เทากับผลคูณระหวางพื้นทีห่ นาตัดของรูเขา a และความเร็ว มัชฌิมา (mean) ของน้ําโลหะ V ดังนั้นจะหา a ได ถารู V V นัน้ คํานวณไดจากความสูงของรูเท h โดย ใชสูตร v = C 2 gh

g เปนความเรงเนื่องจากความดึงดูดของโลก 980 cm/sec2 และ C เปนสัมประสิทธิ์การไหล เทากับ 0.5 – 0.6 สําหรับรูเขาที่ซับซอน และเทากับ 0.9 – 1.0 สําหรับรูเขาที่ไมซับซอน 4) ถามีรูเขามากกวา 2 รู พื้นที่หนาตัดของรูเขาแตละอันจะเทากับพืน้ ที่หนาตัด a ที่หาไดจาก ขางบนหารดวยจํานวนรูเขา รูเขาจะตองมีขนาดที่มีพื้นทีห่ นาตัดเทากับคาที่เพิ่งหาได 5) มิติของรูเทและรูวิ่งหาไดจากพื้นทีห่ นาตัดรวมของรูเขา สําหรับเหล็กหลอมีหลักเกณฑดังนี้ พื้นที่หนาตัดของรูเท > พื้นที่หนาตัดของรูวิ่ง > พื้นที่หนาตัดของรูเขา

122 อัตราสวนระหวางพืน้ ที่ทั้งสองเปนดังนี้ 1:0.9:0.8 หรือ 1.0:0.75:0.5 สวนรูเขาที่เขาจาก ขางลาง (bottom gate) นั้น จะตองมีพื้นหนาตัดของรูเขาที่ใหญ ในกรณีเชนนี้ในบางครั้งก็ใชอัตราสวน 1 : 1.1:1.2 หรือ 1:1.25 :1.5 และ a ที่หาไดจากขอ 3 จะเปนพืน้ ที่หนาตัดของรูเท ขนาดของรูวิ่งและรู เขาก็จะหาไดจากอัตราสวนขางบน แตเพื่อความสะดวกมีตาราง 7.1 ซึ่งบอกขนาดของรูเท รูวิ่ง และรูเขา มาตรฐานสําหรับชิ้นงานหลอขนาดตาง ๆ สําหรับในตาราง 7.1 รูเทใหญกวารูเขา ตารางที่ 7.1 ตัวอยางมิติมาตรฐานของรูเท,รูวิ่ง,รูเขา สําหรับการหลอเหล็กหลอเทา น้ําหนักของ ขนาดเสนผา มิติของรูวิ่ง มิติของรูเขา ชิ้นงานหลอ ศูนย (kg) กลางรูเท รูวิ่งเดียว รูวิ่งคู รูเขาเดียว รูเขาคู รูเขาสาม รูเขาสี่ (mm) ทาง ทาง 150-100 30 20x20 15x15 90x6 45x6 30x6 25x6 100-200 35 30x30 22x22 100x7 50x7 35x7 25x7 200-400 40 35x35 25x25 60x8 40x8 30x8 400-800 50 40x40 30x30 75x10 50x10 40x10 800-1600 60 50x50 35x35 90x12 60x12 45x12 1600-3200 75 60x60 45x45 70x15 60x15 จํานวนของรูวงิ่ และรูเขาขึ้นกับรูปรางของชิ้นงาน น้ําโลหะจะตองเขาโพรงโดยสม่ําเสมอที่สุด เทาที่จะทําได และระยะทางจากรูเทถึงโพรงจะตองสั้นทีส่ ุดเทาที่จะทําได รูเขาจะตองอยูใ นทิศทางที่จะ ทําใหน้ําโลหะไมวิ่งเขาชนแบบหรือชนไสแบบ 7.1.5 ระบบทางเขาสําหรับชิน้ งานเหล็กเหนียวหลอ วิธีการกําหนดระบบทางเขาสําหรับชิ้นงานเหล็กเหนียวหลอก็คลายกับของเหล็กหลอ ในการ ในกรณีดังกลาวจะใชสวนรับน้ําโลหะตรงรู เทเหล็กเหนียวมักใชเบาที่เทจากสวนลาง (bottom – pour) เทที่มีพื้นที่ใหญกวาพื้นทีห่ นาตัดของชองเทของเบา เพื่อกันมิใหน้ําโลหะหก พื้นที่หนาตัดของรูวิ่งจะ ใหญกวารูเท สวนพืน้ ทีห่ นาตัดของรูเขาจะใหญกวาของรูวิ่ง ทัง้ นี้เพื่อใหน้ําโลหะวิ่งเขาแบบไดสะดวก หลักเกณฑการกําหนดขนาดมีดังนี้ พื้นที่หนาตัดของรูเท = (1.4-1.5) x พื้นที่หนาตัดชองเทของเบา พื้นที่หนาตัดของรูเท : พื้นที่หนาตัดของรูวิ่ง : พื้นที่หนาตัดของรูเขา = 1: (1.52 - 2) :( 2 - 4) ที่ผิวในของรูเทจะมีปลอกทําดวยวัสดุทนไฟ (chamotte sleeve) หรือทอดินเผา (soil tube) กันมิใหทรายติดน้ําโลหะเขาไปในโพรง

123 รูป 82 แสดงความสัมพันธระหวางน้ําหนักของชิ้นงานเหล็กเหนียวหลอกับเวลาที่ใชในการเท 7.1.6 ระบบทางเขาสําหรับชิน้ งานหลอนอกกลุมเหล็ก (non-ferrous) ในการหลอโลหะผสมนอกกลุมเหล็กมักจะเกิดขี้ตะกรัน เม็ดผลึกหยาบและความไมสม่ําเสมอ ของสวนผสมในเนื้อชิน้ งาน (segregation) ทั้งนี้เนื่องจากคุณสมบัติของโลหะนอกกลุมเหล็ก ดังนั้นจึง ตองพิจารณาคุณสมบัติของโลหะผสมแลว ใชระบบทางเขาที่เหมาะสม ระบบรูเขาที่สําคัญ ๆ สําหรับโลหะผสมนอกกลุมเหล็ก มีรเู ขาชนิดรูลน (riser gate) รูเขาจาก ขางลาง (bottom gate) รูเขารูปดินสอ (pencil gate) รูเขาหลายแขนง (branch gate) ฯลฯ (1) รูเขาชนิดรูลน รูเขาชนิดรูลน เปนระบบรูเขาซึ่งทําหนาที่เปนรูลนดวย ดังนั้นมิติจะตองใหญพอที่ทําใหทาํ หนาที่เปนรูลน ได ในการกําหนดจํานวนของรูลนใหคิดวา รูลนแตละอันใชไดในอาณาเขต 8 เทาของ ความหนา t ของชิ้นงาน มิติของรูเขาชนิดรูลนมีในรูป 83 และหาไดจากสูตรตอไปนี้ = 3t (หรือ t) D2 = 1.5D2 ถึง 2D2 H1 W1 = 0.5D2 W2 = 0.8D2 A =0.5D2 (สําหรับงานทีม่ ีรูปรางเปนทอนยาว) A =0.8t (สําหรับงานทีม่ ีรูปรางเปนแผน) H2 =1.5A =D2 R1 จํานวนของรูเขา 1 n> 8xt (หรือ t’) n : จํานวนของรูเขา l : ความยาวของชิน้ งานหลอ เพราะฉะนั้นพื้นที่หนาตัดรวมของรูเขา (a1) = n. W2 . A อัตราสวนระหวางพืน้ ที่หนาตัดของรูเทตอพื้นที่หนาตัดของรูวิ่งตอพื้นที่หนาตัดของรูเขา 1:2:2 สําหรับรูวิ่ง h =

a2 0 .8

124 W =0.8h ∴ a2 =h.W สําหรับรูเท D1 =

4a 3

π

(2) รูเขาจากขางลาง รูเขาจากขางลางใชสําหรับโลหะผสมที่มีขี้ตะกรันมาก ดังนัน้ จึงตองมีการปองกันมิใหเกิด การวนของน้ําโลหะ โดยใชแองเทใหญ น้ําโลหะจะคอย ๆ ไหลเขาแบบดวยความเร็วต่ํา เพราะมีรูดกั (relief sprue)และเพราะลักษณะของรูวงิ่ แองเทจะตองมีความกวางยาวและความลึกมากพอที่จะรับน้ํา โลหะไวไดหมดโดยไมลน ความลึกจะตองไมต่ํากวา 75 mm และตรงทางออกจะตองมีการมนที่มีรัศมี 25 – 40 mmรูเทอันที่โลหะผานอันแรก (primary sprue) มีขนาดมาตรฐานซึ่งไดกําหนดไวโดยอาศัย ประสบการณจากการปฏิบัตงิ านและอัตราสวนของพื้นหนาตัดรูเทตอพืน้ ที่หนาตัดรูวงิ่ พื้นที่หนาตัดรู เขานั้น ควรเทากับ 1:4:4 เพื่อใหน้ําโลหะไหลลงโดยไมมีการวน หลังจากที่หาขนาดของรูเท (primary sprue) ไดจากรูป 84 แลวคํานวณหามิติอื่น ๆ ไดดังนี้ D2 φ= 2.5.D1Ф H2 = 75mm D3Ф = 3.D3Ф H3 = 2.D3Ф = 6D3Ф D4Φ< 1 / 2.T และ D4Ф > 8 D5 =

a2 1 .2

H4 = 4.D4Ф H5 = 1.2.D5 n =

a1 π / 4 .D 42

D5 เปนความกวาง และ H5 เปนความสูงของรูวิ่ง จํานวนของรูเท (n) กําหนดใหระยะระหวางรูเขา (pitch) เล็กกวา 8 T และใหระยะระหวางรูเขาเทา ๆ กัน

125 (3) รูเขารูปดินสอ (pencil gate) การใชรูเขารูปดินสอเปนวิธกี ารที่ไดผลที่สุดในการปองกันการเกิดโพรงเนื่องจากการหดตัว และในการเทน้ําโลหะเขาโพรงแบบอยางสม่ําเสมอ ในกรณีนนี้ ้ําโลหะลงมาจากขางบน ดังนั้นน้ําโลหะ ในแบบจะถูกรบกวนและจะทําปฏิกิริยากับออกซิเจน ดังนั้นจึงไมเหมาะสําหรับโลหะผสมจําพวก ทองเหลืองหรืออะลูมินั่ม รูเขารูปดินสอนี้มีประโยชนในการกันมิใหน้ําโลหะกระแทกผิวแบบหลอ หรือไสแบบ และกันมิใหนา้ํ โลหะหมุนแลวดูดเอาขี้ตะกรันเขาแบบหลอ มิติของรูเขารูปดินสอหาไดจากสูตรตอไปนี้ (ดูรูป 86 ประกอบ) D < 0.5.T H = 4.D หลังจากหาขนาดเสนผาศูนยกลางของรูเขารูปดินสอแลวก็คํานวณหาน้าํ หนักของน้ําโลหะที่ จะตองเท แลวหาจํานวนรูเขาจากตาราง 7.2 (4) รูเขาหลายทาง (Branch gate) รูเขาหลายทางใชสําหรับชิ้นงานหลอที่มีรูปรางซับซอนและที่ใชรูลนขาง (side riser) ไมได เพราะถูกบังคับโดยชิ้นงานหลอ จะตองเริ่มโดยการหาอัตราการเท แลวจึงหาขนาดของระบบทางเขา อัตราการเทจะตองไมเร็วหรือชาเกินไป คือจะตองไมใหเกิดการไหลแบบอลวน (turbulent flow) การมี ขี้ตะกรันหรือทรายติดน้ําโลหะเขาไป การที่โลหะเขาไมเต็มแบบเพราะแข็งตัวเสียกอน และจะตอง พยายามใหอณ ุ หภูมิสม่ําเสมอทั่วทั้งชิ้นงานเพื่อใหไดงานหลอที่ดี ไมมีการราวหรือบิดเบี้ยว

126 ตารางที่ 7.2 ความสัมพันธระหวางจํานวนรูเขาดินสอ ขนาดเสนผาศูนยกลางของรูเขาดินสอกับ น้ําหนักเท น้ําหนักเท เสนผาศูนยกลางและจํานวนทางเขาดินสอ W (kg) 10φ 12φ 14φ 16φ 18φ 20φ 22φ 8φ 20<W<50 5 3 2 50<W<75 6 4 3 2 8 5 3 2 2 75<W<100 100<W<125 8 5 4 3 2 2 125<W<150 10 6 4 3 2 2 2 150<W<200 11 7 5 4 3 2 2 2 16 10 7 5 4 3 3 2 200<W<300 300<W<450 18 11 7 6 5 3 3 2 450<W<600 20 13 9 7 5 4 3 3 600<W<800 24 15 11 8 6 5 4 3 25 16 11 9 6 5 4 3 800<W<1000 1000<W<1500 31 21 14 11 8 6 5 4 1500<W<2000 38 24 16 12 9 7 6 5

127 ตารางที่ 7.3 เสนผาศูนยกลางของรูเทของรูเขาหลายทางและน้ําหนักเท น้ําหนักเท พื้นที่รูเทa3 เสนผาศูนยลางรูเท น้ําหนักเท พื้นที่รูเทa3 เสนผาศูนยกลางรูไท <=10 kg 300-350kg 1200mm2 130mm2 13mmΦ 39mmΦ 10-20 19 350-400 39 240 1200 20-30 22 400-450 40 370 1270 30-40 24 450-500 42 430 1360 40-50 25 500-600 43 480 1460 50-75 27 600-700 45 580 1620 75-100 30 700-800 47 700 1710 100-125 31 800-900 48 770 1840 125-150 33 900-1000 49 830 1910 150-175 34 1000-1250 52 920 2170 175-200 36 1250-1500 55 1030 2410 200-250 39 1500-2000 60 1180 2810 250-300 39 1200

พื้นที่หนาตัดของรูเขา (a3) นั้นหาไดจากตารางที่ 7.3 (a2) และรูเขา(a1) จากอัตราสวน a3 : a 2 : a1 = 1:2:2 สําหรับรูวิ่ง

แลวคํานวณหาพืน้ ทีห่ นาตัดของรูวงิ่

W 2 = ab ,

H2 = W2 (ดูรูป 87) หนาตัดของรูวงิ่ นั้นทําเปนรูปสี่เหลี่ยมคางหมูเหมือนของเหล็กหลอความกวาง (W1) และ ความสูง (H1) ของรูเขาหาไดดังนี้ H1 < 0.5 H2 W 1 > 2H1 P < 8T

128 7.2 รูลน (Riser) 7.2.1 รูลนชนิดตาง ๆ และความแตกตางในการใชงาน มี 4 แบบการใชงาน รูลนทําหนาทีป่ อนน้ําโลหะเขาไปแทนสวนที่หดในขณะที่แข็งตัว ดังนั้นน้ําโลหะในรูลน จะตองแข็งตัวหลังน้ําโลหะในชิ้นงาน ถารูลนใหญเกินไปก็จะเปนการสิ้นเปลืองและถาเล็กเกินไปจะ เกิดโพรงเนื่องจากหดตัว รูลนแบงออกไดเปนสองชนิดคือ รูลนขาง (side riser) และรูลนบน (top riser) รูลนขางอยูทาง ขางของชิ้นงานหลอ และตอกับรูเทและรูวิ่ง โดยตรงในลักษณะนีใ้ ชไดผลดีสําหรับชิ้นงานที่มขี นาดเล็ก หรือขนาดกลาง รูลนบนอยูขางบนของชิน้ งาน ซึ่งมักมีรูปรางทรงกระบอกหรือมีขนาดใหญ รูป 88 แสดงตัวอยางของรูลนขางและรูป 89 แสดงตัวอยางของรูลนบน รูลนที่เปดใหน้ําโลหะสัมผัสบรรยากาศเรียกวา รูลนเปด (open riser) สวนรูลนที่ขางบนปด (มักปดดวยรูปครึ่งทรงกลม) เรียกวารูลนปด (blind riser) รูลนปดจะไมสามารถปอนน้ําโลหะเมื่อน้าํ โลหะตรงที่ผิวในของรูลนแข็งตัว เพราะมีความดันเหนือน้ําโลหะในรูลนนอยมาก (ใกลสูญญากาศ) จะตองมีไสรูปกรวย (conical core) ปลายแหลมเสียบอยูขางบนเพื่อใหความดันจากบรรยากาศเขาชวย (ดูรูป 90) รูลนปดจะทําใหประหยัดน้ําโลหะ เพราะสามารถใชรูลนปดไดขนาดเล็กกวารูลนเปด แตจะเสียเวลาทําแบบหลอมากกวารูลนเปด 7.2.2 รูลนสําหรับชิ้นงานเหล็กหลอ การหดของเหล็กหลอในระหวางแข็งตัวจะนอยกวาของเหล็กเหนียวหลอ และโลหะผสมนอก กลุมเหล็ก (nonferrous alloys) รูลนมีหนาที่ทงั้ ปอนน้ําโลหะเขาไปแทนสวนที่หดในขณะที่แข็งตัว เพื่อกันมิใหเกิดโพรงและทั้งทําใหทราย ขี้ตะกรันตลอดจนแกสที่ติดน้ําโลหะเขาไปไดผุดขึ้นในรูลน จะไดไมติดอยูใ นชิ้นงานหลอโดยทั่วไปเหล็กหลอมีสัมประสิทธิ์การหดตัวดังนี้ เหล็กหลอที่มคี วามแข็งแรงทางดึงเกิน 35kg/ mm2 (≈ 350μPa)…5% เหล็กหลอที่มคี วามแข็งแรงทางดึงเกิน 30kg/ mm2 (≈ 300μPa)…3% เหล็กหลอที่มคี วามแข็งแรงทางดึงเกิน 25kg/ mm2 (≈ 250μPa)…2% เหล็กหลอที่มคี วามแข็งแรงทางดึงเกิน 20kg/ mm2 (≈ 200μPa)…0 – 1% กอนอื่นที่จะตองหาขนาดของรูลนที่จะทําใหสามารถปอนน้ําโลหะเขาไปแทนสวนหดไดอยาง เพียงพอ เนื่องจากน้าํ โลหะที่สัมผัสผิวของแบบรูลนและที่สัมผัสบรรยากาศจะแข็งตัวเสียกอน เพราะ อุณหภูมิลดลงอยางรวดเร็ว ดังนั้นน้ําหนักเพียงสวนหนึ่งของรูลนเทานั้นที่ทําหนาที่ของรูลน ไมใช น้ําหนักทั้งหมด อัตราสวนการปอนน้ําโลหะที่ใชไดจริง (effective feed ratio) ของรูลนขางซึ่งตอกับ ระบบทางเขา จะตางไปจากของรูลนบนซึ่งใชน้ําโลหะที่ลนขึ้นมาจากโพรง ทั้งนี้เพราะอุณหภูมิของน้ํา โลหะในแตละรูลนตางกัน ตาราง 7.4 แสดงอัตราสวนการปอนที่ใชไดจริง หมายความวา ถาน้ําหนัก

129 ทั้งสิ้นของรูลนเทากับ 100 kg น้ําหนักสวนที่ทําหนาที่ปอนจริงสําหรับรูลนขางจะเทากับ 35-40kg และ สําหรับรูลนบนเทากับ 30 – 35kg รูปรางของรูลนควรเปนทรงกระบอก ทั้งนี้เมื่อคํานึงถึงผลงานตามหนาที่ของรูลนและความ สะดวกในการทําแบบหลอ ขนาดเสนผาศูนยกลางของทรงกระบอกขึ้นอยูกบั ความหนาของชิ้นงาน เพียงอยางเดียว ดังแสดงในตาราง 7.5 เมื่อหาขนาดเสนผาศูนยกลางไดแลวมิติอื่นๆทุกอันก็จะหาได จากรูป 91 และรูป 92 นอกจากนี้ยังมีรูลนซึ่งตอยอดจากชิ้นในรูปรางทรงกระบอกยาว เชน ปลอกเสื้อสูบหรือ ลูกสูบ รูลนชนิดนี้ใชกันมากเพราะใชไดดีกวาอยางอื่น ในดานการกํากับใหการแข็งตัวดําเนินไปตาม ทิศทางที่ตองการ และในดานการทําหนาที่ของรูลนเมื่อนําโลหะเขาสูแบบ โดยใชรูเขารูปดินสอ (รูป 93) เมื่อหามิติและรูปรางของรูลนไดแลว จะตองพิจารณาเรือ่ งขอบเขตการทํางานของรูลน โดยทั่วไปขอบเขตการทํางานของรูลนจะเทากับประมาณ 8 เทาของความหนาของชิ้นหลอในตําแหนง ใตรูลน ถาความหนาของชิน้ งานหลอเทากับ 40 mm ดังแสดงในรูป 94 ขอบเขตการทํางานของรูลน เทากับ 3.20 mm นับจากขอบของรูลนในดานซายและขวาตามลําดับ ตารางที่ 7.4 ตราสวนการปอนที่ใชไดจริง ชนิดของรูลน—วัสดุที่หลอ เหล็กหลอเทา (%) เหล็กหลอเหนียว (%) รูลนบน 30 – 35 20 – 25 รูลนลาง 35 - 40 25 - 30 ตารางที่ 7.5 วิธีหาเสนผาศูนยกลางของรูลน ความแข็งแรง เสนผาศูนยกลาง DΦ ทางดึงของวัสดุ ชนิดรูลน รูลนขาง รูลนบน 20-25kg / mm2 T + 30 T + 40 T + 40 T + 50 มากกวา 30kg / mm2 T : ความหนาของชิ้นงานหลอภายใตรูลน 7.2.3 รูลนสําหรับชิ้นงานเหล็กเหนียวหลอ เหล็กเหนียวหลอมีจุดหลอมเหลวสูงและมีสัมประสิทธิ์การหดตัวสูงนอกจากนัน้ ยังแข็งตัวเร็ว กวาเหล็กหลอ ดังนั้นหนาตัดของรูลนสําหรับเหล็กเหนียวหลอจะตองใหญกวามาก รูลนควรอยู เหนือรูเขาตรงตําแหนงสูงสุดของชิ้นงานหลอและที่จุดเหนือสวนทีห่ นาที่สุดของชิ้นงาน และ

130 นอกจากนั้นจะตองเอาออกไดสะดวกเมื่อหลอเสร็จควรมีรูปรางทรงกระบอก (รูป 95 แสดงตัวอยาง ของรูลน) สวนจํานวนรูลนนั้นหาไดจากสูตรตอไปนี้ (ดูรูป 96 ประกอบ) จํานวนรูลน = ความยาวทัง้ สิ้นของชิน้ งานที่รูลนจะตองทําหนาทีป่ อนโลหะ (mm) 2 x ระยะการทํางานของรูลน (DF) (mm) ในกรณีที่มีเศษสวนใหปดเปนหนึง่ หนวยเต็ม เมื่อหาตําแหนงรูปรางและจํานวนรูลนได แลว ก็จะตองหามิติของสวนอื่น ๆ ตอไป ปริมาตรของรูลนนั้นไดจากปริมาตรของรูลน / ปริมาตรของ ชิ้นงานหลอ ซึ่งหาไดจากรูป 97 (L+W) / T เปนตัวประกอบที่ขึ้นกับรูปราง (shape factor) L คือ ความยาวของชิ้นงาน W คือความกวางของชิ้นงาน และ T คือความหนาของสวนของชิ้นงานตรงที่ควร แตในกรณีที่ไมสามารถจัดรูลนไวในตําแหนงที่ จะเปนทีต่ ้งั รูลน รูลนควรมีรูปทรงกระบอก ไดคํานวณไว เพราะรูปรางของหีบหลอหรือรูปรางของชิ้นงาน และทําใหมีตําแหนงระหวางรูลนที่ รูลนปอนไมถึงก็ใหใชรูลนที่มีความหนาเทากับเสนผาศูนยกลางของรูปทรงกระบอก และใหยดึ สวนกวาง ออกไปในทางที่ปอนไมถึง จนเปนที่แนใจไดวารูลนจะปอนไปถึงจุดที่เดิมปอนไมถงึ ความสูงของรูลน (H) นั้น ถามีปลอกที่ใหความรอนหรือมีฉนวนความรอนใหใชเทากับ เสนผาศูนยกลาง (D) ของรูลน สําหรับรูลนที่ไมมีปลอกใหความรอนหรือฉนวนความรอน ใชสูตร ตอไปนี้ ความสูงของรูลน H =(1.5 + 0.2) x D Φ ……..รูลนทรงกระบอก ความสูงของรูลน H =(2.0 + 0.2) x แกนสั้น…...รูลนรูปรี(elliptic) 7.2.4 รูลนสําหรับชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก (nonferrous) โดยทั่วไปชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็กหดมากในขณะแข็งตัว ดังนั้นจะตองปอนน้ําโลหะเขาใน ชองวางระหวางเม็ดผลึกที่เกิดขึ้นในระหวางแข็งตัว โดยเฉพาะอยางยิ่ง สําหรับโลหะผสมทองแดงซึ่ง ประกอบดวยโลหะที่มีจุดแข็งตัวตาง ๆ กันเปนการยากที่วางระบบมาตรฐานสําหรับการปอนโลหะ มี วิธีการกําหนดระบบการปอนโลหะอยูห ลายวิธี ตางกันสําหรับตางบริษทั แตไมมีมาตรฐาน รูป 98 แสดงตัวอยางของรูลนสําหรับชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก รูป 99 แสดงตัวอยางของรู ลนสําหรับใบพัดแมงกานีสบรอนซมิติของรูลนหาไดจากรูป 100 ขอบเขตการทํางานของรูลนสําหรับชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก เล็กกวาของเหล็กหลอ ทําให ตองเปลืองโลหะที่ใชทํารูลน มาก แตถาใชทุนเย็น(chill) เขาชวยก็จะทําใหสามารถเพิ่มขอบเขตการ ทํางานของรูลน ดังตัวอยางในตาราง 7.6 แสดงการเพิ่มขอบเขตการทํางานของรูลนสําหรับชิ้นงานหลอ บรอนซเมื่อใชทุนเย็น

131 ตารางที่ 7.6 ขอบเขตการทํางานของรูลน วัสดุที่ใชหลอ เหล็กเหนียวหลอ เหล็กหลอเหนียว เหล็กหลอเทา บรอนซ บรอนซ ทองเหลือง อะลูมินัมบรอนซ อะลูมินัม

ขอบเขตการทํางานของรูลน(T : ความหนา) 4.5T 6-6.5T 8T 6T 10T 5.5T 5-6T 6T

หมายเหตุ PELLINI 20-40(ความหนา) โดยการใชทนุ เย็น

7.3 ทุนเย็น (chills) 7.3.1 ทุนเย็นประเภทตาง ๆ ทุนเย็นคือสิ่ง (มักเปนโลหะ) ที่ใชวางติดกับสวนของชิน้ งานหลอที่ตอ งการใหเย็นเร็ว แบงออก ไดเปน 3 ชนิดคือ ทุนเย็นนอก (external chill) แบบหลอโลหะใชเปนทุนเย็นและทุนเย็นใน (internal chill) ทุนเย็นนอกนัน้ ใชกับสวนของชิ้นงานที่หนามาก หรือที่รูลนไมสามารถปอนน้ําโลหะใหได ทุนเย็นนอกดึงความรอนจากสวนนอกของชิ้นงาน ทุนเย็นชนิดแบบหลอโลหะโดยทั่วไปใชสําหรับ ชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก เพื่อทําใหเย็นเร็วและเพื่อทําใหสวนนอกทั้งหมดของชิ้นงานแข็งตัวอยาง รวดเร็ว ทั้งนี้เพื่อกันมิใหเกิดการมีสวนผสมตางกัน (segregation) และการสูญเสียความทนตอความดัน ของของเหลวทุนเย็นในใชวางตรงจุดตัด (intersection) หรือที่หนาแปลนที่นูนขึน้ มา (boss) ขนาด เล็กที่อยูหางจากรูลน ทั้งนี้เพื่อกันมิใหเกิดโพรงในเนื้องาน 7.3.2 ทุนเย็นสําหรับชิ้นงานเหล็กหลอ เนื่องจากชิน้ งานเหล็กหลอมีโพรงที่เกิดจากการหดตัวนอยกวาเหล็กเหนียว และโลหะนอก กลุมเหล็ก(nonferrous metals) จึงมักไมตองใชทุนเย็น แตสําหรับเหล็กหลอเหนียว (ductile cast iron) ซึ่งปจจุบันใชกันมากนั้นก็ใชทุนเย็นกันมากทุนเย็นทําใหเกิดการประหยัดโลหะที่ตอ งใชทํารูลน ทุนเย็นสําหรับชิ้นงานเหล็กหลอ ใชในการกันมิใหเกิดโพรงที่เกิดจากหดตัวโดยทําใหสวนที่ หนาแข็งตัวและเย็นตัวเร็วขึ้น ทําใหสวนที่หนาและสวนที่บางแข็งตัวพรอมกัน ถาใชทุนเย็นไมเพียงพอ จะทําใหเกิดจุดเสีย (defects) กลาวคือการบิดเบี้ยวและรอยราวตลอดจนโพรงที่เกิดจากการหดตัว รูป 101 แสดงวิธีการใชทุนเย็น

132 7.3.3 ทุนเย็นสําหรับชิ้นงานเหล็กเหนียวหลอ หนาที่สําคัญของทุนเย็นสําหรับเหล็กเหนียวหลอคือ การรักษาสวนที่ไมไดรับน้ําโลหะปอน จากรูลนมิใหเสียการใชทุนเย็นนอกและทุน เย็นใน มักเปนไปตามหลักเกณฑตอไปนี้ 1) ชิ้นงานหลอที่บางสวนหนาบางสวนบางใชทุนเย็นนอกและทุนเย็นใน 2) ชิ้นงานหลอที่มีความหนาของสวนหนาสุดมากกวาสองเทาของความหนาของสวนบางสุด ใชทุนเย็นใน 3) การปองกันมิใหเกิดโพรงจากการหดตัวที่จุดตัด ใชทุนเย็นนอกและทุน เย็นใน 4) การปองกันมิใหเกิดรอยราวที่จุดตัดใชทนุ เย็นนอกรูป 102 และรูป 103 แสดงวิธีหามิติของ ทุนเย็นนอก และรูป 104 แสดงวิธีหามิติของทุนเย็นใน ชนิดของวัสดุที่ใชทําทุนเย็นเปลี่ยนไปตามลักษณะการใชงาน ชิ้นงานเหล็กเหนียวหลอและ ทอนเหล็กเหนียวออน (mild steel) กลม ใชทําทุนเย็นนอกและทอนเหล็กเหนียวออนกลมใชทาํ ทุนเย็น ใน และใชทําทอนเย็น (chill rods)ใชกับขอตอ (junction) 7.3.4 การเลือกใชทุนเย็นสําหรับชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก(non-ferrous casting) ทุนเย็นนั้นใชสวนมากกับชิน้ งานหลอนอกกลุมเหล็ก วัสดุที่ใชทาํ ทุนเย็นมักเปนเหล็กหลอ แต สําหรับชิ้นงานหลออลูมินั่มผสม (aluminum alloy) มักใชทุนเย็นที่ทําดวยวัสดุที่มีสวนผสมเหมือนกับ ชิ้นงานหลอนัน้ ที่มีดีบุกเปนสวนผสมหลัก ชิ้นงานหลอนอกกลุมเหล็ก อาจแบงออกไดเปนหลายชนิด เชน (tin base) เชนบรอนซ ที่มีสังกะสีเปนสวนผสมหลัก เชน ทองเหลือง ที่มีตะกั่วดีบุกเปนสวนผสมหลัก เชนบรอนซตะกัว่ และอลูมนิ ั่มผสม ฯลฯ ตาราง 7.7 แสดงการใชทุนเย็น แยกตามวัสดุที่ใชหลอ หนาที่ ของทุนเย็นก็เปลี่ยนไปตามชนิดของวัสดุที่ใชหลอดวย 1) สําหรับชิ้นงานหลอบรอนซชวงอุณหภูมแิ ข็งตัวจะกวาง และการที่จะปอนโลหะเขาสูทวี่ าง ระหวางโครงสรางรูปกิ่งไม (dendrites) ก็ทําไมไดเพราะบรรดากานของโครงสรางชนิดนี้กนั้ ไว ดังนั้น จะเกิดโพรงเล็ก ๆ ที่เกิดจากการหดตัวและทําใหคณ ุ สมบัติของชิ้นงานในดานความทนตอความดันของ ของเหลวตองตกต่ําลง เพื่อปองกันมิใหเกิดจุดเสีย (defect) นี้ โครงสรางจะตองประกอบดวยเม็ด ผลึกรูปเสาเข็ม (columnar grains) หนาทีส่ ําคัญของทุนเย็นคือ การชวยใหเกิดโครงสรางชนิดดังกลาว 2) สําหรับชิ้นงานหลอฟอสเฟอรบรอนซ และบรอนซตะกั่วนั้น ทุนเย็นทําหนาที่กันมิใหเกิด การเปลี่ยนแปลงในสวนผสม (segregation) ของฟอสฟอรัสและตะกัว่ ตามลําดับ และกันมิใหเกิดโพรง เนื่องจากการหดตัวในกรณีของชิ้นงานหลอบรอนซ 3)ในกรณีของทองเหลือง ทองเหลืองความแข็งแรงสูง หรืออะลูมินัมบรอนซโลหะเหลานี้มี สัมประสิทธิ์การหดตัวสูง ดังนั้นจึงใชทนุ เย็นในการประหยัดโลหะที่ตองใชทํารูลน และกันมิใหเกิด

133 การเสื่อมลงของคุณสมบัติทางกล เพราะใชเวลาการแข็งตัวนาน โดยเฉพาะอยางยิง่ ทองเหลืองความ แข็งแรงสูง ไดรับความกระทบกระเทือนในเรื่องนี้มาก ถาไมมีทนุ เย็นชิน้ งานหลอทําดวยโลหะชนิดนี้ จะเกิดการราวเนื่องจากการเปลี่ยนคุณสมบัติกับเวลา (aging) นอกจากนั้นคุณสมบัติทางกลจะ ตกลงอยางมากอะลูมินั่มบรอนซที่เย็นชา ๆ จะเสียความแข็งแรงทางดึง (ซึ่งควรจะสูง) และความทน ตอการกระแทก ทั้งนี้เพราะสภาพ ‫ ﻻ‬ตกผลึก 4) สําหรับชิ้นงานหลออะลูมินั่มผสม ทุนเย็นมีหนาที่ทําใหโครงสรางละเอียดในตําแหนงที่จะ ไดรับการปอกผิวดวยเครื่องกลโรงงาน นอกจากนีย้ ังมีหนาที่ลดโพรงเนื่องจากการหดตัว ตาราง 7.8 และ 7.9 แสดงลักษณะการใชงานและชนิดของทุน เย็นการเลือกใชทุนเย็นขึ้นกับ จุดประสงคในการใชงาน เชน เพื่อใหชิ้นงานกั้นไมใหน้ําซึมผานได (seal) หรือเพื่อใหเม็ดผลึกละเอียด ตรงผิวที่จะไดรับการปอกดวยเครื่องกลโรงงาน ฯลฯ ไดมีการทดลองเพื่อหาวิธีท่ดี ที ี่สุดที่จะหามิติและความหนาของทุนเย็นถึงแมจะถือวาเปนวิธีที่ ใชโดยทัว่ ไปไมได เพราะทุนเย็นที่ใชในการทดลองอาจมีรูปรางไมเหมือนกับทุน เย็นที่จะใช แตถาใช คาที่ไดจากการทดลองที่ต่ําสุดก็จะทําใหมิติที่ใชไมผิดมากนัก สูตรตอไปนี้ใชในการหามิติและความ หนาของทุนเย็น การหาความหนาของทุนเย็นนอกและแบบหลอโลหะ T = α .t T : ความหนา (mm) ของทุนเย็นนอกหรือแบบหลอโลหะ t : ความหนาของชิ้นงานหลอ ซึ่งตองการการใชทุนเย็น (mm) α : คาคงที่ขึ้นกับชนิดวัสดุของชิ้นงานหลอ (ดูตาราง 7.10) สูตรนี้ใชไดในกรณีที่ T < 50 mm การหาขอบเขตการใชงานของทุนเย็นนอก L = B. (T + W) L ขอบเขตการใชงานของทุนเย็น (mm) T ความหนาของทุนเย็น (mm) B คาคงที่ขึ้นกับวัสดุที่ใชหลอ (ดูตาราง 7.11) W ความกวางของทุนเย็น (mm)

134 ตารางที่ 7.7 การใชทุนเย็นและวัสดุที่หลอ ชนิด วัสดุ การใช ทุนเย็นนอก ใสไวบนชิน้ งานหลอที่หนาเกิน 40 mm หรือใสไวบนผิว BC,LBC,PBC,AL งานที่มีความหนาเกิน 20 mmหรือใสไวบนชิ้นสวนทีห่ นา นอยกวานัน้ แตมีการเปลี่ยนแปลงในความหนา HBsC,YbsC,AlBC ใสไวบนชิน้ หลอที่มีรับน้ําโลหะทางรูลนได และหนาเกิน 20 mmหรือใสไวบนมุมฐานรองหรือที่มุมของขอตอ แบบหลอโลหะ BC,LBC,PBC,HBsC,Ybs ในทํานองเดียวกันกับทุนเย็นนอก แตในกรณีที่ผลิตเปน C,AlBC จํานวนมากกวา 5 และรูปรางงาย ๆ หรือสําหรับงาน BC2 หรือ BC3 ที่ไมตองตกแตงทีม่ ีความหนามากกวา 20 mm และตองทดลองอัดดวยน้ําหรือลม ทุนเย็นใน BC,HBsC,PBC,YbsC,LB ใชสอดเขาไปในชิ้นงานหนา ๆ ซึ่งจะตองเจาะหรือควาน C,AlBC,Al ภายหลังหรือชิน้ สวนที่ไมสามารถรับน้ําโลหะจากรูลนได และหนาเกิน 40mm ในกรณีที่ใชทุนเย็นนอกไมได BC : บรอนซหลอ (Bronze Castings) BC2 : บรอนซหลอ(Bronze Gastings) ความแข็งแรง >25kg/mm2 การยืด >20% BC3 : บรอนซหลอ(Bronze Castings) ความแข็งแรง>25kg/mm2 การยืด > 15% Al : อะลูมินัม LBC : บรอนซผสมตะกั่วหลอ(Leaded Bronze Castings) PBC : ฟอสเฟอรบรอนซหลอ(Phosphor Bronze Castings) HBsC : ทองเหลืองหลอความแข็งแรงสูง (High strength Brass Castings) YBsC : ทองเหลืองชนิดเหลืองหลอ (Yellow Brass Castings) AlBsC : อะลูมินัมบรอนซหลอ (Aluminum Bronze Castings) (จากมาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุน) การหามิติของทุนเย็นใน D Φ =t DΦ : เสนผาศูนยกลางของทุนเย็น (mm) T : ความหนาของชิ้นงานที่จะตองใชทนุ เย็น ‫ ﻻ‬: คาคงที่ขึ้นกับวัสดุทใี่ ชหลอ (ดูตาราง 7.12)

135 ถาจะตองมีการเจาะ(drilling) หรือขยายรู(boring)หลังจากการหลอ จะตองใชทุนเย็นใน ซึ่งมี เสนผาศูนยกลางเล็กกวา 60%ของเสนผาศูนยกลางของรูที่จะเจาะ จํานวนครั้งในการใชทุนเย็นกวาจะถึงพิกดั ความทน (endurance limit) เปนเรื่องสําคัญถาใช ทุนเย็นหลาย ๆ ครั้งเขาผิวจะละลาย เพราะเกิดการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความรอน (heat distortion) หรือ อาจเกิดรอยราวเปนเสนละเอียดการใชทุนเย็นที่เสื่อมคุณภาพแลว จะเกิดผลเสียแกชิ้นงานหลอ ดังนั้น จะตองตรวจจํานวนครั้งที่ทนุ เย็นจะใชไดจากตาราง 7.13 ตารางที่ 7.8 การใชทุนเย็น ชนิด การใช สําหรับสวนทีป่ อนน้ําโลหะเขาไมได และที่มีความหนาไมคงที่สําหรับผิวงาน ทุนเย็นนอก ที่ตองการใหเย็นเร็ว สําหรับหนาตัดหนามาก ๆ(หนากวา 250mm)ในกรณีที่ เกรงจะเสียคุณสมบัติทางกล ทุนเย็น สําหรับดุมที่ตองเจาะรูภายหลัง และใชทุนเย็นนอกไมได ทุนเย็น แทง T Φ =(1/4 - 1/5) t ใน ทุนเย็น สําหรับชิ้นสวนซึ่งใชขดลวดไดผลดี ขดลวด TΦ = (0.04 – 0.08) x ปริมาตรของสวนที่หนา

ชนิด ทุนเย็นนอก

แบบหลอโลหะ ทุนเย็นใน

ตารางที่ 7.9 ชนิดของทุนเย็น การใชงาน ใชแทงเหล็กใสไวบนชิ้นงานหลอ เมื่อทําให อัตราการเย็นตัวสม่ําเสมอและชวยให โครงสรางโลหะดีขนึ้ แบบหลอทั้งอันหรือไสแบบที่ทําดวยโลหะ จะชวยทําใหโครงสรางของโลหะดีขึ้น สอดแทงโลหะเขาไปในสวนที่หนา เพื่อทํา ใหอัตราการเย็นตัวสม่ําเสมอ ตารางที่ 7.10 คาของ a (แอลฟา) วัสดุ คาของ a BC,PBC,LBC 1.2 YBsC,HBsC,AlBC,Al 0.8

รูปประกอบ

136 ตารางที่ 7.11 คาของ B (เบตา) วัสดุ คาของ B (เบตา) BC,PBC,LBC 0 YBsC,HBsC,AlBC,Al 1.0

ตารางที่ 7.12 คาของ ‫( ﻻ‬แกมมา) วัสดุ คาของ‫ﻻ‬ BC,PBC,LBC 0.5 YBsC,HBsC,AlBC,Al 0.4

ตารางที่ 7.13 จํานวนครั้งในการใชทุนเย็นจนกวาจะถึงพิกัดความทน วัสดุ จํานวนครั้ง ทุนเย็นนอก 5–6 แบบหลอโลหะ 40 - 50

รูปที่ 62 ชื่อของสวนตาง ๆ ในระบบการปอนน้ําโลหะ

137

รูปที่ 63 มิติของแองเท

รูปที่ 64 แองเทพรอมดวยสวนกันขี้ตะกรัน

รูปที่ 65 แองเทพรอมดวยจุกอุด

138

รูปที่ 66 การกําจัดการหมุนวนของน้ําโลหะโดยใชจุกกราไฟท

รูปที่ 67 มิติและรูวิ่ง

รูปที่ 68 สวนตอเพื่อดักสิง่ เจือปน

139

รูปที่ 69 ทางเขาวน

รูปที่ 70 รูดกั

140

รูปที่ 71 ตัวอยางของการใชที่กรอง

รูปที่ 72 รูปรางของรูเขา

รูปที่ 73 รูเขาที่หนาผา

141

รูปที่ 74 รูเขาทางขางบน

รูปที่ 75 รูเขาทางขางลาง

รูปที่ 76 รูเขารูปวงแหวน

142

รูปที่ 77 รูงอน

รูปที่ 78 รูเขารูปดินสอ

รูปที่ 79 รูเขาหลายระดับ

143

รูปที่ 80 รูเขารูปลิ่ม

รูปที่ 81 แผนภูมิอัตราการเทน้ําโลหะ

144

รูปที่ 82 ความสัมพันธระหวางเวลาที่ใชเทกับน้ําหนักเท สําหรับเหล็กเหนียวหลอ

รูปที่ 83 มิติของรูเขาชนิดลน

145

รูปที่ 84 เสนผาศูนยกลางของรูเทจริง(ไมใชรูดัก)vs น้ําหนักเท

รูปที่ 85 มิติของรูเขาจากดานลาง

146

รูปที่ 86 มิติของรูเขารูปดินสอ

รูปที่ 87 มิติและรูปรางของรูเขาหลายทาง

รูปที่ 88 ตัวอยางของรูลนขาง

147

รูปที่ 89 ตัวอยางรูลนบน

รูปที่ 90 ไสแบบแหงสนิทเสียบอยูที่สวนบนของรูลนปด

รูปที่ 91 มิติของรูลนขาง

148

รูปที่ 92 มิติของรูลนบน

รูปที่ 93 มิติของรูลนบน

รูปที่ 94 ระยะทางที่รูลนสามารถปอนโลหะถึง

149

รูปที่ 95 รูลนชนิดตาง ๆ

รูปที่ 96 ความสัมพันธระหวางความหนาของชิน้ งานหลอ (T )กันระยะทางที่รูลนสามารถปอนได (Dp)สําหรับเหล็กเหนียวหลอ

150

รูปที่ 97 เสนโคง “เพสลินี”

รูปที่ 98 รูลนสําหรับชิ้นงานหลอที่ไมมีเหล็กผสมอยู (NONFERROUS)

151

รูปที่ 99 รูลนสําหรับใบพัด

รูปที่ 100 การกําหนดรูลนสําหรับงานหลอใบพัด

152

รูปที่ 101 การใชทุนเย็น

รูปที่ 102 ทุนเย็นนอกวางไวบนพื้นผิวราบ

153

รูปที่ 103 ทุนเย็นใสไวตรงมุม (แทงกลม)

154

รูปที่ 104 วิธีคํานวณหาขนาดของทุน เย็นใน

155

บทที่ 8 การหลอมและการเทเหล็กหลอ 8.1 การตรวจและการปรับคุณสมบัตินา้ํ เหล็ก กอนที่จะเทน้ําเหล็กควรไดตรวจสวนผสมและคุณสมบัตเิ สียกอน และเมื่อตรวจแลวถาจําเปน ก็ปรับคุณสมบัติเชน โดยการใสสารพิเศษ (inoculation) 8.1.1 วิธีการตรวจน้ําเหล็ก (1) การทดสอบโดยวิธีเย็นเร็ว โดยทั่วไปจะใชชิ้นทดสอบรูปลิ่ม หรือรูปแบนที่ถูกจับใหเย็นโดยเร็วรูป 131 แสดงชิ้นทดสอบ ดังกลาว ในการทดสอบจะตองตักน้ําเหล็กออกจากปากคิวโพลาหรือเบา แลวเทลงในแบบหลอของชิ้น ทดสอบแลวปลอยใหเย็นหลังจากแข็งตัวแลว ก็หักชิ้นทดสอบออกเปน 2 สวน แลววัดสวนกวางหรือสวนลึก ของสวนที่เปนเหล็กหลอขาว ถา % ของ C และSi มีนอย มักจะเกิดสวนที่เปนเหล็กหลอขาวลึกกวากรณีที่ % ของ C และ Si มีมาก รูป 132 แสดงความสัมพันธระหวางความลึกของเหล็กหลอขาวและคารบอนอิ่มตัว หรือ saturated carbon (Sc) คารบอนอิ่มตัวหมายถึง %C + %Si (2) การตรวจเยื่อหุมผิวบนของน้ําเหล็ก ที่อุณหภูมิต่ํากวา 1,400˚C จะเกิดมีเยื่อที่เกิดมีจากปฏิกิรยิ ากับออกซิเจนอยูบนน้ําโลหะ เยื่อนี้จะแตก ออกเมื่อแกสจากน้ําโลหะดัน และจะเกิดเปนรูปตาง ๆ จากการสังเกตรูปเหลานี้จะพอรูคณ ุ สมบัติของน้ํา โลหะอยางคราว ๆ เพราะน้ําเหล็กทีม่ ีสวนผสมตางกันจะเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนมากนอยตางกัน รูป ดังกลาวแบงออกไดเปนชนิดตาง ๆ ดังในรูป 133 รูปลายหลังเตาแสดงวามี % C และSi สูงเมื่อ%C และ Si ต่ําลง รูปเยือ่ จะกลายเปนลักษณะใบสนหรือใบไผ หรือเปนลักษณะมองไมออก รูปใบไผและรูปมอง ไมออกแสดงวามีการทําปฏิกิริยากับออกซิเจนมาก และถามีปฏิกิริยากับออกซิเจนมากกวานัน้ เยื่อจะปดน้ํา โลหะเสียหมด และไมปรากฏเปนรูปอะไรเลย (3) การวิเคราะหดานความรอน หรือจุดที่อุณหภูมิหยุดเปลี่ยนกอนถึงอุณหภูมยิ ูเทคติค โดยทั่วไปอุณหภูมิที่เริ่มเกิดการแข็งตัว (proeutectic thermal arrest temperature) มีความสัมพันธอยางใกลชิดกับคารบอนเทียบเทา (carbon equivalent หรือCE=C% + 1/3(Si% + P)) เชนในกรณีของเหล็กหลอที่มี % C ต่ํากวาสวนผสมยูเทคติค (hypo-eutectic cast iron)หรือมี % C ต่ํากวา 4.25% อุณหภูมิทแี่ บงระหวางสภาวะของแข็งและของเหลว (liquidus temperature) จะเปนสัดสวนกลับกับคารบอนเทียบเทา ดังนัน้ จะหาคารบอนเทียบเทาของน้ําเหล็ก ไดถารูจุดที่อณ ุ หภูมิหยุดเปลี่ยนกอนถึงอุณหภูมิยูเทคติค จะดังกลาวไดจากเสนแสดงอัตราการเย็นตัว (cooling curve) แลวเทียบกับเสนแสดงความสัมพันธระหวางจุดที่อุณหภูมหิ ยุดเปลี่ยนคารบอนเทียบเทา ซึ่ง

156

ไดมาจากการทดลอง การวัดคารบอนเทียบเทาโดยวิธีนใี้ ชกันอยางแพรหลาย รูป 134 และ 135 แสดงตัวอยาง ของเสนแสดงอัตราการเย็นตัวกับเสนแสดงความสัมพันธระหวางจุดอุณหภูมหิ ยุดเปลี่ยนและคารบอน เทียบเทาซึ่งไดจากทดลองรูป136 แสดงวาคารบอนเทียบเทาที่หาไดโดยวิธีนี้ใกลเคียงกับผลที่ไดจากการ วิเคราะหทางเคมี (4) การวัดอุณหภูมิ ใชเทอรโมคัปเปล (thermo-couple) เครื่องวัดอุณหภูมิโดยวิธีเปรียบเทียบสี (optical pyrometer or color pyrometer) ชนิดหลังใชกันแพรหลาย เพราะถูกกวาและใชงาย 8.1.2 การปรับคุณสมบัตขิ องน้ําเหล็ก (1) การใสสารพิเศษ (Inoculation) (a) วิธีนี้ใชการใสโลหะหรือโลหะผสมลงไปในน้ําเหล็กกอนเท โดยใหมีปริมาณนอยพอที่จะไมทํา ใหเปลี่ยนสวนผสมทางเคมีของเหล็ก จุดประสงคของการกระทํานีก้ เ็ พื่อใหกราไฟทกระจายอยางสม่ําเสมอ ทั่วเนื้อเหล็ก และเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล รูป 137 แสดงการเพิ่มความแข็งแรงทางดึง (tensile strength) และการลดความแข็ง สารพิเศษนี้ชว ยปองกันมิใหสวนบางของชิ้นงานเกิดเปนเหล็กหลอขาว และจะทําใหเกิดโครงสรางที่เหมือนกันอยางสม่ําเสมอทั่วชิ้นงาน ถึงแมวาความหนาของชิ้นงานจะไมเทากัน (b) สารพิเศษ(inoculant) สารพิเศษที่ใชมีสารพิเศษชวยใหเกิดกราไฟทและสารพิเศษรวม สารพิเศษที่มักใชกันมีแสดงใน ตาราง 8.1 ในบรรดาสารพิเศษเหลานัน้ มีแคลเซียมซิลิไซด (calcium silicide) ซึ่งมีแคลเซียม 30 – 35% และเฟอโรซิลิคอน(ferro-silicon) ซึ่งมี Si อยู 50 – 75% ที่ใชกันแพรหลายที่สุด

157

ประเภ ท

ตารางที่ 8.1 สวนผสมทางเคมีของสารพิเศษ (inoculants) สวนผสม (%) Si Ca In Cr C สารพิเศษ สัญลักษณ เมดัลลิค ซิลิคอน 50 S เฟอรโร ซิลิคอน 75 S

ทําให เกิด กรา ไฟท

เฟอรโร ซิลิคอน คารบอน(เศษอีเลคโทรด) แคลเซียมซิลิไซด คารโบรันดัม ซิลิโด-โครเมียม ซิลิโด-โมลินดีนัม

Si Fe-Si50%

>98 50

Fe 50 Fe2520

Fe-Si75% 75-80 C Ca-Si Si-C Si-Cr Si-Mo

Other elem ents

90-100 60-65 30-35 45-56 30 30

วัสดุ รวม หลาย อยาง ซิลิโด-แมงกานีส-โครเมี่ยม Si-Mn-Cr 17-19

28-46 50 Mo 60 8-11

(C) วิธีการใสสารพิเศษ วิธีที่งายที่สุดและไดผลที่สุดคือ การโรยสารพิเศษลงบนน้ําโลหะ ขณะที่ไหลจากปากเตาหรือเมือ่ ไหลจากเตาพัก (forehearth) เขาเบา บางครั้งก็จะใสสารพิเศษไวที่กน เบา แลวเทน้ําโลหะทับลงไปแลวจึง กวนใหผสมกัน ผลที่จะไดจากการใสสารพิเศษจะลดลง ถาทิ้งไวนานหลังจากผสมแลวดังแสดงในรูป 138 ดังนั้นจึงมีการใชแทงสารพิเศษติดอยูท ี่ปากเทของเบา ดังแสดงในรูป 139 ปริมาณสารพิเศษที่ใชอยู ในราว 0.1-0.3% ของน้ําโลหะ อุณหภูมิขณะใสสารพิเศษควรสูงที่สุดเทาที่จะทําได ถาอุณหภูมิต่ํากวา 1,400°Cการใสสารพิเศษมักจะใหผลนอย

158

(2) การเติมโลหะผสม บางครั้งมีการเติม Ni,Cr,Mo ฯลฯ ลงไปในน้ําโลหะบางกอนทีจ่ ะเท ทั้งนี้เพื่อปรับปรุง คุณสมบัติทางกล ความทนตอความรอน ความทนตอการกัดกรอนความทนตอการสึกหรอ หรือ คุณสมบัติอื่น ในการเติมดังกลาวนี้อาจใช 20% Fe-Ni,60% Fe-Cr เศษลวดทองแดง 60% Fe-Mo หรือโลหะ ผสมอื่น (3) การกระทําเพื่อลดซัลเฟอร (กํามะถัน) ซัลเฟอรโดยเฉพาะอยางยิ่งเมื่อมีปริมาณต่ํากวา 0.1% จะไมสูมีผลเสียตอคุณสมบัติของเหล็กหลอ แตในกรณีที่ตอ งการทําเหล็กหลอกราไฟทกลม (spheroidal graphite cast iron) จําเปนตองลดปริมาณ ซัลเฟอรใหต่ํากวา 0.01-0.02% กอนที่จะลงมือทําการใหกราไฟทมีรูปกลม ที่จําเปนเพราะโลหะผสม แมกนีเซียมราคาแพง ซึ่งใชในการทํากราไฟทใหกลมจะไปทําปฏิกิรยิ ากับซัลเฟอรเสียมาก กอนที่ไดไปทํา หนาที่ทํากราไฟทใหกลม ในการลดซัลเฟอรมักใชแคลเซียมคารไบด (Ca C2) กัน 8.2 การเทเหล็กหลอ 8.2.1 เบาเท ใชเบารับน้ําเหล็กจากเตากอนเทเขาแบบ มีเบาเทชนิดตาง ๆ เชนเบาที่มีแขนใชในการยกและการเท เบาที่มีคันโยก (ขนาด 10 – 2,000 kg)เบาที่ใชเฟองในการทําใหเอียงขณะที่เท เบาที่เทจากขางใตพรอมจุก (ขนาด 200 – 10,000 kg) ฯลฯ เบานั้นมีทงั้ ทรงกรวยและทรงกระบอก เบาชนิดปากเหมือนกาน้ําชาและชนิด และบุ เทจากขางใตสามารถกันไมใหขี้ตะกรันปนเขาไปกับน้ําเหล็กเบาเหลานี้ทําดวยแผนเหล็กเหนียว ภายในดวยวัสดุทนไฟ เชน อิฐทนไฟวัสดุทนไฟสําหรับเบาขนาดต่ํากวา 500 kg ทําจากทรายซิลิกา ดินทนไฟ และเศษอิฐทนไฟ อัตราสวนผสมประมาณ 1.2 :1.2 :1 นวดใหเขากันดวยมือ เติมน้ํา 10 – 15% แลวจึงใชบุ เบาที่บุแลวตองใชเตาฟูแกสหรือเตาฟูน้ํามันทําใหแหงใชเวลา ½ - 1 ชั่วโมง มักใชราวเดีย่ วและกวานไฟฟา ในการยกและเคลื่อนที่เบารูป 140 แสดงเบาทรงกรวยทีใ่ ชเฟองและพวงมาลัยหมุน 8.2.2 การระมัดระวังในการเท (1) การทําใหเบาแหง ถาเบาไมแหงสนิทจะทําใหอุณหภูมิของน้าํ เหล็กลดลง เกิดปฏิกิรยิ าระหวางน้ําเหล็กกับออกซิเจน และเกิดจุดเสีย เชน รูพรุน (blow hole,pin hole) ฯลฯ

159

(2) การเอาขี้ตะกรันออก จะตองเอาขี้ตะกรันบนน้ําโลหะออกกอนการเท ขี้ตะกรันเกิดจากการเติมสารเคมีหรือการที่ผิวเตาสึก กรอน (erosion) เพื่อความสะดวกในการเอาขี้ตะกรันออก ใชขี้เถาของฟางหรือแปงแกว (obsidian flour) โปรยทั่วผิวหนาของน้ําโลหะ การที่ปดผิวหนานี้ชว ยไมใหอุณหภูมิตกดวย (3) อุณหภูมิเท อุณหภูมิเทมีผลกระทบกระเทือนตอคุณสมบัติของชิ้นงานหลอเปนอยางมากถาอุณหภูมิเทต่ําไป น้าํ โลหะจะแข็งเร็ว จะไหลไมดี และทําใหเกิดจุดเสีย เชนรูโหวที่เกิดจากการหด รูพรุน และน้ําโลหะไมเขา (misrun) ฯลฯ (4) เวลาที่ใชในการเท จะตองเทโดยไมกระฉอกและเทใหเสร็จโดยเร็ว แองรับน้ําเหล็ก(pouring basin) ตองเต็มอยูเสมอ ขณะเทควรคํานวณเวลาที่ควรใชในการเท โดยคํานึงถึงน้าํ หนัก ความหนาของชิ้นงาน ตลอดจนลักษณะของ แบบ ฯลฯ 8.2.3 การเทโดยอัตโนมัติ สภาพการทํางานในขณะเทเปนสภาพที่ไมเหมาะสําหรับคนทํางาน เพราะรอนและมีฝุนและควัน และการเรงความเร็วในการเท ในระยะหลัง ๆ นี้ทําใหการเทโดยใชแรงคนเปนไปไดโดยยาก ดังนั้นการเท โดยอัตโนมัตจิ ึงเปนที่นยิ มใชกันในการหลอที่ใชแบบโลหะ และโลหะที่ใชหลอมีจุดหลอมเหลวต่ํา แต สําหรับเหล็กหลอใชกันไมมากเทา เพราะอุณหภูมหิ ลอมเหลวสูง สําหรับเหล็กหลอใชวิธีเทโดยอัตโนมัติ 4 วิธีตอไปนี้ (1) ชนิดจุกอุด ใชเตาเหนี่ยวนําความถี่ต่ําชนิดของเปนเบาเท ที่กนเบามีจุกซึ่งปดเปดโดยใชความดันจากน้ํามันใน กระบอก เตาทั้งอันจะเคลื่อนที่ไปกับแบบหลอตามรางซึ่งขนานกับรางของแบบหลอ เมื่อเทจนเต็มแลวแสง อินฟราเรดจากน้ําโลหะที่รลู น (ดูรูป 141) จะสงสัญญาณไปที่โฟโตเซล ทําใหเกิดกระแสไฟฟามีแอมปลิไฟ เออรขยายพลังงานไฟฟานี้แลวใชในการปดจุก (2) ชนิดเบาเอียง ใชเบาซึ่งตามปกติใชคนเท แตเปลี่ยนแปลงทําเปนรองเทอัตโนมัติมีทั้งชนิดเดียวและชนิดชุด ซึ่ง ประกอบดวยเตาพักน้ําโลหะ และเบาอีกหลายเบารูป 142 แสดงเตาชุดทําการเทโดยอัตโนมัติ โดยเอียงเบา เมื่อถึงแบบหลอ ในการรับน้าํ โลหะเบาจะเคลื่อนที่ไปยังเตาพักน้ําโลหะซึ่งมีจุก จะเปดจุกปลอยน้าํ โลหะเปน ระยะ โดยการปดเปดจุกอยางอัตโนมัติ ปริมาณน้ําเหล็กที่เบารับไวจะถูกกําหนดโดยอัตโนมัติ โดยเครื่องชั่ง ซึ่งติดอยูกับเบา เตาพักน้ําโลหะมีขนาด 2-3 ตันและมักมีเบาเท 2-3 อัน เครื่องเทอัตโนมัตินี้ใชไดกบั เครื่องทํา แบบหลอความเร็วสูง ชนิดที่ใชเวลาในการทําแบบหลอเพียง 12 วินาที

160

(3) ชนิดความดัน ตามวิธีนี้น้ําเหล็กในเตาพัก (holding furnace) จะถูกดันออกทางปากเทโดยใชอากาศอัด รูป 143 แสดงเครื่องชนิดนี้ มีเตาเหนี่ยวนําความถีต่ ่ําชนิดชอง (channel ) ซึ่งมีปากรับน้ําเหล็ก ปากเท และระบบสง อากาศอัด รูปนี้แสดงการเทโดยที่เตาพักไดรับน้ําเหล็กจากอุปกรณขนสงน้ําเหล็กอัตโนมัติ (4) ชนิดสูบแมเหล็ก-ไฟฟา สูบแมเหล็ก-ไฟฟา คือสูบที่ใหแรงดันแกน้ําเหล็ก โดยใชปฏิกิริยาแมเหล็ก-ไฟฟาระหวาง สนามแมเหล็กเคลื่อนที่ และกระแสที่เกิดจากการเหนีย่ วนําในน้ําเหล็ก น้ําเหล็กจะถูกยกขึ้นตามปากเทซึ่ง ลาดขึ้น และจะไหลเขาแบบทางรูของปากเท เครื่องเทแบบนี้ประกอบดวยอางรับน้ําโลหะ(pouring basin) สูบแมเหล็ก-ไฟฟาและปากเท (tapping spout) เครื่องนี้จะทําตามสัญญาณบังคับอยางรวดเร็ว สามารถบังคับ ไดจากระยะไกล และเหมาะสําหรับการทํางานอัตโนมัติเพราะการบังคับการเท คือการขนสงน้ําเหล็กและการ หยุดเทนั้นบังคับโดยใชไฟฟารูป 144 แสดงเครื่องเทอัตโนมัติชนิดสูบแมเหล็ก-ไฟฟา และรูป 145 แสดง เสนทางการไหลของน้ําเหล็ก

161

รูปที่ 131 การตรวจน้ําเหล็กโดยวิธีเย็นเร็วสองวิธี

รูปที่132ผลของคารบอนอิ่มตัวที่มีตอความลึกของรอยเย็นเร็วของลิ่มทดลอง

162

รูปที่ 133 ลักษณะเยื่อหุมผิวบนของน้ําเหล็ก

รูปที่ 134 แผนภูมิแสดงการเย็นตัวของโลหะ

163

รูปที่ 135 ความสัมพันธระหวางจุดที่อุณหภูมิหยุดเปลีย่ นกอนถึงยูเทคติค (PROSUTECTIC THERMAL AARREST TEMPERATURE)และคารบอนเทียบเทา

รูปที่ 136 ความเกี่ยวพันธ (CORRELATION )ของคา CEที่ไดจากการวิเคราะหทางเคมี และ ที่ไดจาก CE meter

164

รูปที่ 137 การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยการใสสารพิเศษ

รูปที่ 138 ผลของการใสสารพิเศษ :การเปลี่ยนแปลงกับระยะเวลาหลังจากการใส

165

รูปที่ 139 ขบวนกรรมใสสารพิเศษในขณะเท

รูปที่ 140 เบาเอียงเทดวยเฟอง (Geared)

รูปที่ 141 เตาหลอมเหนี่ยวนําแบบจุกอุดพรอมดวยอุปกรณการเทอัตโนมัติ

166

รูปที่ 142 อุปกรณการเทน้ําโลหะอัตโนมัตแิ บบเบาเอียง

รูปที่ 143 อุปกรณการเทน้ําโลหะอัตโนมัตแิ บบใชอากาศอัด

รูปที่ 144 อุปกรณการเทน้ําโลหะแบบสูบแมเหล็กไฟฟา

167

รูปที่ 145 การไหลของน้าํ โลหะในอุปกรณเทน้ําโลหะแบบสูบแมเหล็กไฟฟา

168

บทที่ 9 การหลอมละลายและการเทโลหะชนิดตาง ๆ 9.1การหลอมละลายและการเทเหล็กหลอกราไฟทจับกลุมหรือเหล็กหลอเหนียวหรือเหล็กหลอมัลลีเบิล (Malleable Cast Iron) ในตอนนีจ้ ะไดกลาวโดยยอถึงขอควรระวังในการหลอมละลายและการเทเหล็กหลอมัลลีเบิล อาจจะ หลอมละลายเหล็กหลอมัลลีเบิล โดยใชวิธีเตาเดียว วิธีสองเตา(duplex) และวิธีสามเตา (triplex) ในการ หลอมละลายอาจใชคิวโพลาหรือเตาชนิดสะทอนความรอน (reverberatory rnace) เชน blast furnace หรือ open-hearth furnace ตามลําพังแตละอยาง หรือใชหลายอยางรวมกัน เชน ใชคิวโพลาและเตาไฟฟาก็ได การหลอมละลายโดยใชควิ โพลาหรือคิวโพลารวมกับเตาไฟฟาเปนวิธกี ารที่ใชกันมากที่สุดสําหรับหลอม ละลายเหล็กหลอมัลลีเบิลการใชคิวโพลาเปนวิธีที่เร็ว หลอมละลายไดตอเนื่องกัน และราคาอุปกรณก็ถูกแต ในการหลอมละลาย โดยใชคิวโพลาจะตองควบคุมการบรรจุวัสดุและถานโคกอยางใกลชิด เพราะขี้ตะกรัน ที่เกิดขึ้นไมสามารถที่จะชวยลดปริมาณซัลเฟอรในน้ําโลหะไดดังนัน้ วัสดุบรรจุที่สําคัญ ๆ จึงมักเปนเศษ เหล็กเหนียว 30 - 40% และเศษเหล็กหลอมัลลีเบิล สวนผสมทางเคมีของน้ําโลหะที่ไดจากการหลอมละลาย โดยคิวโพลาตามปกติเปนดังนี้ Si : 0.9 - 0.5% Mn: < 0.5% P : < 0.2% S : < 0.25% วิธีการใชสองเตาก็นิยมกันมากในการหลอมน้ําโลหะสําหรับเหล็กหลอมัลลีเบิล ตามวิธีนี้จะเทน้ํา โลหะจากคิวโพลาเขาสูเตาเหนี่ยวนํา ซึง่ มีวัสดุที่ไดหลอมละลายไวแลวเปนปริมาณเล็กนอย การควบคุม สวนผสมและการลดซัลเฟอรก็กระทําที่เตาเหนีย่ วนํานี้ โดยเติมเศษเหล็กเหนียว โลหะผสมเหล็กและฟลักซ การปรับปริมาณคารบอนใหสูงขึ้นนั้น กระทําโดยการเติมถานโคก (ที่เปนสวนเหลือของการกลั่นน้ํามัน pitch coke) ที่มีปริมาณซัลเฟอรต่ํา หรือเติมเศษอีเลคโทรดกอนที่จะเจาะน้ําโลหะมาเทจะตองทําการทดสอบ โดยหลอชิ้นทดสอบขนาด 25 – 150 mmในแบบหลอทราย หลังจากเทแลว 4 นาทีกจ็ ะปลอยใหชนิ้ หนึ่งเย็น ในอากาศและอีกชิ้นหนึ่งเย็นในน้ํา วิธกี ารนี้ใชสําหรับการตรวจโครงสรางหรหือตรวจปริมาณ C และ Si อุณหภูมิของน้าํ เหล็กขณะเจาะมาตรวจเทากับ 1,370 –1,450°C ในการกระทําการหลอนั้น แบบหลอที่ใชทาํ ดวยทรายเปยก ซึ่งเปนทรายสังเคราะหโดยมีเบนโท ไนทผสมน้ําเทากับ 3.5 – 5% เปนตัวประสานการหดตัวของเหล็กหลอมัลลีเบิลนั้นมากกวาของเล็กหลอเทา

169

และเวลาการแข็งตัวก็สั้นกวา ดังนั้นจําเปนตองใชรูลน และรูเทที่มีเสนผาศูนยกลางใหญกวาของเหล็กหลอ เทา หลังจากเทแลวจะตีรูเทและรูลนออกดวยคอน แลวสงชิ้นงานทีส่ ั่นเอาทรายออกแลว ไปตรวจและเขา กระบวนการปรับคุณสมบัติดวยความรอน 9.2 การหลอมละลายและการเทเหล็กเหนียวหลอ (Cast Steel) ในตอนนีจ้ ะไดกลาวโดยยอถึงขอควรระวังในการหลอมละลายและการเทเหล็กเหนียวหลอ 9.2.1 วิธีการหลอมละลาย ที่แลวมาจนถึงปจจุบันยังใชเตา 0pen-hearth กันมากในการหลอมละลายเหล็กเหนียว แตในระยะ หลัง ๆ นี้มีการใชเตาไฟฟากันมากขึ้น เพราะคาใชจายในการหลอมละลายต่ํา การหลอมละลายโดยใชอารค ไฟฟานัน้ แยกออกไดเปนวิธีกรดและวิธดี าง วิธีกรดใชสําหรับหลอมละลายเศษเหล็กชั้นดีและวิธีดางใช สําหรับเศษเหล็กขั้นปกติ เตาไฟฟา Heroult ดังในรูป 146 เปนเตาไฟฟาที่ใชกันมากที่สุดเตานีใ้ ชไฟฟาสลับสามเฟสพลังงาน ความรอนนั้นไดจากการที่ไฟฟากระโดด (arc) จากอีเลคโทรดคารบอนไปยังเหล็กเหนียว ขี้ตะกรันที่เกิดขึน้ จะปดน้ําโลหะและกั้นมิใหน้ําโลหะดูดแกสเขาไปจากบรรยากาศในขณะที่กระทําการใหน้ําโลหะบริสุทธิ์ขึ้น (refining) ในการหลอมเหลวเหล็กเหนียว นอกจากจะตองควบคุมสวนผสมทางเคมีและอุณหภูมแิ ลว ยังตองควบคุมการดูดแกสและปริมาณ และชนิดของวัสดุอโลหะทีแ่ ทรกอยูใ นน้ําโลหะ ในการเอาแกสออกจากน้ําโลหะ วิธีการใสแรเหล็กหรือ เกล็ดเหล็ก (mill scale) ในระยะลดออกซิเจนก็ใชกันมาก แตในระยะหลังมีการใชวธิ ี

170

ตารางที่ 9.1 การหลอมเหล็กเหนียวดวยเตาอารดดาง

หมายเหตุ

ใสออกซิเจน

FeMn FeSi

CaO CaF1

เพิ่มออกซิเจนครั้งที่ 2

ลดออกซิเจน

25

60

FeMn FeSi

AI

116 1630 0.12

1620 0.18

>0.20

>0.18 <0.010 <0..35 2.5-3

0.60

0.22 0.65 <0.025 <0.025

เท

1640 0.30

ปรับสวนผสม

หลอมเหลวเสร็จ

การ เพิ่มออกซิเจนครั้ง หลอม แรก ละลาย เวลา(นาที) 130 15 แรงเคลื่อนไฟ 202 127 ฟา(V) อุณหภูมิ(c) 1535 สวน C 0.35-0.45 ผสม Mn >0.30 เคมี P <0.40 S <0.50 ความเปนดาง 1.5 ขั้นปฏิบัติการ แรงเคลื่อนไฟฟาสูงหลอมเร็ว

ระยะเวลา ทํางาน

CaO

ทดสอบการลดออกซิเจน

CaOore

รอใหเกิดขี้ตะกรันสีขาว

CaO

เพิ่มอุณหภูมิเอาขี้ตะกรันออก 80%ตรวจสวนผสมและ อุณหภูมิกอนที่จะเปาออกซิเจน เขาไป เพิ่มความบริสุทธิ์โดยการ เลือกเอาขี้ตะกรันออก 90%

สารที่ใชเติม

1.วัสดุที่ใสเขาเตาตองแหงสนิท ชวงเวลาที่บรรจุและการคุยเขี่ยตองเพียงพอหลังจากบรรจุเขาเตาแลว 2.ตองเปาออกซิเจนเขาไปในอุณหภูมิเหนือ 1958°C และการเปาออกซิเจนนี้จะตองหยุดกอนที่คารบอนลดลงถึง0.15%มุมการ ทํางานของทอเปาแกส 30°และความลึกเทากับ 5 CM ใตพื้นผิวโลหะเหลว

ออกซิเจนกันมากขึ้น ขอไดเปรียบของวิธีออกซิเจนมีดังนี้ 1) คาหลอมเหลวต่ํา 2) เพิ่มอุณหภูมิน้ําโลหะไดงา ย 3) คุณภาพดีขนึ้ จากการที่เอาแกสออก 4) ทําเหล็กเหนียวคารบอนต่ําไดสะดวก

171

เมื่อเทียบกับวิธีหลอมละลายปกติที่ใชแรเหล็กแลว วิธีใหมนี้จะสามารถทําน้ําเหล็กที่ทาํ ใหเกิดรูพรุน (pin hole) นอยลง การหดตัวนอยลง การฉีกเนื่องจากความรอน (hot tear)นอยลง นอกจากนั้นโลหะผสมที่ ใสเขาไปจะคงอยูในน้ําเหล็กไดมากกวาและอัตราการลดคารบอนเปนสิบเทาของวิธีธรรมดา วิธีที่ใชแรเหล็กประกอบดวยระยะเพิ่ม 02 2 ระยะ และระยะลด 02 1ระยะ ในการเพิ่ม 02 ครั้งแรก ฟอสฟอรัส แมงกานีส-ซิลิคอน และคารบอนจะทําปฏิกริ ิยากับ 02 ที่อุณหภูมิคอนขางต่ํา ออกไซดที่เกิดขึน้ ยกเวน CO จะลอยขึ้นสูผิวบนของน้ําโลหะในสภาพของฟองแกส ซึ่งจะกลืนตัวเขาไปกับขี้ตะกรันหลังจาก เอาขี้ตะกรันออกแลวก็จะถึงการเพิ่ม 02 ครั้งที่สอง ในตอนนี้จะตองเพิม่ อุณหภูมิ การเพิ่มความบริสุทธิ์และ การเอาแกสออก เกิดจากการลอยตัวสูผิวบนของฟองแกส เมื่อสิ้นสุดการเพิ่ม 02 ตอนที่สองแลว การเกิดฟอง จะสงบลงแลวเอาขี้ตะกรันออกอีกครั้งหนึง่ ตอนตอไปคือตอนลด 02 ในตอนนี้ 02 จะถูกดึงออกจากน้ําโลหะ โดยใช Fe-Mn และFe-Si ตามปกติปริมาณการเติม Fe-Mnจะอยูในราว 0.21%และสิ้นสุดการลด 02 โดยการ เติม Fe-Si เปนปริมาณ 0.5% หลังจากที่ไดปรับสวนผสมและตรวจการลด 02 แลวก็พรอมที่จะเจาะน้ําโลหะ ไปใช สําหรับการหลอมละลายเหล็กเหนียวโดยใชออกซิเจนนัน้ การปลอยฟองแกสผานน้ําโลหะจะทําให เกิดผลเปนอยางมากในดานทําใหบริสุทธิ์ ดังนั้นการหลอมละลายวิธีนี้จะทําใหชิ้นงานหลอที่มีคุณภาพ แนนอนไมเปลี่ยนแปลง โดยวิธกี ารปฏิบัติก็เปนวิธีงาย ๆ แตในวิธีนี้จะตองควบคุมระยะเวลาการฉีด 02 ปริมาณและความดันของ 02 และปริมาณการเกิดปฏิกิริยากับ 02 อยางใกลชิดวิธีการหลอมละลายโดยใช ออกซิเจน มีแสดงอยูในตาราง 9.1 ขอกําหนดสําหรับวิธีการหลอมละลายโดยใชออกซิเจนมีดังนี้ เสนผาศูนยกลางของทอฉีดออกซิเจนทําดวยทองแดง 20-40mm ความยาวของทอฉีด 5-8 m มุมของทอฉีด 20-30°C ความลึกของทอฉีด ประมาณ 100 mm ไดขตี้ ะกรัน ความดันในการฉีด 5–10kg/cm2 ความเร็วในการฉีด 200-600m/sec อัตราการฉีดโดยปริมาตร 0.5–1.0 m3/min เวลาในการฉีด 2-3 min ปริมาตรการฉีด 2-3m3 อัตราการลดคารบอน 0.06-0.08%C/min รูป 147 แสดงมิติมาตรฐานของเตาไฟฟา Heroult แบบดางกนเตากรุดวยอิฐทนไฟชั้นหนึ่งกอน แลว ตามดวยอิฐ chamotte หรืออิฐ magnesia แลวประสานและปดอิฐเหลานี้ดวยสวนผสมของแมกนีเซียมชนิด เม็ด 70-75% และแปงแมกนีเซียม 25 – 30%และมีนา้ํ มันดินแหง (anhydrous tar)12 % การฉาบนี้แบง

172

ออกเปนสองชั้น ชั้นแรกหนาประมาณ 30 mm เมื่อแตงใหเรียบแลว ตามดวยชัน้ ที่สอง ผนังและฝาทําดวยอิฐ ซิลิกา 9.2.2 วิธีการเท น้ําเหล็กเหนียวที่ออกมาจากเตาหลอมละลายจะเขาไปพักในเบาแลว จึงถูกเทจากเบาเขาแบบหลอ เบามักมีหนาตัดเปนทรงกลม เสนผาศูนยกลางกับความลึกของเบาเกือบเทากัน สําหรับชิ้นงานหลอใหญ ๆ จะใชเบาชนิดมีจุก ดังแสดงในรูป 148 สําหรับชิ้นงานหลอเล็ก ๆ มักใชเบาชนิดเอียงเท เบากรุดวยอิฐ chamotte หรืออิฐทนไฟ agalmatolite ซึ่งมีการปลอยซึม(porosity) ต่ํามีการหดตัวนอยและความสม่ําเสมอ (homogeneity)สูง ชองปลอยน้ําเหล็กและจุกมักทําดวยอิฐคารบอน นอกจากในบางกรณีก็ทําดวยอิฐ chamotte หรือ agalmatolite ชองปลอยน้ําเหล็กจะตองยาวพอทีจ่ ะทําใหน้ําเหล็กลงสูเบาโดยไมกระเด็น จะตองทําใหเบาแหงสนิท โดยใชเตาฟูน้ํามันกอนใชรับน้ําเหล็ก ในการเทจะตองใชความระมัดระวังในดานอุณหภูมิเท ความเร็วในการเทและวิธีการเทดังนี้ อุณหภูมิ เทขึ้นกับปริมาณคารบอนในน้ําเหล็ก ดังแสดงในรูป 149 ในดานความเร็วในการเทนั้นจะตองเทชา ๆ เพื่อมิ ใหเกิดจุดเสีย เชนรอยราว แตถาเทชาเกินไปจะเสียความสามารถในการไหล มีแกสติดเขาไปกับน้ําเหล็ก เกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ และทําใหผิวไมเรียบ จะตองกําหนดความเร็วในการเทที่เหมาะสม โดย คํานึงถึงชนิดของน้ําเหล็ก ขนาดของชิ้นงานหลอและแบบหลอ วิธีการเทแบงออกไดหยาบ ๆ เปนการเทจากดานบนและการเทจากดานลาง สําหรับการเทจาก ดานลาง ความเร็วของน้ําเหล็กจะต่ํา และน้ําเหล็กจะไมกระเด็น ถาเทจากสวนบนความเร็วจะสูง ทําใหผิว หยาบ เนื่องจากการกระเด็น ดังนั้นในกรณีที่เทจากดานบน อัตราการเทในตอนตนควรจะต่ํา แลวจึงคอย ๆ เร็วขึ้น จะตองระวังไมใหชองปลอยน้ําเหล็กแตะแบบหลอ นอกจากนั้นตองไมใหเกิดการกระเด็นของน้ํา เหล็ก และตองจัดชองปลอยน้ําเหล็กใหอยูใ นแนวตั้ง เพือ่ กันมิใหน้ําเหล็กวิ่งเขาสูแบบหลอเปนมุมเอียง 9.2.3 การทดสอบในการหลอ 9.2.3.1 การวัดอุณหภูมิ (1) เครื่องวัดอุณหภูมิชนิดจุม วิธีนี้วดั อุณหภูมิของน้ําโลหะโดยตรงคือ โดยการจุมเทอรโมคับเปล(platinum-platinum rhodium ซึ่งมีทอควอทซหรือ recrystallizaed aluminum หุมอยูลงในน้ําโลหะ เมื่อไมนานมานี้มีการใชปลายจุมชนิด เปลี่ยนไดหุมดวยกระดาษ

173

(2) การใชทอนเหล็กเหนียววัดอุณหภูมิ วิธีนี้ใชวัดอุณหภูมิน้ําเหล็กในเตาเหนี่ยวนําความถี่สูง โดยใชลวดเหล็กเหนียวออน (mild steel) ขนาดเสนผาศูนยกลาง 4-6mmและนาฬิกาจับเวลา จุมลวดนี้ลงในน้ําเหล็ก แลวจับเวลาที่ใชในการทําใหลวด ละลาย เวลาทีว่ ัดไดจะเทียบเปนอุณหภูมิได ในกรณีเตาอารคหรือเตา open hearth ใชทอนเหนียวออนขนาดเสนผาศูนยกลาง 12.5mm ยาว 3 m ทอนนี้จะถูกลากไปกลับ 5 ครั้ง ระหวางจุดสองจุดซึ่งหางกัน 40 cm ในอัตราความเร็วไปกลับหนึ่งครั้งตอ หนึ่งวินาทีปริมาณเหล็กทีห่ มดไปจากปลาย (นับเฉพาะชวง 20 mm จากปลาย)จะเทียบเปนอุณหภูมิได โดย ใชตารางเทียบ (3) การใชแบบหลอทรายหรือชอนวัดอุณหภูมิ ในวิธีจะใสน้ําเหล็กลงในแบบหลอทรายหรือในชอนตัก ตัวอยางที่มีขนาดตามที่กําหนดไว แลววัด เวลาจากเมื่อเริ่มใสน้ําเหล็ก จนถึงขณะเกิดเยื่อออกไซดโดยใชนาฬิกาจับเวลา เวลานีจ้ ะเทียบเปนอุณหภูมิได (4) วิธีอื่น มีการใชเครื่องวัดอุณหภูมิ โดยใชสายตาเทียบแสง (optical pyrometer) และเครื่องที่วดั การ แผรังสี (radiation pyrometer) 9.2.3.2 การทดสอบขี้ตะกรัน (1) ทดสอบโดยเทียบสี เมื่อเทียบสีของตัวอยางขี้ตะกรันกับตัวอยางขี้ตะกรันมาตรฐานที่รูสวนผสมอยูแลว จะทําใหคะเน ความเปนดาง ปริมาณเหล็กที่ทําปฏิกริ ิยากับออกซิเจน(oxidizediron) และแมงกานีสที่ทําปฏิกิรยิ ากับ ออกซิเจน (oxidized manganese) ได (2) ทดสอบโดยสังเกตรูปรางลักษณะของชิ้นทดสอบ ใสน้ําเหล็กลงในเบาเล็ก ๆ แลวเทลงในแบบหลอสําหรับเหล็กเหนียวขนาดเสนผาศูนยกลาง 115mm และลึก 20 mm หลังจากแข็งตัวแลว เมื่อสังเกตลักษณะสี ลักษณะโครงสรางฟองที่ผิว และเมื่อแกะผิว ตรงหนาออกดู จะคะเนความเปนดางและความสามารถในการทําปฏิกริ ิยากับออกซิเจนได (3) การทดสอบผลการลดออกซิเจน หลังจากไดกวนน้ําเหล็กปนกับขี้ตะกรันในเบาแลว กคอ ย ๆ เทน้ําเหล็กเหนียวลงในแบบหลอที่ทํา ดวยโลหะหรือดวยทราย ในขณะเดียวกันก็สังเกตประกายที่เกิดขึ้น เพื่อทราบอุณหภูมิน้ําเหล็ก เมือ่ เริ่มแข็งตัว ก็ตรวจผิวและตรวจสวนทีเ่ กิดขึ้นหลังจากกระเทาะผิวบนออกแลว ถาความเร็วในการหดตัวของสวนผิวบน ของชิ้นงานหลอมีมาก และสวนที่ถูกกระเทาะหนาออกแลวไมปูดกลับขึ้นมาเปนรูปเดิมก็แสดงวาไดมีการลด ออกซิเจเพียงพอแลว ถาปูดกลับขึ้นมาก็แสดงวา การลดออกซิเจนยังไมเพียงพอ

174

(4) การทดสอบหาปริมาณฟอสฟอรัสและออกไซดของเหล็ก วิธีทดสอบ (Red Shortness Test) นี้ เปนวิธีที่ใชหาปริมาณฟอสฟอรัสและออกไซดของเหล็กได โดยสะดวก วิธีนี้ขึ้นอยูกับคุณสมบัติของฟอสฟอรัสที่ทําใหเหล็กเหนียวเปราะ และของออกไซดของเหล็กที่ ทําใหเกิดการราวที่เขตเม็ดผลึกนําชิ้นทดสอบที่ไดเจาะและดี (forged) ไวแลว มาตีตอ ใหความหนาต่ํากวา 2 mm และสังเกตรอยราวที่เกิดขึ้น เสร็จแลวเปรียบเทียบกับชิ้นทดสอบมาตรฐาน 9.3 การหลอมละลายและการเทโลหะผสมที่มีทองแดงเปนสวนผสมหลัก ในตอนนีจ้ ะไดกลาวโดยยอถึงขอควรระวังในเรื่องการหลอมละลายและการเทโลหะที่มีทองแดง เปนสวนผสมหลัก 9.3.1 การหลอมละลายโลหะผสมทองเหลือง ใชเตาเบา (crucible furnace) เตาอารคและเตาเหนี่ยวนําความถี่ต่ํา ในการหลอมละลายทองเหลือง วิธีการหลอมละลายมีดังนี้ ใสโลหะผสมซึ่งมีทองแดงเปนสวนผสมหลัก และเศษโลหะที่ผานการหลอมาแลว ลงในเตาตามสัดสวนที่ตองการ แลวหลอมละลายโดยมีผงถานไมคลุมผิวบน เพื่อลดการสูญเสียสังกะสี เนื่องจากการทําปฏิกิริยากับออกซิเจนใหเหลือนอยที่สุด เมื่อละลายแลวเติมสวนผสม เชน สังกะสี ดีบุกหรือ ตะกัว่ ลงไป แลวกวนดวยทอนคารบอน ถาอุณหภูมนิ ้ําโลหะสูงเกินไปจะเกิดการสูญเสียของสังกะสีโดยการระเหยเปนอยางมาก แตถา อุณหภูมิต่ําเกินไป จะไมมีการไลแกสออกมากพอ อุณหภูมมิ าตรฐานของน้ําโลหะสําหรับโลหะผสม ทองเหลืองมีดงั นี้ 85%Cu - 15%Zn 1,150 - 1,200°C 70%Cu - 30%Zn 1,080 - 1,130°C 60%Cu - 40%Zn 1,030 - 1,080°C 9.3.2 การหลอมละลายโลหะผสมทองเหลืองทนแรงดึงไดสูง ใชเตาเบาหรือเตาสะทอนความรอนซึ่งใชนา้ํ มันดิบหรือถานหินเปนเชื้อเพลิงใสสวนผสม เชน Cu,Mn,CuFe,Mn,Cu-Niและโลหะผสมที่มีทองแดงเปนสวนผสมหลัก ลงในเตาในอัตราสวนที่ไดคํานวณไว หลังจาก ละลายแลว คลุมน้ําโลหะดวยผงถานไม แลวเพิ่มความรอนใหอณ ุ หภูมิสูงกวาอุณหภูมิเท 50-100°Cอุณหภูมิ เทที่เหมาะสมมีดังนี้

175

บางกวา 12 mm 1,030-1,050°C 12-25mm 1,000-1,030°C หนากวา 25mm แตบางกวา 35mm 980-1,000°C 9.3.3 การหลอมละลายโลหะผสมบรอนซ ใชเตาเบากันมากที่สุดในการหลอมละลายโลหะผสมบรอนซ แตใชเตาสะทอนความรอนสําหรับ การผลิตปริมาณมาก จุดสําคัญที่สุดในการหลอมละลายคือการจํากัดการดูด H2 เขาไวในน้ําโลหะใหมีนอย ที่สุด เพราะถามีมากจะทําใหเกิดจุดเสีย เชน รูพรุน (blow holes) รูแกส และรูเข็ม (pin holes)ดวย จุดประสงคดังกลาวจะตองกระทําตามวิธีการตอไปนี้ ตองเก็บเบาคารบอนที่ใชหลอมละลายไวในบรรยากาศ ที่แหง เชน เตาอบแหง และกอนใชหลอมละลายจะตองอบแหงเปนเวลาประมาณ 3 ชั่วโมง ที่อณ ุ หภูมิเหนือ 100°C ใสความรอนเขาเตาตอเนื่องกันจนเบาเปนสีแดง แลวใสทองแดง (เพียงเล็กนอย) เขาเตากอน หลังจาก ละลายแลวจึงใสโลหะที่เหลือ ถาใชทองแดงทําสายไฟ (electric copper) จะตองไลแกสโดยใหความรอนแกนา้ํ โลหะ ทั้งนี้เพราะมี แกส H2อยูมาก เพื่อกันมิใหน้ําโลหะดูด H2 มาจากบรรยากาศ ควรใหบรรยากาศในเตาเปนบรรยากาศหนักไป ทางออกซิเจน (oxidizing atmosphere) ถึงขนาดที่น้ําโลหะจะทําปฏิกริ ิยากับออกซิเจนบางเล็กนอย หลังจากละลายแลว เติมคอปเปอรออกไซด ประมาณ 0.2%แมงกานีสไดออกไซด ประมาณ 0.3% หรือโปรแตสเซียมเปอรแมงกาเนต ประมาณ 0.1%เพื่อลดปริมาณไฮโดรเจน หลังจากนั้น 5-10 นาที จึงเติม สวนผสม เชน ดีบุก สังกะสี ตะกัว่ และในระหวางนั้นก็สงความรอนใหน้ําโลหะอยูโ ดยตลอด กอนจะนําน้ํา โลหะไปใชควรเติม phosphor-copper (มีฟอสเฟอร 15%)แลวกวนเพือ่ ลดออกซิเจน ปริมาณของ phosphorcopper ขึ้นอยูก ับตัวเติมออกซิเจน(oxidizer) ที่ใสเขาไปเพื่อลดไฮโดรเจน อุณหภูมิเทขึ้นอยูกับรูปรางและขนาดของชิน้ งานหลอ อุณหภูมิมาตรฐานมีดังนี้ อุณหภูมิการหลอมละลาย (°C) อุณหภูมิเท(°C) 88Cu-8Sn-4Zn 1,250-1,300 1,150-1,200 88Cu-10Sn-2Zn 1,250-1,300 1,150-1,200 85Cu-5Sn-5Pb-5Zn 1,150-1,200 1,050-1,100 เมื่อชิ้นงานโลหะผสมบรอนซแข็งตัว ผลึกรูปกิ่งไม (dentrite) จะขยายอยางรวดเร็ว จากผิวเขาสู ภายในและสิ่งไมบริสุทธิ์และแกสจะไปรวมอยูระหวางผลึกรูปกิ่งไม ซึ่งเปนตําแหนงที่มีจุดหลอมละลายต่ํา การแบงแยก(micro segregation) นี้ ทําใหเกิดจุดเสีย เชน ถาชิ้นงานหลอเปนภาชนะใสน้ําน้ําอาจรั่ว ถามี ความดันในการเอาแกสที่ทําใหเกิดจุดเสียออกไป อาจลดความดันในเตาเพื่อดังแกสออก หรืออาจปลอยแกส เฉื่อยผานน้ําโลหะ เพื่อดึงแกสออก ทัง้ นี้นอกเหนือจากลดปริมาณ H2โดยการเติมแมงกานีสไดออกไซด (ออกซิเดชัน)และการเติมฟอสเฟอร- คอปเปอร (ดีออกซิเดชัน) ดังที่ไดกลาวไวขางตน

176

9.3.4 การหลอมละลายฟอสเฟอรบรอนซ ใชเตาน้ํามัน เตาอารค และใชกันมากคือ เตาเบา (รูป 150) ใสโลหะที่มีทองแดงเปนสวนผสมหลัก และเศษโลหะหลอ แลวเขาในเตา หลังจากที่ไดทําใหรอนขั้นตน (preheat) แลวถามี H2 อยูในหรือถูกดูดเขา ไปในน้ําโลหะมาก ควรใสออกซิไดเซอร เชน แมงกานีสที่ผานการลดออกซิเจนแลวประมาณ 0.1-0.5%เขา ไปกับโลหะขณะบรรจุเขาเตา หลังจากละลายแลวก็กระทําการดีออกไดซขั้นตน โดยเติมฟอสเฟอรคอปเปอร แลวจึงเติมดีบกุ และดีออกซิไดซตอไป โดยการใสฟอสเฟอร- คอปเปอรเขาไปอีก แลวจึงเจาะน้ําโลหะไปใช หลังจากที่ไดผสมใหเขาเนื้อแลว ซึ่งใชเวลา 2-3 นาที อุณหภูมิหลอมละลายที่เพียงพอเทากับ 1,500 – 1,200°C สําหรับฟอสเฟอรบรอนซที่มี 9-12%Sn และ1,050 – 1,100°C สําหรับที่มี 12 – 15%Sn 9.3.5 การหลอมละลายอลูมินัมบรอนซ ใช Cu-Al (50%Al), Cu-Fe (10%Fe), Fe-Ni (25%Ni), Mn-Cu (10-30%Mn) และCu-Ni (50% Ni) เปนโลหะหลักในการหลออะลูมินัมบรอนซ ใสโลหะเขาเตากอนแลวจึงใสทองแดง เทน้ําโลหะที่ไดลงใน แบบทําแทง (ingot) นําแทงโลหะนี้ไปผสมกับเศษโลหะหลอแลว แลวหลอมละลายอีกครั้งหนึ่ง เมื่อหลอม ละลายแลว น้ําโลหะจะดูด H2เขาไปไดเพียงเล็กนอย เพราะมีอะลูมินัมที่ทําปฏิกิริยากับออกซิเจนเปนเยื่อคลุม แตถาดูด H2เขาไปแลวจะเอาออกยาก ดังนัน้ จึงไมควรใหอุณหภูมิเกินอุณหภูมิจุดละลาย(supherheat)และควร ใชฟลักซ (flux) ที่ผานการทําแหง เชน เกลือและโบแรกซ(borax) อุณหภูมิเทที่สงู เทากับ 1,220°C สําหรับชิ้นงานหลอทีบ่ าง 1,150°C สําหรับที่หนาปานกลางและ 1,100°Cสําหรับที่หนา น้ําโลหะอะลูมนิ ัมบรอนซมี Alประมาณ 10%และมักจะทําใหมขี ี้ตะกรัน นอกจากนั้น ยังมีชวงอุณหภูมินั้นยังมีชวงอุณหภูมิแข็งตัวที่แคบทําใหหดตัวมาก ดังนั้นจึงจําเปนที่จะกันมิใหขี้ตะกรันเขา แบบโดยเทจากกนเบา 9.4 การหลอมละลายโลหะผสมอะลูมินัม ในตอนนีจ้ ะไดกลาวถึงขอควรระวังตาง ๆ ในการหลอมละลายโลหะผสมอะลูมนิ ั่ม ใชเตาเบา เหล็กหลอ (cast iron crucible furnace)เตาเบา(crucible furnace)และเบาสะทอนความรอน ในการหลอม ละลายโลหะผสมอะลูมินั่ม เฉพาะสําหรับหลอมละลาย Al-7Si-3Mg และโลหะผสม Al-Mgใหใชเบา คารบอน เพราะถาเหล็กติดเขามาในน้ําโลหะจะทําใหคณ ุ สมบัติทางกลและความตานทานการกัดกรอนต่ําลง วิธีการหลอมละลายโดยใชเบาเหล็กหลอ และเบาคารบอนมีดังนี้ เริ่มโดยการบรรจุเศษอลูมินั่ม แลว จึงใสอลูมินั่มใหมและโลหะที่เปนสวนผสมหลักแมกนีเซียมนั้นจะตองกักไวที่กนเตา โดยใชเครือ่ งมือเชนที่ ใชในการเพิ่มฟอสเฟอรัส Phofphoriserแลวปลอยใหละลายเพราะถาปลอยลอยแมกนีเซียมจะหมดไปโดย ปฏิกิริยากับออกซิเจน ควรตัดโลหะ เพื่อใหละลายเร็วและลดการสูญเสียที่เกิดจากปฏิกิรยิ ากับออกซิเจนใหนอยที่สุด ออกเปนชิ้นเล็ก ๆ แลวทําใหรอนขั้นแรกเสียกอน เมื่อโลหะในเตาเริ่มละลายก็โปรยฟลักซ (flux) คลุม

177

เพื่อกันมิใหเกิดการทําปฏิกิริยากับออกซิเจน และมิใหน้ําโลหะดูดแกสจากบรรยากาศ และจะตองกวนน้ํา โลหะบอยพอ เพื่อใหโลหะผสมกันสม่ําเสมอ และไมมีการแบงแยก (segregation) ตาราง 9.1 ในตารางชางหลอหลอม เลม 1 หนา 87 แสดงตัวอยางของสวนผสมของฟลักซ การ ใชฟลักซที่ผานการทําใหแหงแลวประมาณ 1-3%จะชวยดึงแกสออก และลดรูพรุน (blow hole and pin hole) และทําใหคุณสมบัติทางกลดีขึ้น หลังจากหลอแลวกระทําดวยความรอน เพื่อขจัดความเคนที่เกิดจากการหลอ และเพื่อกระทําดวยเครื่องกลโรงงานไดสะดวกขึน้ ตลอดจนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล ตารางที่ 9.2 ตัวยา (flux) สําหรับอะลูมินัมผสม เฮกซา เฮกซา แมกนี ตัวอยางของ ฟลูออโรซิลิ ฟลูออโรซิลิ ซิคเอซิด เซียมคลอไรด ซิค เอซิด ผสม แคลเซียม โซเดียม

1.

2.

3.

4.

5.

6.

50 60 60

50 40 40 14 60 83.5

แคลเซียม ฟลูออไรด

โซเดียม คลอไรด

เคเลียมคลอ ไรด

40 5

38 17.5 11

8 17.5

เคเลียม ฟลูออไรด

5.5

178

รูปที่ 146 เตาไฟฟา “HEROULT ”

ความจุ(ตัน) 3 6 8 10 15

a 1900 2450 2700 2900 3350

b 350 380 400 420 460

c 1200 1400 1500 1600 1800

d 500 570 620 650 700

e 2600 3210 3500 3700 4270

f 280 310 330 330 380

g 230 260 280 280 330

h 590 615 735 760 950

i 250 280 300 300 366

รูปที่ 147 มิตมิ าตรฐานของเตาไฟฟา HEROULT ชนิดดาง

j 340 430 470 500 550

k 330 333 335 337 441

n 1060 1510 1710 1870 2200

179

รูปที่ 148 เบาแบบมีจุกอุด

รูปที่ 149 อุณหภูมิแนะนําสําหรับการเท

180

รูปที่ 150 เตาเบาแบบเผาไหมดวยน้ํามันเตา (Heavy oil)

181

บทที่ 10 การกระทําหลังหลอเสร็จและการปรับดวยความรอน เมื่อไดดึงชิ้นงานหลอจากหีบหลอแลว ก็จะตองเอาทรายที่ติดกับชิน้ งานออก ตัดเอารูเท รูวงิ่ รูลน และตัดครีบออก แลวจึงทําความสะอาดผิวชิน้ งานในการกระทําดังกลาว อาจใชเครื่องหรือใชมือ แต ควรใชเครื่องใหมากที่สุด การกระทําตอชิ้นงานหลอหลังหลอเสร็จแลว แบงออกไดเปน 2 ประเภท ประเภท แรก คือ การเอาทรายทําแบบหลอ และทรายไสแบบออกจากชิน้ งานหลอ และประเภทหลัง คือ การ กระเทาะเอาครีบและทรายทีย่ ังเหลือออก 10.1 การแกะชิ้นงานและทรายจากหีบหลอ 10.1.1 การแกะชิ้นงานจากแบบหลอ วิธีการแกะชิ้นงานจากแบบหลอขึ้นกับชนิดของแบบหลอ และวิธีการทําแบบ (1) กรณีที่แบบหลออันลางมีสัน(rib)เสริมความแข็งแรง ในกรณีนี้กอนที่จะแกะชิน้ งานจากหีบหลอหีบลาง จะตองแยกหีบลาง และหีบบนออกจากกัน กอนยกหีบบนขึ้น โดยใชเครื่องยกหรือปนจั่น แตวิธีการจะตางกันสําหรับกรณีที่ชิ้นงานติดขึ้นมากับหีบ บนหรือติดอยูก ับหีบลาง ถาชิ้นงานติดหีบบนขึ้นไปจะสงทั้งหมดไปที่เครื่องสั่นออก ซึ่งจะแยกทราย ใหญออกมาจากชิ้นงาน และแบบบนหลังจากนั้นก็สงชิน้ งานไปยังสายพานสงของที่สั่นได หรือไปที่ เครื่องเอาทรายออก หรือเครื่องอื่นในลักษณะนี้ แลวจะสงหีบบนตามสายพานไปยังสวนทําแบบหลอ ในทํานองคลายกันก็จะสงหีบลางกลับไปยังสวนทําแบบหลอ หลังจากแกะทรายออกแลวถาชิ้นงานติด อยูกับหีบลาง แลวหีบบนถูกยกออกไป ก็ใหยกชิน้ งานหลอออก หลังจากเอาทรายออกแลว ก็สงตอไปยัง ขบวนกรรมตอไป อาจตองเอาชิ้นหลอออกโดยจับแบบลางกลับหัว (2) กรณีที่แบบหลออันลาง ไมมีสันเสริมความแข็งแรง ในกรณีนี้ใชแรงดันหีบบน โดยดันจากขางบน ทั้งนีไ้ มตองแยกหีบบนจากหีบลาง เมื่อดัน เอาชิ้นงานและทรายออกแลว ก็สงตรงไปยังเครื่องสั่นทรายออก (shake-out machine) หรือสายพานสง ของที่สั่นได สําหรับหีบบนและหีบลางใหดําเนินการเหมือนในขอ (1) นอกจากนั้นในการทีใ่ ชแรงดัน ชิ้นงานหลอออกจากหีบก็อาจหักรูเท และรูวิ่งออกไดไปในตัวดวย ดังนั้นวิธีนปี้ ฏิบัติไดงายกวากรณีที่ หีบลางมีสัน และนอกจากนัน้ ยังมีจดุ ไดเปรียบอื่นอีก (3) กรณีที่ไมใชหีบหลอ ในกรณีนี้ไมตอ งมีการเอาหีบหลอออก และไมตอ งกระทําการเกี่ยวกับหีบบนหีบลางดังไดทาํ มาเพียงแตใสชิ้นงานหลอและแบบหลอเขาในเครื่องเอาทรายออก หรือวางลงบนสายพานลําเลียงชนิด สั่น ดังนั้นในกรณีนี้ทํางานงาย

182

10.1.2 เครื่องเอาทรายออกและทําความสะอาดผิวชิ้นงาน (1) เครื่องเขยา (shake-Out Machine) เครื่องนี้เอาทรายออกโดยการเขยา แบบหลอซึ่งวางอยูบนตะแกรงของเครื่องเขยาถูกเขยา การ สั่นสะเทือนจะผานหีบบนและหีบลางไปถึงทรายและชิน้ งานหลอ ทําใหทรายแตกออกและตกลงผาน ตะแกรงสายพานลําเลียงจะรับทรายที่หลนออก และขนออกไป คงเหลือแตชิ้นงานหลออยูบนตะแกรง เครื่องเขยาแบงออกไดตามลักษณะการเขยาเปน 2 ชนิด เครื่องเขยาที่มีแกนหมุนหลายอัน (แกนหมุน 2 อัน 3 อัน) มีกลไกที่ทําใหชนิ้ งานเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กําหนดไวในการเอาทรายออกใชวิธีเขยา ขึ้นลง และสามารถสงชิ้นงาน โดยอัตโนมัติไปยังขบวนกรรม (process) ตอไป สําหรับเครื่องเขยาที่มี แกนหมุนอันเดียวมีแตกลไกที่จะเขยาขึ้นลง ดังนั้นจึงจําเปนตองมีทผี่ ลักใหชิ้นงานเคลื่อนที่ เครื่องเขยา สามารถเอาทรายออกและลําเลียงชิ้นงานหลอโดยอัตโนมัติ นอกจากนัน้ ยังทําใหคนงานไมตองอยูใน บรรยากาศของควัน ฝุนและความรอน เครื่องเขยาใชไดกับชิ้นที่มนี ํา้ หนัก 0.5-30 ตัน เวลาที่ใชในการ เขยาขึ้นกับขนาดของชิ้นงานและวิธีการทําแบบหลอ และในกรณีที่มกี ารลําเลียงจากขบวนกรรมหนึ่งไปยัง อีกขบวนกรรมหนึ่ง โดยอัตโนมัติจะตองเลือกเครือ่ งสั่นที่ทํางานไดเร็วพอ แตโดยทัว่ ไปใชเวลา ประมาณ 30-60 วินาที (2) เครื่องทลวงไสแบบ(Core Knock- Out Machine) หลังจากที่ชิ้นงานหลอผานการเขยาเอาทรายออกแลวก็ถูกปลอยใหเย็นแลวจึงเอาไสแบบออก รูป 151 แสดงใหเห็นชิ้นงานวางอยู โดยมีทอลมกระหนาบอยูทั้งสองขาง แลวทรายไสแบบจะถูกเขยา และทะลวงออกเครื่องทะลวงไสแบบนี้ ใชสําหรับกรณีตอไปนี้ใชเมื่อทรายแตกออกยากเชน เมือ่ ไสแบบ มีน้ํามันเปนตัวประสาน หรือแบบหลอทําดวยทรายชนิดแข็งเอง(self hardening) และเมื่อเอาทรายออก ยาก เชนทรายในชองน้ําหลอเย็นของเสื้อสูบเครื่องยนต ในการเอาทรายออกจากชิ้นงานธรรมดาใชเวลา เพียง 20-60 วินาที แตในบางกรณีจะเกิดการราวหรือแตก เพราะถูกกระทุงอยูนานเกินไป จึงจําเปนที่ จะตองกําหนดเวลาการเอาทรายออกที่ไมนานเกินไป แลวเลือกใชเครื่องที่มีสมรรถนะที่จะทํางานเสร็จ ไดตามเวลาที่ตองการสมรรถนะของเครื่องขึ้นกับขนาดและรูปรางของชิ้นงาน ชนิดของไสแบบ นอกจากนั้น จะตองควบคุมความดันของลมในทอใหเหมาะสม (3-10kg / cm2) และในการจับชิ้นงานก็ตองเลือกจับสวนที่ แข็งแรงที่สุด (3) การพนดวยน้ําและพนดวยโลหะ ไมเกิดฝุน มี 2 วิธี 1. ใชการพนน้าํ เอาทรายออกและทําความสะอาด วางชิน้ งานลงบนโตะหมุน ซึ่งอยูภ ายในตู หรือกลองที่ปดมิดชิดผูปฏิบัติงานซึ่งอยูน อกตูมอง 2 เขาสูชิ้นงานโดยปนพนน้ําปนพนน้ํานั้นอาจเลื่อน ผานรูมองแลวพนน้ํา ความดันสูงราว 150kg / cm ขึ้นลงในแนวดิ่ง เลื่อนซายขวาตามแนวราบ และสามารถปรับมุมไดสะดวก ดังนั้นจะสามารถพนทราย

183

ทั้งภายในและภายนอกชิ้นงานออกไดเครื่องนี้ไมทําใหเกิดฝุน จึงไมตองมีเครื่องดูดฝุน และเครื่องมือ ที่ใชก็ไมจําเปนตองกันฝุนได (dust proof) แตมีจุดเสียเปรียบตรงที่จะตองมีเครื่องกําจัดน้ําเสีย และจะตองมี เครื่องเก็บทรายแหง หลังจากแยกออกจากน้ําแลว 2. ถาเอาทรายออกและทําความสะอาดผิว โดยการพนดวยโลหะมีวิธีการดังนี้ วางชิน้ งานหลอลงบนโตะหมุน หรือแขวนไวกับที่แขวน เม็ดตัดจากลวดหรือแผนสี่เหลี่ยมจาก แลวใสไวในตู แลวจึงยิงดวยเม็ดโลหะ (ลูกกลมเหล็กเหนียว) ขางบนและขาง ๆ ของตู ทรายจะหลุดออก และเมื่อยิงอยูนานผิวชิ้นงานจะสะอาด สมรรถนะการทํา ความสะอาดโดยการยิงเม็ดโลหะของเครื่องชนิดตาง ๆ ตลอดจนขนาดของชิ้นงานที่ควรใช มีแสดงใน ตาราง 10.1 เครื่องยิงดวยเม็ดโลหะแบงออกไดตามวิธียิงและชนิดของตูได มี 5 ชนิด ดังนี้ 1) ชนิดหมุนกวน (tumbler type) 2) ชนิดถังทํางานเปนชวง ๆ (batch barrel type) 3) ชนิดถังทํางานตอเนื่อง (continuous batch type) 4) ชนิดโตะ(table type) 5) ชนิดแขวนลําเลียง(hanger-conveyor type) ตารางที่ 10.1 แบบและสมรรถนะของเครื่องยิงเม็ดเหล็กแข็ง ชนิด

ความจุของ หองยิง

น้ําหนักชิ้นงาน(kg)

ชนิดหมุนกวน

0.05-0.25m3

น้ําหนักรวม ของชิ้นงาน 80-3,000

ชนิดถังทํางาน เปนชวง ๆ ชนิดถังทํางาน ตอเนื่อง

0.15-3.0m3

500-8,000

30-1,500

Various Kinds

2-12T / hr

10-70

ชนิดโตะ

<2,745x2,060 x2,000mm <2,400x5,800 x4,700mm

200-1,500

200-1,500

ชนิดแขวน ลําเลียง

น้ําหนักของ แตละชิ้นงาน 10-30

10-300

ขนาดใหญ ที่สุดของ ชิ้นงาน

สําหรับงานชิ้นเล็ก ๆ และรูปรางธรรมดา ยกเวนชิ้นบาง ๆ

<750Lmm

สําหรับงานชิ้นเล็ก ๆ และรูปรางธรรมดายกเวนชิ้น บาง ๆ สําหรับชิ้นงานปานกลางบาง และยาว สําหรับชิ้นงานที่เล็ก ๆ ปานกลางและรูปรางธรรมดา

<700Lmm

<1700Φx8 สําหรับชิ้นงานยาว ๆ ปาน 00H กลางและชิ้นใหญ <700Φx1,2 สําหรับชิ้นงานที่เล็ก ๆ 00L และปานกลางในการผลิตเปน จํานวนมาก ๆและตอเนื่องกัน

184

10.1.3 การจัดการกับทรายที่เอาออกจากงานหลอ ทรายที่เอาออกจากชิ้นงานและหีบบนหีบลางมีอุณหภูมสิ ูง และปนกับโครงไสแบบ (core grid) ครีบชิ้นงานน้าํ โลหะที่หกแลวแข็งตัว และในบางกรณีก็มีรูเท รูวงิ่ และรูลน ดังนั้นกอนที่จะลําเลียง ทรายไปยังถังจายทราย (hopper) จะตองแยกเอาสิ่งตาง ๆ เหลานี้ออกเสียใหหมดกอน อาจเอาออกได โดยใชเครื่องแยกที่ใชลอขับสายพานลําเลียง แตมวี ิธีที่ดีกวา คือ การใชแมเหล็กไฟฟาซึ่งอยูเหนือ สายพานลําเลียงดูดชิน้ งานใหญออกไปจากทราย ทรายทําแบบหลอและทรายทําไสแบบตางกันมาก ดังนั้น จําเปนตองแยกทรายทั้งสองชนิดออกจากกัน โดยใชเครื่องตางชนิดแยกทรายแตละชนิดออกไป หรือ แยกสายพานลําเลียงทรายออกเปนสองสาย 10.2 การตกแตงชิ้นงาน 10.2.1 การเอารูเทและรูลนออก ในการเอารูเทและรูลนออก อาจใชวิธีตาง ๆ ตอไปนี้ จะใชวิธใี ดนั้นขึน้ กับขนาดของชิ้นงาน คุณภาพของวัสดุและลักษณะการวางรูเทและรูลน 1) ตีหัก 2) ตัดออกดวยแกส 3) ตัดออกดวยอารค 4) ตัดออกโดยวิธีกล วิธีตีหักใชกันมากที่สุดในการหลอเหล็กหลอเทา หรือเหล็กหลอมัลลีเบิลวิธีนี้แยกออกเปน วิธีใชพลังงานคนคือ การใชคอนตี และวิธีใชพลังงานกล เชนการสั่น การกระแทกหรือการกด ในทาง ปฏิบัติถึงแมวา มีกรณีที่รูเท และรูลนหักออกเองเนื่องจากการกระแทกเพื่อเอาทรายทําแบบออกหรือ โดยการเขยาในเครื่องเขยา แตโดยทั่วไปแลวมักจะหักรูเทและรูลนออกขณะที่ชิ้นงานอยูใ นเครื่องเขยา หรืออยูบนสายลําเลียงแขวน (hanger conveyor) เพื่อใหชนิ้ งานเย็นลงหรืออยูบนสายพานลําเลียง ปกติหรือบนพืน้ และในบางกรณีกใ็ ชเครื่องอัดโดยมีที่รับและกํากับชิ้นงาน (jig) หรือใชเครื่องหมุน กวน (tumbler)เพื่อเอารูเทและรูลนออกในขณะเดียวกับที่เอาทรายออก วิธีตัดดวยแกสนั้นใชสําหรับเหล็กเหนียวหลอ ถามีปญ  หาในการใชแกสตัดเชน เมื่อตัดเหล็ก เหนียวโลหะผสมสูง ดังเชนเหล็กเหนียวไรสนิมและเหล็กแมงกานีสสูง หรือถามีปญหา ในการตัดดวยแกสถึงแมจะใชกับเหล็กหลอ หรือโลหะผสมนอกกลุมเหล็ก (non ferrous) ก็ตาม ก็ใช วิธีตัดออกดวยอารค การตัดโดยวิธีกลหรือการเลื่อยนั้น สวนมากใชกับชิ้นงานหลอโลหะผสมทองแดง หรือโลหะผสมเบา (light alloy) การเลื่อยชากวาการใชแกสตัดแตเมื่อตัดแลวผิวจะเรียบ และตัดได ทําใหไมตองตกแตงมาก นอกจากนั้นถาสวนนั้นของงานจะตองผานงานเครื่องกลโรงงาน เที่ยงตรง ก็จะไดเปรียบตรงที่ไมตองเผื่อไวมาก อีกประการหนึ่งการเลื่อยทําใหไมเกิดปญหาดานการบิดเบี้ยวหรือ

185

ราวเนื่องจากความรอน และในกรณีที่ชิ้นงานทําดวยวัสดุราคาแพงก็สามารถทําใหรอยตัดแคบและถา จะเก็บทีเ่ กิดจากการตัดก็ได เครื่องที่ใชเลื่อยมีเครื่องตัดความเร็วสูง (high speed cutter) หรือเครื่อง เลื่อยสายพาน (band saw) ตารางที่ 10.2 การเลือกวงลอหินเจียรนัยสําหรับใชงานที่เจียรนัยงาย ๆ ชนิดตัวประสาน ความเร็วของหนาหิน เจียร m / min ชนิดของเครื่องเจียร นัย เสนผาศูนยกลาง ของวงลอ หินเจียร นัย โลหะที่ เจียรนัย เหล็กเหนียว คารบอนธรรมดา เหล็กเหนียวผสม เหล็กเหนียวหิน เครื่องมือ เหล็กเหนียวไร สนิมและเหล็ก เหนียวทนความ รอน เหล็กหลอเทาและ เหล็กหลอพิเศษ เหล็กหลอ มัลลีเบิล

วงลอหินเจียรนัยที่ใชสารพวกแข็งใสเหมือน แกว(vitrified)เปนตัวประสาน 1,500-2,000 เครื่องเจียร นัยตั้งโตะ

เครื่องเจียร นัยมือ

เครื่องเจียรนัย เหวี่ยง

เครื่องเจียร นัยตั้งโตะ

125-405

90-255

305-610

125-405

90-255

305-610

A300

A30P

A20R

-

A24P

A16R

A240

A24P

A20Q

-

A20P

A16Q

-

A24P

A20P

-

A24P

A16P

A30M

A30M

A20P

-

A24M

A16P

C20Q A24P

C20R A24Q

A20Q

-

A20Q

A16P

A24P

A24P

A20P

-

A20P

A16P

A เม็ด

วงลอหินเจียรนัยที่ใชวัสดุพวกยางResinoid เปนตัวประสาน 3,000

ขนาด

30

0 การแบงชั้น

เครื่องเจียรนัย เครื่องเจียรนัย มือ เหวี่ยง

เม็ดA : อะลูมินัมเหลว เม็ดC : ซิลิคอนคารไบด

186

ชั้นและหมายเลขกําหนดขนาด ชั้น หมายเลขกําหนดขนาด หยาบ 10 12 14 16 20 24 ปานกลาง 30 36 46 54 60 ละเอียด 70 80 90 100 120 150 180 220 ละเอียดมาก 240 280 320 400 500 600 700 800 ละเอียดมากพิเศษ 1,000 1,200 1,500 2,000 2,500 3,000 การแบงชั้นแสดงความแข็งแรงของตัวประสาน การแบงชั้นมีผลกระทบกระเทือนตอแนวตัด ของเม็ดหินเจียรนัยและมีผลอยางมากตอขบวนกรรม การเจียรนัยโดยทัว่ ไปจะกําหนดชั้นของวงหินลอ เจียรนัยโดยใชตัวอักษรตัวอักษรที่ใกล Z ขึ้นแสดงวาแข็งขึ้น 10.2.2 การตกแตง เทาที่เปนมามักใชคอนถาก (ehipping hammer) กันมาก ในการตกแตงรอยตัดครีบ รูเท และรู ลน เนื่องจากวิธีนี้ทําใหเกิดเสียงดังมาก และคนงานจะเหนื่อยมาก จึงมีการเปลี่ยนไปใชวิธีใหม ๆ (1) คอนถาก ใชคอนถากกลม โดยที่หัวเปนสกัด มักใชอากาศอัดที่มีความดัน5-7kg / cm2 เนื่องจากเหตุผล ขางบน จึงควรลดการใชคอนถากลงใหมากที่สุด แตสําหรับการเอาครีบภายในออกนั้นวิธีอื่นใช ไมสะดวก จึงใชวิธีนี้กนั โดยทั่วไปที่โรงหลอตาง ๆ (2) เจียรนัย มักใชเครื่องเจียรนัยกันทั้งภายนอกและภายในชิ้นงาน ในการเอาครีบสวนที่ไมใชและสวนที่มี ทรายไหมตดิ อยูออกจากชิ้นงาน เครื่องเจียรนัยแบงออกไดเปนชนิดตาง ๆ ดังนี้ เครื่องเจียรนัยมือ (hand grinder) เครื่องเจียรนัยเหวีย่ ง (swing grinder) เครื่องเจียรนัยตั้งโตะ (bench grinder) และเครื่อง เจียรนัยอัตโนมัติ (auto-grinder) การเลือกใชชนิดใดขึ้นกับรูปรางของชิ้นงานตาราง 10.2 แสดงหิน เจียรนัยสําหรับงานตาง ๆ ชนิดของหินเจียรนัยที่เหมาะสมขึน้ กับคุณภาพของวัสดุที่ใชหลอและชนิด ของเครื่องเจียรนัย (3) การใชแกสเซาะ (Gas Gouging) ในการตกแตงเหล็กเหนียวหลอ ใชแกสเซาะประกอบอารค (arc gouging) หรือประกอบ เปลวไฟ (flame gouging) ใชวิธีอารคคารบอนกันมากที่สุด ตามวิธีนี้โลหะทีล่ ะลายเพราะความรอนจาก อารคจะถูกเปาออกไป โดยอากาศมีความดัน 5-7kg / cm2 เปาขนานกับอีเลคโทรดคารบอนมีการใช ออกซิเจนแทนอากาศอัด แตมีขอเสียตรงที่ทําใหโลหะทําปฏิกิริยากับออกซิเจนมาก โดยการใชอากาศ หรือออกซิเจนเปานี้ จะทําใหสามารถตัดโลหะไดอยางเรียบสําหรับวิธีเปลวไฟนัน้ จะมีหัวเปาติด

187

กับเครื่องตัดดวยแกส และกระทําการเซาะดวยเปลวไฟได โดยการเพิ่มอัตราการเปาของออกซิเจนที่ ความดันคอนขางต่ํา โดยการใชหวั ตัดทีม่ ีรูปรางเหมาะสม และควบคุมความดันคอนขางต่ํา โดยการใช หัวตัดทีม่ ีรูปรางเหมาะสมและควบคุมความดันและอัตราการไหลของออกซิเจน จะทําใหสามารถเซาะ เอาจุดเสียบนผิวงานออกไปได 10.3 การซอมชิ้นงานหลอ ในกรณีที่พบหลังจากปาดผิวดวยเครื่องกลโรงงานแลว วามีจุดเสียในชิ้นงานหลอ เชน มีทราย หรือขี้ตะกรันแซกอยูในเนื้อโลหะมีรอยราวที่ผิวงาน หรือมีรูพรุน มีรอยบุมเกิดจากการหดตัว มักจะทํา การซอมโดยการเชื่อม ถึงแมจะตัดสินใจไดยากวาควรซอมหรือไมแตก็มีหลักอยูว า เมื่อซอมแลวความ แข็งแรงทางกลความเกร็ง (rigidity) ฯลฯ จะอยูใ นเกณฑใชไดหลังจากการซอมหรือไม จะเกิดตําหนินา เกลียดหลังจากการซอมหรือไม อาจจะทดลองทําการซอมกับชิ้นงานอื่นดูกอนวา เมื่อซอมแลวจะหวัง ไดเพียงใด และถาตัดสินใจวาจะซอมก็จะตองกําหนดระดับมาตรฐานการเชื่อม ในกรณีของชิ้นงาน เล็ก ๆ ผลิตปริมาณมาก ควรตองสํารวจคาซอมกอนลงมือซอม เพราะมีบอย ๆ ที่หลอใหมดกี วาซอมวิธี ตาง ๆ ที่ใชซอมชิ้นงานหลอมี เชื่อม พนโลหะ ซอมโดยวิธีกล และอุด (impregnation)แตใชวิธีเชื่อมกัน มากที่สุด 10.3.1 การซอมโดยการเชื่อม (1) การซอมโดยการเชื่อมสําหรับเหล็กหลอธรรมดา การเชื่อมอารคคลุม (shielded) หรือเชื่อมแกส แตเนื่องจากความรอนจากการเชือ่ มมักเกิดการ เปนรูขนาดแกสซึมผานได (gas porosity) การบิดเบี้ยว การราว และอาจทําใหเกิดซีเมนไทท ซึ่งทําให แข็ง ในการซอมทุกกรณีสวนที่ไดรับการเชื่อม จะตองไดรับการสะกัดและเจียรนัยและเช็ดเอาน้าํ มันหรือ ไขมันออก โดยใชน้ํามันเบนซินหรือทินเนอร จนกระทั่งไดผิวโลหะที่สะอาดการเชื่อมอารคคลุมแบง ออกไดเปน เชื่อมเย็น และเชื่อมรอน ในการเชื่อมเย็นไมมีการทําใหชิ้นงานรอนไวกอน ใชลวดเชื่อมทํา ดวยเหล็กเหนียวออนหรือโลหะผสมนอกกลุมเหล็ก (nonferrous alloy) ในการเชื่อมเปนแนวนูนยาวไม เกิน 50 mm ใชวิธีเปนชวงไมตอกันเปนเสนไปกลับ (weaving) และหลังจากเอาขี้โลหะออกแลว ก็ตอก (peen) โดยใชคอนถาก (คอนเคาะขี้ตะกรัน) ควรจะอบเหนียวหลังจากเชื่อมแลว ใชการบากตอไปนี้ใน การเชื่อม ชนิดจุก (plug type) ชนิด V ชนิด U และชนิด X ในการเชื่อมรอน ทําใหชิ้นงานรอนไว กอนที่อุณหภูมิ 500 - 600°C แลวเชื่อมโดยการใชธูปเชื่อมทําดวยเหล็กหลอหรือทําใหรอ นไวกอนที่ อุณหภูมิ 100 - 300°C แลวเชื่อมโดยใชธูปเชื่อมทําดวยเหล็กเหนียวออนดวย หรือโลหะผสมนอก กลุมเหล็ก ตาราง 10.3 แสดงสวนผสมของธูปเชื่อม และรูป 152 แสดงความสัมพันธระหวาง อุณหภูมิการทําใหรอนขั้นตน และกระแสไฟฟาที่ใชเชือ่ มสําหรับกรณีที่ใชธูปเชื่อมทําดวยนิกเกิลบริสุทธิ์

188

ตารางที่ 10.3 สวนผสมของลวดเชื่อมไฟฟาอารคแบบคลุมสําหรับเชื่อมเหล็กหลอ ชนิดของ สวนผสมทางเคมี(%) ลวดเชื่อม C Mn Si P Ni S Fe Cu นิกเกิล 0.1 <0.2 99.5 <0.002 บริสุทธิ์ นิกเกิลทองแดง 1.0 0.1-0.15 65-70 1-1.5 ผสม(โลหะ โมเนล) เหล็ก<0.2 <1.0 <0.3 40-65 <0.04 40-60 <0.8 นิกเกิลผสม อีเวอรเคอร - 1.0-2.0 3.0-4.0 94-96 ที่เหลือ 1.0<1.0 2.5-9.5 <0.20 <0.04 เหล็กหลอ ทั้งหมด 5.0 ที่เหลือ เหล็ก <0.15 <0.8 <1.0 <0.03 <0.03 ทั้งหมด เหนียวออน ในการเชื่อมแกสใหความรอนขั้นตนแกชิ้นงานตรงที่จะเชื่อม จนอุณหภูมิถึง 400 - 600°Cแลว ใหความรอนทั่วชิ้นงานดวยเปลวเปนกลาง (neutral) ของออกซิกเซทีลีน หลังจากนั้นใหความรอนตรง จุดเชื่อมจนถึงภาวะกึ่งหลอมเหลวใชเปลวไฟเอาทราย และออกไซดออกไปจากชิ้นงานแลวหลอมลวด เชื่อม (ทําดวยเหล็กหลอ) เปลือย พรอมกับฟลักซ เมื่อชิ้นงานเริ่มละลายได 3-4 หยด ก็ผสมกับน้ําโลหะ จากปลายลวดเชื่อม โดยไมหยุดการใหความรอนทําตามวิธีนี้ตอไปจนเสร็จ หลังจากนั้นอบชิ้นงานใน เตาอบ โดยมีสิ่งเก็บความรอน เชน ทราย ขี้เถาฟาง ฯลฯ คลุมอยู อุณหภูมิอบ 500- 600°C ใชเวลาอบ 30-60 นาทีตอมาความหนา 25mm ตาราง 10.4 แสดงตัวอยางของสวนผสมของธูปเชื่อมและตาราง 10.5 แสดงตัวอยางของฟลักซ 2. การเชื่อมซอมเหล็กหลอกราไฟท (Spheroidal graphite) ใชลวดเชื่อมทีม่ ีสวนผสมเชนเดียวกับชิน้ งานหลอ และใชฟลักซ ซึ่งประกอบดวยแมกนีเซียม และอารเซนิคเชื่อมโดยวิธีเชือ่ มแกส และอบออนหลังจากการเชื่อมอีกวิธีหนึง่ เชื่อมหลังจากทําใหรอน ขั้นตนถึงอุณหภูมิ 70-200 °C ใชลวดเชื่อมคลุม (shielded) ทําดวยโลหะผสมเหล็ก - นิกเกิลและอบ คลายความเคน (anneal) 1-2ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 700-800°C

189

ตารางที่ 10.4 สวนผสมของลวดเชื่อมแกสสําหรับเชื่อมเหล็กหลอ ชนิดของ ลวดเชื่อม

การใชงาน และ คุณลักษณะ

ใชสําหรับ เชื่อม เหล็กหลอมี ลวดเชื่อม การไหลตัว เหล็กหลอ ดี เทา ใชสําหรับ เชื่อมอุด เหล็กหลอ มีAl ลวดเชื่อม มีCaใชกับ ที่มีธาตุ เหล็กหลอ พิเศษ กราไฟท กลม

สวนผสมทางเคมี(%) C

Si

Mn

P

S

3.20-3.70

2.75-3.50

0.50-0.75

0.50-0.75

<0.12

3.20-3.70

2.75-3.50

0.50-0.75

<0.55

<0.12

3.0-3.1

3.1-3.5

0.5-0.6

0.3-0.4

<0.1

Al0.5-1.0

<0.02

Ca ปริมาณ นอยมาก

3.0-3.3

3.0-4.5

<0.6

<0.08

ตารางที่ 10.5 สวนผสมของยาประสานฟลักซสําหรับเชื่อมแกส NO. สวนผสมสําคัญของยาประสาน 1.

15%Na2B4 07 , 15%Na 2 Co3 , 70%NaHCo3 2.

15%Na2 B4O7 , 40%Na2 Co3 , 40% NaHCo3 5% Si02 3.

50%Na0H , 50% NaHCo3 , 4.

50% Mn02 4-6%KCN, 1%Si , 0.3%Al , 34%NaN03 5.

80% Na2 Co3 , 18%H3B03, 2%Si02 ขอควรจําในการใชยาประสาน ยาประสานเปยกมักจะทําใหเกิดรูพรุน ดังนั้นจึงไมควรใชยาประสาน ที่ เปยกอยาใชยาประสานมากเกินไป (3) การเชื่อมซอมเหล็กเหนียวหลอ ใชการบากวิธี U, V หรือ X สําหรับซอมการราวหรือการแตกในการซอมอยางอื่นใชวธิ ีจุก (plug) ซึ่งมนที่กนและใชมุมระหวาง 70-90 °C สําหรับดานขาง ทําความสะอาดผิวงานโดยใชแปรงลวด สกัด เครื่องเจียรนัยมือหรือโดยการเซาะอารค-อากาศ ฯลฯ อุณหภูมิการใหความรอนขัน้ ตนขึ้นกับ ปริมาณคารบอนดังในรูป 153 ใชวธิ ีเชื่อมแบบอารคคลุม และใชวิธีตาง ๆ ตอไปนี้ (แลวแตกรณี)

190

เชื่อมแนวนูนไปกลับ (weaving) แนวนูนสูง แนวนูนเรียงเอียง (cascade) แนวนูนเรียงตรง (block) ใน การเชื่อมหลายชั้นสําหรับรอยบากใหญ และใชการเรียงตามแนวนอนหรือการเรียงชั้นตามแนวควง (screw) สําหรับการบากแบบจุดที่ลึก จะตองเคาะ (peen) หลังจากการเชื่อมทุกชั้น รูป 154 แสดงวิธีการ เชื่อมหลายชั้น การอบหลังเชื่อมกระทําโดยใหความรอนทั่วทั้งชิน้ งานที่อุณหภูมิ 600-650°C แลวอบ คลายความเคน ระยะเวลามาตรฐานในการอบหลังเชื่อมประมาณ 1 ชั่วโมง ตอความหนา 25 mm (4) การบัดกรีแข็ง (Brazing) การบัดกรีแข็งคือ การประสานโลหะโดยใชตวั ประสานเปนโลหะตางชนิด ในขณะที่โลหะนัน้ อยูในสภาวะของเหลว โดยที่อุณหภูมหิ ลอมเหลวของตัวประสานต่ํากวาของชิ้นงาน สําหรับงานบัดกรี แข็งมี บัดกรีเงินและบัดกรีทองเหลือง ฯลฯ ตาราง 10.6 แสดงสวนผสมของวัสดุบัดกรีและตาราง 10.7 แสดงการใชวสั ดุบัดกรีสําหรับชิ้นงาน ทําดวยวัสดุชนิดตาง ๆ (5) การเชื่อมไหล (Flow welding) ในวิธีนจี้ ะหลอสวนที่ขาดไปหรือแหวงไปใหม โดยติดแบบหลอเขากับสวนที่แหวงไป แลวเท น้ําโลหะที่มีสว นผสมเหมือนกับชิ้นงานลงไปในแบบ วิธีนี้ใชกับโลหะผสมทองแดงไดสะดวกกวา เหล็กหลอ ถาใชกับเหล็กหลอใหใชนา้ํ เหล็กที่มีคารบอนและซิลิคอนสูง และจะตองทําใหชิ้นงานรอน ไวกอนที่อุณหภูมิ 400- 600°C (6) การเชื่อมจุดไฟ (Thermit welding) วิธีนี้ใชกับรูโหวหรือรอยราวขนาดใหญ จะตองใชวัสดุทนไฟทําเปนแบบ สําหรับสวนที่เสีย แลวใสอะลูมนิ ัมและเหล็กออกไซดผงในเบาแลวจุดเผาไหม หลักการของการเชื่อมวิธนี ี้ขึ้นอยูกับ ปฏิกิริยาใหความรอนที่ใหอณ ุ หภูมิสูงถึง 3000°C แลวเทน้ําโลหะลงในแบบหลอที่เตรียมไว รูป 155 แสดงตัวอยางของการเชื่อมแบบจุดไฟ (7) การพนโลหะ(Metal spraying) วิธีพนโลหะกึง่ หลอมเหลวเปนเม็ดลงบนผิวงานที่เสีย ใชกับกรณีทผี่ ิวงานหยาบ ความหนาไม พอ มีทรายหรือขี้ตะกรันติดอยูในเนื้อโลหะ กอนพนโลหะควรทําความสะอาดชิ้นงาน โดยการยิงดวย เม็ดโลหะและทําใหรอนไวกอ นที่ 300-350°Cโลหะที่ใชพนมี สังกะสี โลหะผสมทองแดง เหล็กเหนียว นิกเกิล และโลหะผสมนิกเกิลโครม ฯลฯ 10.3.2 การซอมโดยวิธีกล (Mechanical repair) มีวิธีตาง ๆ เชน อุดดวยชิ้นโลหะ ใชปลอกอัด หรือยึดดวยโลหะ(metal locking) ฯลฯ ใชปลอก อัดเมื่อรูเสื้อสูบโตเกินไปหลังจากกระทําดวยเครื่องกลโรงงานแลว หรือเมื่อความหนานอยไป หรือรั่ว การยึดดวยโลหะนัน้ เปนประเภทใชปากจับ (clamp) เหมาะสําหรับซอมรอยราว

191

10.3.3 การอุด (Impregnation) เหมาะสําหรับที่มีการเสียเล็ก ๆ นอย ๆ ในดานผิวหยาบ หรือมีทรายแทรกอยูในเนื้อโลหะ แต การเสียกระจายเปนเขตกวางหรือเมื่อเกรงจะเกิดการรั่วของน้ํามันหรือน้าํ วิธีนี้ใชกับชิน้ งานที่ทําดวย เหล็กหลอ อะลูมินัม โลหะผสมแมกนีเซียม หรือทองแดง หลังจากทําความสะอาดแลว ใสชนิ้ งานลงใน ถังใสของเหลวใชอุดที่อณ ุ หภูมิประมาณ50°Cแลวลดและเพิ่มความดัน ของเหลวใชอุด ซึ่งอาจจะเปน โซเดียมซิลิเคท หรือเรซินสังเคราะหจะเขาไปอุดรูพรุน เสร็จแลวลางชิ้นงานในน้ํา ทําใหแหงเขาขบวน กรรมกันสนิม แลวทําใหแหงอีกครั้งหนึ่ง 10.3.4 วิธีอื่น ๆ (1) การใชพลาสติกอุด พลาสติกที่ใชอุดเปนผงผสมสวนใหญประกอบดวยผงโลหะ และเรซินสังเคราะหใชผงนี้อุด หรือเติมสวนที่เสีย ความแข็งแรงจะต่ํากวาโลหะ วิธีนี้เหมาะสําหรับกรณีที่ซอมเพื่อความสวยงามเทานั้น (2) การปะ ใชแผนโลหะเชื่อมปะเพื่อปดรูโหว จะตองทําใหชิ้นงานรอนอยูกอนที่ 160-190°C ตารางที่ 10.6 สวนประกอบและการใชประโยชนวัสดุบดั กรี ชนิดของวัสดุบัดกรี

วัสดุบัดกรีเงิน

วัสดุบัดกรีเงิน เยอรมัน

วัสดุบัดกรีทองเหลือง

ตะกั่วบัดกรีดีบุก

รูปราง

สวนประกอบ(%)

แผนยาวแคบ แผน(plate)ลวด ผง

0-8P 5-8Ag 0-25Zn 0-18Cd ที่เหลือเปนCu

635-870

ผงกอน

45-55Zn 0-10Ni ที่เหลือเปน Cu

840-900

แทง แทงลวดแผน บาง ๆ เม็ด แทงลวดแผน บาง ๆ เม็ด

32-62Cu 0-42Sn 0-11NiZn 38Pb 62Sn

30Pb 30Sn 35Zn

อุณหภูมิหลอมเหลว(°C)

820-935

การใชประโยชน

ใชเชื่อมทองแดงผสม นิกเกิลผสมและเหล็กผสม โดยใชหัวเชื่อมแกสเปา เตา อบ หรือจุมลงในวัสดุบัดกรี เหลว ๆ แลวยกขึ้น ใชเชื่อมทองแดงผสม นิกเกิลผสมเหล็กเหนียว และเหล็กหลอโดยใชหัว เชื่อมแกสเปาหรือจุมยก ใชเชื่อมทองแดงผสม นิกเกิลผสมและเหล็กหลอ ใชบัดกรีซอมแซมงาน ทั่วไป

184

ใชบัดกรีอุดรูเหล็กหลอ ทั่วๆไป

192

ตารางที่ 10.7 วัสดุบัดกรีสําหรับโลหะตาง ๆ บัดกรีแข็ง โลหะ

บัดกรีออน

ตะกั่วบัดกรี ตะกั่วบัดกรี เงิน ทองเหลือง

ยาประสาน

ตะกั่วบัดกรี ตะกั่วบัดกรี สวนประกอ สภาพที่ใช ฟอสเฟอร อะลูมินัม บทีส่ ําคัญ ทองแดง

เหล็กเหนียว คารบอน เหล็กเหนียว ผสมตํา เหล็กเหนียว ไรสนิม

เหล็กหลอ

น้ําประสาน ทอง (borax)กรด บอริค ฟลูออไรด

ผงคลาย แปงเปยก เหลว

ฟลูออไรด คลอไรด

ผง

นิคเกิลผสม อลูมินัม ผสม ทองแดง ผสม

กรดบอริค ฟลูออไรด คลอไรด

รูปที่ 151 เครื่องทลวงไสแบบ

193

รูปที่ 152 ความสัมพันธระหวางอุณหภูมอิ ุนใหรอนกอนเชื่อมของชิน้ งานและกระแสไฟเชื่อมสําหรับ เชื่อมเหล็กหลอ โดยใชลวดเชื่อมนิกเกิลบริสุทธิ์

รูปที่ 153 ความสัมพันธระหวางปริมาณคารบอนและอุณหภูมิใหรอนกอน

194

รูปที่ 154 การเชื่อมหลายชัน้

รูปที่ 155 การเชื่อมจุดไฟ (เทอรมิท)

195

บทที่ 11 การตรวจชิ้นงานหลอ 11.1 จุดประสงคของการตรวจชิ้นงานหลอมีดังตอไปนี้ (1) รักษาระดับคุณภาพ จะตองคัดเอาชิ้นงานที่เสียออกไป เพื่อใหผลผลิตเรียบรอยโดยสมบูรณและมีคณ ุ ภาพ (2) ตัดคาใชจายโดยคนพบจุดเสียเสียแตตน ขบวนกรรม นับตั้งแตการตรวจรับวัตถุดบิ และวัสดุที่ใชการผลิต ตลอดจนการทําแบบหลอการเท ฯลฯ จนเสร็จมีโอกาสที่จะเกิดจุดเสียขึ้นทั้งนั้น ถาตรวจพบจุดเสียยิ่งตนขบวนกรรมเทาไรก็จะเปนการ ประหยัดคือจะไดไมตองเสียคาใชจายสําหรับชิ้นงานทีจ่ ะตองถูกคัดออกอยูดี (3) การปรับปรุงวิธีการผลิต จากขอมูลในดานคุณภาพที่ไดจากการตรวจและทดสอบชิ้นงานในระหวางการผลิต จนทําให สามารถดําเนินการแกไขไดแตตนมือ คือไมตองรอจนกระทั่งไดผลิตออกมาเปนจํานวนมาก หรือ จนกระทั่งของออกสูตลาดแลว นอกจากนัน้ เมื่อไดประมวลผลของการตรวจแลว ก็อาจจะปรับปรุง วิธีการผลิตเสียใหม เพื่อใหคุณภาพดีขึ้น การตรวจชิ้นงานหลอนั้น อาจแบงออกเปนลักษณะตาง ๆ ดังนี้ (1) การตรวจรูปรางลักษณะ จากการตรวจประเภทนี้จะพบความไมเรียบรอย การมีวัสดุแทรกในเนื้อโลหะรอยราว ฯลฯ ถา เกิดที่ผิวและจะพบชิ้นสวนที่มีขนาดนอกเขตที่ยอมได(ตามมาตรฐานของการตรวจขนาด) ดวย (2) การตรวจจุดเสียภายใน (ตรวจโดยไมทาํ ลาย) ในการตรวจวิธีนี้ไดตรวจจุดเสียที่มีอยูภ ายในเนื้อ เชน จุดโหวภายในที่เกิดจากแกส จุดโหวที่ เกิดจากการหดตัว การแทรกของวัสดุ เชนทรายในเนือ้ โลหะ การราว ฯลฯ ที่เกิดขึ้นภายในเนื้อโลหะ ทั้งนี้โดยไมตอ งทําลายชิ้นงาน (3) การตรวจวัสดุ ตรวจการผิดปกติในวัสดุ คือ สวนผสม โครงสราง และคุณสมบัติทางกล (4) การตรวจโดยทําลาย เปนการตรวจที่ตองหักหรือตัดชิ้นสวนออก เพื่อใหแนใจวามีจุดเสียจริงตามที่ไดพบในการตรวจ ประเภทที่ (1) - (3) หรือไมการตรวจคุณภาพและจุดเสียนั้น อาจใชการสุมตัวอยาง จํานวนตัวอยางขึ้นกับ ขนาดของรุนผลิต (lot)

196

ในการจะตัดสินใจวาจะรับหรือคัดทิ้ง จะตองมีมาตรฐานทั้งในดานคุณภาพการใชงานและรูปราง ลักษณะ ในกรณีที่ไมแนวา ควรรับหรือตัดทิ้ง ควรมีการทดสอบมาตรฐานการตรวจจะตองเปนมาตรฐาน ที่เหมาะสมคือ ไมสูงหรือต่ําเกินไป ถาสูงเกินไปจะทําใหเสียคาใชจา ยมาก และถาต่ําเกินไป ก็จะทําให หนวยงานอุตสาหกรรมนั้นเสียชื่อ ในการตรวจจุดสําคัญ ๆ ในเรื่องการเสีย เชน ชนิด รูปราง สถานที่ที่คนพบจุดเสีย สภาพ การผลิต ฯลฯ นั้น จะตองบันทึกไวอยางเที่ยงตรง สําหรับชิ้นงานที่ผานการทดสอบนั้น ก็จะตองบันทึกระดับ ของคุณภาพดวย แลวสงขอมูลเหลานี้ไปยังแผนกแกไข แผนกแกไขใชขอมูลดังกลาวในการควบคุมคุณภาพ และกําหนดวิธีการแกไขมิใหเกิดจุดเสีย การรักษาและปรับปรุงคุณภาพ และการสรางมาตรฐานการตรวจที่ เหมาะสม โดยใชขอมูลดังกลาว นับเปนเรือ่ งสําคัญยิ่ง การตรวจรับวัตถุดิบและวัสดุที่ใชในการผลิตเปนการ ตรวจที่สําคัญมากอยางยิ่ง หากไมระมัดระวังอาจมีรุนผลิต (lot) ใหญ ๆ ที่เสียแตผานการตรวจรับ 11.2 การตรวจรูปรางลักษณะ 11.2.1 วิธีการตรวจรูปรางลักษณะ การตรวจวิธีนี้เปนการตรวจจุดเสียที่เกิดที่ผิวงาน จุดเสียของงานหลอสวนมากมักเกิดที่ผวิ และ ตรวจพบไดโดยวิธีนี้ การตรวจรูปรางลักษณะสวนมากหมายถึงการตรวจดวยสายตา แตในบางกรณีอาจ ตรวจการผิดปกติ ซึ่งอยูภายในเนื้อโลหะโดยใชคอนเคาะก็ได ในสวนตอไปนี้จะไดกลาวถึงสวนงาน ซึ่งมักมีจุดเสีย ทั้งนี้เพื่อจะไดตรวจดวยความระมัดระวังเปนพิเศษ 1) หลังจากการเทแกสและชิน้ ของแบบหลอที่หักติดน้ําโลหะไป จะไปสูสวนบน (cope side) ของชิ้นงาน ดังนั้นรูที่เกิดจากแกส การแทรกของวัสดุในเนื้อโลหะมักเกิดขึ้นทีน่ ั่น ความดันของน้ํา โลหะตรงสวนบนของแบบจะนอยเมื่อเทียบกับสวนลาง ดังนั้นการเขาไมเต็มแบบและรูโหวที่เกิดจาก การหดมักจะเกิดขึ้น 2) ที่ดานลางของชิ้นงาน ความดันจะมีมาก จึงมักมีน้ําโลหะแทรกเขาผิวแบบทําใหผงิ งานหยาบ 3) ตรงที่ความหนาเปลี่ยนโดยกระทันหัน ตรงมุมมน (fillet) และรูเขามักจะมีการหดตัวมากเปน พิเศษ ดังนั้นจึงมักมีโพรงทีเ่ กิดจากการหดตัวอยูม าก มักเกิดจากน้ําโลหะแทรกเขาแบบหลอตรงมุมมน สวนตรงรูเขามักเกิดการที่สวนหนึ่งของแบบหลอหลุดหรือหักติดไปกับน้ําโลหะวิ่งเขาแบบ 4) ตรงสวนที่บางและใชหมุดยึดไสแบบ ตัวหมุดมักละลายไมหมดจึงมักมีรูเกิดจากแกสขึน้ รอบ ๆ หมุด 5)ในกรณีที่ใชไสแบบที่ซับซอน อาจมีทรายไสแบบเหลือติดอยูในชิ้นงาน

197

11.2.2 การตรวจมิติ การผิดพลาดในมิติของชิ้นงานอาจเกิดจากการผิดพลาดในแบบของกระสวน ในการทํากระสวน การ สึกหรอของกระสวน การผิดพลาดในการประกอบไสและแบบหลอ การบิดเบี้ยวของไสแบบและแบบหลอ หลังจากเท ฯลฯ ตามธรรมดาจะไมสามารถตรวจมิติดวยสายตา นอกจากในกรณีทเี่ ชน เกิดการสลับกันใน การใสไสจึงตองใชเครื่องวัด เชน ขาจับขนาด (scribing block) หรือเครื่องวัดอื่น ถาตรวจงานที่ผลิตปริมาณ มาก ควรใชเกจ (gauge)พิเศษสําหรับแตละงาน และใชจกิ (jig) ในการตรวจ เพราะจะทําใหตรวจไดรวดเร็ว และแมนยําขึน้ ในการผลิตงานชิ้นใหม จะตองรับตรวจมิติโดยละเอียด โดยใชขาจับขนาด มิฉะนัน้ ถางานเกิด ผิดขนาดอาจตองคัดงานหลอทิ้งทั้งหมด ในการผลิตตอเนื่องกันตองมีการตรวจดวยขาจับขนาด และมีการผา ชิ้นงานออกเปนครั้งคราว เพื่อตรวจมิติภายในซึ่งธรรมดาตรวจไมได และถามีการคลาดเคลื่อนในมิติ เนื่องจากกระสวนสึกหรอ จะไดจดั การแกไขเสีย อุปกรณวดั ที่ใชกนั ตามปกติในการตรวจมิติ มีดังนี้ (1) อุปกรณวัดทั่วไป มีเวอรเนียรคาลิเปอร คาลิเปอร บันทัด สแนบเกจ (snap guage) ซึ่งเปน go-no go gange ขนาดเล็ก เกจวัดความลึก ไมโครมิเตอร และอื่น ๆ จุดสําคัญคือ วิธีการใชเกจเหลานี้ การเลือกใชเกจใด ยอมขึ้นกับ รูปรางของงานและจุดประสงคของการตรวจ ถาจะวัดความยาวที่คงที่หรือความหนา ฯลฯ ควรใชเกจพิเศษ เฉพาะงาน เกจวัดตามแนวรูปราง(profile gauge)เปนเกจทําดวยเหล็กแผนหรืออยางอื่น มีรูปรางเหมือนกับ ของชิ้นงาน ใชสําหรับทาบตรวจชิ้นงานที่มีแนวผิวซับซอน เพื่อตรวจวามีการผิดพลาดในมิติทผี่ ิวหรือไม ความหนาที่อยูเขาไปขางในของงาน หรือความหนาตรงสวนโคงของงานนั้น ใชคาลิเปอรประกอบกับเกจ หนาปทม(dial indicator) วัดไดสะดวก (2) จิกตรวจงาน (inspection jig) จิกตรวจงานนีม้ ักใชกนั ในการตรวจงานผลิตปริมาณมาก ใชเปนกฎทัว่ ไปไดวา จุดตั้ง (location)ของ จิกคือ จุดชุดเดียวกับจุดตั้งที่ใชในงานเครื่องกลโรงงาน จิกตรวจงานประกอบดวยตัวจิก อุปกรณซึ่งสามารถ ใชตรวจมิตไิ ด โดยใชจกิ เปนจุดตั้ง และเกจแนวรูปราง (profile gauge) โดยการใชจิกจะวัดมิติไดในทั้ง 3 มิติ (3) วิธีอื่น ถาตองการวัดความหนา แตไมสามารถเขาถึงผิวดานใน จะวัดจากภายนอกขางเดียวได โดยใช เครื่องวัดความหนา โดยวัดความตานทานไฟฟาและเครื่องวัดใชความถี่เหนือเสียง (supersonic) เครื่องที่วัด ความตานทานไฟฟาเปนเครื่องที่วัดความตางศักยระหวางจุดสองจุดบนผิวดานเดียวกัน ความตางศักยนจี้ ะ ตางกัน ถาความหนาของงานตางกัน เครื่องวัดใชความถี่เหนือเสียงนั้น วัดความหนาโดยการวัด

198

ระยะเวลาระหวางพัลซ (pulse) ความถี่เหนือเสียงที่สงออกไปในแนวตั้งฉากกับผิวกับพัลซที่สะทอน กลับจากผิวลาง 11.3 การตรวจจุดเสียภายในเนื้องาน ในการตรวจรูภายในที่เกิดจากแกส รูพรุน โพรงที่เกิดจากการหดตัวรอยราว วัสดุอื่นแทรก ฯลฯ ถาจุดเสียเหลานี้เกิดภายในเนื้องาน อาจใชวิธีเคาะชิน้ งานแลวฟงเสียงหรือใชวิธตี าง ๆ เชน วิธีความถี่ เหนือเสียง แมเหล็กกัมมันตภาพรังสี ฯลฯ 11.3.1 การเคาะตรวจ วิธีนี้ใชการฟงเสียงเคาะ เพื่อทราบวามีจดุ เสียภายในหรือไม และคุณภาพของเนือ้ โลหะหรือไม อาจใชหูฟงหรือออสซิลโลกราฟ (oscillograph)แลวแตกรณี งานที่ราวจะไมใหเสียงใสเทางานที่ไมเสีย นอกจากนั้นจะไมกังวลนานเทา ในดานการตรวจคุณภาพของวัสดุนั้น ถาชิน้ งานมีความแข็งและความ แข็งแรงต่ํา เสียงจะต่ํา แตถาความแข็งและความแข็งแรงสูง คลื่นเสียงจะสูงขึ้นและใสขึ้น 11.3.2 การตรวจโดยวิธีซึมเขาผิว วิธีนี้ใชตรวจจุดเสีย เชน รอยราว โพรงที่เกิดจากการหดตัว ฯลฯ ซึ่งทําใหเกิดรูหรือรอยแยก เล็ก ๆที่ผิวงาน วิธีตรวจแบบนี้แบงออกไดเปน วิธตี รวจโดยใชของเหลวซึมเขาไปยอมสี และวิธีตรวจ โดยใชวัสดุเรืองแสง (fluores-cence) ซึมเขาไป ทั้งสองวิธีมีหลักการทํางานเดียวกัน รูป 156 แสดง หลักการทํางาน ชิ้นงานตองไดรับการทําความสะอาดกอน แลวจึงทาของเหลวที่จะใหซึมลงไปบน ชิ้นงาน เสร็จแลวเช็ดออกและทําความสะอาดอีกครั้งหนึ่ง แตในครั้งนี้สวนที่ติดอยูบนผิวเทานั้นที่ถูก เช็ดออกไป สวนที่ซึมไปในจุดเสียจะยังอยู หลังจากนั้นก็ทาน้ํายาลงไป เพื่อยอมใหของเหลวที่อยูใน จุดเสียเกิดเปนสี หรือฉายแสงดํา (black light) ลงบนผิวงาน เพื่อใหของเหลวในจุดเสียเรืองแสง โดยวิธี นี้ก็จะตรวจพบจุดเสีย 11.3.3 การตรวจวิธีแมกนาฟลักซ (Magnaflux) หรือเสนแรงแมเหล็ก วิธีนี้ใชในการตรวจจุดเสีย เชน รอยราว โพรงที่เกิดจากหดตัว การมีสิ่งแปลกปลอมติดอยูในเนือ้ โลหะ ฯลฯ ทีเ่ กิดที่ผิวหรือใตผิวเล็กนอย ใชไดเฉพาะกับงานที่ทําดวยวัสดุที่เปนแมเหล็กได เชน เหล็กหลอ รูป 157 แสดงหลักการทํางาน กอนอืน่ ชิ้นงานจะตองถูกทําเปนแมเหล็ก ดังนั้นจะเกิดเสนแรงแมเหล็กดัง แสดงในรูป 157และจะมีบางสวนที่รั่วออกสูอากาศ เรียกวา เสนแรงแมเหล็กรั่วขัว้ แมเหล็กจะเกิดที่จุดเสียดัง แสดงในรูป 157 ดังนั้น ถาโรยผงเหล็กลงบนผิวงานจะมีการจับกลุมของผงเหล็กรอบ ๆ จุดเสีย ขนาดของจุด ที่เกิดจากการจับกลุมของผงเหล็กจะใหญกวาตัวจุดเสียเอง ทําใหสามารถตรวจพบจุดเสียเล็ก ๆ ซึ่งไม สามารถมองเห็นไดดวยตาเปลา ในการปฏิบัติงาน

199

จริง ๆ โดยมีผงแมเหล็กเรืองแสงลอยอยู ผงแมเหล็กจะจับกลุมรอบจุดเสีย เสร็จแลวนําชิ้นงานไปรับการฉาย แสงดําเพื่อใหผงแมเหล็กเรืองแสง ในการตรวจวิธีนี้จุดที่ควรไดรับความสนใจ คือ วิธีการทําเปนแมเหล็กถาแนวแรงของแมเหล็ก ที่เกิดขึ้นตั้งฉากกับจุดเสีย ความเที่ยงในการตรวจจะสูงสุด แตถาแนวแรงขนานกับจุดเสีย จะไมมีฟลักซ แมเหล็กรัว่ ดังนั้นจะไมมกี ารดูดผงเหล็ก ดังนัน้ ถาตรวจแลวไมพบในครั้งแรก จะตองทําใหชิ้นงานเปน แมเหล็กอีก โดยครั้งนี้ใหมีแนวแรงตั้งฉากกับทิศทางของแนวแรงเดิม รูป 158 แสดงวิธีตาง ๆ ในการทําให เปนแมเหล็ก การเลือกใชวิธใี ดนั้น ขึน้ อยูก บั รูปรางของชิ้นงาน และตําแหนงของจุดเสีย 11.3.4 การตรวจโดยใชคลืน่ ความถี่เหนือสูงกวาเสียง (วิธีสังเกตการสะทอนของ pulse) ตามวิธีน้ตี รวจจุดเสียโดยสงคลื่นความถี่เหนือเสียงเขาสูสวนที่ตองการตรวจ แลวสังเกตการผิดปกติ ของคลื่นที่สะทอนกลับ เมื่อคลื่นความถี่สูงซึ่งวิ่งภายในชิ้นงานไปพบผิวของจุดเสีย เชน รูที่เกิดจากแกส สิ่ง แปลกปลอม ฯลฯ จะสะทอนกลับวิธีที่ใชหลักการสะทอนกับของ pulse นี้คือ วิธีตรวจโดยใชคลื่นความถี่ เหนือเสียง รูป 159 แสดงหลักการทํางานของเครื่องตรวจจุดเสียดวยคลื่นความถี่เหนือเสียง pulse oscillator และ vibrator ในตัวตรวจจะสราง pulse ความถี่เหนือเสียงขึ้น แลวสงเขาสูชิ้นงาน โดยแนบตัวตรวจเขากับ ชิ้นงาน ถามีจดุ เสียภายในเนือ้ งาน pulseสวนหนึ่งจะสะทอนกลับเขาสูตัวตรวจ สวนที่เหลือของ pulse จะ ผานตอไปจนถึงผิวของดานตรงขาม จึงสะทอนกลับ ดังนั้นสําหรับชิ้นงานที่ไมมีจุดเสีย pulse จะใชเวลานาน กวากอนที่จะสะทอนกลับถึงตัวตรวจ คลื่นที่สะทอนกลับจะถูกเปลี่ยนเปน voltage ความถี่สูง ขยายขนาดใน ตัวรับ แลวสงไปสูหลอด Braun จะตรวจพบจุดเสียได โดยดูจากภาพในหลอด Braun ดังแสดงในรูป 159 11.3.5 การตรวจโดยใชรงั สี (Radiographic inspection) รังสีเชน X-ray, ‫ﻻ‬-ray ฯลฯ มีลักษณะเปนคลื่นแมเหล็ก-ไฟฟา (electromagnetic) เชนเดียวกับแสง และตางมีความยาวคลื่นต่ํา และมีพลังสามารถผานทะลุโลหะได ปริมาณการผานของรังสีขึ้นกับชนิดโลหะ ความหนา ความหนาแนน และพลังงานการแผรังสี รูป 160 แสดงลักษณะการสงรังสีผานชิ้นทดสอบที่มี จุดเสียภายใน และมีความหนาไมเทากัน ถาความหนานอย ความเขม (intensity) ของรังสีที่ผานก็จะมาก ดังนั้นรังสีที่ผานจะออนลงตามลําดับ Io, I1 และ I2 ถามีจุดเสียอยูภ ายใน ความเขมของรังสีที่ผาน (I3) จะสูง กวา I2 ถึงแมความหนาที่ C จะเทากับความหนาที่ B ดังนั้นโดยการวัดความเขมของรังสีที่ผานแตละสวนของ ชิ้นงาน จะตรวจพบจุดเสีย เชน โพรงที่เกิดจาก

200

การหดตัว สิ่งแปลกปลอมที่ติดอยูในเนื้องาน ฯลฯ ความเขมของรังสีที่ผานนั้น จะบันทึกไวบนฟลมถายภาพ หรือเปนภาพอยูบนแผนเรืองแสง และโดยการตรวจดูภาพดังกลาว จะตรวจพบจุดเสียได (1) ‫ﻻ‬-ray วัสดุกัมมันตทใี่ ชในการตรวจดวยรังสี มีแสดงในตาราง 8.1 ‫ﻻ‬- rayมีขอดี เชน มีพลังเจาะทะลุสูง เครื่องจายรังสีขนยายสะดวก เพราะสิ่งดักรังสีไมใหออกมานอกอุปกรณมีขนาดเล็ก ราคาถูก ฯลฯ แตก็มี ขอเสีย เชน ควบคุมพลังงานการแผรังสีไมได ตองใชเวลาสงและรับรังสีนาน จําเปนตองระมัดระวังในการใช และขนยายเครื่อง ฯลฯ เครื่องตรวจโดยใช‫ﻻ‬-ray มีขาย ดังนัน้ ซื้อไปใชได เครื่องชนิดนี้เหมาะสําหรับงาน ขนาดใหญและหนามาก (2) เครื่อง X-ray รูป 161 แสดงเคาโครงของเครื่อง X-ray ชนิดเคลื่อนที่และชนิดตัง้ ประจําที่ สําหรับชนิดติดตัง้ ประจําที่ไดรับไฟฟาแรงสูงสําหรับหลอด X-ray จากเครือ่ งกําเนิดไฟฟาแรงสูง และมีการหลอเย็นเพื่อปองกัน มิใหหลอด X-ray รอนเกินไป ดังนัน้ เครื่องตั้งประจําที่ใชกับงานที่ใชเวลานาน และใชกระแสไฟฟาสูง ๆ ได ชนิดเคลื่อนทีย่ อมมีขอเสียเมื่อเทียบกับชนิดตั้งประจําที่ และก็มีขอดีตรงที่ขนยายงาย ใชสะดวก ฯลฯ 11.3.6 การทดสอบโดยใชความดันน้าํ และอากาศ การทดสอบประเภทนี้ใชตรวจจุดเสียที่เปนรูทะลุจากภายในถึงภายนอกชิ้นงาน ในกรณีที่ชนิ้ งาน ตองรับความดันในการใชงาน มีการใชความดันของเหลวความดันอากาศ การใชสูญญากาศฯลฯ ทัง้ นี้แลวแต ขนาดความดันในการใชงานแตมักใชชนิดความดันน้ําและความดันอากาศ ในการทดสอบโดยใชความดันน้ํา จะตองอุดรูทุกรูของงาน แลวตรวจวามีนา้ํ รั่วหรือไม เมื่อน้ําในชิน้ งานไดรับความดันในการทดสอบดวย ความดันอากาศ จะตองอุดรูทุกรูของงาน แลวจุมลงในน้าํ แลวจึงสงอากาศอัดเขาไปในชิ้นงาน งานที่มีจุดเสีย จะมีฟองอากาศลอยขึ้นมาจากจุดเสียในกรณีที่ผลิตปริมาณมาก มีอุปกรณที่ใหความดันและตรวจการรั่วโดย อัตโนมัติ แตในบางกรณีความดันที่ใชทดสอบอาจต่ํากวาที่ตองการ เพราะอาจอุดรูรั่วไมดีพอ ดังนัน้ จึงควรมี การตรวจโดยใชสายตาบางเปนครั้งคราว การตรวจโดยวิธีนกี้ ระทําเมื่อเสร็จงานเครื่องกลโรงงาน รูป 162 แสดงวิธีการตรวจจุดเสีย โดยใชน้ําหรืออากาศ ตารางที่ 11.1 ชนิดของวัสดุกัมมันตที่ใชในการตรวจดวยรังสี 137CS 192Ir 170Tm สารกัมมันต 60Co ฮาลฟ –ไลฟ 5.2y.

30y.

7.44d.

127d. สภาวะเคมี Co CaCl Ir Tm203 ความหนาแนน(g/cm3) 8.9 3.5 22.4 4 พลังงาน‫ﻻ‬-ray(MeV) 1.17,1.33 0.662 0.30-0.61 0.084, (1.25 เฉลี่ย) (0.35 เฉลี่ย) 0.052

201

รูปที่ 156 หลักการตรวจโดยใชวิธีซึมเขาผิว

รูปที่ 157 หลักการทํางานของการตรวจดวยวิธีเสนแรงแมเหล็ก (MAGNAFLUX)

202

รูปที่ 158 วิธีตา ง ๆในการทําใหเปนแมเหล็ก

รูปที่ 159 หลักการทํางานของเครื่องตรวจจุดเสียดวยคลืน่ ความถี่สูงเหนือเสียงและภาพแสดงจุดเสีย

203

รูปที่ 160 หลักการตรวจสอบโดยใช (X-ray) แบบเคลื่อนที่ เครื่องควบคุม

เครื่องกําเนิดX-ray

ออโตทรานสฟอรเมอร สวิทซ เครื่องตั้งเวลา โวลทมิเตอรแอมมิเตอร เครื่องปองกัน

หลอด X-ray หมอแปลงไฟฟาแรงสูง ฟลาเมนตทรานสฟอรเมอร ระบบการหลอเย็น รีเลยอุณหภูมิ

แบบตัง้ ประจําที่ เครื่องควบคุม ออโตทรายสฟอรเมอร สวิทซ เครื่องตั้งเวลา โวลทมิตอรแอมมิเตอร เครื่องปองกัน

สายเค เบิ้ล แรง เคลื่อน ต่ํา

เครื่องกําเนิดไฟฟา สายเค แรงสูง หมอแปลงไฟฟาแรงสูง เบิ้ล ฟลาเมนตทรานสฟอรเม แรง อรหลอดเรคติไฟเออร สูง คอนเดนเซอร

กลองหลอด X- ray

หลอด X-ray

สายเคเบิ้ลแรงเคลื่อนต่ํา รูปที่ 161 เคาโครงของเครื่อง X-ray

สูบหลอเย็น

204

(A)ทดสอบโดยใชนา้ํ อัด

(B)ทดสอบโดยใชอากาศ

รูปที่ 162 การทดสอบแรงอัดรั่วของเสื้อสูบ

205

บทที่ 12 จุดเสียในงานหลอและวิธีแกไข จุดเสียในงานหลอมีลักษณะตาง ๆ กันหลายลักษณะ โดยทั่วไปจุดเสียขึ้นกับวิธีการทําแบบและการ เทและไมขึ้นกับชนิดของวัสดุหรือประเภทของงานหลอ เมื่อไดสํารวจจนทราบแนถึงสาเหตุของจุดเสียก็จะ แกไขไดไมวางานหลอจะทําดวยวัสดุอะไร ในการทําชิ้นงานหลอขึ้นมานั้นจะตองมีขบวนกรรมมากมาย วิธีการปฏิบัติอันใดอันหนึ่งในแตละขบวนกรรมอาจเปนสาเหตุของจุดเสีย ดังนั้นจึงเปนการยากที่จะ วิเคราะหไดถกู ตองวาอะไรเปนสาเหตุแน ผูวิเคราะหตองมีประสบการณมากจึงจะวิเคราะหไดถูก ในการ ทํางานของโรงหลอแตละโรงหลอจะตองมีการวางเทคนิคและขบวนกรรมมาตรฐาน เมื่อเกิดจุดเสียขึ้นสิ่ง แรกที่ควรจะสํารวจคือ วิธีการปฏิบัติตาง ๆ ที่ใชในการทําชิ้นงานหลออันที่มีจุดเสียเปนไปตามวิธีมาตรฐาน หรือไม ในบางกรณีก็ตองมีการประลองเพื่อหาสาเหตุ ลักษณะที่สําคัญของจุดเสียในงานหลอและวิธีการ แกไขมีดังนี้ 12.1 จุดเสียชนิดตาง ๆ และลักษณะ คณะกรรมาธิการหลอโลหะระหวางชาติไดแบงประเภทของจุดเสียออกเปน 9 ประเภท คือ (1) หางหนูหรือสะเก็ดบานปลาย (2) โพรง (3) รอยราว(4) ผิวหยาบ(หนาขาวตัง) (5) น้ําโลหะวิ่งเขาไมเต็ม แบบ (misrun) (6) มิติผิด (7) มีสิ่งแปลกปลอมหรือมีความไมสม่ําเสมอในเนื้อเหล็ก (8) การบิดเบี้ยว (9) จุดเสียที่มองไมเห็น จุดเสียเหลานี้เกิดจากการออกแบบ (รูปรางของชิ้นงาน) วัสดุที่ใช(เชนวัสดุที่หลอมละลาย ทราย ฯลฯ) ขบวนกรรม (การหลอมละลาย การปรับคุณสมบัติของทราย การทําแบบหลอ การเท การแตงขั้น สุดทาย ฯลฯ ) หรือการออกแบบการหลอ ( รูเท รูวิ่ง ฯลฯ ) จุดเสียชนิดเดียวกันอาจเกิดจากสาเหตุที่ ตางกัน ตาราง 12.1แสดงจุดเสียที่เกิดบอย ๆ และลักษณะของจุดเสียนัน้ ๆ รูปรางของจุดเสียขึ้นอยูกับวัสดุที่ ใชหลอ แตถือวาเปนจุดเสียประเภทเดียวกัน 12.2 จุดเสียในชิ้นงานเหล็กหลอ 12.2.1 รูพรุน (blow holes) (1) ลักษณะ รูพรุนดังแสดงในตาราง 12.1 เปนจุดเสียทีเ่ กิดบอยที่สุดในงานหลอ รูพรุนมีรูปรางตาง ๆ กัน รูพรุน อาจเปนรูที่ผิวงานหรืออาจเปนโพรงภายใน มักเปนโพรงกลมอยูใตผิวเล็กนอย รูพรุนมีสีตางกันแลวแต สาเหตุ คือสีในกรณีที่มีการทําปฏิกิริยากับออกซิเจน และในกรณีทไี่ มทําปฏิกิริยากับออกซิเจน สําหรับ เหล็กหลอและเหล็กเหนียวหลอจะเปนสีดําหรือสีน้ําเงิน และสําหรับโลหะผสมทองแดงจะเปนสีนา้ํ ตาลหรือ เหลือง

206

(2) สาเหตุ สาเหตุของรูพรุนนั้น แบงเปนกลุมใหญ ๆ ได 2 กลุม คือที่เกิดจากแกสจากน้ําโลหะและที่เกิดจาก แกสจากแบบหลอ รูป 12.1 แสดงการเกิดแกสรูพรุนมักเกิดจาก 1. การหลอมเหลวที่มีการทําปฏิกิริยากับออกซิเจน 2. ปากคิวโพลาและเบาไมแหงพอ ทําใหนา้ํ โลหะมีแกส 3. อุณหภูมิเทต่ํา 4. เทชา 5. แองรับน้ําโลหะในแบบหลอและระบบรูเขาเปยก 6. แบบหลอปลอยซึมไมมากพอ 7. ไมมีการปลอยแกสออกจากไสแบบมากพอ 8. แบบหลอไมแหงพอ 9. เกิดแกสจากแบบหลอมากเกินไป 10. ความดันของน้ําโลหะนอยเกินไป 11. เกิดแกสจากหมุดยึดไสแบบ ทุนเย็นในหรือทุนเย็นนอก (3) วิธีการแกไข 1.ในการหลอมเหลวโดยใชคิวโพลาจะตองใหไดน้ําโลหะที่ใสโดยรักษาระดับความสูงของถานโคก กนเตา โดยไมเปาลมมากเกินไป โดยการยางบริเวณกนเตาและผิวเตาใหแหงกอนใชงาน และโดยการใชตัว ลดออกซิเจน นอกจากนัน้ จะตองใหไดน้ําโลหะอุณหภูมิสูง โดยการควบคุมปริมาณถานโคกใหเหมาะสม ปากเตาและเบาจะตองแหงสนิท 2. รูพรุนมักเกิดขึ้นถาถาอุณหภูมิเทต่ํา หรือเมื่อตําแหนงของรูเทไมเหมาะสมหรือใชเวลานานเกินไป จึงจําเปนตองวาดรูเทใหถูกจุดและเทน้ําโลหะที่อุณหภูมิสูงพอและเทอยางรวดเร็ว (ดูรูป 12.2 และ 12.3) 3.เนื่องจากรูพรุนเกิดจากการที่แบบหลอปลอยซึมไมมากพอ หรือเมื่อมีความชื้นเฉพาะจุดหรือมีวัสดุ ที่ทําใหเกิดแกส จึงตองแกในจุดตาง ๆ ดังกลาว 4.ในกรณีที่ปลอยแกสออกจากไสแบบไมมากพอ โดยเฉพาะเมื่อมีน้ําโลหะหุมไสแบบไวเกือบมิด จะเกิดรูพรุนใหญขนาดที่แกไขไมไหว ดังนั้นจึงตองจัดใหมีทางแกสออก หรือโดยผสมขี้เถาถานโคกเขากับ ทรายไสแบบ หรือโดยปลอยใหแกสออกทางบาไสแบบ โปรดดูตัวอยางในรูป 12.4 5. ถาระดับน้ําโลหะในรูเทต่ําเกินไป ความดันของน้ําโลหะจะต่ํากวาความดันของแกสในแบบหลอ ดังนี้การที่ความดันของน้ําโลหะต่ําจะทําใหเกิดรูพรุนมีตัวอยางกรณีทแี่ กการเกิดรูพรุนไดโดยใหความดันน้ํา โลหะไมต่ํากวา 200 mm(โปรดดูรูป 12.5) และความเร็วเทตองสูงดวย

207

12.2.2 รูเข็ม (pin holes) (1) ลักษณะ รูเข็มคือรูซึ่งมีผิวในเรียบ และมักเปนรูกลม ขนาดของจุดเสียแบบรูเข็มอยูในราว 1-2 mm หรือต่ํากวา คือ เปนรูเล็ก ๆ คลายรูที่เกิดจากเข็มเจาะรูเข็มมักเกิดขึน้ ทั่ว ๆ ผิวงานภายในของรูมีสีขาวเงิน หรือสีนา้ํ เงินที่เกิด จากปฏิกิริยากับออกซิเจน (2) สาเหตุ เชนเดียวกับรูพรุน (3) วิธีแกไข เชนเดียวกับรูพรุน 12.2.3 รูแกสที่เกิดจากทุนเย็น (1) ลักษณะประจํา รูแกสเปนรูพรุนชนิดหนึ่งที่เกิดใกลหมุดยึดไสแบบทุนเย็นหรือทุนเย็นในภายในรูจะเรียบและรูมี ขนาดตาง ๆ กัน (2) สาเหตุ ถาผิวของทุนเย็น หมุดยึดไสแบบ ฯลฯ ที่เสนสัมผัสกับน้ําโลหะเปนสนิมหรือถาวัสดุที่ฉาบผิว กลายเปนไอไดงาย จะทําใหเกิดรูแกส รูแกสอาจเกิดจากการที่ความชื้นในแบบหลอกลายเปนไอ และไปกลั่น ตัวที่ผิวทุนเย็น แลวทําปฏิกิรยิ ากับน้ําโลหะเกิดเปนแกส (3) วิธีแกไข กอนที่จะใสทนุ เย็นและหมุดยึดไสแบบจะตองขัดเสียใหดี เพื่อปองกันมิใหเกิดสนิม ควรเคลือบทุนเย็น ทุนเย็นใน ฯลฯ ดวยดีบกุ แตถาเคลือบดวยวัสดุที่ใชบดั กรี จะทําใหเกิดรูพรุน มักจะจัดใหมีรองที่ผิวตรงที่ สัมผัสกับน้ําโลหะ เพื่อใหแกสหนีออกไดงาย (ดูรูป 12.6) รูพรุนที่เกิดจากหมุดยึดไสแบบอาจทําใหน้ํารั่ว ถา ใชกับน้ําที่รับความดัน ทําใหงานหลอนัน้ ใชไมได รูป 12.7 แสดงการใชที่รองรับหมุดยึดไสแบบเพื่อปองกัน มิใหเกิดการรัว่ ถาอุณหภูมิของแบบหลอและไสแบบหลอตางกันในขณะทีแ่ บบหลอรอการเทความชื้นอาจ กลั่นตัวเปนน้ําที่สวนที่อุณหภูมิต่ํากวา ทําใหเกิดรูพรุน ดังนั้นจึงตองทําใหอุณหภูมิเทากัน ดวยเหตุผล เดียวกัน ตองใหอุณหภูมิของทุกสวนเหนือ 100°C เพื่อปองกันมิใหเกิดการกลั่นตัวในขณะทีย่ างใหแบบหลอ แหงหลังจากทีใ่ สหมุดยึดไสแบบ ทุนเย็น และทุนเย็นใน ฯลฯ แลว

208

12.2.4 โพรงทีเ่ กิดจากการหดตัว (1) ลักษณะ โพรงที่เกิดจากการหดตัว เกิดจากการหดตัวเมื่อโลหะแข็งตัว ภายในของโพรงประกอบดวยผลึกรูป กิ่งไม สําหรับเหล็กหลอผิวในของจุดเสียชนิดนี้มีสีน้ําเงิน (2) สาเหตุ โพรงและรูโหวที่เกิดจากการหดตัวเกิดจากสาเหตุชุดเดียวกัน คือ เกิดในขณะที่โลหะแข็งตัว โดยที่สวนตาง ๆ ของชิ้นงานแข็งตัวไมพรอมกัน มักจะเกิดที่สวนทีแ่ ข็งตัวหลังสุด เหล็กหลอจะหดตัว 2.0โดยเฉลี่ยเมือ่ แข็งตัวแตจะขยายตัว(เมื่อแข็งตัว) ถาหนามากและจะกลับกลายเปนหดตัวถาหนานอย เหล็กหลอที่มคี ารบอน 3.4% จะขยายตัวเมื่อแข็งตัว ถาความหนาเทากับประมาณ 25mm แตถาปริมาณ คารบอนต่ําลงจะกลายเปนหดตัวที่ความหนาเทากันนี้ ถาใชแบบหลอทรายเปยกเหล็กหลอจะหดตัว เมื่อแข็งตัวสาเหตุของการเกิดจุดเสียเนื่องจากการหดตัว มีดังนี้ 1. อุณหภูมิเทต่ําเกินไป ทําใหรูลนแข็งตัวเร็ว จึงปอนน้ําโลหะไดยาก 2. ความสูงของรูลนนอยเกินไป หรือเมื่อเทไมเทเผื่อใหมนี ้ําโลหะในรูลนมากพอ 3. วัสดุที่ใชบรรจุเขาเตามีสนิมและสิ่งไมบริสุทธิ์มาก 4. การออกแบบหรือการทํารูลนไมดี 5. น้ําโลหะทําปฏิกิริยากับออกซิเจน ทําใหหดตัวมากเมือ่ แข็งตัว 6. อุณหภูมิเทต่ํา และน้ําโลหะทําปฏิกิริยากับออกซิเจน เนื่องจากถานกนเตาในคิวโพลาต่ําเกินไป 7. คอของรูลนเล็กเกินไป 8. ตําแหนงของรูลนไมเหมาะ ระยะที่ตองปอนน้ําโลหะสูงเกินไป 9. แบบหลอพองเมื่อโดนความดันน้ําโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากกระทุงไมแนนพอ 10. แบบหลอทรายที่มีมุมแหลม และไสแบบหลอทําดวยทรายที่บางและลอมรอบดวยน้ําโลหะที่จุด ดังกลาวนีจ้ ะรอนมาก ทําใหเกิดเปนจุดรอน (hot spot) ซึ่งทําใหเกิดโพรงเนื่องจากการหดตัว 11. เมื่อรูลนปอนน้ําโลหะไดยาก เพราะมีการเปลี่ยนแปลงความหนาโดยกระทันหัน 12. เมื่อชิ้นงานหลอมีมุมแหลมเกินไป หรือสวนที่ยื่นออกมีขนาดเล็กเกินไป(รัศมีเล็กเกินไป) (3) วิธีแกไข (a) การจัดลําดับการแข็งตัวกอนหลัง การแข็งกอนแข็งหลังของสวนตาง ๆ ของชิ้นงานจะตองเปนไปในทางที่จะทําใหรูลนทํางาน ไดผลที่สุด สวนที่ไดรับน้ําโลหะเขาเต็มกอนจะมีอณ ุ หภูมิต่ําที่สดุ และสวนที่เต็มหลังสุด จะมีอุณหภูมิ สูงสุด การวางรูลนไวตรงสวนที่เต็มหลังสุดเปนเรื่องทีส่ ําคัญมาก ในกรณีเชนนี้ควรเทน้ําโลหะเขา แบบหลอรูลน ดังนั้นวิธีแสดงในรูป 12.8 a,b เปนวิธีที่ดี แตสําหรับวิธี c จะไมสามารถปอนน้ําโลหะ

209

รอน ๆ เขาแทนที่การหดตัวได ถึงแมจะเทน้ําโลหะอุณหภูมิสูงลงรูเทน้ําโลหะ ที่เขารูลนซึ่งอยูตรงสวน หัวจะมีอณ ุ หภูมิต่ําทําใหรูลนทํางานไมไดดี รูป 12.9 แสดงการจัดรูเทสําหรับปลอกเสื้อสูบ รูป (a) แสดงวิธีการปอนจากขางลาง วิธีนี้นา้ํ โลหะที่สวนลางจะมีอุณหภูมิสูง และน้ําโลหะที่สวนบนสุดจะมี ดังนั้นโลหะจะเริ่มแข็งจากขางบนและโพรงที่เกิดจากการหดตัวมักเกิดที่ตรงกลาง อุณหภูมิต่ําสุด เพราะเปนสวนที่ไดรับความดันจากรูลนต่ํากวาสวนลาง วิธีที่ดีคือวิธีที่ใหเริ่มแข็งตัวจากขางลางโดยใช รูเขาชนิดดินสอดังในวิธี (b) แตถา เทน้ําโลหะผานรูเขาดินสอตั้งแตตนน้ําโลหะอาจจะวิ่งเขากระทบ แบบหลออยางแรง ดังนั้นจึงควรเริ่มโดยการเทน้ําโลหะเขาตามวิธี (a) กอน แลวจึงเปนเทเขาทางรูเขา ดินสอตามวิธี (b) วิธีดังกลาวนี้จึงเปนวิธีทนี่ ิยมใชกัน (b) การใชทุนเย็น วิธีนี้คือวิธีใชทุนเย็นในการบังคับใหเกิดการแข็งตัวของสวนตาง ๆ กอนหรือหลังตามที่ตองการ ทั้งนี้เพื่อใหรูลนทํางานไดดีขนึ้ รูป 12.10 แสดงตัวอยางการใชทุนเย็น น้ําโลหะจะถูกปอนเขาสูขอบซึ่ง อยูโดยรอบจากรูลนขาง แตละไมสามารถปอนเขาหนาแปลนนูน (boss) ได เพราะตองผานสวนที่บาง ทําใหไมไดรับผลจากรูลนเลย ดังนั้นจึงจัดทุนเย็นไวที่สว นลางของหนาแปลนนูน และเอารูลนไว ขางบนดังนี้โลหะเริ่มแข็งจากขางลางและรูลนจะทําหนาที่ไดอยางดี เนื่องจากอาจเกิดรูโหวตรงที่ผนัง ตัดกันเพราะปอนโลหะเขายาก จึงจัดใหแข็งกอนโดยใชทุนเย็น (c) เขตใชไดผลของรูลน เขตใชไดของรูลนขึ้นกับวัสดุที่ใชหลอวิธกี ารเทและความหนามักจะกะกันโดยประมาณวา เขตใชได ของการปอนน้ําโลหะจากรูลนควรเทากับ 8 เทาของความหนาของงานมีตัวอยางแสดงในรูป 12.11 12.2.5 การหดตัวที่เกิดตรงสวนนอก (1) ลักษณะ การหดตัวที่เกิดตรงสวนนอกทําใหเกิดรูทผี่ ิวนอกของชิน้ งาน ทั้งนี้เพราะการหดตัวขณะที่โลหะ แข็งตัว (2) สาเหตุ ดู 12.2.7 (3) วิธีแกไข ดู 12.2.4 12.2.6 โพรงทีเ่ กิดจากการหดตัว (1) ลักษณะ โพรงที่เกิดจากการหดตัวเกิดจากสาเหตุเดียวกับจุดเสียทีเ่ กิดจากการหดตัวที่สวนในและการหดตัวที่ สวนนอก และอาจเกิดตรงสวนที่หนาที่แข็งตัวหลังสุดจะเกิดเปนกลุมรูเล็ก ๆ ซึ่งมีโครงสรางกิ่งไมหยาบที่ผิว ใน และมักเกิดขึ้นตรงสวนหนา สวนทีห่ นาตัดตัดกัน สวนเวาของมุมมน (concave fillet part) ฯลฯ ของ ชิ้นงานหลอ

210

(2) สาเหตุ ดู 12.2.4 (3) วิธีแกไข ดู 12.2.4 12.2.7 ผิวหยาบเห็นเปนโครงสรางของเม็ดผลึก (1) ลักษณะ ผิวหยาบเห็นเปนโครงสรางของเม็ดผลึกเกิดจากการเย็นชา จะเกิดกระจายทั่วสวนที่หนาและเมื่อ แตงดวยเครื่องกลโรงงานแลวจะดูขรุขระเหมือนหนังหมู (2) สาเหตุ ผิวหยาบดังกลาวนี้เกิดจากกราไฟท เมื่อขนาดการอิ่มตัวของคารบอน(carbon saturation degree) เทากับ 1 หรือสูงกวา เนื่องจากโลหะมีปริมาณคารบอนสูง หรือถาเย็นชาจะเกิดเกล็ดกราไฟททว่ั ผิวของสวน ที่หนา โครงสรางเชนนี้มีความแข็งแรงทางดึงต่ํา และจะใหผวิ หยาบเมื่อทํางานเครื่องกลโรงงานแลว ดังนั้น ชิ้นงานที่มีจุดเสียประเภทนี้จงึ ใชไมได (3) วิธีแกไข ตองเปลี่ยนสวนผสมของน้ําโลหะ หมายความวา ตองควบคุมปริมาณของ C,Si และ P ใหเหมาะกับ ความแข็งแรงที่ตองการและความหนา 12.2.8 สะเก็ดที่เกิดจากผิวแบบหลอหลุด (1) คุณลักษณะ ทรายที่หลุดเปนแผนหรือเปนกอนจากผิวแบบจะเขาสูโพรงของแบบหลอและมักไปอยูกับแบบหลอ บน ดังนี้ จะทําใหมีทรายแทรกอยูในเนื้อโลหะ สวนทีท่ รายหลุดออกไปจะเกิดเปนตําหนิ รูปแผนหรือรูป กอน (2) สาเหตุ ผิวของแบบหลอขยายตัวเพราะความรอนจากน้ําโลหะและบางสวนอาจหลุดติดน้ําโลหะไป จุดเสีย ชนิดนี้เรียกวา สะเก็ดที่เกิดจากทรายหลุด ทรายที่หลุดจะไปกับน้ําโลหะและกลายเปนสวนหนึ่งของชิ้นงาน หลอ จุดเสียอีกชนิดที่คลาย ๆ กันที่เรียกวา buckle เกิดจากสาเหตุเดียวกันและมักเกิดจากการที่ทรายที่ผิวแบบ หลอบนซึ่งไดรับความรอนรังสีจากน้ําโลหะเปนเวลานาน จนเสียความแข็งแรงและหลุดลงมา สาเหตุโดย ละเอียดมีดังนี้ 1. เทชาเกินไป 2. อุณหภูมิเทสูงเกินไป 3. ทรายไมทนตอความรอน

211

4.ตําแหนงของรูเทไมถูกตอง

น้ําโลหะเขาแบบหลอหลังจากสวนนั้นตองรับความรอนเฉพาะจุด

มาแลว 5. ทรายมีวัสดุหนืดและมีดนิ (silt)มากเกินไป 6. ซอมแบบหลอไมเรียบรอย 7. ทาน้ําฉาบผิว(black wash) หนาเกินไป 8. เหล็กยึดไสแบบหลอขยายตัว 9. กระทุงไมแนนพอ 10. ไมมีทางใหแกสออกมากพอ 11. ทรายไมปลอยซึม (permeable) มากพอ (3) วิธีแกไข วิธีแกไขเห็นไดชัดแลวจากสาเหตุในขอ(2) โดยทัว่ ไปแลวก็จะตองเพิ่มความทนตอความรอนของ ทรายและทําใหความแข็งทีเ่ กิดจากการกระทุงสม่ําเสมอโดยลดความชืน้ ของทรายและเพิ่มตัวประสาน ใช ทรายที่การขยายตัวนอย หรือเติมผงไมลงไปเพื่อใหทรายหยุนตัวมากขึ้น สวนระบบรูเทตองเปนไปตามนี้ 1) เวลาเทตองสั้น 2) การไหลเขาแบบตองเฉลี่ยไปทั่ว ๆ ไมใหบางสวนตองถูกเสียดสีมากเปนพิเศษ 3)ปลายของรูเทจะตองไมตดิ กับแบบหลอหรือไสแบบหลอ ดังนั้นจะตองจัดใหนาํ้ โลหะเขาแบบ หลอจากดานลาง คือไมใหวิ่งเขาตรง ๆ 4)ในรูป 12.12น้ําโลหะเขาทางรูเท (1) กอน และเมื่อน้ําโลหะขึ้นถึงระดับ Bแลวจึงเขาทางรูเท (2)วิธี นี้เปนผลดีในดานการเย็นกอนเย็นหลังดวย 12.2.9 จุดเสียหางหนูหรือจุดเสียเปนเสน ๆ (1) ลักษณะ ดังแสดงในตาราง 12.1.9จุดเสียหางหนูเปนจุดเสียที่ผวิ ทรายที่ผิวแบบหลอขยายตัวและน้ําโลหะ แทรกเขาใตสว นที่ขยายตัวนั้น หลังจากหลอเสร็จและเอาทรายออกแลวจะเห็นเปนรอยโหวเปนรูปเสน เนื่องจากดูคลายหางหนูจึงเรียกวาจุดเสียชนิดนีว้ าหางหนู (2) สาเหตุ และ(3) วิธีแกไขเหมือนกับของสะเก็ดที่เกิดจากผิวแบบหลอหลุด ใน 12.2.8 12.2.10 แบบหลอหักเปนบางสวน (1) ลักษณะ เปนรอยปูดขึน้ มารูปรางไมแนนอน เมื่อแบบหลอบางสวนหักและหลุดออกและทรายสวนที่ หลุดออกจะแทรกอยูในเนื้อโลหะตรงสวนอื่น

212

(2) สาเหตุ 1)ไมไดกระทุง แนนพอ เพราะทําแบบหลอโดยไมระมัดระวัง และนอกจากนัน้ การเสริมความ แข็งแรงดวยตะปูแบบหลอยังไมเพียงพอ สวนของแบบหลอที่ออ นแอจะหักเพราะจะดึงกระสวนออก แรงเกินไปหรือมุมลาดของกระสวนนอยเกินไป 2) ทรายไมแข็งแรงพอ 3) กระทํากับแบบหลออยางรุนแรง (3) วิธีแกไข เนื่องจากสาเหตุของจุดที่เสียเกิดจากความไมระมัดระวัง วิธีแกไขก็คือใชความระมัดระวังอยาง มากในการทําแบบหลอ 12.2.11 แบบหลอปูดขึ้นทีห่ นาผา (1) ลักษณะ ในการประกอบแบบหลอบนเขากับแบบหลอลาง สวนหนึ่งของแบบหลอจะหักและตกลงไป ในแบบหลอ ดังนั้นตรงที่แบบหลอหักออกจะเกิดเปนสวนยื่นออกมาในชิน้ งานหลอ และทรายที่หลุด ออกมาจะทําใหเกิดโพรง เพราะมีทรายแทรกในเนื้อโลหะตรงที่ทรายตกไปกองอยูในแบบหลอ (2) สาเหตุ ดังที่แสดงในตาราง 12.1.11ถาสวนแบบหลอบนและแบบหลอลางไมประกบกันพอดี สวนที่ยนื่ ออก จําถูกกดจนหัก และทรายที่หลุดออกจะอยูในแบบหลอดังนั้นทรายนั้นจะไปแทรกอยูในแบบหลอบนหรือ แบบหลอลาง (3) วิธีแกไข ตรงหนาผา (parting surface) จะตองแบนเรียบ โดยใชกระดานทําแบบหรือตรวจแตงใหเรียบ หรือลองประกอบดูกอน แลวยกขึ้นตรวจวามีความผิดปกติเกิดขึ้นที่หนาผาหรือไม และภายในแบบหลอ มีทรายหลนอยูหรือไม 12.2.12 ทรายติดกระสวน (1) ลักษณะ ในการดึงกระสวนออก ทรายผิวแบบหลออาจหลุดออกมาดวย ดังนั้นจะทําใหเกิดรอยปูดที่ ผิวงานหลอ ทําใหผิวงานหลอดูนาเกลียด (2) สาหตุ 1) ในการดึงกระสวนออก เมื่อมีทรายผิวหลุดติดออกมาดวยก็มิไดมีการซอมและแตงแบบ 2) ทรายมักติดกระสวนที่ผวิ ขัดมันไวไมดแี ละเปยก ถาทําใหกระสวนรอนเสียกอนใช ทรายจะไมตดิ

213

3) ทรายที่รอน ทรายที่ไมชื้นพอ ทรายที่ไมมีดินเหนียวปนอยูพอ มักจะติด 4) กระทุงแบบหลอไมแนนพอ 5) แปงที่ใชกบั กระสวนเพื่อใหถอดออกงายไมดีพอ 6) มุมลาดของกระสวนไมมากพอ 7) ไมไดสั่นกระสวนมากพอขณะดึงออก (3) วิธีแกไข 1) ทรายตองเย็นพอ 2) ถาใชกระสวนทําดวยโลหะและกระสวนแผน (pattern plate)ตองทําใหรอนกอน 3) ใชทรายทีแ่ ข็งแรงพอและใชแปงอยางดี 4) กระทุงแบบหลอใหแนนพอ 5) การขยับใหกระสวนคลายการติดแนนและการสั่นกระสวนตองมากพอ 12.2.13 ทรายหลอมแข็ง (1) คุณลักษณะ จุดเสียที่เกิดขึน้ จากการหลอมแข็งคือทรายและโลหะทีห่ ลอมผสมกันอยู และติดอยูก ับผิวงาน เกิด จากการที่ทรายสวนหนึ่งที่ผวิ แบบหลอหลอมตัว (2) สาเหตุ 1) น้ําโลหะมีความตึงผิวนอย 2) ความดันสถิตและความดันจลนของน้ําโลหะสูงเกิน 3) อุณหภูมิเทสูงเกินไป 4) ทรายหยาบเกินไปและกระทุงนอยเกินไป 5) ทรายทนความรอนไดนอยเกินไป 6) ตัวประสานทรายมากเกินไป 7) วัสดุทําผิวไมดี (3) วิธีแกไข 1) ตองใชทรายที่ทนความรอนสูง 2) ตองผสมเหล็กออกไซด (เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของทรายเมื่อรอน)เขากับทรายใหดี 3) ตองกระทุงทรายใหแนน 4) ตองใชทรายที่มีการกระจาย(distribution) ของขนาดเม็ดกวางพอ

214

12.2.14 น้ําโลหะแทรกเขาในเนื้อทราย (1) ลักษณะ จุดเสียชนิดนี้เกิดขึ้นเมื่อน้ําโลหะแทรกเขาในผิวของแบบหลอ ดวยเฉพาะอยางยิ่งจะแทรกเขา ในผิวของไสแบบที่อุณหภูมสิ ูง และทรายจะหลอมผสมกับน้ําโลหะจุดเสียเชนนี้มักจะเกิดขึ้นกับสวนที่ อุณหภูมิสูง เชน ตรงมุมแหลม หรือเกิดกับไสแบบขนาดเล็กหรือปานกลาง (2) สาเหตุ น้ําโลหะแทรกเขาในชองวางระหวางเม็ดทรายที่ผิวแบบหลอ และเขาผสมทราย (3) วิธีแกไข เหมือนกับของจุดเสียที่เกิดจากการหลอมแข็ง ในกรณีของจุดเสียชนิดนีจ้ ุดสําคัญอยูที่ความ ตานทานความรอนของทรายและการกระทุง ทราย 12.2.15 แบบหลอโปง (1) ลักษณะ ความดันของน้ําโลหะสูงมากทําใหแบบหลอโปงและทําใหชิ้นงานโปงเปนแหง ๆ (2) สาเหตุและวิธีแกไข การโปงเกิดจากการที่แบบหลอโปงออกสูดานนอก เพราะความดันน้ําโลหะหรือเมื่อไสแบบ ถูกอัดจนยุบ วิธีแกไขมีดังนี้ 1) ตองเพิ่มความแข็งแรงทางอัดของแบบหลอ 2) การกระทุงทรายตองเพียงพอและสม่ําเสมอทั่วแบบหลอ 3) ตองใชแบบหลอที่แหง ความแข็งแรงทางอัดจะเพิ่มเมือ่ แบบหลอแหง 12.2.16 การเคลื่อนของแบบหลอ (1) ลักษณะ สวนที่มาบรรจบกันตรงหนาผาไมตรงกัน (2) สาเหตุและวิธีแกไข สาเหตุของการเคลื่อนมีดังนี้ 1) ศูนยของกระสวนเคลื่อนหรือเดือยกํากับเคลือ่ น 2) ศูนยหรือเดือยกํากับของหีบไสแบบเคลื่อน 3) ศูนยของกระสวยแผนเคลื่อน 4) เดือยกํากับซองหีบแบบหลอหลวม 5) ศูนยของแบบหลอทําดวยโลหะเคลื่อน 6) หีบแบบหลอไมแข็งแรงพอ

215

7) เกิดการเคลื่อนหลังจากประกอบแบบหลอแลว ในการแกไขก็แกตามสาเหตุนั้น ๆ 12.2.17 ไสแบบเขยื้อน (1) ลักษณะ ไสแบบถูกดันใหลอยขึ้นโดยน้ําโลหะ ทําใหผนังของชิน้ งานดานบนบางหรืออาจจะโหวในบางกรณี (2) สาเหตุ เมื่อไดรับแรงดันใหลอยไสแบบโกงหรือเขยื้อนขึ้น ทําใหมิติของงานผิดไปหรืออาจทําใหเกิดรูโหว (3) วิธีแกไข 1) ตองคํานวณดูวาบาไสแบบและตัวไสแบบแข็งแรงพอที่จะทนแรงดันลอยไดหรือไม ถาจําเปนควร เสริม หรือทําใหบาไสแบบแข็งแรงขึ้น 2) จะตองยึดบาไสแบบกับแบบหลอใหแนนพอ 3) สําหรับชิ้นงานหลอขนาดใหญ ไสแบบตองรับแรงดันลอยสูง จะตองใชมุดยึดไสแบบเปนจํานวน มาก หรือตองทําใหไสแบบแข็งแรง โดยใชเหล็กเสริมไสแบบดังในรูป 12.13 ตัวอยางในรูปเปนเสื้อสูบหนัก 18 ตัน แรงดันลอยที่ไสแบบไดรับเทากับ 7 ตัน ในกรณีเหล็กเสริมไสแบบเปนตัวรับแรงนี้ มีการเจาะรูเพื่อ จะไดดันไสแบบไมใหโกงขึ้นรูเชนนี้มีประโยชนในการเอาทรายไสแบบออกดวย (ดูตัวอยางในรูปที่ 12.14) 12.2.18 รอยราวหรือรอยแตก (1) ลักษณะ รอยราว (หรือรอยแตก) แบงออกไดเปนสองประเภท คือ รอยราวที่เกิดจากการหดตัวและรอยราวที่ เกิดจากความเคนคาง รอยราวที่เกิดจากการหดตัวมักเกิดที่มุมชิ้นงานตรงที่มีมุมมนรัศมีนอย ๆ ความกวาง อาจจะมากหรือนอย แตขอบรอยราวมักจะมน รอยราวจําพวกหนึ่งในประเภทที่เกิดจากความเคนคาง คือการ ฉีกเนื่องจากความรอน (hot tear) เกิดที่อุณหภูมิสูง และอีกจําพวกหนึ่งคือรอยราวที่เกิดที่อุณหภูมติ ่ํา ทั้งสอง จําพวกเกิดจากการดึงเพราะการหดขณะแข็งตัวรอยการฉีก เนื่องจากความรอนจะเปนรอยมนและอาจไม ตอเนื่องกันแตรอยราวที่เกิดที่อุณหภูมิต่ําจะเปนรอยทีไ่ มกวางขอบรอยราวจะเปนสันแหลมและจะมีแนวตรง (2) สาเหตุ สวนที่แข็งตัวกอนหดตัวและดึงโลหะสวนที่ยังไมแข็งตัวพอ จึงทําใหเกิดรอยราว รอยราวอาจขยาย ใหญขึ้นเมื่อมีการหดตัวหลังจากแข็งตัวแลว รอยราวประเภทนี้มักเกิดตรงที่ผนังหนา ๆ ตัดกันหรือที่มุม แหลม ๆ

216

สาเหตุการเกิดรอยราวเนื่องจากความเคนคางมีดงั นี้ 1) การออกแบบการหลอมีสวนสําคัญในการเกิด หรือไมเกิดจุดเสียชนิดนีค้ วามเคนเกิดขึ้น เพราะการแข็งตัวและหดตัวขึ้นไมพรอมกันเนื่องจากความหนาของผนังไมเทากัน 2) แบบหลอไสแบบหรือเหล็กเสริมไสแบบฝนการหดตัวของโลหะ 3) การวางรูเทและรูลนไมเหมาะสม ทําใหลําดับการแข็งตัวของสวนตางๆ ไมถูกตอง (3) วิธีแกไข วิธีปองกันมิใหเกิดรอยราวเนื่องจากการหดตัวมีดังนี้ 1) ทําใหแข็งตัวพรอม ๆ กันโดยใชทุนเย็นตรงขอตอ 2) ปอนน้ําโลหะเขาแบบหลอจากหลาย ๆจุดเพื่อใหเขาถึงสวนตางๆ พรอม ๆ กัน 3) เวลาเทตองสั้น 4) จะตองไมมมี ุมแหลมในชิน้ งาน แตะละมุมตองมนและมีรัสมีการมนตามที่กําหนด 5) หลีกเหลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความหนาโดยกระทันหัน ถาตองมีการเปลี่ยนแปลงในความหนาตอง คอย ๆ เปลี่ยน จะตองไมใหมีจุดเย็นชา (hot spot ) (ดูรูป 12.15) วิธีปองกันมิใหเกิดรอยราวเนื่องจากความเคนคางมีดังนี้ 1) ในการออกแบบงานหลอตองพยายามใหความหนาของผนังของแตะละสวนเทากัน 2) เมื่อจําเปนตองมีการเปลี่ยนแปลงในความหนาของผนังในชิ้นงานหลอที่ทําหนาที่เปนโครงสราง ผนังสวนที่หนาจะตองไดรับการทําใหเย็นเร็วเชนโดยใชทุนเย็น และจําตองเปลี่ยนระบบรูเขา รูวิ่ง 3) ตรงที่เปนมุมในชิ้นงานจะตองมน 4) จะตองใชสันเสริมความแข็งแรง 5) เมื่อเทเสร็จแลวจะตองตัดเหล็กเสริมไสแบบ เพื่อใหหดตัวไดงาย 6) ทรายที่หุมเหล็กเสริมแบบของงานหลอขนาดใหญตอ งหนาไมต่ํากวา 50 mm 7) ตองทําใหไสแบบกลวง หรือผสมเถาถานโคกหรือวัสดุประเภทนัน้ เขากับทรายทําไสแบบ เพือ่ ให ไสแบบยืดหยุน ได 8) หลังจากเทแลว จะตองปลอยใหเย็นชา ๆ ในแบบหลอ ในรูป 12.16 แขนตาง ๆ มีขนาดเล็ก และอยูใ นตําแหนงตรงขามกัน จึงเกิดรอยแตกตัวอยางนี้แสดงการออกแบบที่ไมดี ในกรณีเชนนี้จะตอง ปอนน้ําโลหะเขาจากวงนอก และใชทุนเย็นติดกับหนาลางของมุม ตรงที่แขนแตละอันตอกับวงใน จะตองมีการมนมีมุมแหลมไมได รูป 12.17 แสดงการแตกตรงสวนตอของทางออกของเปลือกเครื่อง เปาขนาดใหญ ในกรณีนที้ างออกและทางเขาซึ่งยื่นออกจากตัวเปลือก ไดรับการตานทานการหดตาม แนวแกน (ขณะแข็งตัว) จากแบบหลอ สวนตอแตละแหงจะตองมีการมนและมีสันเสริมความแข็งแรง

217

12.2.19 การเกิดเหล็กหลอเย็นเร็ว (chills) (1) ลักษณะ บางสวนของชิ้นงานหรือสวนของโลหะใกลผิวงานเย็นเร็ว จนเกิดเปนเหล็กหลอขาวสวนเย็น เร็วนี้จะแข็งมาก แตงดวยเครื่องกลโรงงานไมได สวนที่อยูภ ายในถัดเขาไปจะเปนเหล็กหลอเทาผสมกับ เหล็กหลอขาว (mottled)และถัดไปจากนัน้ อีกจะเปนเหล็กหลอเทา (2) สาเหตุ 1) สวนผสมของโลหะไมเหมาะสม 2) น้ําเหล็กมีอณ ุ หภูมิสูงกวาจุดหลอมละลายมากเกินไป 3) เย็นเร็ว 4) ปริมาณคารบอนและซิลิคอนต่ํา (3) วิธีแกไข 1) จะตองใชสวนผสมของโลหะที่เหมาะกับความหนาของผนังและความแข็งแรงทีต่ องการ เชน ถาใช โลหะที่มีความแข็งแรงทางดึง 250 μPa (ประมาณ 25 kg/mm2) เมื่อความหนาของผนังเทากับ 25mm เทลง ในแบบหลอที่มีความหนาของผนังเทากับ 8 mm ผิวของงานและมุมจะเกิดเปนเหล็กหลอขาวและแข็งมาก ใน กรณีเชนนี้ จะตองใชโลหะทีม่ ีปริมาณคารบอนและซิลิคอนสูง 2) จะตองไมมโี ครเมียม โคบอลดและวาเนเดียมผสมอยูในโลหะ 12.2.20 การเกิดเหล็กหลอเย็นเร็วกลับทาง (1) ลักษณะ ปรากฏการณนี้หมายถึงกรณีที่เกิดมีเหล็กหลอขาวเกิดขึ้นที่สวนกลาง(ภายใน)ของผนังชิ้นงาน (2) สาเหตุ สาเหตุของปรากฏการณนี้เปนที่ทรายแนชดั แตจะแกไมใหเกิดขึ้นไดโดยลดปริมาณซัลเฟอร และเพิ่มปริมาณแมงกานีส 12.2.21 น้ําโลหะเขาไมถึง (misrun) และน้ําโลหะแข็งปดทาง(cold shut) (1) ลักษณะ misrun หมายถึงกรณีที่น้ําโลหะเขาไมเต็มแบบ cold shut หมายถึง การเกิดรอยแหวงที่ผิวงาน หรือที่ผนังของงาน เนื่องจากน้ําโลหะสองสายที่มาบรรจบกันไมประสานกัน (2) สาเหตุ 1) ผนังบางเกินไป 2) อุณหภูมิเทต่ําเกินไป 3) เทชาเกินไป

218

4) น้ําโลหะไหลเขาสวนตาง ๆ เร็วชาตางกัน เพราะระบบรูเขาไมดี 5) ทางปลอยแกสออกจากแบบหลอไมเพียงพอ 6) ระบบรูลนไมดี (3) วิธีแกไข 1) อุณหภูมิเทตองสูง 2) เทใหเร็ว 3) เพิ่มจํานวนรูเขาและน้ําโลหะตองเขาจากหลาย ๆ ตําแหนง เพื่อจะไดเขาสูสวนตาง ๆ ในอัตรา ไลเลี่ยกัน 4) เพิ่มทางปลอยแกสออกจากแบบหลอ 5) การปลอยแกสออกจากไสแบบตองเพียงพอ 12.2.22 ขี้ตะกรันแทรกอยูในเนื้องาน (1) ลักษณะ ขี้ตะกรันเปนวัสดุที่ไมใชโลหะเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีในขณะหลอมละลายขณะแข็งตัวหรือ ในขณะเท ขี้ตะกรันอาจแทรกอยูในน้ําโลหะ และมักลอยอยูแถบผิวของแบบหลอสวนบน (2) สาเหตุ 1) น้ําโลหะทําปฏิกิริยากับออกซิเจน 2) ใสสารพิเศษมากเกินไป 3) แยกขี้ตะกรันออกจากผิวน้ําโลหะในเบานอยเกินไป 4) วัสดุกรุเบาไมมีความทนตอความรอนพอ 5) เทนานเกินไป 6) ไมมีแองเท 7) ไมกระทุงผิวแบบหลอใหแนนพอ 8) การแตงผิวแบบหลอไมดี 9) ทรายทําแบบหลอไมมีความทนตอความรอนพอ 10) มีฟองแกสเนื่องจากแบบหลอไมแหงพอ 11) โพรงของแบบหลอไมสะอาดพอ 12) แบบหลอไมปลอยซึมมากพอ 13) ระบบรูเทไมดี รูป 12.18 แสดงระบบแบบหลอของเปลือกกลองเฟองทดของเทอรไบนสังเกตระบบรูเขาวา รูวิ่งอยู ในสวนแบบบน แตรูเขาตอจากสวนลางของรูวิ่งอยูในสวนแบบลาง ดังนั้นขี้ตะกรันหรือทรายที่ตดิ มากับน้ํา

219

โลหะจะลอยอยูขางบนในรูวงิ่ และดังนัน้ จะไมเขาสูแบบหลอ ในกรณีนี้อัตราสวนระหวางรูเทและรูเขา เทากับ 1.0.8 (3) วิธีแกไข แกโดยปองกันมิใหเกิดสาเหตุตาง ๆ ดังทีร่ ะบุไวในขอ (2) 12.2.23 ทรายแทรกอยูในเนื้อโลหะ (1) ลักษณะ ทรายอาจแทรกอยูในเนื้อโลหะตรงผิวงานหรือแทรกอยูภ ายใน (2) สาเหตุและ (3) วิธีแกไขดู 12.2.22 (2) และ (3) 12.2.24 การบิดโกง (1) ลักษณะ การบิดโกง เกิดจากความเคนเนื่องจากความรอน เกิดภายหลังการเท (2) สาเหตุ ชิ้นงานที่มีลักษณะเปนแผนหรือยาวอาจบิดโกง เนื่องจากเกิดการหดตัวไมพรอมกัน ทําใหเกิดความ เคนตางกันในสวนตาง ๆ (3) วิธีแกไข 1) พยายามออกแบบรูปรางงานหลอที่จะทําใหไมเกิดการบิดโกงในกรณีที่ชิ้นงานมีลกั ษณะเปนแผน ก็ตองเพิ่มความตานทานการโกงโดยมีสันเปนแนว ๆ หรือตัดกันเปนตาราง 2)ในกรณีที่มสี ันไมไดในการเทชิ้นงานทีย่ าวหรือแบน จะตองใหแบบหลออยูในแนวตั้ง เพื่อให อุณหภูมิที่แตละหนาตัดสม่าํ เสมอกันทั่วหนาตัด 3)ในกรณีที่คาดการณไดวาจะเกิดการบิดโกง อาจเพิ่มความหนาเผื่อแตงหรืออาจทําใหแบบหลอโกง กลับทางไวกอน รูป 12.9แสดงตัวอยางการหลอแทนเครื่องกลโรงงานขนาดใหญ โดยจัดใหมกี ารโกงกลับ ทางไวกอน ทําใหแทนนั้นไมโกงหลังจากหลอเสร็จ

220

ตารางที่ 12.1 จุดเสียในงานหลอ

221

222

รู

223

สูผิวน้ําโลหะ

ฟองแกส แกสในน้ําโลหะ

ออกจากแบบหลอ

ออกจากรูไอ

ถูกกักอยูในโลหะ ถูกกักอยูบริเวณผิว

สารละลายแข็งหลังจากแข็งตัวแลว

ผานทราย

รูพรุนภายใน แกสจากแบบหลอ

ออกจากรูลนและรูเทา

เขาไปสูน้ําโลหะ ผิวเปนรูพรุน แกสที่เกิดจากเหตุ

รูปที่12.1ขบวนกรรมของแกสที่เกิดขึ้น

224

รูปที่ 12.2 การเปลี่ยนตําแหนงรูเทเพื่อเลี่ยงการเกิดรูพรุน

รูปที่ 12.3 การเปลี่ยนตําแหนงรูเทเพื่อเลี่ยงการเกิดรูพรุน

225

รูปที่ 12.4 จัดใหมีรูไอที่โตพอสําหรับใหแกสออกเพื่อเลี่ยงการเกิดรูพรุน

รูปที่ 12.5 การหลีกเลี่ยงรูพรุนโดยการจัดใหมีความดันของน้ําโลหะสูง

รูปที่ 12.6 ทุนเย็นซึ่งมีรองบนผิวหนาทําใหแกสหนีออกงายขึ้น

226

รูปที่ 12.7 ที่รองรับหมุดยึดไสแบบ

รูปที่ 12.8 การวางตําแหนงตาง ๆ ของรูเทและรูลนและผลที่เกิดจากรูลน

227

รูปที่ 12.9 การวางรูเทสําหรับปลอกเสื้อสูบ

รูปที่ 12.10 โพรงที่เกิดจากการหดตัวอาจเกิดที่หนาแปลนนูนแตใสทนุ เย็นแลวจะไมเกิด

228

รูปที่ 12.11 เขตใชไดผลของรูลนสําหรับการหลอเหล็กหลอ

รูปที่ 12.12 การหลองานตรงกระบอกโดยใชรูเท 2 อัน

รูปที่ 12.13 วิธีการแกไขไสแบบเขยื้อน

229

รูปที่ 12.14 ฝาสูบซึ่งมีการแกไขไมใหไสแบบเคลื่อน

รูปที่ 12.15 การหลีกเลี่ยงจุดเย็นชา

รูปที่ 12.16 รอยราวเกิดเพราะแขนเสริมมีขนาดเล็กถาจะเลี่ยงไมใหเกิดการแตกเชนนีจ้ ะตองเทน้ําโลหะเขา ตรงสวนวงกลมนอกและวางทุนเย็นไวตดิ กับมุม

230

รูปที่ 12.17 รอยราวของเปลือกเครื่องเปาลมหลีกเลี่ยงการราวไดโดยการใชสันเสริมความแข็งแรง

รูปที่ 12.18 รูตา ง ๆทําใหในหีบสวนบนและรูเขาตาง ๆ อยูใ นหีบสวนลางขี้ตะกรันไมสามารถเขาสู แบบหลอได

รูปที่ 12.19 หลีกเลี่ยงการปดโกงของแทนเครื่องกลโรงงานโดยการจัดใหมีการโกงกลับทางไวกอน

231

231

บทที่ 13 เตาหลอมโลหะ 13.1 เตาหลอมโลหะ เครื่องมือและอุปกรณที่ใชในการหลอหลอโลหะตาง ๆ นั้นมีอยูมากมายหลายชนิดแตในทีน่ ี้จะขอกลาว แตละชนิดที่มคี วามสําคัญและที่นิยมใชกนั ในวงอุตสาหกรรมของบานเรา กอนอื่นเราตองคํานึงถึงหลักการเลือก วิธีหรือชนิดของการใชเครื่องมือและอุปกรณดังกลาว ดังตอไปนี้ 1. จํานวนหรือปริมาณที่ตองการ 2. จุดหลอมเหลว,อุณหภูมิ และจุดหลอมละลายของโลหะนั้น ๆ 3. การลงทุนซื้อเครื่องมือและอุปกรณตาง ๆ 4. รายจายตาง ๆ เกี่ยวกับการใชเครื่องมือและอุปกรณตาง ๆ 5. การควบคุมคุณภาพของงาน 6. จุดคุมทุน,กําไร หรือแนวโนมในการขาดทุน 13.2 ชนิดของเตาหลอมโลหะ กอนอื่นที่จะพูดถึงชนิดของเตาหลอมโลหะที่สําคัญ ๆ ตาง ๆ เราตองพูดถึงเตาที่นับกันวาเปนสิ่งแรกเริ่ม ของวงการหลอหลอมโลหะเลยทีเดียว เตานั้นคือ เตาสูง (Blast Furnace) นั่นเอง เตาสูง (Blast Furnace) โลหะแทง (Ingot) เราถือไดวาเปนวัตถุดิบในขั้นตนทีใ่ ชในการผลิตเหล็กในทุก ๆ ชนิดที่เรานํามาใชกัน อยูในปจจุบันนี้ ซึ่งนับกันวามีความสําคัญมาก และโลหะแทง (Ingot) ดังกลาวนี้ก็ผลิตไดมาจากเตาสูง (Blast Furnace) นั่นเอง

รูปที่ 13.1 เตาสูง (Blast Furnace)

232

จากรูปที่ 13.1 เปนการแสดงภาพตัดของเตาสูง (Blast Furnace) ใหเห็นโดยชัดเจนรวมทั้งยัง บอกโซนของชวงอุณหภูมภิ ายในเตาในแตละชั้นของตัวเตาใหเราทราบวา ในชวงไหนอุณหภูมิสูง หรือ ต่ําเทาไร จากเตานีน้ ิยมใชผลิตโลหะแทง (Ingot) ตัวเตามีขนาดเสนผาศูนยกลางประมาณ 25 ฟุต สูง 200 ฟุต ในเวลา 1 วัน หรือ 24 ชั่วโมง ผลิตเหล็กไดประมาณ 1,800 ตัน โดยมีวัตถุดิบที่ใชใสลง ในเตา ก็ไดแก แรเหล็ก (Fe) ถานโคกและปูนขาว ซึ่งจะใสลงทางปากเตาที่อยูท างดานบน และนิยมใส เปนชั้น ๆ ลดหลั่นกันลงมาตามลําดับ ปูนขาวที่ใสลงไปจะชวยทําหนาที่เปน Flux ซึ่งจะเขาทําปฏิกิรยิ ากับสินแรซงึ่ มีวัสดุตาง ๆ ที่ไม บริสุทธิ์อยูมากมาย แลวกลายสภาพเปนขีต้ ะกรัน (Slag) ลอยตัวขึ้นสูผิวหนาของน้ําเหล็ก ลมรอนจะชวยทําใหการเผาไหมของถานหินเปนไปไดเร็ว และสมบูรณแบบยิ่งขึน้ และ กลายเปนแกส CO ในภายหลังเราจะเทน้ําเหล็กออกจากเตาในทุก ๆ 6 ชั่วโมงตอจํานวน 1 ครั้ง ซึ่งจะไดเหล็ก ดิบ (Pig Iron) ปริมาณไมนอยในแตละวัน

รูปที่ 13.2 แสดง Ingot ของ Steel

233

รูปที่ 13.3แสดงขบวนการทํางานของเตาสูง (Blast Furnace) 13.3 ประเภทของเตาหลอมโลหะ เตาที่ใชในการหลอมโลหะมีอยูมากมายหลายชนิดสุดแลวแตงานและชนิดโลหะที่ตองการหลอ ดังตอไปนี้ 1. เตา Cupola 2. Open Hearth Furnace 3. Air Furnace หรือ Reverberatory Furnace 4. Breckelsberg Furnace 5. เตา Converter 6.Electric Furnace 6.1Direct Arc Furnace 6.2Indirect Electric Arc Furnace 7.Induction Furnace 7.1High Frequency Induction Furnace 7.2Low Frequency Induction Furnace 8.Crucible Furnace 9.เตา Basic Oxygen (BOF)

234

13.3.1 เตา Cupola จากรูป 13.4 แสดงภาพตัดของเตา Cupola ใหเห็นอยางเดนชัด เปนลักษณะรูปทรงกระบอกตั้ง เปลือก รอบนอกของเตาเปนเหล็กแผนหนาประมาณ ⅜ นิ้ว ภายในบุดวยอิฐทนไฟ รอบนอกเปลือกเตามี Wind Bose ลอมอยูโดยรอบ Wind Bose นี้มีหนาที่ถายเทอากาศไปยังชองลม “Tuyeres”อยางสม่ําเสมอจาก Wind Bose ที่ ติดตอกับชองลม (Tuyeres) ซึ่งเปนชองทะลุเปลือกเตาและอิฐทนไฟเขาไปยังบริเวณหลอมละลาย โดยปกติเตา Cupola จะมีขารองรับกนเตาอยู 4 ขา มีบานประตูครึ่งวงกลมอยู 2 บาน ซึ่งมีไวปดกนเตา ภายหลังการหลอม ละลายแลวจะตองเปดประตูน้ําออกเพื่อใหถานโคก และ Slag ที่เหลือคางอยูหลุดลงมา ลมที่เปา เขาไปชวยใน การหลอมละลายไดมาจากเครื่องเปา (Blower) ผานเขาไปยัง Wind Bose โลหะทีห่ ลอมละลายจะไหลผานลง มายังชองปากเตา ซึ่งยื่นออกมาขางหนาเตาเพื่อรอถายลงในเบาถาย (Ladles)ตอไป ที่ขางเตาต่ํากวาชอง Tuyeres เล็กนอย มีรูถายขี้เหล็ก

รูปที่ 13.4 (A) Cupola Furnace

235

Slag (Slag Hole) เพื่อแยก Slag ที่ลอยอยูบนน้ําเหล็กออกใหหมด บนดานขาง Wind Bose ตรงกับ ชองลม Tuyeres มีรูเล็ก ๆ ใสกระจกสีสําหรับมองดูสภาพของถานและเหล็กที่กําลังหลอมละลาย สวน เหล็กและถานโคก บรรจุลงในเตาทางชองบรรจุซึ่งอยูสูงจากชอง Tuyeres ขึ้นไป และมีพนื้ อีกชั้นหนึ่ง ตางหากจากพืน้ ชั้นลาง พื้นชั้นนี้จะตองใหกวางพอสําหรับกองถานโคก และเหล็กที่จะตองใสเตาหลอม เตา Cupola เปนเตาที่ประหยัด และใชกันแพรหลาย ซึ่งมีคุณสมบัติที่ดี ดังนี้คือ 1. เปนเตาหลอมละลายไดรวดเร็ว 2. เปนเตาชนิดที่หลอมละลายเหล็กไดติดตอกันไป และทํางานไดงาย 3. คาใชจายในการติดตั้งราคาจะถูก 4. คาซอมเตาราคาต่ําที่สุด เมื่อเทียบกับเตาชนิดอื่น ๆ 5. ปรับปรุงในการใชงานไดสะดวก 6. นอกจากใชสําหรับผลิตเหล็กหลอทั้งหมดแลวยังสามารถใชผลิต เหล็กออน เหล็กเหนียว หรือ โลหะผสมชนิดทองแดงเจือในบางครั้งไดอีกดวย

รูปที่ 13.4 (B) แสดงภาพตัดภายในของ Cupola Furnace

236

รูปที่ 13.5 Sectional View ของเตา Cupola และ Preheating Stove ขบวนการติดเตา Cupola ในการทํางานของเตา Cupola จะจุดเชื้อเพลิงที่ถานโคก โดยถานโคกนี้จะแบงเปนชั้น ๆ โดยชั้น สวนลางสุด จะเปน Coke Bed และถัดสูงขึ้นมาอีกชั้นจะเปนถานโคกและเหล็กสลับชั้นกันไป โดย สัดสวนของถานโคก 1 สวน เหล็ก 10 สวน โดยน้ําหนัก Flux ที่ใชจะเปนหินปูน หินฟนมา หรือ โซดา แอซก็ได ใสเขาไปในภายหลังเพื่อกันการเกิด Oxide และให Slag หรือขี้ตะกรันหลอมเหลวอยูเสมอ สวนอากาศที่ใชคือ ประมาณ 115 ฟุต3 ความดัน 15 PSI. ที่อุณหภูมิ 62๐F เพื่อตองการหลอมละลาย คารบอน C จํานวน 1 lb.ตอเหล็ก 1 ตัน และหินปูน 78 lb. ความดันลมที่พนเขาเตานั้นขึ้นกับ เสนผาศูนยกลางของตัวเตา เหล็ก Pig Iron (เหล็กดิบ) ควรบรรจุใหรอบ ๆ ผนังเตา ซึ่งจะไดรับความรอนสูง,เหล็กเหนียว(เศษ) ควรบรรจุทับบนชั้นของ Pig Iron อีกทีหนึ่ง หรือบรรจุเขาไปหาศูนยกลางของเตาก็ได สวนเศษเหล็กหลอควร บรรจุทับชั้นเหล็กเหนียวอีกทีเชนกัน ชองที่เปนรูสําหรับน้ําเหล็กไหลลงสูปากเตาดานหนา จะตองพอกดวยดิน ทนไฟใหเหลือรูโตประมาณ 1½ นิ้วและจะมีรางทีย่ ึดติดกับตัวเตา เพื่อใหน้ําเหล็กไหลลงสูเบา ( Ladle ) ได สะดวกไมหกกระจัดกระจาย รางดังกลาวนี้มีความยาวประมาณ 30 – 40 นิ้ว หลังจากถานโคกชั้นแรกเกิดการลุก ไหมดแี ลว จึงเปดเครื่องเปาลมเขาไป

237

ในเตา และการบรรจุเหล็กและถานโคกเขาไปในเตาแลวเชนเดียวกัน รูมองภายในและรูถายขีเ้ หล็กจะถูกปด หลังจากเปดลมเขาไปภายในเตาแลวประมาณ 10 นาที น้ําเหล็กทีห่ ลอมละลายจะไหลออกมาทางรูไหล แตยังไม รอนจัดพอที่จะเทแบบได จะตองปลอยใหน้ําเหล็กไหลออกมาประมาณ 1 นาที คือเททิ้งหลังจากปลอยใหน้ํา เหล็กไหลแลว จะตองอุดรูไหลดวยดินทนไฟผสมกับทรายหลอซึ่งทําเปนแทงรูปกรวย หลังจากอุดรูไหลแลว ประมาณ 10 นาที จึงใชเหล็กแทงรูไหลใหมใหแทงรูปกรวย (Bott) แตกออกเพื่อจะไดน้ําเหล็กไปเทลงแบบ แลว อุดรูไหลดวยดินและแทงรูไหลทุก ๆ 5นาที เหตุที่ตองอุดก็เพื่อใหเตาไดรับความรอนพอและขังน้ําเหล็กไดพอ จํานวน BLAST FURNACES

BLAST FURNACES

BASIC IRON HAEMATITE IRON (PIG IRON-COLD)

MIXERS (MOLTEN IRON) STEELSCRAP

PIG IRON(COLD) ALLOYS

CONVERTER PROCESSES

OPEN HEARTH FURNACES

STEEL INGOTS

WROUGHT IRON SWEDISH IRON

CUPOLA

ALLOYS

H.EINDUCTION AND CRUCIBLE FURNACES

SOAKING PIT

ROLLED SECTIONS PLATE SHEET STRIP FORGINGS PRESSINGS

PUDDLING FURNACE

IRON CASTINGS

ELECTRIC ARC FURNACES

ROLLING FORGING.PRESSING

CUPOLA

TROPENAS CONVERTER STEEL FOUNDRY

STEEL CASTINGS CARBON AND ALLOY STEELS

SMALL INGOTS CARBON STEELS CUTLERY SHEARS TOOLS ETC

รูป 13.6 Diagram ของขบวนการผลิตเหล็กและเหล็กกลา

STEEL FOUNDRY PRECISION CASTINGS IN “SPECIAL” STEELS

238

รูปที่ 13.7 แสดงขบวนการหลอมแบบตางๆ

239

13.3.2 เตา Basic Oxygen (BOF) เปนเตาถลุงที่ใชโลหะแทง (Ingot) 65-80%จากเตาสูง(Blast Furnace)ใชเศษเหล็กและปูนขาวใสลงใน เตาดวย จะใชกาซออกซิเจน(O2)เขาชวยในขบวนการหลอมโลหะและวัตถุดิบทีใ่ สลงไป เซอรเฮนรี่ เบสเซม เมอร ไดคิดคนวิธีถลุงแบบนี้ เมื่อป ค.ศ. 1800 ในการหลอมจะใสเศษโลหะลงในเตา แลวเทน้ําโลหะที่รอ น ๆ ตามลงไป เมื่อเตาตั้งตรงแลวใชหลอด O2 ขนาดยาว ๆ จุมลงที่ปากเตา โดยมีน้ําหลอเย็นชวยดวย การจุมตองใหสูงกวาระดับน้ําเหล็ก ประมาณ 8 ฟุต เมื่อ O เปาเขาสูผิวหนาน้ําโลหะนั้น ขบวนการจุดระเบิดจะดําเนินการขึ้นทันที อุณหภูมิจึงสูงขึ้นตามกัน เมื่อถึง อุณหภูมิ 3000°F จะมีธาตุที่เกิดเปน Oxide คือ C,Mn และSi สวนพวก Slag หรือขี้ตะกรันตองเติมปูนขาวลงไป เพื่อขจัด P,S ใหจับตัวรวมตัวกันดังกลาว แลวเทน้ําโลหะออกจากเตา เอเทลงแบบ (Mold)ตอไป ก็จะได เหล็กกลา (Steel) ตามตองการ 13.3.3 เตา Open Hearth เปนกระบวนการที่ใชผลิตเหล็กกลา (Steel) อีกวิธีหนึ่ง เปนเตาที่มีขนาดใหญพอควรจะสรางดวยอิฐทน ไฟเปนสวนใหญ ลักษณะทีส่ ําคัญจะเปนแอง หรืออางอยูตรงกลางเตาขนาดเตานิยมใชคือ สามารถผลิตเหล็กได วันละ 150 ตัน หรือ 150,000 กิโลกรัมทีเดียวเตาชนิดนี้จะแบงออกเปน 2 แบบคือ 1. Acid Open Hearth Process ชนิดนี้เหมาะแกการผลิตเหล็กชนิด High grade Steel โดยใช Pig Iron ที่มีปริมาณของ PและSต่ํา ใสลง ในเตา จะมี Lining และFlux ชนิด Aeid หรือชนิดเปนกรด ซึ่งมีความสามารถในการขจัด Mn และ Si ที่อยูใน เนื้อเหล็กออกไดดียิ่ง เหล็กดิบ (Pig Iron)ชนิดดังกลาวนีส้ วนใหญจะมีราคาแพง และหายากดวย ตองคํานึงถึงใน ขอนี้ดวย 2. Basic Open Hearth Process ชนิดนี้จะบรรจุหรือใสเหล็กดิบ (Pig Iron) เศษเหล็กเหนียว (Steel Scrap) และ Line Stone ซึ่งเปนตัว ที่จะกลายเปน Flux ภายหลัง โดยใชอตั ราสวนของเหล็กดิบ (Pig Iron) 3 สวน ตอเศษเหล็กเหนียว (Steel Scrap) 1 สวน วิธีนจี้ ะมี Lining และ Flux ชนิด Basicหรือชนิดเปนดาง ซึ่งจะขจัด Mn,P และ Si ออกจากเนื้อเหล็กไดดี อีกดวย

240

รูปที่ 13.8 ภาพตัดของเตา Open Hearth

รูปที่ 13.9 0pen Hearth Furnace

241

รูปที่ 13.10 แสดง Open Hearth Furnace อีกมุมหนึ่ง

รูปที่ 13.11 Heat Regenerators สําหรับแกส-ไฟของเตา

242

13.3.4 Air Furnace หรือ Reverberatory Furnace จะใชในการผลิต White Iron Castings เพราะอาจจะทําเปน Malleable Iron ได เตามีลักษณะยาวรูป สี่เหลี่ยมผืนผาหลังคาโคง สามารถเคลื่อนที่เขา-ออกได เหนือแองหลอมเหล็ก เชื้อเพลิงที่ใชคือ Pulverized Coal หรือน้ํามันเพือ่ ใหความรอนในการหลอมละลายเหล็กเพือ่ เปาเขาไปในเตาพรอมกับอากาศเพื่อใหเปลวไฟ (Flame) วิ่งผานเหนือโลหะที่บรรจุในเตาวิธีนี้ตองใชอากาศเขาชวยดวย เพื่อผลในการควบคุมสวนผสมของ โลหะใหดีขึ้น

รูปที่ 13.12 Air Furnace

รูปที่ 13.13 ภาพตัดของ Air Furnace

243

13.3.5 เตา Converter หรือ Side- Blow เปนเตาใชในการทําเหล็กกลา (Steel) ใชสําหรับแยกธาตุคารบอน ( C ) ที่มีปริมาณอยูมากเกินไป เพื่อ ผลิตเหล็กกลาหลออีกดวย โดยทั่วไปจะลด S ออกจากเหล็กกอนทีจ่ ะใสในเตา Converter ตัวเตานัน้ สามารถปรับ ระดับตาง ๆ โดยใหต่ํา, เอียงเปนมุม , เพื่อเทน้ําโลหะไดสะดวก อากาศจะผานทาง Tuyers ที่ดานขางของเตา แต อยูเหนือน้ําโลหะหลอมในเตา จะทําให C, Si และ Mn ถูกลดออกจากน้ําโลหะ และถาเติม Al ลงไปดวยจะทําให เทลงในแบบ (Molds) หลอไดดียิ่ง

รูปที่ 13.14 แสดงการหมุนของเตา Converter

244

รูปที่ 13.15 Converter Furnace 13.3.6 เตาเบา (Crucible Furnace) เปนเตาที่นยิ มใชในการหลอมทองเหลือง (Brass) และโลหะผสม (Alloy)ตาง ๆ โดยตัวเตาจะเปน แกรไฟทผสมกับดินปนเปนรูปเบา เพื่อทนความรอนไดดี จะมีโครงเหล็กซึ่งมีวัสดุทนไฟครอบคลุมตัวเตาอีก ชั้นหนึ่ง จะทําชองวางรอบเตาไวเพื่อใหเชือ้ เพลิงหรืออากาศเขาทําปฏิกิริยาในการหลอมโลหะ เชื้อเพลิงที่นิยม ใชคือ น้ํามัน กาซ หรือถานโคก เมื่อไดทแี่ ลวก็สามารถยกเบาออกจากเตาไปเทน้ําโลหะลงสูแบบ (Molds) ได โดยสะดวกยิ่งขึ้น

245

รูปที่ 13.16 Crucible Furnace

รูปที่ 13.17 ภาพตัดของ Crucible Furnace

246

13.3.7เตาเหนี่ยวนําไฟฟา (Induction Furnace) แบงออกเปน 2 ชนิดคือ 1. High Frequency Induction Furnace ชนิดนี้จะมีวัสดุทนความรอน (Refractory Crucible) ซึ่งลอมรอบดวยขดทองแดง (Cu) ที่มีระบบ น้ําหลอเย็นพรอมทั้งเพื่อผานกระแสไฟฟาความถี่สูง จะเปนขดปฐมภูมิ (Primary)ของ Transformer และประจุ ใหเปลี่ยนแปลงเปนทุติยภูมิ (Secondary) ความรอนจะอยูใ นประจุมกี ารสลับของสนามแมเหล็กโดยรวดเร็ว โดย สลับไปสลับมาตลอดเวลา จนกวาโลหะจะหลอมละลาย เหมาะสําหรับทําเหล็กกลาชนิดพิเศษ เหล็กกลา คุณภาพสูง ๆ เปนตน

รูปที่ 13.18 High Frequency Induction Furnace

247

2. Low Frequency Induction Furnace จะเปนชนิด Short Circuited Transformer จึงทําใหขดปฐมภูมิ (Primary) ของ Transformer ถูกพันในแกนเหล็กขนาดเล็ก ๆ สวนขดทุติยภูม(ิ Secondary) ของ Transformer จะถูกกระทําโดยทาง ไหลของน้ําโลหะที่หลอมเหลว ภายในเตานั้นเอง จะเกิดกระแสไฟสูงและแรงเคลื่อนต่ําขึ้น จนโลหะเกิด การหลอมละลาย เหมาะสําหรับหลอพวกโลหะนอกกลุมเหล็ก (Nonferrous Metals)

รูปที่ 13.19 Induction Furnace

248

13.3.8 เตาไฟฟา (Electric Furnace) แบงออกเปน 2 ชนิดคือ 1. Direct Arc Furnace แบบนี้จะมีผนังเตาที่ทําการบุดวยกรดหรือดาง ถาเปนการบุดวยกรด (Acid) ตรงผนังดานขางของเตา จะเปนอิฐซิลิกา (Silica Brick) นิยมใชผลิตเหล็กคารบอนต่ํา (Low carbon Steel) ตองใชเศษเหล็ก (Scrap) ที่มี ปริมาณ S และ P ต่ํา ถาเปนชนิดดาง (Basic) ผนังดานขางจะเปนอิฐอะลูมินา (Alumina Brick) ใชผลิตเหล็กกลา เกรดตาง ๆ รวมทั้งเหล็กผสมตาง ๆ ดวย สามารถควบคุม S และ P ไดดียิ่ง 2. Indirect Electric Arc Furnace จะมีแทง Electrode อยูสูงกวาน้ําโลหะที่กําลังหลอมละลาย จะมีการสงผานความรอนไปสูน้ําเหล็ก โดย การแผรังสีของความรอน ซึง่ จะตรงขามกับแบบ Direct Electric Arc Furnace ที่จะใหกระแสไฟวิ่งจากแทง Electrode ไปยังน้ําเหล็กที่หลอมละลาย และจะวิ่งกลับมาสูแทง Electrode เชนเดิม จนครบวงจร แทง Electrode ที่ใชจะมี 3 แทงดวยกันทําจากแกรไฟทมขี นาดเสนผาศูนยกลางประมาณ 30 นิ้ว ยาวประมาณ 80 ฟุต ใช V = 40 V และ A = 12,000 A ซึ่งสูงมาก

รูปที่ 13.20 ภาพตัดของ Electric Arc Furnace

249

รูปที่ 13.21 Electric Arc Furnace

250

รูปที่ 13.22 Electric Resistance Furnace

รูปที่ 13.23 แสดง Electric Arc Furnace ทั้ง 2 ชนิด

251

251

บทที่ 14 โลหะวิทยางานหลอ 14.1 โลหะวิทยางานหลอ โดยทั่วไปแลวหลักการหลอ-หลอมโลหะนัน้ เปนขบวนการทําการหลอมโลหะใหเกิดการหลอมละลาย จนกลายเปนของเหลว แลวทําการเทน้ําโลหะที่หลอมเหลวนั้นลงไปในแบบหลอ (Molds) ที่เตรียมไว ดังนั้นเมือ่ น้ําโลหะเกิดการแข็งตัวขึ้นภายในแบบ หลอ (Molds)ก็จะไดรูปรางตาง ๆ ตามที่เราตองการ หลักในการสังเกตและพิจารณางานหลอโลหะจะแบงออกไดเปน 2 ขอใหญ ๆ คือ 1.ทางดานโลหะวิทยา (Metallurgy) ซึ่งหลักการจะอยูท ี่ขบวนการหลอมเหลวแบบตาง ๆ รวมถึง ขบวนการหลอที่ทําใหเกิดการแข็งตัวของน้ําโลหะภายในแบบหลอ (Molds)ที่ไดเตรียมไว 2. กรรมวิธีการหลอ(Foundry Process) ซึ่งหลักการจะคํานึงถึงการเลือกกระสวนทีใ่ ช การเลือก แบบ หลอ วัสดุที่ใช และรวมถึงขัน้ ตอนและเทคนิคตาง ๆ ที่จะนํามาใช 14.2 ผลึกของโลหะและการเกิดผลึก การแข็งตัวของโลหะเกิดขึน้ ได 3 ลักษณะ คือ 1. การแข็งตัวที่อุณหภูมิคงที่ (โลหะบริสุทธิ์และโลหะยูเทคติก) 2. การแข็งตัว ณ อุณหภูมิไมคงที่ (สารละลายของของแข็ง) 3. เริ่มแข็งตัวตามชวงอุณหภูมิ และในชวงสุดทายแข็งตัวที่อณ ุ หภูมิคงที่ (การแข็งตัวของโลหะ) โปรยูเทคติก+ยูเทคติกการแข็งตัวโดยการตกผลึกของโลหะนัน้ จะเริ่มตนที่การเกิดนิวเคลียสกอนแลวคอยเติบโต เปนเกรนขึน้ ลักษณะของมันขึ้นอยูกับการเย็นตัวและสวนผสมของธาตุ การแข็งตัวจะหมดสิ้นก็ตอ เมื่อน้ําโลหะ เกิดการแข็งตัวจนหมด หรือเกิดนิวเคลียสจนหมดจากการคลายตัวของอุณหภูมิ

รูปที่ 14.1 แสดงการเย็นตัวของ Pure Metal

252

จากรูป A โลหะเหลวเริ่มตนแข็งตัวที่สุด a และสิ้นสุดการแข็งตัวทีจ่ ดุ b โดยมีอณ ุ หภูมิคงที่เทากับ T1 ตลอดเวลาของการแข็งตัวเปลี่ยนสภาวะจากของเหลว เปนของแข็ง เนื่องจากการคลายความรอนแฝง เปน ลักษณะของการแข็งตัวของโลหะและโลหะผสม จากรูป Bโลหะหลอมเหลวเริ่มแข็งตัวทีจ่ ุด a และสิ้นสุดการแข็งตัวที่จุด b โดยมีอณ ุ หภูมิลดลง ตลอดเวลา เปนลักษณะของการแข็งตัวของโลหะผสม จากรูป C โลหะหลอมเหลวเริ่มแข็งตัวทีจ่ ุด a โดยการกลายเปนของแข็งชนิดที่ 1 (S 1)อุณหภูมลิ ดลง เรื่อย ๆ จนถึงจุด b โลหะหลอมเหลวจะหยุดการเปลี่ยนแปลงเปนของแข็งชนิดที่ 1 แตจะเปลี่ยนแปลงเปน ของแข็งชนิดที่ 2 (S2) ที่อุณหภูมิคงที่และสิ้นสุดการแข็งตัวที่จุด C เปนลักษณะของการแข็งตัวของโลหะผสม (โปรยูเทคติก+ยูเทคติก) ขณะการแข็งตัวที่เกิดขึ้น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงหลายอยาง เชน ทันทีที่เทน้ําโลหะลง ในแบบ (Molds) ความรอนจะเริ่มถายเทออกสูแบบ(Molds) นั้นความรอนนี้เรียกวา“ความรอนยิง่ ยวด”(Super heat) ซึ่งจะตองแยกตัวออกจากน้ําโลหะกอน แลวจึงเกิดนิวเคลียส และแข็งตัวในที่สุดนอกจากนี้ยัง เกิดความรอนแฝงในขณะแข็งตัว แลวจะถายเทความรอนไปยังแบบหลอ แลวถายเทตอไปยังบรรยากาศ จนงานเย็นตัวลงถึงอุณหภูมหิ อง ในขณะเย็นตัวจะเกิดการหดตัวของเนื้อโลหะ 3 ขั้นตอน คือ หดตัว ขณะเปนของเหลว (อุณหภูมลิ ดลง) หดตัวขณะกําลังแข็งตัว และหดตัวหลังจากการแข็งตัวอยางสมบูรณ ดังนั้นควรพิจารณาการแข็งตัวของโลหะ ในประเด็น 3 ประการ คือ 1. การเติบโตของเกรน 2. การเกิดและถายเทความรอน 3. การเปลี่ยนแปลงขนาด การแข็งตัวของโลหะเริ่มตนเมื่อเปอรเซ็นตของการสั่นสะเทือนของอะตอมลดลงถึง 12% ของระยะทาง สมดุล โดยอะตอมของโลหะบางสวนเริ่มตนจับตัวกันเปนนิวเคลียสปรากฏการณและการหดตัวหลังจากการ แข็งตัวอยางสมบูรณ ดังนั้นควรพิจารณาการแข็งตัวของโลหะในประเด็น 3 ประการ คือ 1. เกิดการเย็นตัวแบบยิ่งยวด 2. เกิดจากอนุภาคสิ่งแปลกปลอมในโลหะเหลว และจากการเย็นตัวอยางยิ่งยวด 3. เกิดจากสารที่เติมลงไปในน้ําโลหะหลอมเหลว ซึ่งละลายตัวยังไมหมด

253

รูปที่ 14.2 แสดงขัน้ ตอนการเจริญเติบโตของเกรน นิวเคลียสจะเติบโตไดโดยการดึงอะตอมจากน้ําโลหะหลอมเหลวมาเสริมตัวเองกลายเปนเกรน และจะ เติบโตขึ้นไปเรื่อย ๆ จนกวาน้ําโลหะหลอมเหลว หรือเติบโตมาชนกันเองจึงจะหยุดตัว บริเวณทีเ่ กรนเติบโตจน มาชนกันเรียกวา Grain boundary หรือ ขอบเกรนเปนบริเวณที่อะตอมเรียงตัวผิดปกติ และมีสารมลทินปะปนอยู มาก ถาหากน้าํ โลหะเกิดการเย็นตัวอยางยิ่งยวด ซึ่งเปนการแข็งตัวในสภาวะไมสมดุล ผลึกจะเกิดการเติบโตแบบ โครงสรางกิ่งไม (Dendrite Structure) 14.3 โครงสรางผลึกแบบกิง่ ไม (Dendrite Structure) เปนโครงสรางที่มีกิ่งกานสาขามากมายคลายกับกิ่งของตนไม หรือเรียกวา Pipe tree Structure อาจเกิด ใน Columnar grains หรือ Equiaxial grains ก็ได เกรนแบบนี้เกิดจากการฟอกตัวของเกรนในทิศทางอาจไม เทากันอีกทิศทางหนึ่ง ในการฟอกตัวในทิศทางที่ไมเทากันนี้เปนเหตุใหเกิดโครงสรางแบบกิ่งไมหรือโครงสราง กระดูก (Skeleton) โครงสรางแบบนี้จะทําใหเกิดรูพรุน(Porous) ขึ้นในเนื้อโลหะ รูพรุนนี้เกิดขึ้นเล็กนอย แตทํา ใหโลหะนี้มีคณ ุ สมบัติทางดานความเหนียวลดลงได

254

การเกิดโครงสรางกิ่งไมในโลหะผสม จะเกิดไดจากผลของการทําใหเย็นตัวอยางยิ่งยวด แตในโลหะ บริสุทธิ์เปนแบบที่เรียกวา “ความรอนถูกดึงออกอยางรวดเร็ว” แตในโลหะผสมเกิดขึ้นไดจากเหตุผลของ การเย็นตัวอยางยิ่งยวด ซึง่ เกิดขึ้นเนื่องจากสวนผสมที่แข็งตัวมีคาสวนประสมของธาตุ ตางจากของเหลวที่ อุณหภูมิสูงขึ้น การเจริญเติบโตของโครงสรางแบบกิ่งไมนี้ เปนการแข็งตัวของโลหะที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิในสวนที่อยู หนาของการแข็งตัวมีคาต่ํากวาจุดหลอมเหลว เพราะสาเหตุที่อุณหภูมขิ องผิวหนา มีคาสูงกวาอุณหภูมิของแข็ง และของเหลว หากเราสมมุติวาของเหลวที่เรามีอยูนั้นมีอัตราการเย็นตัวอยูที่อณ ุ หภูมผิ ิวหนา(Interface) ในขณะ ที่ของเหลวแข็งตัว ความรอนแฝงสวนหนึง่ จะถูกคลายออกมา ซึ่งทําใหในบริเวณนีม้ ีอุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นถาเรา พิจารณาจากแนวผิวหนาเขาสวนที่เปนของเหลวอุณหภูมิจะลดลงเรื่อย ๆ ลักษณะการลดลงของอุณหภูมิเชนนี้ เราเรียกวา “อุณหภูมิผันกลับ” (Temperature Invension)

รูปที่ 14.3การเจริญเติบโตของโครงสรางแบบกิ่งไม สวนที่เปนของแข็งจะยื่นเขาไปในของเหลว หากการเคลื่อนที่ยากก็จะทําใหที่ปลายกิง่ ของมันมีปริมาณ อัตราการเย็นตัวสูงขึ้น ซึ่งยิ่งจะสงเสริมใหมันงอกออกไปดวยอัตราที่สูงขึ้นไปอีกเราเรียกการงอกนี้วา Dendrite Growth ซึ่งจะเปนแบบขั้นแรกและขั้นที่สอง หรือแขนงยอย ๆ ออกไป อีกเปนขั้นที่ 3

255

รูปที่ 14.4 Coring or Segregation การเย็นตัวอยางยิ่งยวดเปนเหตุผลหนึ่งในการที่โลหะเปลี่ยนสภาพจากของเหลวเปนของแข็งนั้น คือ องศาของการเย็นตัวอยางยิ่งยวด โดยปกติของเหลวทุกชนิดจะมีอุณหภูมิลดต่ําลงกวาคาอุณหภูมิหลอมเหลวทาง ทฤษฎีกอนที่จะเริ่มแข็งตัว ทั้งนี้เนื่องจากการเกิดนิวเคลียสนั้นชากวาการลดของอุณหภูมิ องศาของการเย็น ตัวอยางยิ่งยวด ปริมาณของการเย็นตัวที่มีคาสูงไดดวย ทั้งนี้เนื่องจากการแข็งตัวเกิดขึ้นอยาง Homogeneous ในทางกลับกันของเหลวที่มสี ารมลทินปนอยูมาก อะตอมของสารมลทินที่ปะปนอยูน ั้นจะทําหนาที่เปน จุดเริ่มตนในการจุดนิวเคลียส

รูปที่ 14.5 Phase diagram ของ Ni-Cu

256

รูปที่ 14.6 Phase diagram ของ Al-Cu ปริมาณของการเย็นตัวอยางยิง่ ยวดมีผลอยางมากกับอัตราการเคลื่อนที่ของของแข็ง และของเหลว ที่สงผิวหนางานสวนที่เปนของแข็งนั้นจะมีอุณหภูมิเทากัน หรือต่ํากวาอุณหภูมิหลอมเหลว แตใน ของเหลวนั้น อุณหภูมิของการยึดเหนี่ยวอาจมีได 2 กรณี คือ อุณหภูมิทสี่ ูงกวาการยึดเหนี่ยว หรือ อุณหภูมิที่ลดต่ํากวาการยึดเหนี่ยวที่ผิวหนาของงาน

รูปที่ 14.7 รูปแบบของ Graphite ในเหล็กหลอ

257

14.4 การแข็งตัวของโลหะบริสุทธิ์ภายในแบบหลอ 14.4.1 เมื่อหลอมโลหะจนหลอมเหลวแลวนําไปเทลงในแบบหลอ(Molds) น้ําโลหะบริเวณผนังแบบจะถายเทความรอนใหแกผนังและผิวแบบอยางรวดเร็ว ทําใหอุณหภูมิบริเวณ นั้นต่ํากวาสวนอื่น และเกิดการแข็งตัวหรือเปนเปลือกบาง ๆ ในขณะที่บริเวณภายในยังคงเปนของเหลว ความ รอนจากภายในก็ยังคงถายเทความรอนผานเปลือกบาง ๆนั้น ออกสูผนังแบบ และสูบรรยากาศภายนอก ทําให โลหะนั้นแข็งตัวมากขึ้น ซึง่ ตองเพิ่มความหนาของสวนที่แข็งตัวแลวมีจํานวนมากขึ้นเรียกวา Chill Zone หรือ Fine Grains ความหนาของสวนเกรนละเอียดนั้น หาไดจากสูตรดังตอไปนี้ D = K√t - C เมื่อD = ความหนา K,C = คาคงที่ t = เวลา คาคงที่ K ขึ้นอยูกับขนาดของงาน และอัตราการถายเทความรอนของแบบหลอคาคงที่ C ขึ้นอยูกับ ระดับของความรอนยิ่งยวด (Super heat)ขณะที่ผิวงานกําลังแข็งตัว น้ําโลหะที่เหลือจะมีอุณหภูมลิ ดต่ําลง และ ในที่สุดจะเกิดนิวเคลียส และเจริญเติบโตอยางสม่ําเสมอ

รูปที่ 14.8 แสดง Solidification จากผนังแบบ

รูปที่ 14.9 แสดงชวงระยะเวลาการแข็งตัวที่ผิวของ Steel Castings

258

รูปที่ 14.10 Solidification of Steel ในทราย และ Chilled molds

รูปที่ 14.11 Solidification of Alloy

259

14.4.2 Columnar ตอจากเกรนละเอียดที่อยูใกลกับผนังแบบ แลวน้ําโลหะจะคอย ๆ เย็นตัวอยางสม่ําเสมอ ลักษณะการเกิดเกรนของโลหะจะเกือบมีขนาดเทากันทุก ทิศทางประมาณวาเกือบกลม ถึงกระนัน้ ก็ตามการเย็นตัวก็ยังคงไมคอยสม่ําเสมอนัก เกรนที่ไดจงึ ไมคอยเปน รูปราง แบบกลมนัก การเกิดแบบนี้ขึ้นอยูกบั ปจจัย 2 ประการ คือ 1. แลวแตทิศทางของการจัดรูปแบบของเกรน 2.การเจริญเติบโตของเกรนจะเคลื่อนเขาหาของเหลวเสมอ ฉะนั้นเกรนจะจัดรูปแบบเขาหาจุดศูนยกลาง ของ Ingot เสมอ 3. Equi axial Zone เกิดจากโลหะหลอมเหลวสวนทีแ่ ข็งตัวครั้งสุดทายตรงบริเวณจุดศูนยกลางของแทง Ingot ซึ่งจะใหเกรนหยาบ พบวาเกรนของโลหะตอนนี้สามารถจะเจริญเติบโตไดทุกทิศทาง ทั้งนี้เพราะอัตรา การถายเทความรอน (Rate of heat transfer) ประมาณวาเปนไปไดทกุ ทิศทาง ดังรูป 14.12

รูปที่ 14.12 โครงสรางของการตกผลึก (a) ผลึกละเอียด Columnar เกิดขึ้นใน Pure Metal (b) ผลึกละเอียดผสม Columnar ผสมผลึกหยาบสม่ําเสมอ เกิดในสารละลายของแข็ง (c)ผลึกหยาบสม่ําเสมอ (Equiaxed grain) เนื่องจากการแข็งตัวพรอม ๆ กัน โดยการเติมสารตัวเรงลงไป

260

14.4.3 การแพรตัวของอะตอม (Diffusion of Atom) การแพรตัวเปนขบวนการที่อะตอมของธาตุหนึ่งเคลื่อนที่เขาไปที่อีกธาตุหนึ่ง ซึ่งอาจจะเกิดขึ้นในภาวะ ของแข็งของเหลวหรือแกส ในสภาวะของแข็งการแพรตัวจะตองมีแรงกระตุนจํานวนมาก ซึ่งแรงกระตุนไดจาก พลังงานความรอนอุณหภูมิยงิ่ สูงพลังงานความรอนยอมมาก การแพรซมึ ยิ่งเกิดขึน้ ไดดี กลไกของการแพรซึมมี อยู 2 ลักษณะ คือ ดังรูป 14.13

รูปที่ 14.13 แสดงกลไกการแพรซึมแบบ Diffusion 1. กลไกเขาแทนที่ในชองวางการแพรซึมเกิดขึ้นไดโดยอะตอมเคลื่อนที่เขาไปยังจุดกลางดังรูป A เปน ระนาบที่อะตอมอัดตัวกันหนาแนนในของแข็งบริสุทธิ์ ซึ่งจะมีที่วาง (Vacancy) อยูห ลายจุด อะตอมที่ลอมรอบที่ วางตางก็มีโอกาสเคลื่อนที่เขาไปในทีว่ างนั้น การแพรซึมของสารบริสุทธิ์นี้มีชื่อเรียกวา Self-Diffusion รูป B เปนระนาบของอะตอมของสารละลายแบบสารละลายของแข็งเขาไปแทนที่ของรูป A ยังไมเปลี่ยนแปลงที่วาง แตละแหงจะมีทั้งอะตอม A และ B ลอมรอบอยู และตางก็มีสิทธิ์ที่จะเคลื่อนที่เขาไปยังที่วางนั้นดวยกันทั้งคู 2. กลไกของการเขาแทรกตัว โครงสรางของผลึก (Crystal) เปนลักษณะที่มีอะตอมเล็ก ๆ แทรกอยูใ น ชองวางของอะตอมใหญ

261

รูปที่ 14.14 แสดงกลไกการแพรซึมแบบแทรกตัวในชองวาง อะตอมเล็กพยายามจะแทรกเขาไปในชองวางของอะตอมใหญ ซึ่งตองอาศัยพลังงานกระตุนเพื่อทีจ่ ะดัน อะตอมเล็กแทรกตัวเขาไปในชองวางของอะตอมใหญ 3. การเกิดความเครียดแข็งของโลหะ (Strain Hardening of Metal) จากกราฟความเคน-ความเครียด ถา แรงที่มากระทําไมเกินจุดคราก พอเอาแรงออกการยึดตัว หรือการเปลี่ยนแปลงไปจะกลับเขาสูสภาพเดิม แตถา แรงที่มากระทําเกินจุดคราก และเกิดความเคน แลวโลหะนัน้ ถาปลอยแรงการเปลี่ยนแปลงนั้นจะกลับเขาที่เดิม ไดไมหมด ทําใหมีการเปลีย่ นรูปภายในโลหะนัน้ ขึ้น ซึ่งเรียกวาการเปลี่ยนแปลงถาวร และจะมีการเปลี่ยนแปลง ตกคางอยูภายใน ถาโลหะนั้นไดรับความเคนซ้ําอีกจะเกิดการเปลี่ยนรูปถาวรนอยลง และจุดครากจะเพิ่มขึ้น ถาจะใหเกิด การเปลี่ยนรูปถาวรขึ้นอีกตองใชแรงมากขึน้ กวาเดิม แสดงวาโลหะนัน้ มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น การที่โลหะมี ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น หลังจากเกิดการเปลี่ยนถาวรขึ้นอีก ตองใชแรงมากขึ้นกวาเดิมแสดงวาโลหะนัน้ มีความ แข็งแรงเพิ่มขึน้ การที่โลหะมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น หลังจากเกิดการเปลี่ยนรูปถาวรนี้ เรียกวา ความเครียดแข็ง หรือความแข็งหลังการขึ้นรูป (Work Hardening)

รูปที่ 14.15 แสดงขั้วบวกและลบของการแทนที่ในชองวาง

262

รูปที่ 14.16 แสดงถึงผลของแฟรงคเกิล และสก็อตตี้ในสภาพของแข็ง

รูปที่ 14.17 แสดงขั้วบวก และลบที่เขาแทนที่ในสารบริสทุ ธิ์ผสม 14.5 ขบวนการเกิดผลึกใหม ขบวนการเกิดผลึกใหมแบงเปน 2 ขั้นตอน คือ 14.5.1 การเกิดผลึกใหมครัง้ แรก (Primary Recrystallization) ไดแก ชวงที่มีเกรนยาว อันเกิดมาจาก ถูกแปรรูป แลวเปลี่ยนเปนเกรนมุมละเอียด แตยังคงเรียงตัวไมสม่ําเสมอ 14.5.2 การเกิดผลึกใหมครั้งทีส่ อง(Secondary Recrystallization) หรือการเติบโตของเกรน ไดแก ชวง ที่เกรนเกิดขึ้นใหม เติบโตขึ้นและเกิดที่อณ ุ หภูมิสูงกวาขั้นแรก

263

รูปที่ 14.18 แสดงขบวนการเกิดผลึกใหมในแตละชวง การเกิดนิวเคลียสของผลึกใหม ซึ่งจะกอตัวขึ้นในบริเวณที่ปราศจากความเคลียสซึ่งเกิดตามบริเวณที่มี การเลื่อนตัวตัดกันบริเวณทีเ่ กิด Twinning และใกล Grains Boundary ดังรูป14.19

รูปที่ 14.19 แสดงการหมุนของซับเกรน อีกนัยหนึ่งที่ทาํ ใหนวิ เคลียสกอตัวขึ้นได คือ เนื้อเกรนบางสวนจะถูกลอมดวยขอบเกรนมุมกวาง เพราะขอบเกรนมุมแคบจะเคลื่อนที่ไดชากวา จากสาเหตุ 2 ประการที่กลาวมาแลว อาจจะเปนเหตุ

264

ใหเกิดนิวเคลียสขึ้นมา สวนจะเกิดในลักษณะใดนั้น ขึน้ อยูกับธรรมชาติของการเปลี่ยนรูปของงาน ขอบเกรนที่เคลื่อนที่ไปนี้จะกวาดเอาการคลาดเคลื่อนไปดวย ทําใหบริเวณความเครียดขนาดเล็ก ๆ ขึ้น จนมีขนาดวิกฤติของนิวเคลียส บริเวณดังกลาวก็จะเกิดนิวเคลียส และเติบโตตอไปเปนผลึกในกรณีของ ผลึกเดี่ยว เมื่อนําไปอบคืนตัวจะเกิดซับเกรน ๆ รวมตัวกันก็จะเกิดบริเวณปลอดความเครียดการขจัด ขอบของซับเกรนใหไดผล ซับเกรนทั้ง 2 ตัวตองหมุนไปในขณะเดียวกันดังรูป 14.19 สมมติวามีเพียงซับเกรนเดียวที่หมุนไป (ปกติจะหมุนไปทั้ง 2 ซับเกรน) รูป A ทั้ง 2 ซับเกรน เกือบจะรวมตัวกันอยูแลว แตภายในซับเกรนยังคงมีการเรียงตัวที่แตกตางกันเมื่อมีซับเกรนหนึ่งหมุน ไปจนการเรียงตัวในซับเกรนทั้ง 2 เหมือนกัน รูป B และ C พลังงานผิวจะดึงเอาสวน BCD และ GHI ใหเปนแนวเสนตรง รูป D การรวมตัวของซับเกรนนี้เปนเสมือนการเคลื่อนทีข่ อง Dislocation จากขอบ เกรนเดิม CH ซึ่งเคยแบงแยกซับเกรนทั้ง 2 ตอมาขอบซับเกรน CH จะเคลื่อนที่ไปรวมตัวกับผิวของซับ เกรนที่ยังคงมีอยู ดังนั้นจะทําใหผิวดานใดดานหนึ่งมีพลังสูง ขบวนการดังกลาวจะมาจากการกระโดด ขาม และการเลื่อนตัวขึ้นในขณะเดียวกันไดโดยการปนขามนั้นเปนผลของที่วางเคลื่อนที่ไป 14.6 การเติบโตของผลึกใหม เปนขบวนการที่เกิดขึ้นธรรมชาติ เนื่องดวยมีพลังงานภายในลดลง พลังงานภายในนัน้ จะเกิดที่ จึงจะกลืนเกรนขนาดเล็ก และจะเติบโตเปนเกรนขนาดใหญขึ้น การเติบโตของเกรน ผิวตอหนวยพืน้ ที่ ดังกลาวจะทําใหพื้นที่ผวิ ของเกรนลดลง ขนาดของเกรนมีบทบาทตอคุณสมบัติของโลหะหลายประการ จึงควรรูกลไกของการเติบโต การควบคุมขนาดของเกรน ซึ่งเปนหลักการของการอบชุบที่เหมาะสม ตอไป การเติบโตของเกรนอาจเกิดได 3 กรณี คือ 1. เนื่องจากการเกิดนิวเคลียส ซึ่งเปนศูนยกลางของผลึกใหม ซึ่งจะเติบโตเปนเกรนใหม แตจะ เกิดไดไมบอยนัก 2. เนื่องจากการเคลื่อนที่ของขอบเกรนโดยการเคลื่อนที่ออกไป เนื่องจากเกรนที่มีขนาดใหญ จะมีเสถียรภาพ (Stable) ดีกวา 3. เนื่องจากการรวมตัวของเกรน ขอบเกรนทีอ่ ยูใกลเคียงกันคอย ๆ รวมตัวเขาดวยกันเกรน ละเอียดหลาย ๆ เกรน จึงรวมตัวเปนเกรนที่ใหญขึ้น เนื่องดวยตามขอบเกรนมีรอยตําหนิ และมีสาร มลทินสะสมอยู 14.6.1 กลไกของการเกิดผลึกใหม อะตอมที่อยูตามขอบเกรน จะสามารถกระโดดขามขอบเกรนได โดยเฉพาะอยางยิ่งถาอะตอม นูนอยูห างจากอะตอมขางเคียงมากกวาอะตอมอื่น ๆ ที่อุณหภูมิสูง ถาพลังงานมีความรอนสูงพออะตอม ที่อยูติดกับขอบเกรน จะเคลื่อนที่จากเกรนที่มีเกรนที่มีขอบนูนไปยังเกรนที่มีขอบเวาไดมากกวา ทั้งนี้ โดยเฉลี่ยแลวอะตอมที่อยูทผี่ ิวเวาจะเคลื่อนที่ออกไปไดยากกวา อะตอมที่อยูบนผิวที่นูน ดังนั้นอะตอม

265

ที่อยูบนผิวนูนจึงเคลื่อนที่ขามขอบเกรนออกไปเพิ่มจํานวนอะตอมในทีม่ ีผิวเวา จึงทําใหเกิดขอบเกรนใหม ถา ขอบเกรนยังคงโคงนูนอยู ก็จะกระโดดขามจากเกรนที่มีขอบนูนไปสูเกรนทีม่ ีขอบเวาเรื่อย ๆ ผลก็คือ แนวขอบเกรนจะเคลื่อนที่เขาหาจุดศูนยกลางของความโคงมักจะอยูในเกรนเล็ก และอยูภายนอกเกรนใหญ ทําใหเกรนเล็กถูกดูดกลืนหายไปเกิดเปนเกรนใหมขึ้น 14.6.2 กลไกการเจริญเติบโตของผลึกใหม ในโลหะที่เกิดผลึกใหมอยางสมบูรณแลว แรงขับดันเพื่อใหผลึกเติบโตจะอยูใ นรูปของ พลังงานผิว (Surface energy) ของขอบเกรน เมื่อขนาดเกรนโตขึ้น และมีจํานวนลดนอยลงขอบเกรน จะหายไป และพลังงานผิวจะหายไป และลดลงตามสัดสวนดังเชน เซลลของฟองสบูจะเติบโตขึ้นได โดยพลังงานผิวฟลมสบูลดลง กลไกของการเจริญเติบโตของผลึกมีองคประกอบ และปจจัยมากมายเขา มาเกี่ยวของ ซึ่งจะไมเหมือนกรณีของฟองสบู แตเพื่อความเขาใจกลไก การเติบโตของผลึกไดงายขึ้น จึงจะอธิบายการเจริญเติบโตของฟองสบูดังนี้ ภายในฟองสบูจะมีแกส ซึ่งมีความดันมากกวาบรรยากาศภายนอก เพราะวาฟลมของฟองสบูมี ความตึงผิวจะสามารถหาความแตกตางของความดันภายนอก และภายในฟองสบูไดจากสูตรดังนี้ P = 4/R หรือ 8/D เมื่อ P เปนความตึงผิวดานหนึ่งของฟลมฟองสบู (มีฟลม 2 ดาน) R เปนรัศมีของฟองสบู D เปนเสนผาศูนยกลางฟองสบู เนื่องจากความดันภายในฟองสบูกับความดันภายนอกตางกัน แกสจึงเกิดการแพรจากดานที่มี ความดันสูงไปยังดานที่มีความดันต่ํากวา อะตอมจะแพรจากภายนอกออกไปสูศูนยกลางของฟองสบู จนหายไปในที่สุดดังรูป 14.20

รูปที่ 14.20 แสดงการยุบตัวของฟองสบู

266

จากรูป 14.20 แสดงการเติบโตของฟองสบูใน 2 มิติที่มุมลางขวามือ จะแสดงเวลาเปนนาที ที่ใชกวนใหเกิดเปนฟองสบู และยังแทนเวลาระหวางที่ฟองสบูเติบโตขึ้น ในแตละรูปนัน้ จะเห็นเซลลที่ มี 3 ดานอยูม ากมาย เมื่อดานทั้ง 3 ของเซลลมีความตึงผิวเทานัน้ และพบกันเกิดมุมประมาณ 120° สวน โคงดานเวาของเซลลจะพุงเขาหาศูนยกลางของผนังเซลล จึงมีแนวโนมทีจ่ ะเคลื่อนที่เขาหาศูนยกลาง ปริมาตรของเซลลลดลง และหายไปในทีส่ ุด ถาผนังเซลลของฟองสบูมีดานนอยกวา 6 ดานจะเวาเขาหาศูนยกลางของเซลล สวนเซลลที่มี มากกวา 6 ดาน ผนังจะนูนเขาหาศูนยกลางของเซลล ดังนั้นเซลลที่มีผนังนอยกวา 6 ดาน จึงไมมี เสถียรภาพ และคอย ๆ หดหายไป สวนเซลลที่มีมากกวา 6 ดาน เสถียรภาพดีกวา มีโอกาสเติบโตตอไป เซลลยิ่งเล็กก็ยงิ่ นอยดาน ดังนั้นเซลล 3 ดาน จึงสลายตัวไปอยางรวดเร็วเนื่องจากมีขนาดเล็ก เพราะมีดานนอย ความแตกตางของความดันภายใน – ภายนอก อัตราการแพรตัว และเคลื่อนที่สูง สวนเซลลที่มี 4 ดาน จะไมสลายตัวไปทันที แตจะกลายเปนเซลล 3 ดาน กอน จึงสลายตัวไป ตลอดเวลาการเจริญเติบโตของเซลลมีจํานวนดานเพิ่มขึน้ หรือลดลง ดังรูป 14.21

รูปที่ 14.21 แสดงการเปลีย่ นแปลงดานของเกรนในชวงของการเจริญเติบโต เนื่องจากสวนโคงของขอบเซลลที่แบงเซลล B และ D ออกจากเซลล A และ C และขอบเกรน เคลื่อนที่ไป ดังนั้นขอบเกรนระหวาง B และ D จึงถูกขจัดไป และเกิดขอบเกรนระหวาง A และ C ขึ้น ใหม เซลล B และ D ตางก็สญ ู เสียดานผนังไป สวนเซลล A และ C มีดานผนังเพิ่มขึ้น 14.7 การรวมตัวของเกรนตามลักษณะทางเรขาคณิต แตขอบเกรนระหวางเกรนทั้ง เปนการรวมตัวกันของ 2 เกรน ที่มกี ารจัดเรียงตัวสัมพันธกัน สองมีพลังงานผิวต่ําก็คือ Sub-Grains Boundary ลักษณะของการสรางของเกรนดังรูป 14.22

267

รูปที่ 14.22 แสดงการรวมตัวของเกรนทั้งสอง รูปAแสดงเกรนA-Bที่ฝงแยกกันอยู ถาขอบเกรนที่เกิดขึน้ เมื่อเกรนทั้งสองพบกันเปนขอบเกรนมุมกวาง พลังงานผิวของขอบเกรนจะเทากับขอบเกรนอื่น ๆ ขอบเกรนจะเปนดังรูป C ถาหากขอบเกรนมุมแคบ คา พลังงานที่ผิวในขอบเกรน a-b ต่ํามาก แรงดึงตาม a-b นอยมาก ขอบเกรนจะเปนดังรูป D ดังนั้นจะเห็นไดวา การ รวมตัวแบบนีท้ ําใหเกรนเติบโตไดเร็วมาก การเกิด Sub-Grains Boundary ขอบเกรนรวมเปนการรวมตัวกันของขอบเกรน เกรน A และ Bจะสัมผัส กันไดเมื่อเกรน C หายไป ถาเกรน A และเกรน B มีการจัดเรียงตัวเหมือนกัน ขอบ a-b จะเปนเสมือน Sub-Grains Boundary เกรน A และ B และเกรน B ถือวาเปนเกรนเดียวกัน 14.8 การเปลี่ยนแปลงลักษณะทางเรขาคณิตของเกรน 3 มิติ ลักษณะการเปลี่ยนแปลงตาง ๆ ที่กลาวมาแลวเกิดใน 2 มิติเทานั้น แกเกรนของโลหะจะมีการ เปลี่ยนแปลงในลักษณะ 3 มิติ ดังรูป 14.23

รูปที่ 14.23 รูป 3 มิติของเซลลในรูป 14.22 ซึ่งเปนเกรน 4 ดาน

268

เมื่อขอบเกรนทั้ง 4 หายไป เกรนดังกลาวจะสลายตัวไปดวย รูป B เปนรูป 3 มิติ ของเกรนในรูป 14.21 ขอบเกรน B-D ในรูปที่ 14.23 จะกลายเปนจุดพบกันของเกรน 3 เกรนเมื่อเกรนลางและเกรนบน รวมตัวกัน เสนดังกลาวจะหายไป เกิดเปนเกรนในแนวนอนกัน้ ระหวางเกรนลางและบน ทําใหขอบ เกรนเพิ่มขึ้นในกรณีดงั รูปที่ 14.23 C จะเกิดในทางตรงขามกับที่กลาวมาในรูป 14.23 D เปนลักษณะ การรวมกันของเกรนใน 3 มิติ เกรนลางและเกรนบนจะสามารถเคลื่อนตัวมาใกลชิดกันไดดังรูปที่ 14.23 B แตในกรณีนี้ขอบเกรนที่เกิดขึน้ เปนขอบเกรนมุมแคบ เกรนลางและเกรนบนจึงรวมตัวกันอยาง มีประสิทธิภาพ สวนรูป 14.23 E เปนการแยกตัวของเกรนเดียวออกเปน 2 เกรน 14.9 กฎการเติบโตของเกรน ในขณะที่จํานวนเซลลลดลงเมื่อเวลานานขึน้ ลักษณะการเรียงตัวกันของเซลลจะเหมือนกัน ตลอดเวลา แมวาเซลลจะมีขนาดโตอยูแลวก็ตาม ไมวาอัตราการเติบโตจะเร็วสักเทาใด เซลลจะมี ขนาดใกลเคียงกับขนาดเฉลีย่ เสมอ และขนาดเฉลี่ยจะเติบโตเมื่อมีเวลานานขึ้น ดังนั้นเมื่อกลาวถึงขนาด เซลลของฟองสบู หมายถึงเสนผาศูนยกลางเซลลเฉลี่ยของฟองสบู ในกรณีของโลหะก็เชนกัน เมื่อ กลาวถึงขนาดเกรนเสนผาศูนยกลางเฉลี่ยของเกรน การเติบโตของเกรนหรือเซลลก็คือการที่ขนาดเฉลี่ย ของเกรน หรือของเซลลโตขึ้น ในกรณีการเติบโตของเซลลโลหะจะมีลักษณะคลายกับการเติบโตของฟองสบู แรงขับดัน เพื่อใหเกรนเติบโตก็คือ พลังงานผิวของขอบเกรน การเคลื่อนที่ของขอบเกรนโลหะเหมือนกับการ เคลื่อนที่ของผนังฟองสบู โดยขอบเกรนจะเคลื่อนที่เขาหาศูนยกลางของสวนโคงเซลลฟองสบูเติบโต โดยโมเลกุลของแกสแพรผานผนังของฟองสบู ในกรณีของโลหะอะตอมจะขามขอบเกรนไปยังดาน ตรงขาม ดังนั้นจะเห็นวาอะตอมที่อยูในขอบเกรนของผลึกมีลักษณะคลายเลนซเวา (Coneave* side) มี เสถียรภาพดีกวาอะตอมที่อยูต ามขอบเกรนนูน (Convex side) เพราะวาอะตอมที่อยูดานเวาจะมีอะตอม อื่นในเกรนเดียวกันลอมรอบอยูอยางหนาแนน จึงมีแรงยึดเหนี่ยวมากกวาสวนอะตอมที่อยูในดานนูนมี แรงยึดเหนีย่ วนอยกวา จึงไมคอยมีเสถียรภาพ และมีโอกาสกระโดดขามขอบเกรนไปยังดานที่มีขอบ ยิ่งขอบเกรนมีความโคงมากก็ยงิ่ เกิดผลดังกลาวไดมาก ขอบเกรนก็ยิ่งเคลื่อนที่ได เกรนเวาไดมากกวา เร็วขึ้น แตเนื่องจากความรูเกีย่ วกับขอบเกรนของโลหะยังมีอยูนอยมาก ดังนัน้ กลไกของอะตอมที่ กระโดดขามขอบเกรนจึงยังไมคอยกระจางนัก 14.10 การถลุงเหล็กกลา ทําใหโดยวิธีดงึ เอาสิ่งเจือปนที่มีอยูในเหล็กออกเหล็กที่ผานการถลุงขั้นตนดวยกรรมวิธีเตาสูง ผลผลิตที่ได ออกมา เราเรียกวา เหล็กดิบ (Pig Iron) จากนั้นจะสงผานไปถลุงดวยมี C ปะปนอยูประมาณ 0.3-2.0% และมี Mn,Si,S และ P ปะปนอยูดวย สารมลทินเหลานี้จะเปนตัวทําใหเหล็กไมแข็งแรง และเปราะ การที่จะทําใหเหล็กมีความ แข็งแรง,เปราะและเหนียวขึ้น จึงจําเปนตองเอาสารมลทินเหลานั้นออก โดยการถลุงดวยเตาเหลานี้ คือBesemmer เตา

269

กระทะ ถาตองการใหไดเหล็กกลามีคุณสมบัติเปนพิเศษ และมีคุณภาพดียิ่งขึ้นจะตองถลุงดวยกรรมวิธีเตาไฟฟา ชนิด Arc หรือถาตองการใชงานพิเศษ เชน ไนเทอรไบร,ครีบเครื่องบินเจท จะตองกระทําดวยกรรมวิธี Killer Steels ขบวนการถลุงเหล็กกลาอาจจะแยกออกตามลักษณะของอิฐทนไฟที่ใชในเตาถลุงเปน 2 ประเภท คือ อิฐ ทนไฟที่เปนกรด และเปนดางสารมลทินที่เจือปนที่แยกตัวออกจากเนื้อเหล็กเรียกวา เหล็กกลาที่เปนกรดหรือ ดางเหมือนกับลักษณะของอิฐทนไฟทีใ่ ชในขบวนการถลุงที่มีสภาพเปนกรด จะใชอิฐทนไฟที่ทําจากซิลิกาเปน หลัก อิฐทนไฟชนิดดาง ทําจากสารแมกนีไซด หรือโคโลไบดเปนหลัก องคประกอบที่สําคัญของแมกนีไซด คือ แมกนีไซดคารบอเนต (Mg CO3) กับโคโลไบด ประกอบดวยแคลเซียมคารบอเนต และแมกนีเซียมคารบอเนต (Ca CO3, Mg Co3) ตารางที่ 14.1 TYROICAL COMPOSITIONS OF SILICA AND BASIC BRICK* Per Cent

Silica Aluming Lime Magnesia Type of Brick (Si02) (Al202) (Ca0) (Mg0) Silica Conventional and Superduty (overAll range) 95-97 0.20-1.2 1.8-3.5 Basic Chrome 3-6 15-33 14-19 Forsterite 33-39 47-55 Magnesite 3-6 0.4-2.0 1-5 85-95+ *Courteay Harbison Walker Refractories Co.

Iron Chromic Oxide Oxide Other (Fe202) (Cr202) Oxides

0.3-0.9 11-17 9-11 0.5-4.0

-

0.05-0.3

30-45 1-2 3-4 - 0.5-1.0

270

รูปที่ 14.24 อิฐทนไฟขนาดมาตรฐาน ตารางที่ 14.2 TYPICAL COMPOSITIONS OF FIRECLAYS AND HIGH-ALUMINA BRICK* Per Cent Silica Alumina Titania Other (Al 202) (Ti02) Oxides Type of Brick (Si02) Fireclay Superduty High duty,aluminous Semi-silica Medium duty Low duty High alumina 50%alumina class 60%alumina class 70% alumina class 80% alumina class 90% alumina class 99% alumina class *Courtesy Harbison – Walker

49-53 51-60 72-80 57-70 60-70 41-47 31-37 20-26 11-15 8-9 0.5-1.0 Refractories Co.

40-44 35-40 18-24 25-36 22-33

2.0-2.5 1.7-3.3 1.0-1.5 1.3-2.1 1.0-2.0

3-4 3-6 1.5-2.5 4-7 5-8

47.5-52.5 57.5-62.5 67.5-72.5 77.5-82.5 89-91 98-99

2.0-2.8 2.0-3.3 3.0-4.0 3.0-4.0 0.4-0.8 Trace

3-4 3-4 3-4 3-4 1-2 0.6

271

ในการถลุงเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่มี P ปนอยูจํานวนมาก จะตองใสปูนขาวลงไป ซึ่งจะไปทําปฏิกริ ิยากับ P กลายเปน Slag ออกมาเปนดาง ถาถลุงในเตาที่มีอิฐทนไฟประเภท Silica เปนหลัก จะเกิดปฏิกิริยากับ S ดังขอ เปรียบเทียบความแตกตางของขบวนการทั้งสองดังแสดงไวในตารางที่ 14.3 ตารางที่ 14.3 กรด ดาง ชนิดของอิฐทนไฟ ซิลิกามีซิลิคอนมากฟอสฟอรัส แมกนีไซดมีฟอสฟอรัสมากซิลิกานอย องคประกอบ แสลก เปนกรดเนื่องจากมีซิลิกานอย เปนดางเนื่องจากมีปูนขาวมาก ธาตุที่เกิด Oxidation คารบอน,ซิลิคอน,แมงกานีส C,Si,Mn,P,S ในขบวนการสุดทายของการถลุงเหล็ก บางสวนของเหล็กจะถูกดึงออกซิเจนออกกลายเปนเหล็ก Oxide ละลายปนอยูก บั น้ําเหล็ก ดังนั้น จําเปนตองขจัดออกดวยการใช Deoxidation เชนFerro-Mn,Ferro-Si และ Al ลง ไป เพื่อดึง O2ออกใหเปน Slag ซึ่งจะไมละลายในน้ําเหล็ก Slag จะลอยตัวปกคลุมอยูเหนือน้ําเหล็กอีกที

รูปที่ 14.25 Iron-iron carbide phase diagram

272

เหล็กทุกชนิดเมื่อมีอุณหภูมิเปลี่ยนไป เหล็กเหลานี้จะมีโครงสรางเปลี่ยนไป เชนเหล็กบริสุทธิ์ (Pure Iron) ที่มีอุณหภูมิอยูในชวง 937-1,400°C จะมีโครงสรางผลึกแบบ F.C.Cสวนในชวงอุณหภูมิ อื่น ๆ จะมีโครงสรางผลึกเปนแบบ B.C.C การเปลี่ยนโครงสรางผลึกนี้จะทําใหปริมาตรอุณหภูมิ เปลี่ยนแปลงไปดวย

รูปที่ 14.26 แสดงอัตราการเปลี่ยนแปลงโครงสรางอยางชา ๆ ในขณะเย็นตัวลงมา 14.11 ปฏิกิริยายูเทคติก (Eutectic Reaction) เปนปฏิภาคหมุนกลับในแผนภูมิของ Fe-C ที่เกิดขึ้นแกมมา = 2.0% C ของเหลว = 4.3%C,Fe3C= 6.67%C เกิดที่อณ ุ หภูมิประมาณ 1,130°C (2,000°F) เขียนเปนสูตรไดดังนี้ เย็นตัว ของเหลว ของแข็ง 1 + ของแข็ง 2 รอนขึ้น

273

รูปที่ 14.27 รูปแสดง Microstructure ในการแข็งตัวของ Cast iron โดยที่ดานซายเปน White cast iron ดานขวาเปน Gray cast iron

รูปที่ 14.28 รูปแสดงการชุบแข็งของเหล็ก 0.80% C(ขนาด Specimen มีเสนผาศูนยกลาง 1/2นิ้ว)

274

รูปที่ 14.29 Tempering of Martensite

รูปที่ 14.30 เปรียบเทียบคุณสมบัติ หลังการชุบแข็งของเหล็กกลาที่มีสวนผสมของ Ni-Cr

รูปที่ 14.31 แสดงการ Annealing ของเหล็กหลอสีเทา (a)Anneal ที่อุณหภูมิต่ํา (b)Anneal ที่อุณหภูมิปานกลาง (c)Anneal ที่อุณหภูมิสูง

275

รูปที่ 14.32 แสดงการ Annealing ของ Ferritic malleable iron

รูปที่ 14.33 โครงสรางและคุณสมบัติหลังการหลอ และการอบชุบของDuctile iron ที่จุด Eutectic ซึ่งมีของเหลว 4.3%C จะเปนจุดที่อณ ุ หภูมิต่ํากวาอุณหภูมิวกิ ฤติของการหลอมละลายของ โลหะผสมมี 3 สภาพ คือ Liquide , Austenite และ Iron Carbide ดังกลาวมาแลว ถาทําใหเย็นตัวลงต่ํากวา 1,130°C จะได เย็นตัว ของเหลว แกรมมา + เหล็กคารไบด 4.3%C รอนขึ้น 20%C 6.67%C

276

277

276

บทที่ 15 ความรูทางเคมีกับงานหลอ 15.1 การถลุงเหล็ก 15.1.1 แรเหล็กดิบ บรรดาเหล็กทีเ่ อามาสรางสิ่งวัตถุตาง ๆ ที่เราเห็นกันอยูใ นทุกวันนี้ เดิมทีเดียวไมเปนเหล็ก บริสุทธิ์ (Pure Iron) เลยทีเดียว มักจะรวมตัวอยูกับธาตุอื่น ๆ ตัวอยางเชน Oxide Carbonate ของเหล็ก ซึ่งจมปนอยูกบั ดิน (Earth) หิน (Stone) ทราย (Sand) และสิ่งอื่น ๆ เปนตน แรเหล็กที่ปะปนอยูเชนนี้ เราเรียกวา “แรเหล็กดิบ” และมักจะกระจัดกระจายอยูเปนจํานวน มากบางนอยบาง ตามภูมิประเทศตาง ๆ คือ บางทีก็อยูบนหิน (On Stone) เปนพื้นราบกวางใหญ บางที ก็อยูเปนกอนเปนหมู และบางทีก็อยูเ ปนเสนสายตาง ๆ บางมากบางนอยบางคละกันไป แตแรเหล็กดิบ เหลานี้มีอยูมากหลายชนิดดวยกัน และที่เปนชนิดที่สําคัญก็คือ 1. แม็กเนไตท (Maxnetite) 2. เฮมาไตท (Hamatite) 3. สเปคูลัม (Cpaculum 4. สแปโร็ส (Sparros) 5. หินเหล็ก (Iron Stone) 6. แบลคแบลนด(Black Bland) 15.1.2 แม็กเนไตท (Maxnetite) เปนเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่ประกอบไปดวยแรเหล็ก(Fe) กับธาตุออกซิเจน (O2) รวมเปนIron and Oxigen หรือเขียนตามสูตรเคมี คือ Fe3O4 และจะมีเนื้อเหล็กปะปนอยูประมาณ72.41% กับมีลักษณะสัณฐานเปนสีดาํ เหล็กดิบ(Pig Iron) ชนิดนี้ เดิมที่ไดพบขึ้นที่เมืองแมกนีเซียในแถบเอเซียนี้เอง และเปนธาตุแมเหล็กอีกดวย ซึ่ง อาจจะดูดของสิ่งอื่นๆ ไดเชนเดียวกับแทงแมเหล็กถาวร แตในปจจุบันนี้ไดตรวจพบวามีอยูตามประเทศ นอรเวย สวีเดน สหรัฐอเมริกา แคนาดา และแถบไซบีเรีย ในสหภาพโซเวียต แตที่มีมากที่สุดนั้นอยูทางทิศเหนือของ ประเทศสหรัฐอเมริกา กับประเทศสวีเดน

277

รูป 15.1 แสดงการเตรียม Scrap

รูปภาพ 15.2 การแสดงการเทน้ําโลหะจากเตาหลอม

รูป 15.3 แสดงการเทน้ําโลหะลง Molds

278

15.1.3 เฮมาไตท (Hamatite) มีอยูดวยกัน 2 ชนิด เปนสีเลือดหมูชนิดหนึ่ง และเปนสีแดงอีกชนิดหนึ่ง ชนิดสีแดง ประกอบดวยออกไซดของเหล็ก (Oxide of Iron) เขียนเปนสูตรทางเคมี คือ Fe2O3มี เนื้อเหล็กปะปนอยูประมาณ 70% นอกนั้นจะมีธาตุออกซิเจน (O2) ปะปนอยูทั้งสิ้นลักษณะของเหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดนี้มีความแข็งแรงรวมตัวกันเปนกอนคลายกอนดินทั่ว ๆ ไป และมีทรายชนิดหนึ่งที่เปน สิ่งโสโครกปะปนอยูดว ย และยังมีลวดลายเปนริ้ว ๆ ติดอยูทั่วทั้งกอนเหล็กดิบนั้นดวย ชนิดสีแดงนี้จะ พบมากที่ประเทศสหรัฐอเมริกา สเปน แอลจีเรีย ซาโซนีแลนด และตามเทือกเขาอาตซ ชนิดสีเลือดหมู จะมีน้ํา(H2O) เจือปนอยูดว ยประมาณ 9-14% และมีเนือ้ เหล็กปะปนอยูดวย ประมาณ 60% ลักษณะของเหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดนี้จะรวมอยูกันเปนกอน และเปนเงาแวววาวดวย แหลงที่พบมากอยูที่ประเทศฝรั่งเศส เยอรมันนี สเปน และแคนาดา โดยทั่วไปเราจะใชเหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดนี้ทําการถลุง 15.1.4 สเปคูลัม (Spaculum) เปนกอนสี่เหลี่ยมมีลักษณะเปนเขี้ยว ๆ ออกสีดํา ๆ กับมีลวดลายเปนริ้ว ๆ สีแดง และมีธาตุ เหล็ก (Fe) ผสมอยูดวยเหมือนกับ เฮมาไตท (Hamatite) แรเหล็กชนิดจะพบไดตามแถบประเทศ สหภาพโซเวียต สเปน ดีวอเชอร เวลมา และที่อื่น ๆ

รูป 15.4 Electrie Are Furnace (ขนาด 40 ตัน)

279

รูป 15.5 Ladle Refining Equipment 15.1.5 สแปโรส (Sparros) บางทีเราเรียกวา คารบอเนต (Carbonate) คือ ประกอบไปดวย Oxide ของเหล็กและกรดถาน (Acid Charcoal) เมื่อเขียนตามสูตรทางเคมีคือ Fe CO2 ซึ่งเปนเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่มีเนื้อเหล็กปะปนอยู 48.3% และมี ลักษณะเปนกอนสีเทา กับมีริ้วลายสีขาว โดยมากมักจะมีธาตุหินปูนของแมกนีเซียม (Mg) กับ แมงกานีส (Mn) ปะปนอยูด วยเพียงเล็กนอยแหลงที่พบมากอยูที่ โซเมอรเชค เดอรแฮม คอนวอล สหภาพโซเวียต และคาลินเทีย ฯลฯ แตที่ประเทศสเปน และประเทศฮังการี จะมีอยูมากที่สุด กับเปนแรเหล็กทีใ่ ชในการทําการผลิตเหล็กกลา (Steel) อีกดวย รวมทั้งในประเทศเยอรมันนีจะผลิตจากเหล็กดิบชนิดนี้แทบทั้งสิ้น

รูป 15.6 Rolled Steel (Wire Rods,Bars)

280

15.1.6 หินเหล็ก (Iron Stone) จะมีดนิ ปะปนอยูกับสแปโรส (Sparros) มากบาง นอยบาง เปนปกแผนและมีสีตาง ๆ กัน บาง ทีก็มีสีเทาออนบาง และบางทีก็เปนสีดาํ แดงบาง เหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดนี้จะมีเนื้อเหล็กปะปนอยู ตั้งแต 20 – 37 % นอกนั้นก็จะมีดนิ กับธาตุอื่น ๆ ปะปนอยูอ ีกมากบางนอยบาง แตมีกํามะถัน (Sulphur) ไมเกิน 1.2 % และฟอสฟอรัส (P) ประมาณ 0.2 – 15 % และเปนเหล็กที่ถลุงตามเขตที่พบ มากในแถบ เดนกอรแลนด ในสหรัฐอเมริกา และที่ดอรบวี อรวิชเชอร ฯลฯ 15.1.7 แบลคแบลนด (Black Bland) เปนหินเหล็กชนิดอื่น ๆ คือ มีธาตุถาน (C) ปะปนอยู และมีเนือ้ เหล็กปะปนอยูตั้งแต 17 – 30% เมื่อเวลาจะทําการถลุงเหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดนี้ แลวไมจําเปนจะตองเพิม่ เติมสิ่งที่ชวยใหไฟลุกไหม ไดดีลงไปอีก เพราะวาเรามีธาตุถาน (C) ปะปนอยูใ นแรมาบางแลว สวนแหลงที่พบกันมาก คือ อยู ทางทิศใตของสแตปฟอสเรอร ปรัสเซีย ฯลฯ 15.2 การเตรียมเหล็กดิบสําหรับถลุง เมื่อไดเหล็กดิบ (Pig Iron) แลว ทีแรกจะตองสังเกตดูวา เหล็กดิบ (Pig Iron) ชนิดใดมีสิ่ง โสโครกปะปนอยู เราจะตองชําระลางเอาออกเสียใหหมดกอน แลวก็ทุบเหล็กดิบ (Pig Iron) เหลานั้นให เปนกอนเล็ก ๆ เพื่อที่ละลายในเตาถลุงไดงาย หรือทําการหลอมไดงายนั่นเอง ถาเราไมทําเชนนี้แลว Oxide ของเหล็กจะปะปนไปกับกากของเหล็กเสียเปลา ๆ แตในเหล็กดิบ (Pig Iron) บางชนิด เชน สแปโรส (Sparros) และหินเหล็ก (Iron Stone) มักจะเปนโปรโตไซด (Protoside) อยูกอน เพราะฉะนั้นเรามักจะทําใหเหล็กดิบ (Pig Iron) กลายเปนเปอรออกไซด (Peroxide) ของเหล็กเสียกอน เพื่อกันมิใหเนือ้ ของเหล็กปะปนไปกับกากของเหล็กเสียเปลา ๆ ในขณะที่ละลายแลว หรือหลอมแลว

รูป 15.7 Cold Drawn Wire

281

รูป 15.8 Wire Rod 15.3 การชําระลางสิ่งโสโครก การที่จะทําการชําระลาง หรือทําความสะอาดขจัดเอาพวกดิน ทราย และสิ่งอื่น ๆ ทีเ่ กาะจับ อยูกับเหล็กนัน้ เรามักจะใชน้ําใหไหลผานไปในเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่กองอยูบนตะแกรงในอางขนาด ใหญ แลวก็เอาชะแรงเหล็กคอยเขี่ยไวบอย ๆ เพื่อไลของสกปรกโสโครกใหหลุดออกไปกับน้ํานั้น

รูป 15.9 Round Bar

282

รูป 15.10 Flat Bar 15.4 การยางเหล็กดิบ การที่เราจะทําการยางเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น เปนสิ่งสําคัญของเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่จะบรรจุลง ในเตาถลุง เพราะวาในเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น บางชนิดก็จะมีน้ํา และสิง่ อื่น ๆ ที่จะเปนเชื้อเพลิง ปะปนอยูด วย ซึ่งเปนการจําเปนที่ตอ งไลสิ่งเหลานั้นออกเสียใหหมดกอน เพื่อจะไดไมเสียประโยชน ในการถลุงเหล็ก แตในประเทศอังกฤษนั้น ชนิดของเหล็กดิบ (Pig Iron) หินเหล็ก (Iron Stone) กับสแปโรซ (Sparros) มักจะยางเสียกอน สวนเฮมาไตท (Hamatite) กับแมกเนไตท (Maxnetite) นั้น ไมตองยาง แตจะบรรจุลงในเตาไดเลย และวิธีที่จะทําการยางเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้นจะมีอยูดว ยกัน หลายวิธีดว ยกัน แตเมื่อครั้งกอน ๆ นั้น จะใชตะแกรงเหล็กยกเปนพื้นสูงขึ้นกวาพืน้ ดินเล็กนอย แลวก็เอา ถานหินกับเหล็กมาวางสลับกันเปนชัน้ ๆ บนตะแกรงเหล็กดังกลาว ภายหลังจากนั้นก็ทําการเผาถานให ไหมติดเปนไฟขึ้น แตวิธียางเหล็กดิบ (Pig Iron) ถากระทําดวยวิธีดังกลาวมานี้จะไมรอนระอุทั่วถึงกัน โดยตลอด ทั้งเชื้อเพลิงก็จะสิ้นเปลืองมากขึ้นดวย จึงไดทําการคิดวิธีการใหม บางทีก็อาจจะทําเปนหลุม กลม ๆ และมีอิฐทนไฟมาวางกั้นรอบ ๆ ตามพืน้ ในหลุมโดยรอบ และใหมีชอ งทางลมเปาทางดานกน หลุมอยูดว ย แลวก็เอาเหล็กดิบ (Pig Iron) และถานหิน(Char-coal) มาทําการสุมไฟในหลุมนี้ ยังมีเตายางอีกชนิดหนึง่ ที่ใชกันมากในแถบเดลเวอรแลนด คือจะทําเปนรูปถังกลม ๆ ดวยแผน เหล็ก และมีอิฐทนไฟกัน้ ตามพื้นขางในใหรอบสวนที่ใตแกนนั้นมีเสาขนาดสั้น ๆ คอยชวยค้ํา ใหอยูหาง จากพื้นดิน และตามขางในรอบ ๆ ตัวเตาจะมีชองระบายอากาศ เพื่อใหอากาศไหลผานไดโดยสะดวก เพื่อจะเปาถานใหติดไฟดียิ่งขึน้ และตรงกลางของกนเตานั้น จะทําใหนนู สูงขึ้นเปนรูปฝาชีพอสมควร

283

เมื่อเวลาเทเหล็กดิบลงมาก็จะไดชวยยอยกลับขึ้นทางเบื้องบนได อนึง่ ประโยชนของเตายางชนิดนี้ ก็คือ จะทําใหน้ําและแกสกรดถาน (Gas Acid Charcoal) ซึ่งอยูในเหล็กดิบ (Pig Iron) ก็จะแยกตัวออกไป และ บางทีกํามะถัน (S) ก็จะแยกออกไปไดบาง แลวก็ทําใหเหล็กดิบ (Pig Iron) เปนลักษณะเหล็กพรุนที่ดี เพื่อสําหรับละลายในเตาถลุงไดงายนั่นเอง

รูป 15.11 Oil Hydraulie Press(2,500 ตัน)

รูป 15.12 ตัวอยางของ Forged Bar

284

รูป 15.13 ตัวอยาง Forged Products 15.5 เชื้อเพลิง เชื้อเพลิงที่ใชในการถลุงแรเหล็กดิบนัน้ มีอยูหลายอยาง ดังตอไปนี้ 15.5.1 ไม (Wood) มักใชเปนเชื้อเพลิงมากในเวลาที่หาไดงาย ถาเหล็กดิบ(Pig Iron)ไมตองการความรอนมากนัก ก็จะมี ประโยชนมาก อนึ่ง ไมแหงตางจะมีธาตุตาง ๆ ปะปนยูดังนี้ คือ 1. Charcoal 49.0 % 2. Hydrogen 6.5 % 3. Oxygen 42.5 % 4. Nitrogen 1.0 % 5. มูลเถา 2.0 % แตตามที่จริงไม (Wood) นั้น จะเอามาหลอมเหล็กดิบ (Pig Iron) ไมได เพราะวาไมบังเกิดความรอนไม เพียงพอ โดยเหตุที่มีเชื้อน้ํามันที่ละลายไดเร็วมากปะปนอยูดว ยนั่นเอง 15.5.2 ถานไม (Charcoal Wood) เมื่อในสมัยโบราณนั้นถานไม (Charcoal Wood) จะเปนเชื้อเพลิงธรรมดาที่ใชกนั มาก แตปจจุบนั นี้ก็ยัง มีใชกันอยูมากในประเทศสวีเดน และแถบเทือกเขายูแรน (Ural Mountain) เทานั้น เพราะวาที่บริเวณเหลานั้นมี จํานวนมากมาย แตถานที่ใชนั้นตองเปนลักษณะดังนี้คือ ตองเหนียวพอ ทนน้ําหนักที่ถูกทับอยูได และเมื่อ หักออกดูตองเปนสีดํามัน กับเปนทั้งเปนถานที่แทจริง สวนจํานวนของธาตุที่ประกอบเปนถานไมนั้นมีสวนผสม ของ 1. Charcoal = 80 – 83 % 2. Hydrogen = 1–2% 3. Oxygen และ Nitrogen = 14 – 14.5 % 4. มูลเถา = 1–5%

285

แตความรอนที่บังเกิดขึ้น โดยถานไมนั้นยังรอนมากกวาไมมาก และที่ใชในประเทศสวีเดนนัน้ ไดรายงานไววา จํานวนถานที่ใชหลอมเหล็กดิบ (Pig Iron) ใหได 1 ตนนั้น ตองใชถานไมอยางนอย ประมาณ 15.5 ปอนด หรือเทากับ 700 กิโลกรัม แตที่ใชในเตาใบหนึ่งในสหรัฐอเมริกา รายงานไววา ตองใชถาน 17.6 ปอนด หรือเทากับ 800 กิโลกรัม ตอน้ําหนัก 1 ตน 15.5.3 ถานแอนดทราไซด (Antarside Charcoal) เปนถานหิน (Coal) อยางดี และไมคอยจะมีควันเมื่อกระทบความรอนเขาแลว มักจะกลายเปนผงไดงาย กับทั้งเปนถานที่ติดไฟไดยากมากเชนกัน เวนแตเมื่อใชลมเปาชวย เพราะฉะนั้นเขาจะไมใชในการหลอมเหล็ก มากนัก แตทนี่ ิยมใชก็มีเชนกัน เชนในสหรัฐอเมริกาในบางแหงยังใชอยู และทางตอนใตของสหภาพโซเวียตก็ ยังพอมีใชอยูบา งเชนกัน แตการใชนั้นเปนสิ่งที่จํากัดเทานั้น สวนธาตุที่ประกอบเปนแอนดทราไซดนั้นมีถาน (charcoal) ตั้งแต 85-94 % และมีมูลเถาอยูไมเกิน 5 % 15.5.4 ถานโคก (Coke Charcoal) คือถานหินธรรมดาซึ่งไดเอามาเผาไลน้ํามันและเชื้ออื่นๆที่มีอยูใหไหมไปหมด และดูเหมือนถานโคก นั้นจะมีเชื้อเพลิงที่ประจําสําหรับ ใชในการหลอมเหล็ก เปนอันมากเพราะมีลักษณะเปนกอนแข็ง ๆ ที่สามารถจะ ทนกําลังบีบไดมาก กับทั้งเปนลักษณะพรุนมาก ที่จะทําใหเผาไหมไดรวดเร็ว สวนธาตุในถานโคกนั้นจะมีคลาย ๆ กับไม (Wood) แตจะมีมูลเถาเหลืออยูมากประมาณ 12%,ฟอสฟอรัส(P) 6.02%,กํามะถัน(S)1% แตถานโคกทีด่ ี ที่สุดนั้นจะเอามาจากเดอรแฮม แถบชายทะเลทางตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศกรีซ และทางแถบตะวันตก ของประเทศเยอรมันนี 15.5.5 ฟลั๊ก (Flux) ในเวลาทีจ่ ะถลุงเหล็กนัน้ เรามักเอาวัตถุบางอยางมาทําเปนเชื้อเพลิง เพื่อชวยเหล็กใหหลอมละลายเร็วขึ้น เพราะวาเหล็กดิบ (Pig Iron) เหลานั้นมีสิ่งโสโครกที่ละลายยากปะปนอยูดว ย เชน ดิน (Earth และหิน(Stone) เปน ตน อันเปนสิ่งที่ลวนแตไมคอยจะละลายในเตาไดงายเลย และมีผลทําใหเหล็กหลอมละลายไดยากขึ้นอีกดวย ถึงแมวา เตาทีใ่ ชนั้นมีความรอนสูงมากพอ บางทีก็ทําใหเหล็กหลอที่จะละลายไดมากก็อาจจะทําใหละลายได นอยลงไปจากเดิมได กลายเปนกากเหล็กเสียเปลา ๆ โดยเหตุนี้จําเปนตองมีสิ่งชวยใหไฟติดเขามาเกีย่ วของดวย สิ่ง เหลานี้เรียกวา ฟลั๊ก(Flux) แตฟลั๊ก (Flux) ที่ใชกนั นัน้ มีอยูห ลายชนิด ตามแตชนิดของเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่จะใช โดยมากมักจะใชหนิ ปูน ถาหากวาฟลัก๊ (Flux) ที่ใชนนั้ มีแรเหล็กดวยก็จะยิ่งดีมาก เพราะวาเมื่อหลอมละลายก็จะยิง่ ทวีจาํ นวนของเหล็กเพิ่มขึ้นมาบาง แตฟลั๊ก (Flux) นั้นไมใชจะใชจําเพาะเทานั้นทีเดียว บางทีกใ็ ชสิ่งอืน่ ๆ เพิม่ อีก เชนถาเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น ใชทรายปนกับหินปูน บางทีกเ็ อาดิน (Earth) ปนกับหินปูนแทนไดบาง เมื่อเห็นวา เหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น มีธาตุซลิ ิคอน (Si)ประปนอยูด วย ซึ่งลักษณะคลายเหล็กเผาไฟ และประโยชนของการใช หินปูนนัน้ ก็คอื เมื่อเวลาเหล็กดิบ (Pig Iron) หลอมละลาย ธาตุตา ง ๆ ในนัน้ ก็จะแยกตัวออกมาเกิดเปนแกสกรด ถาน (Acid Charcoal Gas) ลอยขึน้ ไป แลวหินปูนที่รอนจัดจนไหมกจ็ ะจมอยูใ นสวนลางรวมตัวกับซิลิกอน (Si) Iron) และมีเถาถานโคก แตถาไมมหี นิ ปูน เชนนัน้ แลวก็ทาํ ให อันเปนธาตุเดิมที่มีอยูใ นเหล็กดิบ (Pig

286

เปนวัตถุของซิลิคอน (Si) ที่หลอมละลายยาก แตเมือ่ เจือใหถูกสวนแลว ซิลิคอน (Si) และดิน (Earth) ในเหล็กดิบ (Pig Iron) รวมทั้งเถาถานก็จะเปนกากเหล็กใหหลอมละลายไปได ซึ่งจะเปนของทีเ่ ทออกมาทางชองกากเหล็ก แต สวนหินปูนทีใ่ ชนั้นอาศัยสิ่งโสโครกในเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้นกับถานโคก โดยเฉพาะจะกลาวตอไปในภายหลัง อีกประการหนึง่ ประโยชนของการใชหินปูน เปนกากเหล็กละลายไปนัน้ คือ สําหรับชักเอากํามะถัน (S) ในถาน โคกไปดวย เพราะกํามะถัน (S) เปนปรปกษกับเหล็ก ซึ่งจะทําใหลักษณะของเหล็กที่ไดถลุงมาจะเลวลงนั่นเอง

รูปที่ 15.14 สภาพของโรงงานหลอโลหะอันทันสมัย (จากภาพถายทางอากาศ)

287

รูปที่ 15.15 สภาพทางดานหนาของโรงงานหลอโลหะที่ทันสมัยในปจจุบันนี้ 15.6 จํานวนเหล็กดิบ (Pig Iron) และถาน (Charcoal) ที่ตองการ ถาเหล็กดิบทีบ่ รรจุอยูในเตา ซึ่งมีเนื้อเหล็กปะปนอยู 60% แลวจะตองใชเหล็กดิบตั้งแต 1 และ 2 ใน 3 สวน ตอแรที่จะตองการ 1 ตัน แตเหล็กหลอ (Cast Iron) นั้นมีธาตุซิลิคอน (Si) ถาน (Charcoal) กํามะถัน (S) ฟอสฟอรัส (P) ปะปนอยูด วย ถาจะตองการ 1 ตัน แลวก็อาจจะทําไดโดยหลอม เหล็กดิบ 1 2/3 ตัน ที่มีเนื้อเหล็กปะปนอยูประมาณ 55% เมื่อเห็นวามีฟอสฟอรัส (S) เปนจํานวนมากคือ ประมาณ 57% หรือถามีฟอสฟอรัส (S) เปนจํานวนนอย(นอยกวา 57%) สวนเชื้อเพลิงคือถานโคก ที่จะ ถลุงใหไดเหล็กจํานวน 1 ตัน (1,000 กิโลกรัม) เชนนี้ก็จะตองใชถานประมาณ 1 ตัน (1,000 กิโลกรัม) เชนกัน แตจุเอาแนนอนนักยังไมได บางทีก็นอยกวานี้กไ็ ด บางทีก็อาจจะมากกวานี้ก็เปนได เชน ถา ใชเชื้อเพลิงนอยสําหรับการถลุง ก็จะเห็นวาเหล็กทีไ่ ดออกมานัน้ ก็จะมีกํามะถัน (S) ปะปนอยูมาก สวน กากของเหล็กดิบก็จะละลายไมดี ถาใชเชื้อเพลิงมากเหล็กก็จะมีปริมาณของซิลิคอน (S) มากดวย และทํา แลวก็จะทําใหเหล็กเกาะคางตามที่นั้น ใหเกิดการรอนจัดเกินไป จนอาจจะทําใหอิฐที่กนั้ เหล็กละลายได บาง เหตุเชนนี้ คือทําใหการถลุงเหล็กเปลี่ยนแปลงไดอยูเสมอ สวนฟลั๊ก (Flux) ที่จะเติมปะปนลงไปดวย นั้น ตองคาดคะเนไปตามความเหมาะสมของสิ่งโสโครกที่ปะปนอยูใ นเหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น ในถาน โคก และจํานวนในหิน (Stone) ดวย แตโดยมากจะเกือบเทากับจํานวนถานที่ใช

288

ไอของไฟที่ออกจากเตาถลุงเหล็กนั้น มักจะประกอบไปดวยธาตุตาง ๆ และจะแตกตางกันไป ตามชนิดของเชื้อเพลิงที่ใชดว ย ถาในเตานั้นใชถานไม (Wood Charcoal) และถานโคก เปนเชื้อเพลิง และมักจะมี Hydrogen และ Marsh gas นอย (หรือ Phosphene gas) ตารางที่ 15.1 ตัวอยางของไอไฟ ที่มีผูไดแยกออกตรวจรายงานไววา มีธาตุตาง ๆ ประกอบอยูดังนี้ ธาตุ ชื่อธาตุ ปริมาณ CO Carbon Mono Oxideหรือ 25-29% Carbonic Acid Gas 6-29% N Nitrogen 45-57% H Hydrogen 0-7% หรือ Marsh Gas 0-3% อนึ่งเมื่อเหล็กดิบเชื้อเพลิง และฟลั๊ก ในเตาถลุงเหล็กรอนจัด สิ่งเหลานี้จะละลายออกมา สวน เหล็กก็จะจมอยูทางที่พักเหล็ก นอกนั้นก็จะไหมไฟไปกับลมบาง ที่เหลืออยูจะเปนกากเหล็กลอยอยูบน แรเหล็กเทานัน้ เมื่อกากเหล็กลอยขึ้นมาถึงชองของกากเหล็กทีจ่ ะออกแลว ก็ทําการเปดใหออกจากเตา เสีย โดยใหไหลลงในหลุมที่ไดขุดไว แตวิธีทิ้งกากเหล็กตามธรรมดานั้นจะตองทําถังกากเหล็กตั้งอยู บนรถไว และใหอยูใกล ๆ เตาตรงที่ ๆ กากเหล็กจะไหลลง เมื่อเทลงในถังของกากเหล็กเสร็จแลว ก็ใช รถลากเอาไปทิ้งเสีย

รูปที่ 15.16 ตัวอยางชิ้นงานที่ผานขบวนการหลอแบบตาง ๆ

289

กากเหล็กที่เอาออกจากเตาถลุงเหล็กนั้น คือ เปนแกวอยางชนิดเลวชนิดหนึ่ง และมักจะมีความ มัวอยางมาก แตในบางทีก็ใส และบางครั้งก็เปนสีขาวแท ๆ สีของกากเหล็กนั้นจะเปลี่ยนจากดําเปน แดงแก หรือดําไปจนถึงสีมวง และโดยมากมักจะเปนสีเขียว สีเทาหรือสีฟา สวนรูปรางนั้นบางทีก็เปน ปกแผน และแข็งเปนกอนคลายกับดิน บางทีกเ็ บาเปนลักษณะกอนพรุน ๆ เหมือนกับหินพุมิส เมื่อกากเหล็กเปนสีดําหรือสีเขียวแลว คือจะมีเนื้อเหล็กปะปนมาดวย หรือมีทั้งเหล็ก (Fe) กับ แมงกานีส (Mn) ถาเปนสีมวงคือ มีแตแมงกานีส (Mn) และที่เปนสีฟานั้นแสดงวาในกากเหล็กนัน้ มี กํามะถัน (S) แตที่เปนกากเหล็กแท ๆ นั้นตองเหลว (Liquid) ปราศจากเหล็กปะปนอยูด วย และมีสีเปน สีเทา เมื่อเย็นตัวลงแลวลองหักออกดูตองเปนสีคลายหิน (Stone) อยางไรก็ดีกากเหล็กนัน้ จะดีหรือไมดี ก็สุดแลวแตความรอนของเตา แตความรอนนั้นตองคะเนใหเหมาะสมกับเหล็กดวย คือ ถาความรอนไม เพียงพอก็จะทําใหเนื้อเหล็กปะปนไปกับกากเหล็กดวย ถารอนจัดจนเกินไปก็จะทําใหสิ่งที่กั้นเหล็ก โดยรอบ ๆ เตา ก็จะไดรับอันตรายไปดวย

รูปที่ 15.17 แสดง Valueชนิดตาง ๆ ทีผ่ านขบวนการหลอมา

290

รูปที่ 15.18แสดงชิ้นสวนตาง ๆ ที่ผานกรรมวิธีหลอแบบพิเศษ ตารางที่ 15.2 แสดงธาตุตา ง ๆ ที่ผสมอยูในกากเหล็ก (ที่ดี) ธาตุ(ที่ผสม) ปริมาณ(%) ซิลิกา(Silica) 45% หินปูน(Calcium) 89% Oxideของเหล็ก 2% อลูมิเนียม(Al) 15% แมกนีเซียม(Mn) 6% โปแตส(Potash) 2% กํามะถัน(S) และฟอสฟอรัส(P) 1% 15.7 การเทเหล็กลงแบบ (Molds) ภายหลังที่ไดเขี่ยกากเหล็กออกจากเตาแลว เมื่อเห็นวาเหล็กที่ละลายนัน้ เหมาะสมแกความ ตองการ แลวก็เปดชองใหเหล็กไหลลงสูเบา (Ladle) แลวนําไปเทลงในแบบทราย (Sand molds) หรือ แบบ (Molds) ที่ทําเปนแทงสี่เหลี่ยม และเหล็กที่ทํามาไดตามที่ไดกลาวมานี้เรียกวา เหล็กหลอ (Cast Iron) แตยังไมเปนเหล็กบริสทุ ธิ์ (Pure Iron) ทีเดียว เพราะวามีธาตุตาง ๆ ปะปนอยูมาก คือ ในขณะที่ เหล็กถูกถานโคกซึ่งรอนจัดจนเปนสีขาวเหล็กจะดูดเอาถานบางสวนไวบาง และจํานวนที่ดูดไวนั้นเปน

291

จํานวนที่คอนขางจะคงที่ คือ ไมนอยกวา 3.25% และไมเกิน 4.25% และเมื่อยังหลอมละลายอยูนนั้ ถาน ที่จะรวมกับเหล็ก โดยทางสูตรเคมีโดยการ Balance สมการ แตเมื่อเย็นตัวลงมาก็จะมีความชักนําที่จะ ขับถานใหออกเปนผงละเอียด การที่เปนเชนนีไ้ ดก็จะตองเสียเวลา และอาจจะปองกันโดยอยาให โดยเอาน้ํา เหล็กเย็นตัวเร็ว เชนถาเอาเหล็กที่ยังละลายมาแตเพียงบางสวนมาทําใหเย็นตัวลงโดยรวดเร็ว ราด หรือเทลงในแบบ (Molds) เหล็กนั้นจะเกิดการรวมตัวกัน แลวมีผลทําใหเหล็กนั้นมีความแข็ง และ เปราะ เมื่อลองหักออกมาดูจะเห็นเนื้อเปนสีขาว ๆ ถาหากวาเราเอาเหล็กที่หลอมละลายนั้นเทลงใน แบบทราย (Sand Molds) แลวทําการควบคุมใหเย็นตัวลงอยางชา ๆ ธาตุถานในเหล็กก็จะถูกขับออกมา เปนลักษณะผงละเอียดจนเกินไป และทําใหแรนั้นออนเหนียว และเมื่อหักออกดูจะเห็นเปนเนื้อสีเทา ๆ หรือสีดํา ๆ ในเหล็กนี้ยังมีซิลิคอน (Si) ปะปนอยูด วย ซึ่งเหล็กจะดูดเอาเถาของถานโคก และหินปูนในเตา และทั้งเปนการยากที่สุดที่จะเอาออกจากเหล็กได เตานั้นไมรอนจัดนัก เหล็กก็มีซิลิคอน (Si)0.5% เทานั้น ถาหากวาเตานัน้ รอนจัด สวนตางในถานโคกก็จะทวีขึ้นแลวเหล็กจะมีซิลิคอน (Si) 4.5% เทานั้น แตตามธรรมดามีอยูประมาณ 1-2% การทีม่ ีซิลิกอน (Si) ในเหล็กนี้ คือ จะขับไลถานในเหล็ก ออกไปเปนอยางชิ้นถานขนาดเล็ก ๆ เพราะฉะนัน้ ถานที่มีซิลิคอน (Si) ปริมาณมาก ๆ มักจะมีรอยแตก อาออกมา แตเหล็กชนิดนี้จะมีธาตุถานนอยกวาเหล็กธรรมดา สวนกํามะถัน (S) ในเนื้อเหล็กก็มีอยูบาง แตสิ่งเหลานี้เปนของไมตองการ แตก็มีอยูประมาณ 0.02% บางทีก็มีอยูถึง 0.25% เพราะวาธรรมดาแลว เหล็กดิบ (Pig Iron) นั้น จะมีกํามะถัน (S) ปะปน อยูบางเล็กนอยเสมอ แตในถานโคกก็มีประมาณ 0.05% ถาหากวาเตาถลุงเหล็กรอนจัด ๆ กํามะถัน (S) ก็จะแยกตัวออกไปรวมตัวกับหินปูน (Calcium) และปะปนกับกากเหล็กออกไป แตถาเตานั้นไมรอน จัด แลวแรเหล็กนั้นจะมีกํามะถัน (S) มากเกินกวา 0.05% และการที่มีกํามะถันนี้ คือ มีอํานาจจะยึดธาตุ ถานไวในเนื้อเหล็กนั่นเองเพราะฉะนั้นเหล็กที่มีกํามะถัน (S) จํานวนมากมักจะเปราะและแข็ง สวนจํานวนของฟอสฟอรัส (P) ที่มีอยูในเหล็กนั้นจะมาก หรือนอยเพียงใดก็ขึ้นอยูก ับแรที่ใช ดวย เพราะวาธาตุชนิดนี้มีอยูในเหล็กดิบ (Pig Iron) ในถานโคก และในหินปูน (Calcium) ดวย เหมือนกัน ถาเหล็กนัน้ จะเอามาใชในการหลอแลวไมควรจะใหมีมากไดถึง 3% การที่มีมากเชนนีก้ ็คือ เพราะฉะนัน้ จึงมีประโยชนมาก ทําใหเหล็กนัน้ เปราะ และทวีการบํารุงใหเหล็กนั้นหลอมเหลวอยูเ สมอ ในเวลาที่จะหลอวัตถุซึ่งมีลวดลายอยางละเอียด แตสําหรับกรรมวิธีการหลอแบบธรรมดา มักจะมีอยู ประมาณ 0.05% ถาจะทําเหล็กกลา (Steel) จากเหล็กหลอ (Cast Iron) ชนิดนี้แลวไมใหมีฟอสฟอรัส (P) เกินกวา 0.1% นอกจากธาตุตา ง ๆ ที่กลาวมาแลวนี้ ยังมีแรแมงกานีส (Mn) ปะปนอยูดว ยอีก แตมีสวนนอย ที่สุด เพราะวาจะมีติดมาแตด้งั เดิมกับเหล็กดิบ (Pig iron) แตไมละลายในเตาถลุงหมดไปทีเดียว

292

บางสวนก็ปะปนไปกับกากเหล็ก เพราะฉะนัน้ แทงเหล็กที่มีขายกันตามทองตลาดมีแรชนิดนี้ไมต่ํากวา 1% แตมีถึง 2% นั้น คือไมใชเหล็กหลอธรรมดา เพราะฉะนั้นในการที่จะทําเหล็กกลามักใหมีแมงกานีส (Mn) ปะปนอยูกากเหล็กมากตั้งแต 10-20% แตชนิดนี้คือเปนแรที่ชวยใหธาตุถานรวมอยูกับเนื้อเหล็ก แลวทําใหเหล็กนั้นทั้งเปราะทั้งแข็ง สวนธาตุอื่นในเนื้อเหล็กยังมีอีกหลายชนิด แตในที่นี้จะไมขอ กลาวถึง เพราะธาตุเหลานั้นไมคอยมีผลใด ๆ กับเนื้อเหล็กมากมายนัก นั่นเอง ตามที่กลาวมาแลวนั้นจะเห็นไดวา เหล็กหลอ (Cast Iron) มีลักษณะตาง ๆ กันคือ เปลี่ยนแปลง ไปตามความรอนของเตา และเหล็กดิบ (Pig Iron) ที่ใชดวย เพราะฉะนัน้ ตามที่มีขายกันตามทองตลาด จะมีอยูมากมายหลายชนิด และอาจแบงออกไดเปน 3 จําพวกดวยกันดังนี้ 1. จําพวกสีเทา 2. จําพวกสีขาว 3. จําพวกสีลวดลาย ซึ่งดังที่ไดกลาวมาแลวนี้จะทํารายการแยกแยะใหดูเปนตารางใหชัดเจนยิ่งขึ้นดังรายการ ตารางที่ 15.3

ชนิดของธาตุตาง ๆ เหล็ก(Iron) ถานผสมอยูกับเหล็ก ถานไมผสมอยูกับเหล็ก ซิลิคอน(Si) กํามะถัน(S) ฟอสฟอรัส(P) แมงกานีส(Mn)

ตารางที่ 15.3 เหล็กสีขาว(%) เหล็กสีเทา(%) 89.86% 90.24 2.46 1.02 0.37 2.64 1.12 3.06 2.12 1.14 0.31 0.93 2.72 0.83

เหล็กสีลวดลาย(%) 89.30 1.73 1.11 2.17 1.48 1.17 1.60

และในจํานวนนี้ยังแบงออกเปนหมายเลขตาง ๆ ตามแตวาจะเปนชนิดสีเทา หรือความออนความแข็ง มากนอยเพียงใด สวนที่อยูในจําพวกสีเทานั้น คือ เมื่อหักออกดูจะเห็นเนือ้ เหล็กเปนเม็ดหยาบ ๆ สีเทา และเปนเนื้อทีอ่ อนเหมาะสําหรับหลอรูปพรรณตาง ๆ ที่มีลวดลายอยางละเอียด

293

รูปที่ 15.19 แสดงขบวนการหลอมโลหะอีกวิธีหนึ่ง

รูปที่ 15.20 แสดงกรรมวิธีการผลิตแบบครบวงจร

294

รูปที่ 15.21 ตัวอยางของผลผลิตที่ไดคุณภาพ 15.8 กําลังของเหล็กหลอ ขอบเขตกําลังดึงของเหล็กหลอ (Cast Iron) ตามธรรมดานั้นมักจะมีอยูในระหวาง 4-14 ตันตอ 1 ตารางนิ้ว แตคิดโดยเฉลี่ยแลวก็อยูในราว 7.5 ตัน และบางทีเหล็กที่มีลักษณะดีนนั้ ก็มกี ําลังดึงถึง 18 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว ขอบเขตกําลังกดของเหล็กหลอ (Cast Iron) นั้น อยูใ นระหวางจาก 25-60 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว และจํานวนทีเ่ ฉลี่ยนั้นประมาณ 45 ตันตอ 11 ตารางนิ้ว หรือเทากับ 6 เทาของขอบเขตกําลังดึง ธาตุที่ผสมในเหล็กหลอ (Cast iron) 1.Iron (Fe) = 92.55% ก.ก.

2.Carbon (C) = 3.30 ก.ก.

3.Silicon(Si) = 2.50 ก.ก.

4.Manganese(Mn) = 0.60 ก.ก.

5.Sulphur(S) = 0.05 ก.ก.

6.Phosphorus(P) = 1.00 ก.ก. ∴รวมทั้งสิ้น = 100.00 ก.ก.

295

รูปที่ 15.22 แสดงชิ้นสวนของรถยนตที่ผานขบวนการหลอ

รูปที่ 15.23แสดงชิ้นสวนของอะไหลตาง ๆ(บอกน้ําหนักเปนกิโลกรัม)

296

15.9 โลหะแรและธาตุตาง ๆ อักษรยอสําหรับแรตาง ๆ และน้ําหนักซึ่งตราใชกันทั่วโลกมีอยูมากมายดวยกัน ถาจะพูดถึงธาตุ (Element) ตาง ๆ แลว ตามจริงก็ไดอุบตั ิขึ้นในโลกมาหลายพันปแลว เพราะไดทราบจากประวัตกิ ารขอ วัตถุภาชนะที่เปนแกวไดอุบตั ิขึ้นมาเปนเวลาลวงเลยไปตั้ง 4,600 ปเศษแลว และติดตอสืบเนื่องมา โดยลําดับ ผสมผสานกับบรรดาพวก “อัลเคมิส” ก็ไดพบของที่แปลกประหลาดขึ้นเปนชวง ๆ ชั้น ๆ มา จนราว 100 ปเศษมานี้ ผูที่ทําการทดลองพบสิ่งใดทําประโยชนอยางหนึ่งอยางใดไดผลสมจริง โดยไม ผันแปรแลวก็ทําการบันทึกขอความสิ่งอันประหลาดของธาตุตาง ๆ นั้นไว ตามธรรมดาแลวบุคคลคน หนึ่งมักจะคนควาหาของจริงสิ่งหนึ่งเทานัน้ เอง และบางทีก็อยูก นั คนละมุมโลก แตก็ไดมีการสงขาว คราวถึงกันได เพราะฉะนั้นธาตุ (Element) ตาง ๆ จึงรวมกันเขาเปนปกแผนใหญโตขึ้นมาใหเห็นไดใช กันในปจจุบนั นี้มากมายหลายดาน นักวิทยาศาสตรทุก ๆ ชาติ จึงพรอมใจกันใหตั้งอักษรแทนชื่อธาตุ ตาง ๆ มิใหตองเขียนชื่อในเวลาเลนแรแปรธาตุมากมายจะเปนการเสียเวลา โดยใหใชแตเพียงอักษรยอ เทานั้นก็จะรูไดวาเปนธาตุนนั้ ธาตุนี้ โดยทั้งนี้ทั้งนั้นก็ใชแทนชื่อเต็ม ๆ ของธาตุนั้น ๆ นั่นเอง

297

อันดับ (Atomic Number) 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

ตารางที่ 15.4 ตารางจําแนกรายละเอียดของธาตุชนิดตาง ๆ อักษรยอ น.น.อะตอม ชื่อธาตุ (Element) (Symbol) (คิดเปนหนวย)(Atomic Weight) Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulphur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium

H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V

1.008 4.003 6.940 9.020 10.820 12.010 14.008 16.000 19.000 20.183 22.997 24.320 26.970 28.060 30.980 32.060 35.457 39.950 39.102 40.080 44.900 47.900 50.940

298

อันดับ (Atomic Number)

ชื่อธาตุ (Element)

อักษรยอ (Symbol)

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Columbium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver

Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Cb Mo Tc Ru Rh Pd Ag

น.น.อะตอม (คิดเปนหนวย) (Atomic Weight) 52.000 54.940 55.830 58.930 58.710 63.540 65.720 69.720 72.590 74.920 78.960 79.910 83.800 85.470 87.620 88.910 91.220 92.910 95.940 99.000 101.070 102.910 106.400 107.870

299

อันดับ (Atomic Number)

ชื่อธาตุ (Element)

อักษรยอ (Symbol)

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Cesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Sumarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium

Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf

น.น.อะตอม (คิดเปนหนวย) (Atomic Weight) 112.400 114.820 118.690 121.750 127.600 126.900 131.300 132.910 137.340 138.910 140.120 140.910 144.240 145.000 150.350 151.960 157.250 158.920 162.500 164.930 167.260 168.930 173.640 174.970 178.490

300

อันดับ (Atomic Number)

ชื่อธาตุ (Element)

อักษรยอ (Symbol)

73.

74.

75.

76.

77.

78.

79.

80.

81.

82.

83.

84.

85.

86.

87.

88.

89.

90.

91.

92.

93.

94.

95.

96.

97.

Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium

Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk

น.น.อะตอม (คิดเปนหนวย) (Atomic Weight) 180.950 183.850 186.200 190.200 192.200 195.100 196.970 200.590 204.370 207.190 208.080 210.000 211.000 222.000 223.000 226.000 227.000 232.040 231.050 238.030 237.000 242.000 243.000 247.000 249.000

อันดับ

ชื่อธาตุ

อักษรยอ

น.น.อะตอม

301

(Atomic Number)

(Element)

(Symbol)

98.

99.

100.

101.

102.

103.

Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium

Cf Es Fm Md No Lr

(คิดเปนหนวย) (Atomic Weight) 251.000 254.000 257.000 258.000 259.000 260.000

Our Universe Matter Our Elements Organic Substances Liquids

Inorganic Substances Gases

Fuels Chemicals Oils Paints Foods

Carbon dioxide Carbon monoxide

Solids

Liquids

Gases

Acids Water Bases Drugs

Chlorinc Argon Helium Solids

Living organisms Metals Cements Polymers Ceramics Stone Natural resins Composites Soils Glasses Foods Clays รูปที่ 15.24 แผนผังแสดงโครงสรางของธาตุที่แปรสภาพเปนวัสดุตาง ๆ

302

Material properties

Chemical

Metals

Plastics

Ceramics

Composites

Physical

Composition Microstructure Phases Grain size Corrosion resistance Inclusions Composition Fillers Crystallinity Melting point Molecular weight Thermal Flammability Magnetic Spatial configuration Electrical Chemical resistance Optical Composition Acoustic Porosity Gravimetric Grain size Binder Corrosion resistance Composition (matrix/reinforcement) Matrix/reinforcement bond Volume fraction reinforcement Reinforcement nature Corrosion resistance

Mechanical

Dimensional

Tensile properties Toughness Ductility Fatigue Hardness Creep resistance

Avilable shapes Available sizes Available surface texture Manufacturing tolerances

Tensile properties Heat distortion Compression strength PV Limit Toughness

Manufacturing tolerances Stability Available sizes

Tensile properties Compression strength Fracture toughness Hardness

Available shapes Available sizes Manufacturing tolerances Available surface texture

Tensile properties Compression strength Fracture toughness Creep resistance

Available shapes Available sizes Manufacturing tolerances Stability

รูปที่ 15.25 แผนภูมิแสดงคุณสมบัติของวัสดุตาง ๆ

303

15.10 โลหะธาตุ โลหะธาตุที่แมเหล็กสามารถดูดติดไดมีอยูดวยกัน 6 ชนิด คือ 1. เหล็ก (Iron) 2. นิกเกิล (Nickel) 3. โคบอลด (Cobalt) 4. โครเมียม (Chromium) 5. แมงกานีส (Manganese) 6. ซีเรียม(Cerium) 15.11 การผสมแรโลหะธาตุ การผสมแร คือ เอาแรตาง ๆ มาปะปนกันเขาเพื่อจะไดทาํ ใหแรชนิดนีก้ ลายเปนชนิดอื่นขึ้น แลวจึงจุไดเอามาทําเปนวัตถุอื่น ๆ บางอยาง เพื่อใหเหมาะสมแกตามความประสงค แตวิธีที่จะผสมกัน ทําไดหลายหนทาง คือ วิธีที่ 1 โดยการเอาแรตาง ๆ ชนิดมาทําการหลอมใหละลายดวยกันแตละเบา ๆ ละชนิด แลวมาเทปน กันแลวใชเหล็กซึ่งพันดวยปอเคน แลวทาดวยผงกราไฟท (Graphite) คนในเบาใหโลหะตาง ๆ เขากัน ไดดี แลวจึงนําไปเทลงในแบบ (Molds) ที่ปนเอาไวแลว และแบบ (Molds) นั้นจะทําเปนรูปพรรณตาง ๆ อยางใดก็ได วิธีที่ 2 โดยการทุบหรือตําแรชนิดตาง ๆ ใหละเอียดแลวปะปนกันหลอมใหละลายเขาดวยกัน วิธีที่ 3 โดยการผสมกันดวยไฟฟา (การชุบ) ตามวิธีที่ 1 นั้น เปนทีน่ ิยมใชทํากันมาก และแรที่ทําจากวิธีนี้ เชน บรอนซ (Bronze)ทองเหลือง (Brass) และอลูมิเนียม (Al) กับแรผสมชนิดอื่น ๆ ที่บรรดาเหลาชางใชเปนอันมาก แตการที่จะทําตามวิธีนี้แลวตองใชเบา (Ladle) เปนเครื่องมือสําหรับหลอมแร แตผลที่จะบังเกิดนัน้ ไมสู จะมากมายนัก เพราะฉะนั้นถาจะตองการจํานวนของแรผสมมาก ๆ แลวก็ควรใชเตาชนิดที่เปลวไฟผาน สวนเชื้อเพลิงที่จะใชในการหลอมนั้นจะใชชนิดใดก็ได คือ เปนถานไม (Charcoal Wood) ถานโคก หรือแกสไฟฟาหรือน้ํามันก็ได แตสําหรับเบา (Ladle) นั้นใชถานโคกดีกวาใชเชื้อเพลิงชนิดอื่น ๆ ถา ใชถานไม (Charcoal Wood) จะทําใหเบา (Ladle) สึกหรอเร็วขึ้น การใชเตาน้ํามัน เบา (Ladle) มักจะเกิดการกระเทาะแตกและบางลงไปทุกที ๆ จนหมด ขอดีของถานโคกนั้นก็คือจะใหความรอนได สูงกวาถานไมอีกดวย

304

ตามวิธีที่ 2 คือ เปนวิธีที่สามารถทําไดจริง แตดูเหมือนแรที่เอามาผสมนั้นจะไมผสมเขากัน ไดทั่วถึงกัน สวนการที่จะทําตามกรรมวิธีนี้ไดนนั้ ก็จะตองทําการทุบหรือตีชิ้นแรนี้เปนชิ้นเล็กที่สุด เสียกอนแลวจึงนํามาผสมกัน แลวทําการตําหรือทุบใหเกาะตัวกันเปนกอน เพื่อใหกอนแรผสมรวมตัว เกาะกันไดดี แตทั้งนี้ก็ตองอาศัยคุณสมบัติของแรนั้นอีกดวย ตามวิธีที่ 3 นั้นคือ ถาเราปลอยกระแสไฟฟาใหวิ่งผานลงในน้ําเกลือ เชน Na Cl ซึ่งมีแร 2 ชนิด ปะปนกันอยูก จ็ ะไดแร 2 ชนิดเกาะพรอมกันในเวลาเดียวกัน แลวก็กลายเปนแรผสมกันไดจริง ๆ การชุบ แตกรรมวิธีนจี้ ะทําไดนั้นก็ทาํ ไดแตเฉพาะแรบางชนิดเทานั้น เราจึงเรียกขบวนการดังกลาววา (Electroplating) เชน การชุบทองเหลือง, การชุบเงิน, การชุบนิกเกิล และการชุบโครเมียม เปนตน 15.12 ชนิดของแรผสม แรที่ผสมกันมีหลายชนิด คือ แรผสมกับเหล็ก, แรผสมกับทองแดง, แรผสมกับเงินและทองคํา เปนตน แตในจําพวกทีผ่ สมกับทองแดง และเหล็กนั้นถาแบงออกไปเปนแรชนิดตาง ๆ ไดอีกเปนอัน มาก แตที่กลาวตอไปนี้จะคัดเอาเฉพาะแรที่ผสมที่ใชในวงการทางชางเราโดยละเอียด วิธีผสมสวนมาก มักจะใชตามกรรมวิธีที่ 1 ทั้งสิ้น แตกอนที่จะกลาวถึงแรผสมนั้น จะตองอธิบายคุณสมบัติและกําเนิด ของแรที่จะนํามาผสมไวกอน ดังตอไปนี้ 1. ทองแดง (Cu) ทองแดง (Cu) ตามธรรมดาแลวจะอยูร วมตัวกันเปนกอนบริสุทธิ์ แตในสวนมากมักจะรวมอยู กับธาตุอื่น ๆ ดังที่เราเรียกกันวา “ทองแดงดิบ” แตในทองแดงดิบนั้นก็ยังแยกออกไปเปนชนิดตาง ๆ กันไดอกี ที่มีมากที่สุดคือ เปนชนิดที่มีธาตุกํามะถัน (S) ปะปนอยูดว ยนอกจากกํามะถัน (S) แลวยังมี ธาตุอื่น ๆ ปะปนอยูอกี เชน เหล็ก (Fe) สารหนู (As) ตะกั่ว (Pb) และพลวง (Sb) เปนตน แตกเ็ ปนจํานวน นอย เพราะทองแดงดิบที่เอามาถลุง ก็ใชอยางทองแดง (Cu) ที่ปะปนอยูก ับกํามะถัน (S) สวนการถลุงก็ ผิดกับการถลุงเหล็ก เพราะวาเหล็กดิบ (Pig Iron) จะมีธาตุออกซิเจน (O2) ปะปนอยูมาก และ อาจจะไล ออกซิเจน(O2) ออกจากเหล็ก (Fe) โดยถาน ( C )ได แตทองแดงดิบนี้หาเปนเชนนี้ไม คือ จะตองไลกํามะถัน (S) ออกจากทองแดง (Cu) กอนเพื่อใหทองแดง (Cu) ไปรวมอยูกับออกซิเจน (O2) ตอมาภายหลังจึงคอยขับไลออกซิเจน (O2) ออกอีกครั้งหนึ่ง จึงจะไดทองแดงที่บริสุทธิ์ (Pure) เตาที่ ใชหลอมทองแดงนั้น คือ ใชเตาอยางเตาถาน โดยไมใหเชื้อเพลิงกระทบกับทองแดงดิบไดเลย สวน ขั้นตอน หรือกรรมวิธีการถลุงนั้นก็จะดําเนินการไปคลาย ๆ กับกรรมวิธีในการถลุงเหล็กนั่นเอง 2. คุณสมบัตขิ องทองแดง ทองแดง (Cu) เปนแรที่ออนเหนียว มีลักษณะเปนสีแดง จุดหลออมละลาย หรือจุดหลอมเหลว (Melting Point) ประมาณ 11,050°C (2,100°F) น้ําหนักพิกัดประมาณ 8.9 อาจทนตอแรงดึงไดตั้งแต 20,000 ถึง 30,000 ปอนดตอตารางนิ้ว

305

3. ทองแดงและทองแดงผสม ทองแดง (Cu) เกิดขึ้นไดในพื้นดินโดยลําพังก็มี และมีสิ่งเจือปนอยูกับสิ่งอื่น ๆ ก็มี เนื้อทองแดง อาจจะแยกออกจากสิ่งอื่น ๆ ไดโดยขบวนการถลุงในเตาชนิดหนึ่ง แตถาใหไดเนื้อทองแดงบริสุทธิ์ (Pure) จะตองนําทองแดงทีถ่ ลุงแลวมาทําการแยกอีกครัง้ หนึ่งดวยไฟฟา โลหะชนิดนี้มสี ีแดง เหนียวมาก ตีหรือรีดออกเปนแผน เปนทอ และดึงออกเปนเสนลวดไดดี ทั้งยังเปนตัวนําไฟฟาไดดียิ่ง ทองแดง เมื่อเผาไฟแลวนํามาชุบน้ํา ทําใหไดเนื้อออนกวาเดิม ซึ่งตรงขาม กับเหล็ก ซึ่งเผาไฟแลวนํามาชุบน้ํา จะทําใหไดเนื้อที่แข็งขึ้นทองแดงถาถูกตี เคาะ รีด หรือทําการขึ้น รูปแบบเย็น (Cold Work) ดวยวิธีอื่น ๆ จะทําใหเนื้อของทองแดงมีความแข็งแรงสูงขึ้น แตก็มีความ เปราะมากขึ้นเชนนี้ ในการดัดงอ หรือทุบตีทองแดงเมื่อยังดิบอยู หรือเย็นตัวแลวก็ดี ไมควรกระทําซ้ํา ๆ หลาย ๆ หนนัก เพราะจะทําใหเนื้อเปราะได ทองแดงบริสุทธิ์ (Pure) ไมเหมาะแกการหลอ เพราะนําไป ตบแตงดวยเครื่องมือกลลําบากมาก เพราะเนื้อมีความออนและเหนียวมาก คอยหลบคมเครื่องมือเวลา ทําการ M/C ทองแดงที่เราใชกันอยูมากในเวลานี้ ไดแก ใชผสมทําทองเหลือง (Brass) ใชผสมทํา บรอนซ (Bronze) เปนตน 4. การแยกธาตุดวยไฟฟา ในปจจุบนั นี้มกี ารแยกธาตุดว ยกระแสไฟฟา ซึ่งธาตุที่เกิดจากธรรมชาติ ซึ่งกรรมวิธีนี้นบั วามี ประโยชนในการขบวนการผลิตเปนอยางยิ่ง เราะจะไมใชความรอน แตทําไดเฉพาะธาตุทองแดง (Cu) คือ จะใหเปนรูปลวดลายใด ๆ ไดตามความประสงคทุกประการดังเชนตัวอยาง เรามีอางแกว อางเคลือบ จํานวน 1 ใบ ทําการละลายจุนสี (Copper Sulphate)Cu So4 ลงในน้ํา กลั่นใหเขมขน ใสลงไปประมาณครึ่งอาง แลวเอาแผนสังกะสี (Zn) หนาประมาณ ⅛ นิ้ว ตัดขนาด ตามตองการ แลวเอาขี้ผึ้งแข็งมาปนไดเปนรูปอยางใดอยางหนึ่งตามตองการ นํามาติดกับหนาของแผน สังกะสีใหแนน และควรเอาฝุน พลับมาโก ทาเกลือกหนาขี้ผึ้งใหทั่วดีแลว ใหหาไมคานมารองสังกะสี แลววางลงในอาง หลังจากนั้นใหหงายหนาของสังกะสีลงในอางน้ําจุนสี (Copper Sulphote) แลวแชทิ้ง ไวประมาณ 7-12 คืน จะเกิดกระแสไฟฟาหมุนเวียนขึน้ และแยกเอาธาตุทองแดง (Cu) ออจากจุนสี (Copper Sulphate) ใหวิ่งไปจับพลับมาโก ซึ่งฉาบหนาขี้ผึ้งอยู ใหมีรูปรางเหมือนกับขี้ผึ้งดังกลาว วิธีนี้ สามารถไดความหนาที่เคลือบถึง ½ นิ้ว ทีเดียว 5. แรผสมกับทองแดง (Element Mixture and Copper) ทองแดง (Cu) ที่มีขายกันตามทองตลาดนั้น ไมเปนทองแดงที่บริสุทธิ์ทีเดียว มักจะมีทองแดง (Cu) อยูตั้งแต 99.5-99.87% นอกนั้นจะมีสิ่งโสโครกปะปนอยูด วย เชน สารหนู (As) กํามะถัน (S) ตะกัว่ (Pb) ฯลฯ และบางทีก็มีแรอื่น ๆ เชน เงิน (Ag) และแอนติโมนี(Sb) ปะปนอยูดว ย สิ่งตาง ๆ เหลานี้เปน

306

เชื้อที่จะทําใหทองแดง (Cu) มีความแข็งและเปราะทั้งยังทําใหกระแสไฟฟาเดินผานไมสูจะสะดวกนัก และแรที่ผสมกับทองแดง (Cu) นั้นก็มีอยูด วยกันหลายอยาง แตมกั จะจัดไวเปน 3 จําพวก ดังนี้คือ 1. เมื่อมีดีบุก (Sn) ผสมอยูกบั ทองแดง (Cu) มากเราเรียกวา บรอนซ (Bronze) 2. เมื่อมีสังกะสี (Zn)ผสมอยูกับทองแดง (Cu) มากเราเรียกวา ทองเหลือง (Brass) 3. เมื่อมีแรเบ็ดเตล็ดผสมกับทองแดง (Cu) แตที่จดั เอาไวเชนนี้นั้น จะถือเอาเปนหลักทีเดียว มิได เพราะวาผูที่ทําการผสมแรนั้นมักจะเอาสิ่งอื่น ๆ เจือปนลงไปในบรอนซ (Bronze) และทองเหลือง (Brass) อีก ดังจะสังเกตไดในภายหลัง และที่จัดไวเชนนี้ที่จริงแลวเราเรียกชื่อใหแตกตางกันเสีย เพื่อจะ ไดรูวาเปนคนละชนิดกันเทานั้นเอง 6. บรอนซ(Bronze) หรือโลหะสําริด บรอนซ (Bronze) คือ ทองแดง (Cu) ผสมกับดีบุก (Sn) และอาจจะมีสังกะสี (Zn) ตะกัว่ (Pb) ผสม อยูบางเล็กนอย สวนใหญจะเปนบรอนซสามัญที่ใชในหารหลอทําปน โลหะทีก่ ลายเปนสังกะสี (Zn) ถา ผสมเปนจํานวนไมเกิน 25% ก็จะมีลักษณะแข็งขึ้น และรับแรงไดสูงขึ้น ถามากเกินไปกวานี้ จะเปราะ และความสามารถในการรับแรงจะต่ําลง และถามีมากเกินกวา 75% จะทําใหมเี นื้อออน ไมมีกําลัง ถาผสมกับฟอสฟอรัส (P) เขาดวยเปนจํานวนเพียงเล็กนอยจะทวีแรงขึ้น และความแข็งของ บรอนซขึ้นอีกมาก และยังสามารถทนตอแรงกระแทกไดดี เราเรียกวา ฟอสฟอรัสบรอนซ(Phosphorus Bronze) เหมาะกับการทําพวกขอเหวีย่ ง เปนตน นอกจากนีย้ ังมีบรอนซพิเศษชนิดอื่น ๆ อีกมากมาย เรียกตามชื่อของโลหะที่ผสมเขาอีกเปนพิเศษ เชน ซิลคิ อนบรอนซ (Silicon Bronze) อาเบคอน บรอนซ (Arbecon Bronze) ฯลฯ 7. ทองเหลือง(Brass) ทองเหลือง (Brass) คือ ทองแดง (Cu) ผสมกับสังกะสี (Zn) และอาจมีดีบุก (Sn) ตะกัว่ (Pb) ผสมอยู บางเล็กนอย สังกะสี (Zn) จะทําใหโลหะกลายเปนทองเหลือง (Brass)ซึ่งมีลักษณะแข็งขึ้น ถาทวีจํานวนของ สังกะสี (Zn) ที่ผสมขึ้น การทนทานตอแรงดึงก็จะทวีขึ้นดวย ถามีมากเกินกวา 45%แลว การทนทานตอแรงดึงจะ ลดลง และถาสังกะสี (Zn) มีเกินกวา 50% ทองเหลือง จะเปราะเกินไปใชงานอะไรไมไดเลย คุณสมบัติในการตี ออก แผรีด หรือดึงออกเปนเสนนั้น ถาแมนจะไมเทากับทองแดง (Cu) ก็ยังสามารถทําไดเหมือนกันคือ หลอได งายเหมือนกัน และเครื่องมือกลตาง ๆ ก็สามารถทําการ M/C ไดดกี วาอีกดวย ทองเหลืองที่ใชกันอยูมหี ลายชนิด คือ เปลี่ยนแปลงไปตามจํานวนของทองแดง (Cu) กับสังกะสี (Zn) ที่ ผสมกันอยู แตอาจจะแบงออกเปน 3 ชนิด คือ 1. ทองเหลืองหลอ 2. ทองเหลืองอยางดี (Good Brass) สําหรับรีดไดเมื่อขณะเย็น (Cold Rolling) 3. ทองเหลืองอยางเลว (Bad Brass) สําหรับรีดไดเมื่อขณะรอน (Hot Rolling)

307

8. ทองเหลืองหลอ ทองเหลืองหลอนั้น จะมีทองแดง (Cu) เจือปนอยูประมาณ 66% สังกะสี (Zn) ประมาณ 34% จะ สามารถทนตอแรงดึงไดประมาณ 16 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว นําไปหลอเปนสิ่งของตาง ๆ ไดดีมาก 9. ทองเหลืองอยางดี (Good Brass) ทองเหลืองอยางดี (Good Brass) นั้นจะมีทองแดง (Cu) มากกวา 60% ขึ้นไป และเปน ทองเหลืองที่เหมาะสําหรับรีดในขณะเย็น (Cold Rolling) ไดดี แตชนิดที่ดียิ่งที่นยิ มเอามาใชทําลวด ซึ่งพอจะทนตอแรงดึงไดประมาณ 13 และทอนั้นจะมีทองแดง (Cu) 70% และสังกะสี (Zn) 30% ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว และจากการทดลองจะเห็นวาเปนทองเหลืองที่ออนและเหนียวมาก อีกทั้งยังมีความ ตานทานตอแรงดึงไดสูงมากอีกดวย 10. ทองเหลืองอยางเลว (Bad Brass) ทองเหลืองอยางเลว (Bad Brass) คือ มีทองแดง (Cu) ตั้งแต 53%-63% นอกนั้นจะเปนแร สังกะสี (Zn) เจือปนอยูทั้งสิ้น ทองเหลืองชนิดนี้รีดไดในขณะรอน (Hot Rolling ) สามารถทนทานตอ แรงดึงไดประมาณ 20 ตันตอ 1 ตารางนิ้ว แตมียอรชเฟร เดริดมันซไดคดิ ทําทองเหลืองที่มีการจด ลิขสิทธิ์ไวเมื่อป พ.ศ. 2375 นั้น คือมี ทองแดง (Cu) 60% หรือคิดเปน 3 สวนและสังกะสี (Zn) 40% หรือคิดเปน 2 สวนจากทั้งหมด 5 สวนดวยกัน ซึ่งจะเปนทองเหลืองที่เอามาหุมใตทองเรือไม กับทั้งยังมี ประโยชนอีกที่ทําใหเกิดความทนทานขึ้น จึงเรียกวา “ แร มันซ เมตาน” มาจนทุกวันนี้ และเปนแรที่รดี ไดในขณะรอน ( Hot Rolling ) ทั้งยังกันสนิมไดดีอกี ดวย และทนทานตอแรงดึงได 22 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว การใชทองเหลืองในการทําสิ่งของเครื่องใชนั้นอาจทําใหออนและแข็งได เชน เมื่อเผาไฟ แลวจุมลงในน้าํ เย็น ๆ ก็จะทําใหออนตัวลงได ตอมาไดมีการคิดคนควาเปลี่ยนแปลงเพือ่ ใหทองเหลือ ชนิดนี้มีราคาถูกลงอีก จึงไดทําการเจือปนตะกั่ว (Pb) ลงไปอีกประมาณ 3.5% และทองแดง (Cu) มากกวา 56% ซึ่งดูเหมือนวาจะมีกําลังเกือบเทากัน แตทองเหลืองชนิดนี้ไมใครจะใชกันมากมายนัก 11. ทองเหลืองมาลอ คือทองเหลืองธรรมดา ผสมดวยทองแดง 66.6% หรือคิดเปน 10 สวน และสังกะสี (Zn)33.3% หรือคิดเปน 5 สวนเหมาะสําหรับทําพวกฉิ่ง,ฉาบ,ฆอง,มีด ฯลฯ จะสามารถทนตอแรงดึงไดตั้งแต 10-12 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว 12. ทองเหลืองเดลตา (Delta Brass) นายอเล็กเซ็นเดอรเปนผูคดิ ไดเปนคนแรก และไดมีการจดลิขสิทธิ์เมื่อปพ.ศ. 2426 ชนิดนี้ สําหรับผสมเปนทองเหลืองอยางเหล็ก แลวตั้งชื่อใหวา แรเดลตา ซึ่งสวนสําคัญที่ใชในการผสมนั้น คือ เอาแรผสมกับสังกะสี (Zn) กับเหล็ก (Fe) เปนเชื้อในการทําแรเดลตากับฟอสฟอรัส (P) เจืออยูนิดหนอย ซึ่งใชสําหรับไมใหเปน Oxide นั่นเอง แตการที่จะเติมเหล็ก (Fe) ฟอสฟอรัส (P) นั้น มักจะมีแมงกานีส

308

(Mn) อลูมิเนียม(Al) ดีบุก (Sn) และบางครั้งก็มีตะกั่ว (Pb) ปะปนติดไปดวย และสวนผสมของ ทองเหลืองเดลตา (Delta Brass) จะมีทองแดง (Cu)55% สังกะสี(Zn)42% และเหล็ก(Fe) ตั้งแต1-2% กับมีจํานวนของแมงกานีส (Mn) และอลูมิเนียม (Al) แรผสมชนิดนี้จะแข็งและเหนียวกวาทองเหลือง (Brass) ซึ่งจะใชหลอและรีดไดในขณะรอน (Hot Rolling) นอกจากนี้ยังกันการกัดกรอนไดดีอกี ดวย และมักเอาไปใชทําฟนเฟองเครื่องจักรตาง ๆ และที่นายเทต แมเยอรไดทดลองขั้นนั้น คือ มีการทนตอ แรงดึงไดตั้งแต 21.5-23.5 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว 13. ทองเหลืองดูรานา (Durana Brass) แรชนิดนีไ้ ดทาํ ขึ้นในประเทศเยอรมันนี และดูเหมือนวาจะมีสวนผสมคลายกับแรเดลตา และ ทําเปนชนิดตาง ๆ กันออกไป สวนจํานวนแรที่ผสมประกอบดวย ทองแดง (Cu) 64.75%, สังกะสี (Zn)29.50%,เหล็ก (Fe)1.70%, อลูมิเนียม(Al) 2.80%, ดีบุก (Sn), และอื่น ๆ อีกประมาณ 1.22% 14. ทองเหลืองเทียมเงิน ในป พ.ศ.2383 นายเอลคิงตัน ในประเทศอังกฤษ ไดเริ่มทําการชุบสิ่งของตาง ๆ ดวยเงิน (Al) และทองเหลือง (Au) เปนสินคาใหญโตในชวงเวลานั้น เขาไดใชของที่ทําดวยเงินเทียม (German Silver) มาทําเปนชอนสอม ,ถาด ฯลฯ ประกอบไปดวย ทองแดง (Cu) 50% นิกเกิล(Ni)30%และสังกะสี (Zn)20% 15. ทองเหลืองนาวี (Navy Brass) และเปนแรผสมที่ ทองเหลืองชนิดนี้มีทองแดง (Cu) 62% สังกะสี (Zn)37% ดีบุก (Sn) 1% อาจจะปองกันการเกิดสนิมไดพอสมควร ในกรณีใชในทองทะเล แตที่เอามาทําทอหรือหลอดนั้นตอง ใหออนลงนิดหนอย คือ ใหมี ทองแดง (Cu) 78% สังกะสี (Zn) 21% ดีบุก (Sn)1% การที่เจือปนดีบุก (Sn) ลงไปดวย 1% นั้นก็เพื่อทําใหทองเหลืองนั้นทวีกําลังขึ้น แตถาเจือปนลงไปในปริมาณที่มากเกินไป จะ ทําใหทองเหลืองนั้นเปราะและแข็งมากขึ้น 16. ทองเหลืองขาว (White Brass) ทองเหลืองขาว (White Brass) หรือ เงินเยอรมัน เรียกตามปากชาวบานทัว่ ไปวา “ทองขาว” มี สวนผสมคือ 1. ทองแดงบริสุทธิ์ (Pure) = 50 กรัม 2. นิกเกิล (Ni) = 15กรัม 3 .สังกะสี(Zn) = 15กรัม ขบวนการทํา คือ ทําการบด นิกเกิล (Ni) และทองแดง (Cu) ใหเปนผงกอนแลวจึงทําการหลอม ประโยชนใชในฐานเกี่ยวกับทางดานไฟฟา มีความตานทานกระแสไฟฟาไดประมาณ 13 โอมห

309

รูปที่ 15.26 Electrochemical Corrosion of metals

รูปที่ 15.27 แสดงการเกิด Oxide แบบฟลม

รูปที่ 15.28 Metallurgical factors of Corrosion

310

รูปที่ 15.29 รูปแบบของการกัดกรอน

รูปที่ 15.30 ทอทองแดงที่ถกู กัดกรอน

รูปที่ 15.31 แสดงทอเหล็กที่ถูกกัดกรอนจนทะลุ

311

รูปที่ 15.32 แสดงจุดที่จะเกิด Corrosion ของแผนทองแดง กับเงิน

รูปที่ 15.33 Stress Corrosion Cracking of Stainless Steel

312

17. ทองเหลืองไฟฟา (Electric Brass) ทองเหลืองไฟฟา (Electric Brass) มีสวนผสมของ ทองแดง (Cu) 90% และดีบุก (Sn) 10% ขบวนการทําโดยการหลอมใหเขากัน ควรหลอมใหทองแดง (Cu) ละลายเสียกอนเปนการดี มีความ ตานทานกระแสไฟฟาประมาณ 10 โอมห 18. ทองเหลืองแบลตินอยด (Baltinoi Brass) ชนิดนี้มีสวนผสมของ 1. ทองแดง (Cu) =51 กรัม 2. สังกะสี (Zn) =22กรัม 3. นิกเกิล (Ni) =22กรัม 4. ทองคําขาว(Pi) =5กรัม ขบวนการผลิต คือ ทําการปนนิกเกิล (Ni) กับทองคําขาว (Pi) ใหละเอียดเสียกอนแลวจึงทําการ หลอมใหเขากัน ชนิดนีจ้ ะมีความตานทานกระแสไฟฟาไดประมาณ 32 โอมห 19. ทองเหลืองกรมทาง ชนิดนี้มีสวนผสม ดังนี้ 1. ทองแดง (Cu) =85% 2. ดีบุก(Sn) =14% 3. สังกะสี(Zn) =1% วิธีการผลิต คือ ทําใหทองแดงหลอมละลายเสียกอน จึงใสดีบุก (Sn) ลงไป แลวยกเบาขึ้นจากเตา แลว ใสสังกะสี (Zn) ลงไปจึงทําการคนหรือกวนใหเขากัน แลวเทลงแบบ(Mold) ใชทําบูซและกาบเพลา 20. ทองเหลืองกาแรต ชนิดนี้มีสวนผสมดังนี้ 1. ทองแดง (Cu) =86% 2. สังกะสี (Zn) =2% 3. ดีบุก(Sn) =12% ทองเหลืองชนิดนี้ถามีความแข็งมากเกินไป ควรจะทําใหออนลงโดยลดปริมาณของดีบุก (Sn) ลงและเพิม่ ปริมาณของสังกะสี (Zn) ดังนี้ คือ 1. ทองแดง(Cu) =86% 2. สังกะสี(Zn) =4% 3. ดีบุก(Sn) =10%

313

สวนผสมดังกลาวนี้ที่โรงงานรถไฟมักกะสันไดใชทํากาบเพลารถจักร และเหมาะสําหรับทํา ชิ้นสวนตาง ๆ ที่ตองการทนตอการเสียดสี และทนตอกําลังกด 21. ทองเหลืองผสมใหมตรามีตัน มีสวนผสม ดังนี้คือ 1. ทองแดง (Cu) =85% 2. ดีบุก(Sn) =6% 3. สังกะสี(Zn) =4.50% 4. ตะกัว่ (Pb) =4.50% แตนิยมใชผสมกับทองเหลืองรูปพรรณเกาดังนี้ 1. ทองเหลืองรูปพรรณเกา = 75% 2. ทองเหลืองรูปพรรณใหม = 25% เมื่อไดสูตรผสมใหม จะเปนดังนี้ 1. ทองเหลืองรูปพรรณเกา = 75% 2. ทองแดง (Cu) = 21.25% 3. ดีบุก (Sn) = 1.50% 4. สังกะสี (Zn) = 1.125% 5. ตะกัว่ (Pb) = 1.125% สวนผสมดังกลาวนี้ โรงงานรถไฟมักกะสันนิยมใชกนั มาก เพราะเหมาะกับชิ้นสวนที่ตองใช กําลังอัด เชน กอก, วาลว เปนตน 22. ทองเหลืองแผน (ชางแสง) ชนิด ก. สวนผสม คือ 1. ทองเหลืองแผน ก. = 42.5% 2.ทองเหลือรูปพรรณเกา = 42.5% 3. ทองแดง (Cu) = 50% 4. ดีบุก (Sn) = 5% ใชทํากาบเพลา, สะพานเลื่อน หรือชิ้นสวนที่ใชกําลังอัด และเสียดสีมาก ๆ 23. ทองเหลือแผน (ชางแสง) ชนิด ข. สวนผสม คือ 1. ทองเหลืองแผน ข. = 80% 2. ทองแดง (Cu) = 15%

314

คุณสมบัติจะเหมือนกับทองเหลืองแผน ชนิด ก และทองเหลืองแผนชนิดนี้จะเปนชนิดออน 24. ฟอสฟอรัสบรอนซ (Phoshhorus Bronze) แรผสมชนิดนี้ คือ เปนบรอนซ (Bronze) ที่มีธาตุฟอสฟอรัส (P) เจือปนอยูดว ยเล็กนอย คือ ทํา มาจากโดยการเอาดีบุก (Sn), ฟอสฟอรัส (P), ทองแดง (Cu) ปะปนไปกับบรอนซที่กําลังหลอมละลาย ถาจะใหแรผสมนี้มีความเหนียว ก็อยาใหมีฟอสฟอรัส (P) มากเกินกวา 0.1% และดีบุก (Sn) มากเกิน กวา 0.9% ขึ้นไป ถาหากวามีฟอสฟอรัส (P) มากกวานี้แลวก็จะทําใหแรผสมนั้นมีความแข็งขึ้น ซึ่งจะ นําไปใชทําลิน้ และระบบเฟองตาง ๆ กับยังตานทานตอการกัดกรอนไดดีอีกดวย แตฟอสฟอรัส บรอนซ (Phosphorus Bronze) ตาง ๆ โดยเฉพาะชนิดออนนัน้ สามารถทนตอแรงดึงไดประมาณ 20 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว ถาทําเปนลวดจะทนตอแรงดึงไดประมาณ 50 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว 25. บรอนซทําเงินตรา (Bronze make money) บรอนซที่ใชทําสตางคเหรียญตาง ๆ เชน เหรียญ 25 สตางค, 50 สตางค, 1 บาท, 2 บาท, 5 บาท และ 10 บาท นั้น ตองการใหออนและเหนียว เพื่อจะไดลวดลายทีป่ มติดสวยเดนเรียบรอยดี กับทั้งใหมี ความแข็งแรงพอเพียง เพื่อไมใหสึกหรอเร็วดวย ในป พ.ศ. 2395 ในกรมกษาปณของประเทศฝรั่งเศส และสังกะสี (Zn)1% ใชทําเงินตราขึ้นใชเปน ไดใชบรอนซอยางที่มีทองแดง (Cu) 95% ดีบุก (Sn)4% แหงแรก แรผสมชนิดนี้ในประเทศอังกฤษก็ไดตั้งตนใชทําเงินตรา เมื่อประมาณป พ.ศ. 2405 ที่ผานมานี้ และสังเกตดูเห็นวาเปนแรทมี่ ีความทนทานตอการสึกหรอดีมาก ทั้งปจจุบันนีก้ ็ยังคงใชกันอยูทั้ง 2 ประเทศดังกลาวถาตองการใหมีความออนกวาที่ใชนี้ ก็แกไขไดโดยลดปริมาณของดีบุก (Sn) ให นอยลงนั่นเอง 26. อลูมิเนียมบรอนซ (Aluminium Bronze) แรผสมชนิดนี้ มีอลูมิเนียม (Al) เจือปนอยูกับบรอนซ (Bronze) ตั้งแต1-10% และเปนแรที่แข็ง คลายเหล็กกลาชนิดออน ถาหากมีอลูมิเนียม (Al) เจือปนอยูตั้ง 10% แลวจะทําใหมีความทนทาน และ ทนตอแรงดึงไดตั้งแต 40-45 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว นิยมใชทําพวกแบริ่ง ,เฟอง,ใบจักร ฯลฯ ถามีมากกวา 10% ขึ้นไปจะทําใหเปราะมาก แลวก็ไมมีประโยชนที่จะเอามาทําอะไรไดเลย อนึ่ง อลูมิเนียม บรอนซ (Aluminium Bronze) นี้อาจจะประสานก็ได โดยใชทองประสานแรจํานวน ¼ สวน และน้ําประสาน ทอง ¾ สวน ถาจะใหดีแลวควรใชดีบุกบริสุทธิ์ (Pure) กับฟลั๊ก (Flux) ที่ผสมดวยสังกะสี (Zn) และ กรดมูรีเอติคแอซิค หมายเหตุ อลูมิเนียม บรอนซ (Aluminium Bronze) นี้ ปจจุบันในทองตลาดนิยมใชกนั มาก เพราะมีราคาไมแพงนัก โดยมีสวนผสม ดังนี้ 1. ทองแดง (Cu) =90% 2. อลูมิเนียม =10%

315

27. แรระฆังบรอนซ (Element Bell Bronze) ชนิดนี้ทําดวยบรอนซ(Bronze) อยางที่มีดีบุก (Sn) เจือปนอยูตั้งแต 15-35% แตไมมีแรอื่น ๆ เชน ตะกัว่ (Pb), สังกะสี(Zn) ปะปนอยูด วยเลย ถาเปนระฆังขนาดใหญ ๆ จะมีจํานวนดีบุก (Sn) ปะปนอยูมากตั้งแต 25% ขึ้นไป และถาเปนระฆังขนาดเล็ก ๆ ก็จะมีดีบุก(Sn)ประมาณ 15% แตเสียงระฆังนั้นอาจจะเปลีย่ นแปลงไปตาม สวนผสมดวยก็ได ขอเหลานี้ตองอาศัยความชํานาญของผูทําดวย อาจจะทําการหลอและหลอมไมไดระดับ อุณหภูมิของแรนั้น ๆ ก็ได ทัง้ ยังทําใหเกิดการเปลี่ยนแปลงเสียงของระฆังก็ได 28. แมงกานีส บรอนซ (Manganese Bronze) แรผสมชนิดนี้ มีแร แมงกานีส (Mn) เจือปนอยูกับบรอนซ (Bronze) ตั้งแต 1-3%กับทั้งมีสังกะสี (Zn) และตะกั่ว (Pb) ปะปนอยูด ว ยตั้งแต 4-5% คือ โดยเอา แมงกานีส (Mn),เหล็ก (Fe),ทองแดง(Cu)ปะปนไปกับ บรอนซ (Bronze) ซึ่งเปนแรผสมที่มีลักษณะทีแ่ ข็งและเหนียวยืดไดบา ง กับทั้งยังทนตอการสึกหรอไดดีเชนกัน หรือรีดใหเปนแผน หรือจะทุบตีใหเปนรูปรางตาง ๆ ในขณะที่กําลังรอนอยู( Hot Working)ก็ได เพราะฉะนัน้ มักจะเอามาใชทํากานสูบน้ํา,ลิ้น,ปกใบจักร ฯลฯ ถาหากวา แมงกานีส บรอนซ(Manganese Bronze)นั้นเปนชนิด หลอ จะทนตอแรงดึงไดประมาณ 26 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว ถาเปนชนิดรีดจะทนตอแรงดึงไดประมาณ 44 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว ตารางที่ 15.5 แสดงสวนผสมของแรระฆังบรอนซที่ใชทําระฆังชนิดตาง ๆ ชนิดของระฆัง ทองแดง (Cu) ดีบุก (Sn) พลวง (Sb) (%) (%) (%) ระฆังขนาดใหญ 76 24 ระฆังขนาดกลาง 78 22 ระฆังขนาดที่ใชในวงดนตรีตางๆ 75 25 ระฆังขนาดที่ใชในนาฬิกา 40 60 ระฆังขนาดเล็ก 84 16 กระดิ่ง (ใหญ) 87.5 12.5 กระดิ่ง (เล็ก) 40 60 แรระฆังและฉิ่ง มีสวนผสมดังนี้ คือ 1. ทองแดง (Cu) 2. ดีบุก (Sn)

= 80% = 18%

316

3. พลวง (Sb) = 1% 4. สังกะสี (Zn) = 1% แรระฆัง (ใหญ) มีสวนผสมดังนี้ คือ 1. ทองแดง (Cu) = 36 สวน หรือ 75% 2. สังกะสี (Zn) = 10 สวน หรือ 25% แรกระดิ่ง (เล็ก) มีสวนผสมดังนี้ คือ 1.ทองแดง (Cu) = 36 สวน หรือ 72% 2. สังกะสี (Zn) = 13 สวน หรือ 26% 3. เหล็ก(Fe) = 1สวน หรือ 2% 29. แรบรอนซปน (Element Bronze Gun) เมื่อครั้งในสมัยที่ยังคิดเอาเหล็กกลา (Steel) มาทําปนยังไมไดนั้น เขาใชบรอนซ(Bronze) ทําปนแทนจึง ไดเรียกกันวา “แรปน” คือ เปนแรที่มีดีบุก (Sn) เจือปนอยูกับทองแดง (Cu) ตั้งแต 8-11% และเปนแรผสมที่มี กําลังเหนียวและการยืดตัวไดดี กับทั้งสามารถทนตอแรงสั่นสะเทือนไดพอสมควร ซึ่งในตารางตอไปนี้จะแสดง แรปน ซึ่งไดใชตามประเทศตาง ๆ เมื่อสังเกตสวนผสมตาง ๆ จะเห็นวาเกือบจะเหมือน ๆ กันในแทบทุกประเทศ เวนเสียแตในประเทศสาธารณรัฐประชาชนจีนเทานั้น ซึ่งมีแรผสมที่ผิดสวนกับของประเทศอื่น ๆ ตารางที่ 15.6 แสดงสวนผสมของแรบรอนซปน ปนของประเทศ ทองแดง ดีบุก(Sn) เหล็ก (Fe) สังกะสี(Zn) ตะกัว่ (Pb) (Cu)(%) (%) (%) (%) (%) อังกฤษ 91.74 81.26 เยอรมันนี 90.91 9.09 ฝรั่งเศส 90.73 9.27 สหรัฐอเมริกา 90.00 10.00 สหภาพโซเวียต 88.61 10.70 0.69 สวิสเซอรแลนด 88.93 10.38 0.11 0.42 0.06 จีน(ปกกิ่ง) 77.18 3.42 7.16 5.66 13.32 จีน(ไตหวัน) 93.19 5.43 1.38

317

30. แรแมงกานีส (manganese) สวนผสม คือ 1. ทองแดง (Cu) =84% 2. แมงกานีส(Mn) =12% 3. นิกเกิล(Ni) =4% แรชนิดนีใ้ ชสําหรับทําขดลวดตานทาน และความตานทานจะไมเพิ่มขึ้นเทาไรนักเมื่ออุณหภูมิ เพิ่มขึ้น หรือสูงขึ้น 31. แรยูรีคา(Eureka) เปนโลหะผสมทองแดง(Cu) =60% และนิกเกิล(Ni) =40% มีความตานทานกระแสไฟฟาเปน 28 เทาของทองแดง (Cu) ใชทําเตารีดไฟฟา, กาตมรอนไฟฟา และใชเชนเดียวกับแรแมงกานีส,แรนิโครม 32. แรนิโครม(Nichrome) เปนโลหะผสมของ 1. นิกเกิล(Ni) =66% 2. โครเมี่ยม(Cr) =20% 3. เหล็ก(Fe) =14% มีความตานทานกระแสไฟฟาเปน 60 เทาของทองแดง (Cu) ใชงานเหมือนกับแรยูรีคา(Eureka)ในเตารีด ไฟฟา,กาตมน้าํ ไฟฟา เพื่อตองการใหเกิดความรอนสูง เพราะมีความตานทานที่สูงมาก 33. แรบริทันเนีย(Britalnia) เปนแรที่นิยมใชทําชอนสอม เปนโลหะที่มสี ังกะสี (Zn) เจือปนอยูอีกแตเปนสวนนอยที่สุด และถาดตาง ๆ แตแรขาวธรรมดาที่เราชาวชางใชกันนั้น คือ มีสวนผสมดังนี้ 1. ดีบุก(Sn) =85% 2. ทองแดง =5% 3. พลวง(Sb) =10% แตจะเอาเปนที่แนนอนทีเดียวไมได เพราะสุดแลวแตจะใชทําวัสดุอยางไรที่จะเหมาะกับแรชนิดนัน้ สวนแรที่มีสวนผสมของ 1. ดีบุก(Sn) =75% 2. พลวง(Sb) =25% นั้นเปนแรผสมที่ละลายไดงา ย มีความตานทานไฟฟาไดประมาณ 10 โอมห

318

34. แรขาวรถไฟ เปนโลหะที่มดี ีบุก (Sn) =85.5% ทองแดง (Cu) =6.5% พลวง (Sb) =8.0% เปนแรขาวทีใ่ ชทํากาบรองเพลาของรถไฟ เปนตน แรขาวชนิดนี้จะสูญเสียเชื้อเพลิงในการ เผาไหมประมาณ 4% เปนอยางมาก 35. แรทองประสาน ใชผสมแรบัดกรีไว คือ ใชในการเปาแลน เรียกวา “แรทองประสาน” โดยใหเอาทองแดง (Cu) 1 สวน และสังกะสี (Zn) 1 สวน ใชความรอนประมาณ 550°C หลอมใหละลายเขากันเปนเนื้อ เดียวกัน ใชนา้ํ ประสานทอง (Borax) โรยใสเวลาเปาแลน หรือเอามาทุบตีใหเปนชิ้นเล็ก ๆ บางทีก็เอาน้ํา ประสานทอง (Borax) ปนกับชิ้นทองประสานแรดว ย แรทองประสานนี้ใชสําหรับประสานทองเหลือง บรอนซ (Brass Bronze) และทองแดง (Cu) ใหติดเปนเนื้อเดียวกัน สวนเหล็กหลอ (Cast Iron), เหล็ก ออน (Wrought Iron) และเหล็กกลา (Steel) นั้นจะประสานกันดวยแรทองประสานนี้ก็ทําได แตของที่ จะประสานนัน้ จะตองทําใหเรียบรอยเสียกอนเสมอ เชน จะทําการติดหัวตอทอน้ํา เปนตน กอนจะทําจะ เปนจะตองขัดของสิ่งนั้นใหสะอาด โดยใชน้ํากรดกัดเสียกอนก็ได แลวจึงนําแรทองประสานกับน้ํา ประสานทอง (Borax) มารวมกันวางไวตรงจุดทีจ่ ะทําการประสานนั้น แลวก็เอาไฟมาเผาตรงที่จะทําการ ประสานจนแรประสานทองนั้นละลายเขากัน เมื่อเห็นวาละลายดีแลวก็เอาไฟออกจากที่จดุ นัน้ เสีย แลว ปลอยใหแรประสานทองที่ละลายนั้นเย็นตัวลง ของสิ่งนั้นก็จะติดกันจนแนนเปนเนือ้ เดียวกัน 36. แรบัดกรีไวอยางแข็ง ใชบัดกรีทองขาว,เงินเยอรมัน และแพลตินอยด รวมทั้งเหล็กกลาบางชนิดดวย สวนผสม 1. ดีบุก(Sn) =70กรัม 2. นิกเกิล(Ni) =8กรัม ใชความรอน 1,140°C หลอมใหละลายเขาดวยกัน จะเปนแรบัดกรีไวอยางแข็ง 37. แรบัดกรีไวอยางออน มีสวนผสม คือ 1. ทองแดง (Cu) =90 กรัม 2. สังกะสี(Zn) =140 กรัม 3. นิกเกิล(Ni) =20 กรัม

319

ใชความรอนประมาณ 900°C หลอมใหละลายเปนเนื้อเดียวกัน ใชน้ําประสานทอง (Borax) ใน เวลาเปาแลนเหมือนกันทั้ง 2 ชนิด 38. แรขาว แรที่ผสมดวยดีบุก (Sn) ตะกั่ว (Pb) และพลวง (Sb) นั้นมักจะเปนสีขาว จึงเรียกวา “แรขาว” แต แรขาวนี้ไมจําเปนตองผสมกันดวยแรทั้ง 3 ชนิดที่กลาวมาก็ได จะผสมกันเพียง 2 อยาง เชน ดีบุก (Sn) กับตะกัว่ (Pb) หรือตะกัว่ (Pb) กับพลวง (Sb) หรืออาจเปนดีบกุ (Sn) กับพลวง (Sb) ก็ได ซึ่งผิดแปลกกัน ไปตามเหตุที่ตอ งใชทําสิ่งของใด ๆ แตแรขาวที่ผสมดีบุก (Sn) กับตะกัว่ (Pb) นั้น มักจะเอามาใชทํา ตุกตาการบัดกรี และชางตะกั่ว สวนของที่ทําดวยแรนี้ ถามีดีบุก (Sn) เจือปนอยูมากของนั้นก็ยิ่งมีราคา ขึ้นทันที และแรขาวที่ผสมดวย ตะกัว่ (Pb) กับพลวง (Sb) นั้น มักจะเอามาใชทําตัวพิมพ คือ มีตะกัว่ (Pb) ประมาณ 80% และมีพลวงประมาณ 20% แตในบางทีก็มดี บี ุก (Sn) เจือปนอยูดว ยเหมือนกัน สวน แรขาวสําหรับที่ชางใชสําหรับรองรับเพลานั้น คือ ผสมดวยดีบกุ (Sn) พลวง (Sb) และทองแดง (Cu) เปนแรที่กนั ความฝดไดบางพอควร และมีชื่อเรียกกันไปอีกตามจํานวนที่แรนนั้ ผสมอยู อนึ่ง การที่เรา ใสพลวง (Sb) ลงไปนั้น จะทําใหแรผสมนั้นมีความแข็งมากขึ้น สวนทองแดง (Cu) นั้น ก็ชวยบาง เล็กนอย คือ ทําใหสีเปลี่ยนไปเล็กนอย และเรียกกันวา “แร แบบบิต” 39. แรแบบบิต คือมี 1. ทองแดง(Cu) =3.7% 2. ดีบุก(Sn) =88% 3. พลวง (Sb) =7.4% 40. ฟวซ มีสวนผสม 1. ตะกัว่ บริสุทธิ์ =25กรัม 2. ดีบุกบริสุทธิ์ =25กรัม 3. บิสมัท(Bi) =50กรัม หลอมละลายใหเขากัน แลวทําเปนเสนตามขนาดตาง ๆ 41. แรละลายงาย แรผสมชนิดนี้ ประกอบไปดวย ดีบกุ (Sn) ตะกัว่ (Pb) และบิสบัท(Bi) และบางครั้งก็มี แค ดเมี่ยม (Cd) เจือปนอยูดว ย เพื่อใชสําหรับทําหมุดกันอันตรายที่ติดอยูหลังทองเพลิงของหมอน้ํา และใช ตัดทางเดินไฟฟาเมื่อมีกําลังเกินขนาด (Over Load) หรือใชในการบัดกรีที่ตอ งการเร็ว ๆ และเปนแรที่ ละลายไดงาย โดยไมตองการความรอนมากมายนัก ตารางสวนผสมของแรธาตุที่ละลายงายดังจะได

320

แสดงไว จะใชความรอนเทาใดที่จะทําใหละลายไดตั้งแต 1-8 เปนของนาย Heine ไดคัดเลือกเอาจาก ความเห็นสวนตัวของเขาเอง นอกนั้นเปนของผูอื่นที่ไดคนควาทดลองไดมา ตารางที่ 15.7 แสดงสวนผสมของแรละลายงาย ดีบุก(Sn) ตะกัว่ (Pb) บิสมัท(Bi) แคดเมี่ยม(Cd) จุดละลาย°F 1.

12.50 25.00 50.00 12.50 65.50 2.

13.30 26.70 50.00 16.00 60.68 3.

14.80 26.00 52.20 7.00 68.50 4.

14.30 28.60 50.00 7.10 70.00 5.

10.30 27.60 27.60 34.50 75.00 6.

20.00 35.10 35.30 9.50 80.00 7.

12.50 25.00 50.00 12.50 150.00 8.

20.00 30.00 50.00 197.00 9.

40.00 20.00 60.00 201.00 10.

50.00 10.00 50.00 246.00 อนึ่งแรที่ละลายงายนัน้ ถามี ตะกัว่ (Pb) ดีบุก (Sn) และบิสมัท(Bi) เทานั้น ก็จะเปนแรที่จะ สามารถยึดตัวออกไดอีกในขณะเย็น (Cold Working) เพราะฉะนั้นถาใหมีลวดลายทีม่ ีความละเอียด มากๆ ควรเลือกใชแรผสมดังกลาวนี้ สวนชนิดที่มแี คดเมี่ยม (Cd) ปะปนอยูน ั้น ถึงแมเย็นตัวลงแลวก็จะ ไมสามารถดึงหรือยืดออกไดอีก ถาเราตองการใหแรผสม ในตารางดังกลาวนั้นหลอมละลายลงไดเร็ว ขึ้นอีกก็จําเปนจะตองเจือปน ปรอท (Hg) เติมปะปนลงไปดวยจะเปนการดี 42. แรแคดเมี่ยม (Cd) เปนแรที่ขาวมัว และเปนเงา มีน้ําหนักพิกัด 8.6 จะเริ่มหลอมละลายที่อุณหภูมิ 320°C หรือ 608°F และจะระเหยกลายเปนไอ เมื่ออุณหภูมิถึง 410°C หรือ 770°F เมื่อหักออกดูจะเห็นเนื้อเปนเสน ขาว ๆ แรแคดเมี่ยม (Cd) นี้มักปะปนอยูกับสังกะสี (Zn) เปนแรดิบมากกวาที่ปะปนอยูกับแรชนิดอืน่ ๆ วิธีถลุงแรแคดเมี่ยม (Cd) ขั้นแรกตองไลสังกะสี (Zn) ออกใหหมดเสียกอน ถาหากวาแคดเมี่ยม (Cd) ปะปนอยูมากตั้งแต 2-10% แลว ตองใชถานศิลาผสม และกลั่นในหมอกลั่นที่เปนรูปขวดมีคองอลงไป และตองเผาไฟให รอนจัดจนมีสแี ดง ถาตองการใหแคดเมี่ยม (Cd) นั้นบริสุทธิ์ ก็ตองกลั่นอีกครั้งหนึ่ง แรชนิดนี้มักใชใน การทําสีเหลือง หรือใชผสมกับ บิสมัท (Bi)

321

43. แรบัดกรีของเบา ๆ แรผสมชนิดนี้ คือ มีดีบุก (Sn) 2 สวน ตะกั่ว (Pb) 3 สวน ใชสําหรับบัดกรีของเบา ๆ เชน กระปอง กระโถน ทองเหลือง ฯลฯ เหลานี้เปนตน แตของที่จะบัดกรีตรงสวนไหนตองทาน้ํายาให สะอาดเสียกอน เพื่อกันมิใหเปนสนิมขึ้นในระหวางที่เชื่อมกันไดน้ํายานั้นมักใชสังกะสี (Zn) ปะปนไป ในน้ํากรดไฮโดรคลอลิค แอซิค ถาไมมีน้ํายาเชนนีก้ ็ใหใชเทียนไข หรือยางสนแทนก็ได แตไมคอยสูจะ ไดผลดีมากนัก 44. แรบัดกรีโลหะทั่วไป ใชบัดกรีโลหะทั่วไป นอกจากแรบริทันเนีย (Britalnia) อลูมิเนียม (Al) เหล็กหลอ (Cast Iron) และเหล็กกลา (Steel) นอกนั้นใชบัดกรีไดทั้งหมด สําหรับสิ่งของที่หยาบ ๆ ใหเอาดีบกุ (Sn) 1 สวน ตะกัว่ (Pb) 1 สวน หลอมใหละลายเขากัน ใชความรอนประมาณ 160°C หรือ 346°F แลวเทลงในแบบ เหล็กที่เปนแทงยาว ๆ 45. แรบัดกรีของละเอียด ใชบัดกรีสิ่งของที่ละเอียด ๆ เชน ชิ้นสวนเครื่องรับวิทยุ โทรทัศน ทีวี ฯลฯ ใหเอาดีบกุ (Sn) 2 สวน ตะกัว่ (Pb) 1 สวน หลอมใหละเอียดโดยใชความรอนที่อุณหภูมิประมาณ 135°C หรือ 301°F การ บัดกรีโลหะทัว่ ไปจะใชฟลัก๊ (Flux) ได 2 ชนิด คือ ยางสน และกรดเกลือ 46. แรบัดกรีอลูมิเนียม ตะกัว่ บัดกรีอลูมิเนียมใหเอา ดีบุก (Sn) 1 ชั่ง และบิสมัท(Bi) 1 ตําลึง ใชความรอน 175°C หรือ 373°F หลอมละลายเขาดวยกัน แลวเทเปนแทง โดยใชฟลั๊ก(Flux) ทาเวลาบัดกรีแลวเอาวาสลีนอยางดี ทําเปนฟลั๊ก (Flux) ก็ได 47. แรบัดกรีเหล็กตาง ๆ ตะกัว่ บัดกรีเหล็กตาง ๆ ใหเอาตะกั่ว (Pb) ชนิดแรบัดกรีโลหะทั่วไป ใชฟลั๊ก (Flux) เกลือ แอมโมเนีย (ละลายน้ําทา) 48. แรบัดกรีแรบริทันเนีย สวนผสม คือ 1. ตะกัว่ (Pb) ½ ชั่ง 2. ดีบุก(Sn) ½ ชั่ง 3. บิสมัท(Bi) 1 ชั่ง ใชความรอน 150°C หรือ 328°F ใช Flux ยางสนทาเวลาบัดกรี ตองขัดที่จะทําการบัดกรีให สะอาดเสียกอน

322

49. แรผสมที่ใชทํารูปพรรณ แรผสมของเงิน (Ag) กับทองแดง (Cu) นั้น มักใชทําเงินเหรียญตรา ซึ่งใชอยูตามประเทศตาง ๆ และใชทําเครือ่ งประดับประดาตาง ๆ ดวย แตบางทีมีสังกะสี (Zn) ปะปนอยูดวยเล็กนอย เพื่อตองการ ใหหลอมละลายไดงายขึ้น เชน ที่ใชในการบัดกรีรปู พรรณที่ทําดวยเงิน (Ag) เปนตน สวนแรผสมของ ทองคํากับแรทองแดงก็เปนที่นิยมใชกันมากมาย คือเอมาทําเหรียญตรา และทํารูปพรรณตาง ๆ ถาแร ผสมชนิดนี้มีทองแดง (Cu) เจือปนอยูตงั้ แต 60% ขึ้นไป เราเรียกกันวา นาค แตในตางประเทศเรียกตาม แรผสมเปนกะรัต (K) กะรัตหนึ่งหนัก 4 กรัม คือ ทองคําแทคิดเปน 24 กะรัต (24 K) ทองคํา 18 กะรัตมี เนื้อทองคํา 18/24 ของทองคําแท สวนแรผสมของทองนั้นไมคอยจะใชกนั โดยมาก เพราะราคาแพงมาก และที่ใชผสมกันมานั้นจะใชเงิน (Ag) เปนสวนใหญ เพราะจะไมดําเร็วเหมือนกับเงินแท ตารางที่ 15.8 ตารางแรผสมของทองคํา,เงินและทองขาว ชนิด ทองคํา(Au) เงิน(Ag) สังกะสี(Zn) ทองขาว(Pt) ทองแดง(Cu) 1.

92.50 7.00 2.

90.00 10.00 3.

91.66 8.34 4.

91.66 8.33 5.

90.00 10.00 6.

7.

65.83 17.35 8.

66.60 11.10 22.20 9.

10.00 6.00 4.00 หมายเหตุ ชนิดที่ 1. เงินอังกฤษใชประจําอยูใ นปจจุบัน 2. เหรียญฝรั่งเศส และเยอรมันนี 3. รูป และเหรียญ เบรซิเลียน 4. เหรียญทองอังกฤษ, ตุรกี, เบรซิเลียน 5. เหรียญเยอรมันนี, ฝรั่งเศส, สหรัฐอเมริกา, เบลเยี่ยม, สเปน, สวิสเซอรแลนดและ สหภาพโซเวียต 6. ใชในการแพทย, ทําฟน, การบําบัดกรีเงิน, การบัดกรีทอง

323

15.13 หมวดแรวิทยุ 1. แรโบรไนท เปนแรซึ่งเกิดขึ้นโดยธรรมชาติ มีสีแดงหมองคล้ําคลายกับทองบรอนซ ลักษณะเปนกอนหรือ เปนผง เราอาจผสมแรนี้ขึ้นได โดยเอาผงทองแดงหนัก 189.60 สวน ผงเหล็กบริสุทธิ์หนัก 55.90 สวน และผงกํามะถันเหลืองหนัก 95.66 สวน ทั้ง 3 อยางนี้มาผสมเขาดวยกัน ใสภาชนะแกวหรือดินขัดมัน นําขึ้นตั้งบนไฟ พอมีความรอนเพื่อใหกํามะถันละลายธาตุทั้ง 3 จะเขาผสมรวมเปนเนื้อเดียวกันกลายเปน แรโบรไนท 2. แรซิงไซท เปนแรที่เกิดขึน้ ตามธรรมชาติ มีสีดําแดง เราอาจผสมแรนี้ขึ้นได คือ เอาผงสังกะสีบริสุทธิ์หนัก 64.90 สวน เขมาน้ํามันกาซ หรือถานหินหนัก 11.96 สวน ทั้ง 2 อยางนี้ผสมกันเขาดวยไฟ ใชกําลัง ไฟออน ๆ แลวปลอยใหออกซิเจนเขาไปประมาณ 47.99 สวน ธาตุทั้ง 3 นี้จะเขาผสมกันเปน แรซิงไซทอีกวิธีหนึ่งอาจทําไดงาย คือ เอาผง Zinc Oxide มาใสขวดแกวแลวทําใหรอน 60°C แลวเอา กรดกํามะถัน (S) ผสมใสลงไปแลวทิ้งไวประมาณ 5 คืน จะเกิดเปนแรซิงไซท 3. แรคารบอนดดัม เปนแรซึ่งเกิดโดยธรรมชาติ มีสีคลายหินเหล็กไฟ วิธีทํา ใหเอาถาน (C) หรือเขมาไฟ หรือถาน หินอยางใดอยางหนึ่งก็ได มาผสมกับหินเหล็กไฟ ชนิดแกวสีน้ําตาล แลวบรรจุในเตาไฟฟา ทําการเผา ดวยไฟฟา ธาตุทั้ง 2 นี้กจ็ ะเขาผสมกันกลายเปนแรคารบอนดดัม มีประโยชน นอกจากจะทําเปน ดีเต็ก เตอรสําหรับเครื่องรับวิทยุแลว ยังใชเปนเครื่องเปลี่ยนกระแสไฟสลับ เปนกระแสไฟตรงไดอีกดวย เชน หลอดเร็กติไฟรเออร เพราะคารบอนดดัมมีหนาที่รับ แตกระแสไฟบวกเพียงอยางเดียวเทานัน้ 4. แรคอปเปอรไพไรท (Copperpririte) เปนแรที่เกิดขึน้ ตามธรรมชาติ มีลักษณะสีเหลืองออกเทา ๆ เราอาจทําแรนี้ขึ้นไดโดยใหเอา ผงทองแดงบริสุทธิ์หนัก 63.20 สวน ผงเหล็กบริสุทธิ์ หนัก 55.90 สวน และผงกํามะถันเหลือง หนัก 63.78 สวน ทั้ง 3 อยางนี้นําใสในภาชนะเพื่อเอาขึ้นตั้งไฟหลอมใหละลายเขากัน ก็จะแปรธาตุ ออกเปนแรคอปเปอรไพไรท (Copperpririte) 5. แรซิลิคอน (Si) มีหลายสิบชนิด มีลักษณะเปนสีนา้ํ ตาล แรชนิดนี้มีธาตุผสม ดังนี้ เปนแรเกิดขึ้นโดยธรรมชาติ คือ ธาตุศิลา ดินสอพอง โปแตส ธาตุถาน (C) เปนตน 6. แรการีนา(Garina) เปนแรตะกั่ว ซึ่งเกิดโดยธรรมชาติ มีลักษณะเปนผงเงาโลหะคลายขี้ตะไบสังกะสีถาเราจะทํา ขึ้นใหเตรียมดังนี้

324

1. เงิน (Ag) หนัก =7.06 สวน 2. ตะกัว่ (Pb)หนัก =15.07 สวน 3. กํามะถัน(S)หนัก =12.80 สวน ซึ่งทั้ง 3 อยางนําใสในภาชนะ แลวนําขึ้นตั้งไฟ ธาตุทั้ง 3 จะละลายเขาดวยกัน แลวกลายเปนแร ตะกัว่ -กํามะถัน เรียกวา แรการีนา (Garina) 7. แรราดีโอไซด(Radiosite) เปนแรเกิดตามธรรมชาติมีมากในประเทศโบฮีเมีย แรนี้เราเอามาใชแยกเอาธาตุเรเดียม (Ra) บริสุทธิ์ ออกจากลําแสง “ราดิโอแอคตีฟ” คลายกับแสง X-Ray ธาตุนี้จะทําขึ้นก็ไดโดย เตรียม 1. เรเดียม (Ra) หนัก =118.01 สวน 2. แบเรียม (Ba) ชนิดผงหนัก =136.86 สวน 3. ยูเรเนียม (U)ชนิดผง หนัก =239.80 สวน ซึ่งทั้ง 3 อยางนี้ผสมกันในขวดแกว แลวจะเกิดความรอนขึ้นเอง จะผสมผสานกันจน กลายเปนแรราดีโอไซด (Radiosite) 8. แรเปอรมาไนท (Permanite) เปนแรธรรมชาติเชนกัน มีลกั ษณะคลายแรการีนา (Garina) เราจะนํามาไดโดยใช 1. ผงคารบอนด หนัก =23.94 สวน 2. ผงเหล็กหนัก =55.90สวน 3. ผงทรายขาวหนัก =28.30สวน ทั้ง 3 รายการนี้ นํามาผสมกันแลวทําการบรรจุเขาเตาเผาดวยไฟฟา สิ่งเหลานี้จะผสมกัน แลว แปรธาตุกลายเปนแรเปอรมาไนท (Permanite) 9. แรดํายาถม เปนแรที่ผสมขึ้น มีลกั ษณะสีดีเปนมัน โดยชางทองจะใชทาํ ลวดลายภาชนะขาวของเครื่องใช เชน ดุมเสื้อ ,หัวเข็มขัด ฯลฯ เปนตน และจะใชทําแรวิทยุกพ็ อนํามาใชไดเชนกัน โดยมีสวนผสมดังนี้ คือ ทองแดง (Cu) ,เงิน(Ag), ตะกั่ว(Pb) , และกํามะถัน(S) ซึ่งทั้ง 4 อยางนี้รวมใสเบาหลอมใหละลายเปน เนื้อเดียวกัน จะกลายเปนแรดําหรือยาถม นั่นเอง 10. ยางแข็ง(Hard Rubber) โดยเอายางอินเดีย, ยางดิบ, ถาน , กํามะถัน, Cs2 และถานเขมาไฟ มารวมกันผานขบวนการทํา ยางใหเปนยางแข็ง (Hard Rubber) 11. การติดเซลลูลอยด (Celluloiud) สวนผสมใหเอา เศษเซลลูลอยด , แอมมอลเอสซีเต็ด(น้ํานมแมวชนิดอยางแรงจัด) เพื่อใชติด

325

ปากกาหมึกซึม,ฟลมภาพยนตรและเซลลูลอยดตาง ๆ เปนตน 12. ถานกราไฟท (Graphite) หรือตะกั่วดํา หรือดินสอดํา เปนธาตุถานที่บริสุทธิ์หาไดงายกวาเพ็ชร (Dimond) ากในสหภาพโซเวียตแถบเทือกเขาอัลตรัย และใน ประเทศออสเตรเลีย แถบเทือกเขาโมธีเมีย รวมถึงหมูเกาะวังกาอีกดวย สวนในประเทศเราก็พอมีอยูพ อสมควร ธาตุถานชนิดนี้กระแสไฟฟาสามารถไหลผานได จึงใชทําไสโคมไฟฟาและผสมกับทองแดง โดยที่เราจะทําธาตุ บริสุทธิ์ ทําแปรงถานสําหรับเสียดสีกบั คอมพิวเตอรของไดนาโม หรือ Generator ถานกราไฟทนี้ขึ้นเองก็ได โดยเอาธาตุถานที่เกือบบริสุทธิ์ เชน เขมาไฟน้าํ มันกาซซึ่งจุดแลวควันไฟจะ ขึ้นไปจับ จะเปนลักษณะผงสีดํา หรือเขมาไฟน้ํามันยางก็ได โดยการเผาในเตาไฟฟา และเมือ่ ใสในเตาจน มอดแลว ก็พยายามอยาใหอากาศออกซิเจนเขาไปถูกกับถานได แลวจึงทําการปลอยกระแสไฟฟาเขาไป จนมีความรอนสูงถึง 3,325°C ถานชนิดนีก้ ็จะกลายธาตุเปลี่ยนแปรเปนถานกราไฟทในที่สุด 13. คุณสมบัตขิ องถานกราไฟท ถานกราไฟทจะไมละลายในน้ํากรดตาง ๆ แตจะละลายในกรดดินประสิวที่ผสมกับPottassium Chlorate จะแปรธาตุกลายเปนกรดกราไฟท ถานกราไฟทสามารถจะทนความรอนไดมากกวาเพ็ชร เพราะฉะนั้นจึงใชผสมกับดินเหนียวทําเบาหลอมเหล็ก และโลหะธาตุตาง ๆ ใชทําดินสอดําและชางหลอ ใชทํา Core และแบบทราย (Molds)ชนิดตาง ๆ เพื่อใหทรายมีการลอนตัวดีนนั่ เอง 14. การละลายธาตุดวยไฟฟา หรือการทําถาน (C) ใหบริสุทธิ์ ทําเตาแบบเดียวกับเตาหลอมอลูมิเนียม แตมีทอเหมือนเตาที่ใชทําฟอสฟอรัส (P) โดยเอาถาน หิน หรือถานไมซึ่งเผาในที่อับอากาศ ปนใหเปนผงแลวใสลงในเตาไฟฟา แลวทําการปลอยกระแสไฟฟา ใหเกิดการ Arc ขึ้นระหวางเตากับแทงถานใหมีความรอนประมาณ 3,400°C ผงถานจะกลายเปนไอวิ่ง ไปตามทอซึ่งขดอยูในถังน้ําเย็นแลวเลยลงสูแบบพิมพ (Master) ซึ่งเปนแผนเหล็กสลับซับซอนกัน หรือ ปลอยใหเลยเขาไปในแทงดินสอดําทีเดียวเลยก็ได ไอถานจะแข็งกลายเปนธาตุกราไฟททนความรอน ไดมากเทาเทียมกับเพ็ชร (Dimond) ทีเดียวและมีลกั ษณะเปนสีดาํ ประโยชนใชทําดินสอดํา, แปรงถาน ไฟฟา ,ผงพลัมมาโก, ผสมกับดินทําเบาทนไฟ และทําถานโคมอารค 15.14 หมวดแรธาตุที่สําคัญ 1. ตะกั่ว(Pb) แตก็ยังไมมีผูใดคนพบเลย และมักรวมอยูกับ ยังเปนที่สงสัยกันอยูว าเปนกอนบริสุทธิ์หรือไม แรธาตุตาง ๆ เปนตะกัว่ ดิบชนิดตาง ๆ สวนตะกัว่ ดิบชนิดที่ดีที่สุด ก็คือ ตะกัว่ ที่มีกํามะถัน (S) ปะปนอยู มาก นอกจากนี้ก็มีเหล็ก (Fe) ทองแดง (Cu) เงิน (Ag) และพลวง (Sb) ปะปนอยูดวย แตเปนจํานวนนอย ที่สุด ซึ่งไมตองมีก็ได ซึ่งไมตองมีก็ได ตะกัว่ ชนิดดที่กลาวมาแลวนีเ้ ปนตะกัว่ ดิบทีเ่ อามาถลุงโดยมากนั่นเอง

326

วิธีถลุงตะกั่ว มีหลายวิธี ขั้นแรกแยกตะกัว่ ออกไปโดยใชถาน หรือเหล็กอันเปนที่ชวยละลาย ซึ่งเปนสิ่งที่ คลายกับ Flux ที่ใชในเตาถลุงเหล็ก คุณสมบัตขิ องตะกั่ว เมื่อลองหักดูจะเปนแรออนและเหนียว มีสีเทา เปนเงามันและมักจะมัวเร็ว ในเมื่อกระทบกับ อากาศ จะละลายเมื่อมีความรอน 330°C มีน้ําหนักพิกัดประมาณ 11.36 ประโยชนของตะกั่ว ใชทําลูกปน สี และผสมทองเหลือง (Brass) และบรอนซ (Bronze) ฯลฯ 2. สังกะสี (Zn) จะรวมอยูกับแรธาตุตาง ๆ ชนิดอื่น ๆ เปนสังกะสีดิบ และมีอยูห ลายชนิด แตที่ใชเอามาถลุง เปนสังกะสีนนั้ คือ เอาสังกะสีดิบที่มธี าตุออกซิเจนปะปนอยูด วย เพราะวาสังกะสีดิบชนิดนี้มีอยู มากกวาชนิดอืน่ ๆ สวนวิธีทจี่ ะถลุงนั้นก็เปนวิธีงาย ๆ วิธีถลุงสังกะสี โดยการไลธาตุออกซิเจนออกจากสังกะสีโดยเผาถาน หรือเชือ้ เพลิงที่มีธาตุถานปะปนอยูด วย ซึ่งใหความรอนเกินกวาขอบเขตที่สังกะสีจะละลายเทานัน้ สังกะสีก็จะละลายกลายเปนไอออกไป เพราะฉะนั้นจําเปนจะตองมีเครื่อง หรืออุปกรณที่ทําใหไอของสังกะสี เกิดการควบกลั้นกลับกลายมาเปน กอนได วิธีการนี้คนพบคนแรกโดย นาย เฮลเกน ในป พ.ศ. 2464 คุณสมบัตขิ องสังกะสี เปนแรที่แข็ง เปราะ มีสีขาว คอนขางออกมัวนิดหนอย จะละลายเมื่อมีความรอนถึง 441°C จะ ระเหยเมื่อมีความรอนถึง 1,040°C มีนา้ํ หนักพิกัดเทากับ 7 เปนแรที่ทนทานตออากาศหรือบรรยากาศ ตาง ๆ ที่เปลี่ยนแปลงอยางฉับพลัน ประโยชนของสังกะสี ใชผสมเปน Alloy กับทองแดง (Cu) จากสวนผสม 1. ทองแดง (Cu) =90% 2. สังกะสี (Zn) =30% จะไดทองเหลือง (Brass) ชนิดปลอกกระสุนปนเล็ก 3. ดีบกุ (Sn) ชนิดดิบมี 2-3 ชนิด แตชนิดที่มดี ีบกุ มาก คือ แคสซีเตอรไรท (Sn O2) ดีบุกชนิดนี้เปนแรที่ใช กันในการถลุงดีบุกในเวลาจะถลุง ตองเอาดีบุกยางไฟ หรือไลความชื้นออกเสียกอนกํามะถัน (S) หรือ สิ่งอื่น ๆ ที่จะเอาออกไดใหดาํ เนินการขับไลออกใหหมดสิ้นจะดีมาก

327

วิธีถลุงดีบุก เมื่อยางแลวก็นําไปปะปนกับผงถานแอนดทราไซดหรือถานไมกับปูนขาว ผสมใหเขากันแลว เอามาบรรจุเตายางเหล็ก แตตองใหมีความชื้นอยูบาง เพื่อปองกันผงในเตาจะปลิวได จํานวนถานทีใ่ ช ปะปนกับดีบุกดิบนั้นก็สําคัญเชนกัน ดีบกุ ที่ถลุงโดยวิธนี ี้ไมสูจะบริสทุ ธิ์นัก อนึ่งดีบุกดิบนัน้ อาจถลุงได อีกวิธีหนึ่งโดยใชถานไมเปนเชื้อเพลิงได แตวิธีนแี้ รดีบุกมักปะปนไปกับกากดีบุกมากดวย ชนิดหลังนี้ มักใชตามแถบประเทศอังกฤษ และแถบทวีปเอเชียมาก คุณสมบัตขิ องดีบุก เปนแรอยางดี มีสีขาวเหลืองออกซีด ๆ กับเปนแรที่ออนมาก อาจจะทุบใหเปนแผนบาง ๆ ลง จะละลายเมื่อมีความรอนถึง 320°C ไดถึง 1/1,000 นิ้ว แตทนตอแรงดึงไดเพียง 2.1 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว และเปนแรที่ไมเปนสนิม สวนดีบุกที่ใชตามทองตลาดไมใครจะเปนดีบุกที่มีความบริสุทธิ์นัก มักจะมี สิ่งอื่นปะปนติดมาดวยเสมอ เชน ตะกั่ว (Pb) เหล็ก (Fe) สารหนู (As) ฯลฯ น้ําหนักพิกัด 7.2 ประโยชนของดีบุก ใชผสมเปน Alloy ของบรอนซ (Bronze) ทองเหลือง (Brass) และแรขาวตะกั่วบัดกรี ฯลฯ เปนตน 4. พลวงหรือแอนติโมนี (Sb) แตมักไปปะปนอยูก ับทองคํา (Au) เงิน (Ag) และสารหนู(As) แต บางทีจะอยูเ ปนกอนบริสุทธิ์ ที่เปนพลวง (Sb) ชนิดดิบนี้มักจะปะปนอยูกับกํามะถัน (S) โดยรวมตัวทางเคมีเปนสวนมาก ทั้งเปนแร ดิบที่ใชในขบวนการถลุงมากดวย วิธีการถลุงพลวง แรดิบมีวิธีถลุง 2 วิธี จะถลุงโดยวิธีถลุงดีบุกก็ได แตวิธีที่ใชกันมากคือ เขาใชชิ้นเหล็กทีป่ ะปน สวนกากที่ มากับพลวงดิบใสลงในเบา แลวเผาใหรอนจนละลาย เมื่อหลอมดีแลวก็เทลงแบบเหล็ก เหลือกนเบาก็เคาะทิ้งเสีย เมื่อแรในแบบเหล็กนั้นเย็นดีแลว ก็ทําการหักใสลงในเบาใหมอีกครั้งหนึ่ง เพราะยังมีเหล็กปะปนอยูอีก ตอไปก็ใหเอาแรที่หักเหลานั้นมาบรรจุลงในเบา ปะปนกับพลวงดิบ และ Flux ซึ่งเปนชนิด Sodium Carbonate แลวเผาใหรอนจนแรหลอมละลาย เมื่อเห็นวาละลายดีแลวก็เทลง แบบ (Molds) ก็จะไดพลวงที่ดีขึ้นคือ จะมีพลวง (Sb) อยู 95.5% เหล็ก (Fe)2% และกํามะถัน(S)2% คุณสมบัตขิ องพลวง ชนิดอยางดีจะเปนแรสีขาว กับเปนแรที่เปราะและแข็งจะละลายเมื่อมีความรอนถึง 630°C มี น้ําหนักพิกดั 6.7 ประโยชนของพลวง ใชผสมเปน Alloy, ทองเหลือง (Brass), บรอนซ (Bronze), แรขาวฯลฯ

328

5. บิสมัท(Bi) ชนิดที่อยูโดยลําพังก็มีอยูมาก แตที่อยูเปนแรดิบนั้นจะมีนอย และที่นํามาถลุงแรบิสมัทนี้มักใช อยางที่ปะปนกันอยูก ับกํามะถัน (S) วิธีถลุงบิสมัท โดยเอาแรดิบบรรจุลงในหลอดที่เอียงอยู และทางภายนอกหลอดนั้นจะมีเปลวไฟลนอยูเ สมอ ถาหากวาแรบิสมัทดิบละลาย แลวก็จะไหลลงอางอันเปนที่สําหรับจะไดยกลงในแบบทีเดียว สวนกาก ที่เหลืออยูในหลอด ก็มีแตของโสโครกอยูเทานัน้ เชน พวกสารหนู (As), ตะกัว่ (Pb), ดีบุก (Sn), เงิน (Ag) และกํามะถัน (S) มีอยูบางเล็กนอย สิ่งดังกลาวนี้เปนของที่ดิบติดมาแตดั้งเดิมปะะปนมากับแรบิสมัทดิบ นั่นเอง อนึง่ แรดิบที่ใชนตี้ องเปนแรอยางที่มีอยูตามลําพังเอง ถาหากวาแรดิบที่ปะปนอยูก ับกํามะถัน (S) แลวใหหลอมในเบาไดโดยไมใชหลอดดังกลาวมาแลว โดยใชเชือ้ ของอื่น ๆ ชวยไลกํามะถัน (S) ออกไป เชน ถาน (C) และเหล็ก (Fe) กับ Flux ที่เปนธาตุดางดวย สวนบิสมัท (Bi) เมื่อละลายแลวก็จะจมอยูตรง กนเบา สวนกากที่ลอยอยูเบื้องบนก็ใหเทออกทิ้งเสียใหทําการหลอมใหมอีกครั้ง จึงจะเทลงแบบ (Molds) ได คุณสมบัตขิ องบิสมัท เปนแรที่เปราะมีสีชมพูออน จุดหลอมละลายคือ 268°C มีน้ําหนักพิกัด 9.8 และยืดตัวไดดีมาก ในขณะอัดตัวเปนกอน ประโยชนของบิสมัท ใชผสมกับตะกั่ว (Pb) และฟวส ฯลฯ 6. นิกเกิล (Ni) แรดิบมีหลายชนิดคลาย ๆ กับเหล็กดิบ (Pig Iron) และทองแดง (Cu) เพราะฉะนัน้ จึงมีวธิ ีการ ถลุงอยูหลายวิธีตามแตชนิดของนิกเกิลที่ใชดวย ถาเปนนิกเกิลดิบอยางที่มีกํามะถัน (S) ปะปนอยูมาก ให ถลุงอยางวิธีถลุงทองแดง ถาเปนนิกเกิลอยางที่มีออกซิเจนมากใหถลุงอยางวิธีถลุงเหล็กก็ได คุณสมบัตขิ องแรนิกเกิล เปนแรที่แข็งและเหนียว มีสขี าว จะหลอมเมื่ออุณหภูมถิ ึง 1,600°C มีน้ําหนักพิกัด 8.8กับทั้งเปน แรที่ทนตอสภาพบรรยากาศ และน้ําไดดี ประโยชนของนิกเกิล ใชผสมเปน Alloy ของเหล็ก (Fe) และโลหะธาตุอื่น ๆ ฯลฯ 7. โครเมี่ยม(Cr) เปนแรที่มีความสําคัญมากเชนกัน มักจะอยูปะปนกับธาตุออกซิเจนและเหล็ก(Fe) ทั้งเปนแร สําหรับใชถลุงมากกวาชนิดอืน่ ๆ

329

วิธีการถลุงโครเมี่ยม ทําเชนเดียวกันกับขบวนการถลุงเหล็ก คุณสมบัตขิ องแรโครเมี่ยม เปนแรที่แข็งมาก ทั้งเปนแรที่หลอมละลายไดยาก มีน้ําหนักพิกัดประมาณ 7.3 ประโยชนของโครเมี่ยม ใชผสมเหล็ก, Alloy และใชเกี่ยวกับงานทางดานๆไฟฟา ฯลฯ 8. แมงกานีส (Mn) มักรวมอยูก ับธาตุออกซิเจน เปนแมงกานีสเสียมากกวาทีจ่ ะอยูปะปนกับธาตุอื่น ๆ วิธีการถลุงแมงกานีส ถลุงอยางเดียวกับการถลุงเหล็ก แตในเร็ว ๆ นี้ การที่จะถลุงนั้นจะใชอลูมิเนียม (Al) หรือ ซิลิคอน (Si) ปะปนกับเหล็ก (Fe) ก็ได วิธีถลุง คือ ใหเผาแมงกานีสออกไซดกับซิลิกอน (Si) ปะปนกับ เหล็ก (Fe) ในเตากระทะที่ทําดวยธาตุดาง แตไมคอยจะมากมายนัก คุณสมบัตขิ องแรแมงกานีส มีลักษณะแข็ง มีสีขาวคอนขางไปทางแดง ทั้งเปนแรที่เปนสนิมไดงาย เมื่อทิง้ ไวถูกอากาศ จุด หลอมละลายประมาณ 1,900°C มีน้ําหนักพิกัด 8.0 ประโยชนของแมงกานีส ใชผสม Alloy, เหล็กตางๆ ฯลฯ 9. ทังสะเตน หรือวุลแฟรม (W) แรชนิดนี้บางทีเรียกวา วุลแฟรมก็ได มักจะรวมกันกับออกซิเจน และเหล็ก (Fe) บางทีกป็ ะปน กับปูน (Calcium) บางก็มี วิธีถลุงแรทังสะเตน ใชวิธีเดียวกับการถลุงเหล็กทั่ว ๆไป คุณสมบัตขิ องแรทังสะเตน เปนแรที่มีความแข็ง, มีสีขาว,จุดหลอมละลาย 3,400°C มีน้ําหนักพิกดั 19.1 ประโยชนของทังสะเตน ใชผสม Alloy, เหล็ก และใชเกี่ยวกับงานทางไฟฟา ฯลฯ 10. โมลิบดินั่ม (Mo) เปนแรที่สําคัญ คือ เปน Molybdenum Disulphite ซึ่งเปนแรคลายผงดินสอดํานั่นเองโดยมาก มักจะถลุงจากแรดิบชนิดนี้

330

คุณสมบัตขิ องโมลิบดินั่ม เปนแรที่เปราะ มีสีขาว เปนมันคลายเงิน จะหลอมละลายไดกต็ อเมื่อไดรับความรอนชนิดรอน จัด ๆ มากที่สุดเทานั้น ประโยชนของโมลิบดินั่ม ใชผสมเหล็ก , Alloy ฯลฯ 11. อลูมิเนียม (AI) มีอยูทั่วไปตามที่ตาง ๆ เชน ในดิน (Earth), หิน (Stone) , ทราย(Sands) และตามแรธาตุ ๆ ที่จับ เปนอลูมิเนียม อยูกันเปนกอน แตไมใชอยูตามลําพังมักจะอยูรวมกับธาตุออกซิเจน และธาตุอื่น ๆ บาง ดิบ และที่สําคัญคือ Alumina Oxode หรือ เรียกกันวา Alumina เฉย ๆ วิธีถลุงแรอลูมิเนียม การถลุงจะใชกระแสไฟฟาใหไหลผานใน Alumina เพื่อแยกสิ่งเหลานี้ออก แลวจะได อลูมิเนียม (Ai) ออกมา คุณสมบัตขิ องแรอลูมิเนียม เปนแรที่แข็งเพียงเล็กนอย มีสีขาว และน้ําหนักเบา จะหลอมละลายที่อุณหภูมิ 700 °C ทนตอ แรงดึงไดประมาณ 17 ตัน ตอ 1 ตารางนิ้ว มีนา้ํ หนักพิกัด 2.68 กับทั้งเปนแรที่ทนทานตอสภาพ บรรยากาศที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาไดดมี ากดวย ประโยชนของอลูมิเนียม ใชผสม Alloy, บรอนซ (Bronze) และใชในการทํารูปพรรณตางๆ ฯลฯ เตา ไฟฟาถลุงอลูมิเนียม การแยกธาตุ AI ออกจาก Aluminium Oxide นั้น โดยการใชวธิ ีการแยกดวยเตาไฟฟา (Electric Furnaces) โดยตัวเตานีจ้ ะทําเปนลักษณะ 2 ชั้น และมีฝาปด-เปด ได เพื่อมิใหอากาศไหลเขา ไปปะปนกันได ชั้นนอกทําดวยดินเหนียวกอเปนเตา หรือจะใชปนู ขาว, ปูนทนไฟ อยางใดอยางหนึ่งก็ ได สวนภายในทําดวย ถานคารบอน (C) อัดตัวอยูแนนภายในเบา และทางสวนลางของเตา ตองทําให มีรูสําหรับใหโลหะธาตุที่หลอมละลายไหลออกมาได แลวก็แข็งตัวเปนโลหะธาตุทมี่ ีความบริสุทธิ์ (Pure) สวนฝานั้นทําดวยดินเหนียว มีรูตรงกลางสําหรับหยอนแทงถานคารบอน (C ) ขนาดใหญ ๆ ลง ไปไวตรงกลาง เพื่อเปนชองทางใหเกิดการ Arc ขึ้น ซึ่งจะไดความรอนสูงประมาณ 3,900-4,000 °C เมื่อ เราเอาธาตุ Aluminium Oxide (Al 2 O3 ) หรือดินสอพองที่มีมากทีจ่ ังหวัดลพบุรี โดยมากจะใสลงไปใน เตาแลวใหเตากับแทงถานนัน้ ช็อตกัน ก็จะเกิดเปนไฟ Arc ขึ้น ซึ่งจะมีความรอนสูงมากดังกลาวมาแลว ดินสอพองจะละลายแยกเอาออกซิเจนออกมา กลายเปนโลหะธาตุ อลูมิเนียมบริสุทธิ์ มีสีขาวผอง

331

เหมือนกัน แตเบากวาเงินโลหะธาตุอลูมิเนียมนี้ จะมีราคาถูกเพราะหาแรไดงายแตเปนโลหะธาตุที่ทน กรดดินประสิวไดดีที่สุดอีกดวย กรดดังกลาวไมอาจจะกัดอลูมิเนียมใหละลายไดเลย และยังใชผสมกับ ทองแดง (Cu) กลายเปนอลูมิเนียมบรอนซ (Aluminium Bronze) ใชประโยชนในดานตาง ๆ ไดอยาง มากมาย 12. อลูมิเนียมและอลูมิเนียมผสม Al ไมไดเกิดขึน้ ใตดินโดยลําพัง แตจะรวมอยูกับสิ่งอื่น ๆ ในสินแรหลายชนิด มักมี Al ปะปน อยูประมาณ 8% ฉะนั้นจึงเปนโลหะสามัญ และมีมากมายหลายชนิด ตามธรรมดาแลวจะอยูกับตะกัว่ (Pb) และแมกนีเซียม (Mg) การที่จะไดแร Al จําเปนจะตองแยกสินแรบางชนิดที่มี Al ปะปนอยู ประมาณ 40-55% ซึ่งเปนชนิดที่มักจะใชในการทํา Al โลหะอลูมิเนียมทีแ่ ยกไดจะมี Al แท ๆ ไมต่ํากวา 95% และมีความบริสุทธิ์ถึง 99% ก็มี Al มีสีขาวคลายเงิน เนื้อเหนียวทนทาน และเบา เปนตัวนําไฟฟาที่ดี และขัดขึ้นเงาไดก็ดี โลหะผสมของ Al ก็มลี ักษณะไมผิดแปลกจากกันเทาใดนัก จะมีลักษณะเหนียวไมเปราะอาจตีแผ หรือรีดออกเปนแผน ๆ ทอน ๆ และดึงออกเปนเสนยาว ๆ ไดดี โลหะชนิดนี้เมื่อถูกตี เคาะ หรือ โดยกระทําแบบอื่น ๆ ซึ่งเปนการกระทําในขณะเย็น (Cold Works) ลักษณะจะเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม กลาวคือ ความแข็งจะสูงขึ้น แตความเปราะก็จะมากกวาเดิมดวยเชนกัน ฉะนั้นในการทํา Al ที่มี สวนผสมอยางเดียวกันใหเปนแผนหรือเปนทอน จึงอาจทําใหมีความแข็งแรงต่าํ ลง รวมทั้งความแข็งจะ มากนอยกวากันได อยางอาการที่รีดมา เชนที่เรียกกันวาอยางออนหยาบคอนขางแข็ง หรืออยางแข็ง เราสามารถทํา เปนตน อยางชนิดออนเราจะดึงขาดดวยแรงประมาณ 8-10 กก. ตอตารางมิลลิเมตร Al การเชื่อมประสานไดดี และ Al แทนั้นเราจะใชมากในการทําชนิดเปนแทง เปนทอน เปนแผน และเปน ทอ สําหรับชิ้นสวนที่ไมตองการทนตอแรงดึงสูง ๆ 13. อลูมิเนียม หรือ ดูลาดูมีน เปนโลหะผสมของ Al อีกชนิดหนึ่ง ซึ่งโลหะผสมดวย อลูมิเนียม (Al) ทองแดง(Cu) แมกนีเซียม (Mg) และแมงกานีส(Mn) มีแรงสูงกวา Al มากมายดูลาดูมีน มีแรงสูงเทียบเทากับเหล็กเหนียว (Mn) กลาวคือ แรงดึงเมื่อขาดประมาณ 35-45 กก. ตอตารางมิลลิเมตร แตน้ําหนักประมาณ 1/3เทาของเล็ก ดูลาดูมีนเปนโลหะที่ ไมเหมาะกับการเชื่อม เปนโลหะที่เบา และทนแรงดึงไดดี และใชสําหรับทําชิ้นสวนที่ตองการทนแรงตาง ๆ 14. การใชอลูมิเนียม และอลูมิเนียมผสม แรงดึงเมื่อขาด 14 กก./มม.2 Al บริสุทธิ์ซึ่งมีเนื้อ 99% ที่มีใชอยูเวลานี้ เปนชนิดแผนและทอ เหมาะกับชิ้นสวนที่ไมตองออกแรงมาก ใชทําทอระบายความรอนของเครื่องยนต

332

Al ผสมตางก็มีสวนผสม และแรงดึงตางกันทั้งสิ้นมีทงั้ ทอ ทอน และแผน บางชนิดเมื่ออบชุบ แลวจะมีแรงดึงสูงกวา เมื่อไมไดผานการอบชุบมา แตอยางใดก็ดี Al ผสมนี้จะมีแรงดึงสูงกวา Al ที่ บริสุทธิ์ จะทนแรงดึงไดตั้งแต 24-43 กก./มม.2 สวนชนิดทีเ่ ปนแผนนิยมใชทําชิ้นสวนที่จะตอกัน และ ชิ้นสวนอื่น ๆ ที่ตองการทนตอแรงไดมาก ๆ Al ผสม Alloy กับทองแดง (Cu) ตั้งแต 3-5% เรานิยมใชหลอทําลูกสูบที่ใชกับเครื่องยนตตาง ๆ Al และ Al ผสมนี้ตางชนิด ตางก็มีคุณภาพตางกันออกไป วิธีการเผา หรือวิธีการจุมน้ําใหเย็น ตัวลง จะทําใหความสามารถรับแรงตาง ๆ เปลี่ยนแปลงไปได ฉะนั้นในการใชก็จะตองใชระมัดระวัง เปนพิเศษ เพื่อกันสับสนซึ่งอาจจะเกิดขึ้นได

333