เหล็กคืออะไร?
เหล็กเป็นคำที่กว้างสำหรับเหล็กและโลหะผสมคาร์บอนปริมาณคาร์บอน (0.05% - 2% โดยน้ำหนัก) และการเพิ่มองค์ประกอบอื่น ๆ กำหนดโลหะผสมเฉพาะของเหล็กและคุณสมบัติของวัสดุธาตุผสมอื่นๆ ได้แก่ แมงกานีส ซิลิกอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน และออกซิเจนคาร์บอนจะเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเหล็ก ในขณะที่สามารถเพิ่มองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนหรือความสามารถในการแปรรูปปริมาณแมงกานีสโดยทั่วไปยังสูง (อย่างน้อย 0.30% ถึง 1.5%) เพื่อลดความเปราะบางของเหล็กและเพิ่มความแข็งแรง
ความแข็งแรงและความแข็งของเหล็กเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่ได้รับความนิยมมากที่สุดทำให้เหล็กเหมาะสำหรับการก่อสร้างและการขนส่ง เนื่องจากวัสดุนี้สามารถใช้งานได้นานภายใต้การบรรทุกหนักและซ้ำๆโลหะผสมเหล็กบางชนิด เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ทนทานต่อการกัดกร่อน ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
อย่างไรก็ตาม ความแข็งแกร่งและความแข็งนี้จะช่วยยืดเวลาการตัดเฉือนและเพิ่มการสึกหรอของเครื่องมือเหล็กเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง ทำให้หนักเกินไปในบางงานอย่างไรก็ตาม เหล็กมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ซึ่งเป็นเหตุให้เป็นหนึ่งในโลหะที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิต
ประเภทของเหล็ก
มาพูดถึงเหล็กหลายประเภทกันในฐานะที่เป็นเหล็ก คาร์บอนจะต้องถูกเติมลงในเหล็กอย่างไรก็ตาม เนื้อหาของคาร์บอนจะแตกต่างกัน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเหล็กกล้าคาร์บอนโดยทั่วไปหมายถึงเหล็กกล้าอื่นที่ไม่ใช่เหล็กกล้าไร้สนิมและระบุด้วยเกรดเหล็ก 4 หลักกล่าวโดยกว้างคือ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง หรือเหล็กกล้าคาร์บอนสูง
เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ: ปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.30% (โดยน้ำหนัก)
เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง: ปริมาณคาร์บอน 0.3 – 0.5%
เหล็กกล้าคาร์บอนสูง: 0.6% ขึ้นไป
องค์ประกอบการผสมหลักของเหล็กจะแสดงด้วยตัวเลขแรกของเกรดสี่หลักตัวอย่างเช่น เหล็กกล้า 1xxx ใดๆ เช่น 1018 จะใช้คาร์บอนเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลักเหล็กกล้า 1018 ประกอบด้วยคาร์บอน 0.14 - 0.20% และฟอสฟอรัส กำมะถัน และแมงกานีสในปริมาณเล็กน้อยโลหะผสมอเนกประสงค์นี้มักใช้กับงานกลึงปะเก็น เพลา เกียร์ และหมุด
เหล็กกล้าคาร์บอนที่แปรรูปง่ายนั้นถูกฟอสเฟตซ้ำและรีฟอสเฟตเพื่อแยกเศษเป็นชิ้นเล็กๆเพื่อป้องกันไม่ให้เศษยาวหรือใหญ่พันกับเครื่องมือระหว่างการตัดเหล็กกล้าที่กลึงง่ายสามารถเร่งเวลาในการผลิตได้ แต่อาจลดความเหนียวและทนต่อแรงกระแทกได้
สแตนเลส
เหล็กกล้าไร้สนิมประกอบด้วยคาร์บอน แต่ก็มีโครเมียมประมาณ 11% ซึ่งเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุโครเมียมมากขึ้นหมายถึงการเกิดสนิมน้อยลง!การเติมนิกเกิลยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการเกิดสนิมและความต้านทานแรงดึงได้อีกด้วยนอกจากนี้ เหล็กกล้าไร้สนิมยังทนความร้อนได้ดี และเหมาะสำหรับการใช้งานในอวกาศและอวกาศและการใช้งานอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ตามโครงสร้างผลึกของโลหะ สแตนเลสสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภทห้าประเภทนี้ ได้แก่ ออสเทนไนต์ เฟอร์ไรท์ มาร์เทนไซต์ ดูเพล็กซ์ และการชุบแข็งแบบตกตะกอนเกรดสแตนเลสจะถูกระบุด้วยตัวเลขสามหลักแทนที่จะเป็นสี่หลักตัวเลขแรกแสดงถึงโครงสร้างผลึกและองค์ประกอบการผสมที่สำคัญ
ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าไร้สนิมซีรีส์ 300 เป็นโลหะผสมนิกเกิลโครเมียมออสเทนนิติกเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เป็นเกรดที่พบมากที่สุดหรือที่เรียกว่า 18/8 เนื่องจากมีโครเมียม 18% และนิกเกิล 8%เหล็กกล้าไร้สนิม 303 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิม 304 เวอร์ชันสำหรับการตัดเฉือนฟรีการเติมกำมะถันช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้นเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 303 จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมมากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 304
สแตนเลสสามารถใช้ได้กับหลากหลายอุตสาหกรรมเหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 316 สามารถใช้สำหรับส่วนประกอบวาล์วในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องจักรและท่อหลังจากผ่านกระบวนการที่เหมาะสมสแตนเลส 316 ยังใช้สำหรับการแปรรูปน็อตและสลักเกลียว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์เหล็กกล้าไร้สนิม 303 ใช้สำหรับเกียร์ เพลา และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับเครื่องบินและรถยนต์
เหล็กกล้าเครื่องมือสิ่ว
เหล็กกล้าเครื่องมือใช้ในการผลิตเครื่องมือสำหรับกระบวนการผลิตต่างๆ รวมถึงการหล่อแบบฉีด การฉีดขึ้นรูป การปั๊มและการตัดมีโลหะผสมของเหล็กกล้าเครื่องมือต่างๆ มากมายสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดนั้นขึ้นชื่อในเรื่องความแข็งแต่ละตัวสามารถทนต่อการสึกหรอของการใช้งานได้หลากหลาย (แม่พิมพ์เหล็กที่ใช้สำหรับฉีดขึ้นรูปสามารถทนต่อวัสดุได้นับล้านครั้งขึ้นไป) และมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง
การใช้งานทั่วไปของเหล็กกล้าเครื่องมือคือการฉีดขึ้นรูป ซึ่งผ่านกรรมวิธีโดย CNC เหล็กกล้าชุบแข็งเพื่อผลิตชิ้นส่วนการผลิตที่มีคุณภาพสูงสุดเหล็ก H13 มักถูกเลือกเนื่องจากประสิทธิภาพความล้าจากความร้อนที่ดี ความแข็งแรงและความแข็งของเหล็กสามารถทนต่อการสัมผัสกับอุณหภูมิที่รุนแรงในระยะยาวได้แม่พิมพ์ H13 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุฉีดขึ้นรูปขั้นสูงที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวสูง เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กกล้าอื่นๆ - 500,000 ถึง 1 ล้านครั้งในเวลาเดียวกัน S136 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมและอายุการใช้งานเกินหนึ่งล้านครั้งวัสดุนี้สามารถขัดให้อยู่ในระดับสูงสุดและใช้สำหรับการใช้งานพิเศษของชิ้นส่วนที่ต้องการความคมชัดสูง
การรักษาเหล็ก
คุณสมบัติที่มีประโยชน์ที่สุดบางประการของเหล็กมาจากขั้นตอนการประมวลผลและการตัดเฉือนเพิ่มเติมวิธีการเหล่านี้สามารถทำได้ก่อนการแปรรูปเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของเหล็กและทำให้เหล็กง่ายต่อการแปรรูปโปรดจำไว้ว่าวัสดุชุบแข็งก่อนการตัดเฉือนจะยืดเวลาการตัดเฉือนและเพิ่มการสึกหรอของเครื่องมือ แต่เหล็กสามารถแปรรูปได้หลังการตัดเฉือนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงหรือความแข็งของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปกล่าวคือ สิ่งสำคัญคือต้องคาดการณ์การรักษาที่วางแผนไว้ซึ่งคุณจำเป็นต้องนำไปใช้เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนของคุณ
การรักษาความร้อน
การอบชุบด้วยความร้อนหมายถึงกระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการปรับอุณหภูมิของเหล็กเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุตัวอย่างคือการหลอมซึ่งใช้เพื่อลดความแข็งและเพิ่มความเหนียว ทำให้เหล็กง่ายต่อการแปรรูปกระบวนการหลอมจะค่อยๆ ให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการและคงไว้ชั่วระยะเวลาหนึ่งเวลาและอุณหภูมิที่ต้องการขึ้นอยู่กับโลหะผสมเฉพาะและลดลงตามปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นในที่สุด โลหะจะค่อยๆ เย็นลงในเตาเผาหรือล้อมรอบด้วยวัสดุฉนวน
การอบชุบด้วยความร้อนแบบ Normalizing สามารถขจัดความเครียดภายในในเหล็กได้ ในขณะที่ยังคงความแข็งแรงและความแข็งที่สูงกว่าเหล็กอบอ่อนในระหว่างการทำให้เป็นมาตรฐาน เหล็กจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงแล้วจึงระบายความร้อนด้วยอากาศเพื่อให้ได้ความแข็งที่สูงขึ้น
เหล็กชุบแข็งเป็นกระบวนการบำบัดความร้อนอีกวิธีหนึ่งคุณเดาได้ว่ามันทำให้เหล็กแข็งนอกจากนี้ยังเพิ่มความแข็งแรง แต่ยังทำให้วัสดุเปราะมากขึ้นกระบวนการชุบแข็งประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กอย่างช้าๆ แช่เหล็กที่อุณหภูมิสูง จากนั้นทำให้เหล็กเย็นลงในสารละลายน้ำ น้ำมัน หรือน้ำเกลืออย่างรวดเร็ว
ในที่สุด กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนถูกนำมาใช้เพื่อลดความเปราะบางของเหล็กดับเหล็กกล้านิรภัยเกือบจะเหมือนกับการทำให้เป็นมาตรฐาน: ค่อยๆ ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เลือกไว้ จากนั้นจึงทำให้เหล็กเย็นลงด้วยอากาศความแตกต่างคืออุณหภูมิในการอบร้อนจะต่ำกว่ากระบวนการอื่นๆ ซึ่งช่วยลดความเปราะบางและความแข็งของเหล็กชุบแข็ง
การแข็งตัวของฝน
การชุบแข็งแบบตกตะกอนช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตของเหล็กสแตนเลสบางเกรดอาจมีค่า pH ในชื่อ ซึ่งหมายความว่ามีคุณสมบัติในการชุบแข็งด้วยการตกตะกอนความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอนคือ พวกมันประกอบด้วยองค์ประกอบเพิ่มเติม: ทองแดง อลูมิเนียม ฟอสฟอรัส หรือไททาเนียมมีโลหะผสมหลายชนิดเพื่อกระตุ้นคุณสมบัติการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน เหล็กจะถูกขึ้นรูปเป็นรูปร่างสุดท้ายและผ่านกรรมวิธีชุบแข็งตามอายุกระบวนการชุบแข็งตามอายุจะทำให้วัสดุร้อนขึ้นเป็นเวลานานเพื่อตกตะกอนองค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามา และก่อตัวเป็นอนุภาคของแข็งที่มีขนาดต่างกัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของวัสดุ
17-4PH (หรือเรียกอีกอย่างว่าเหล็กกล้า 630) เป็นตัวอย่างทั่วไปของเกรดชุบแข็งด้วยการตกตะกอนของเหล็กกล้าไร้สนิมโลหะผสมประกอบด้วยโครเมียม 17% และนิกเกิล 4% และทองแดง 4% ซึ่งก่อให้เกิดการแข็งตัวของฝนเนื่องจากความแข็ง ความแข็งแรง และความต้านทานการกัดกร่อนสูง 17-4PH จึงใช้สำหรับแพลตฟอร์ม HELIDECK ใบพัดกังหัน และถังเก็บกากนิวเคลียร์
ทำงานเย็น
คุณสมบัติของเหล็กยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ต้องใช้ความร้อนมากตัวอย่างเช่น เหล็กงานเย็นถูกทำให้แข็งแรงขึ้นโดยกระบวนการชุบแข็งชิ้นงานการชุบแข็งชิ้นงานจะเกิดขึ้นเมื่อโลหะเสียรูปจากพลาสติกสามารถทำได้โดยการตอก กลิ้ง หรือดึงโลหะในระหว่างการตัดเฉือน หากเครื่องมือหรือชิ้นงานมีความร้อนสูงเกินไป การชุบแข็งชิ้นงานอาจเกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจงานเย็นยังสามารถปรับปรุงความสามารถในการแปรรูปของเหล็กเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานเย็น
ข้อควรระวังในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก
เมื่อออกแบบชิ้นส่วนเหล็ก สิ่งสำคัญคือต้องจดจำลักษณะเฉพาะของวัสดุการทำให้เหมาะสมกับลักษณะของการใช้งานของคุณเป็นอย่างดี อาจต้องพิจารณาการออกแบบการผลิต (DFM) เพิ่มเติม
เนื่องจากความแข็งของวัสดุ จึงใช้เวลาในการแปรรูปเหล็กนานกว่าวัสดุที่อ่อนนุ่มอื่นๆ เช่น อลูมิเนียมหรือทองเหลืองคุณต้องใช้การตั้งค่าเครื่องจักรที่ถูกต้องเพื่อปรับคุณภาพการตัดเฉือนให้เหมาะสมที่สุด และลดการสึกหรอของเครื่องมือให้เหลือน้อยที่สุดอันที่จริง นี่หมายถึงความเร็วของสปินเดิลและความเร็วฟีดที่ช้าลงเพื่อปกป้องชิ้นส่วนและแม่พิมพ์ของคุณ
แม้ว่าคุณจะไม่ได้ดำเนินการแปรรูปเอง คุณก็ควรประเมินประเภทเหล็กที่เหมาะสมกับโครงการของคุณ ไม่เพียงแต่ความแข็งและความแข็งแรงเท่านั้น แต่ควรคำนึงถึงความแตกต่างในการแปรรูปด้วยตัวอย่างเช่น เวลาในการแปรรูปเหล็กกล้าไร้สนิมประมาณสองเท่าของเหล็กกล้าคาร์บอนเมื่อตัดสินใจเลือกเกรดต่างๆ คุณควรพิจารณาด้วยว่าคุณสมบัติใดมีความสำคัญสูงสุดและโลหะผสมชนิดใดที่หาได้ง่ายเกรดที่ใช้กันทั่วไป เช่น สแตนเลส 304 หรือ 316 มีขนาดสต็อกให้เลือกมากมาย และใช้เวลาน้อยลงในการค้นหาและซื้อ
