คุณสมบัติเหล็ก S50C Carbon Steel JIS G4051
Steel Plate S50C | AISI 1050 | 760 Plate C50E(1.1206) | Ck50 | S50C | XC50 | 080M50 CS50
JIS S50Cเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางคุณภาพสูงขั้นสูงชนิดหนึ่ง ปริมาณ S50C (เศษส่วนมวล %) ที่ 0.4 หรือสูงกว่า ต้านทานการสึกหรอได้ดี ความเหนียวลดลง การบิดงอและการแตกร้าวได้ง่าย ดังนั้นการชุบแข็งจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง JIS S50C สูง เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพปานกลางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระดานแบบหล่อพลาสติกและชิ้นส่วนเครื่องจักรและอื่น ๆ
S50C สถานะการจัดส่งเหล็กกล้าคาร์บอนสูงและความแข็ง: 143 ~ 187 HBS, HBS 179 ~ 235,212 ~ 277 HBS
เหล็กกล้า S50C ถูกจุ่มร้อนลงในโลหะผสม Al-Fe หลอมเหลวที่มีปริมาณ Fe ต่างกัน; เมื่อปริมาณ Fe เกิน 23 wt.% การเคลือบแบบจุ่มร้อนบนเหล็กกล้า S50C ไม่สามารถทำได้เนื่องจากขาดการเปียกน้ำ การใช้ความแข็งของ Vicker การสึกหรอของใบพัดบนดิสก์ และการทดสอบการสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์ การเคลือบแบบจุ่มร้อนโลหะผสม Al–23-wt.% Fe แสดงความแข็งสูง ต้านทานการสึกหรอ และความมันวาวของพื้นผิว CLSM, SEM และ EDS ถูกนำมาใช้เพื่อสังเกตปฏิกิริยาส่วนต่อประสานระหว่างเหล็กกล้า S50C และโลหะผสม Al–23wt.% Fe ที่จุ่มร้อนหลังจากการอบอ่อนที่อุณหภูมิ 650°C–850°C เนื่องจากเฟไม่สามารถแพร่เข้าไปในโลหะผสม Al–23-wt.% Fe ได้ โลหะผสม Al–23-wt.% Fe จึงไม่มีชั้นปฏิกิริยาระหว่างผิวหน้า มีเพียงเหล็กกล้า S50C เท่านั้นที่เกิดสารประกอบโลหะระหว่างโลหะ Fe 3 Al ระหว่างปฏิกิริยากระตุ้นด้วยความร้อน (พลังงานกระตุ้น = 253 kJ โมล−1) นอกจากนี้ ยังพบว่า อุณหภูมิการหลอมที่ >850°C ป้องกันการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะ Fe 3 Al เนื่องจากการแพร่กระจายของคาร์บอนเข้าไปในชั้นเชื่อมหล่อ
เหล็กกล้าคาร์บอนมีให้เลือกทั้งแบบเหล็กกล้าคีย์ดึงสว่างทั้งแบบแบนและแบบสี่เหลี่ยม เหล็กกล้าคีย์ที่มีความต้านทานแรงดึงปานกลางใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมทั่วไปสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น คีย์ธรรมดา กิบเฮด เทเปอร์ และคีย์ขนาน เหล็กกล้าคีย์ถูกผลิตขึ้นตามค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดใน British Standard BS46 และ BS4235 ข้อกำหนดของเหล็กสปริงคาร์บอน EN42, CS70, CS80, CS95 และ CS100 มีให้เลือกใช้เป็นแถบเหล็กสปริงชุบแข็งและอบคืนตัว แถบเหล็กสปริงอบอ่อน แผ่นเหล็กสปริง และสปริง เหล็กแผ่น. เหล็กสปริง EN43 มีทั้งแบบแท่งและแบบแผ่น เกรดโดยทั่วไปเป็นไปตามมาตรฐาน BS970, BS1449, BS EN10083-1, BS EN10083-2, BS EN 10277 และ BS EN 10278 X120Mn12 1.3401 เป็นเหล็กกล้าแมงกานีสที่มีเหล็กกล้าคาร์บอน 1% และมีปริมาณแมงกานีส 11% ถึง 14%
S50C เป็นเหล็กเกรดทั่วไปที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวาง มีลักษณะคล้ายคลึงกับเหล็กคาร์บอน S45Cไม่ว่า จะในด้านคุณสมบัติหรือการใช้งาน แต่ลูกค้าใน แต่ละพื้นที่จะมีนิสัยชอบใช้ S45C หรือ S50C ที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ ต้นทุนและราคาของเหล็ก S45C และ S50C ก็แตกต่างกันเพียงเล็กน้อย คุณสามารถเลือกทั้งสองประเภทสำหรับการใช้งานของคุณเองได้
- เหล็กกล้าคาร์บอน S50C เป็นเกรดเหล็กมาตรฐานJIS G4051
เกรดเหล็ก JIS S50C เป็นวัสดุเกรดเหล็กหนึ่งประเภทใน JIS G4051 ซึ่งเป็นข้อกำหนดมาตรฐานของเหล็กกล้าคาร์บอนสำหรับการใช้งานโครงสร้างเครื่องจักร เช่น เหล็กกล้าเครื่องมือรีดร้อนหรือการตีขึ้นรูปร้อน
- ช่วงการจัดหาเหล็กกล้าคาร์บอน JIS S50C
เหล็ก S50C เหมาะสำหรับเพลา สตั๊ด ลิ่ม ฯลฯ และวัสดุเหล็ก S50C มีจำหน่ายในรูปแบบการรีดหรือการจัดส่งแบบปกติตามความต้องการที่แตกต่างกันของลูกค้า เราเป็นซัพพลายเออร์และผู้ผลิตเหล็กเครื่องจักร JIS S50C มืออาชีพ เราสามารถจัดหาเหล็กเส้นสี่เหลี่ยม เหล็กเส้นกลม S50C หรือเหล็กเส้นแบน S50C ตามช่วงด้านล่าง:
เหล็กเส้นกลม JIS S50C ขนาด 8-1600 มม.
เหล็กเส้นรีดเย็น S50C ขนาด 5-70 มม.
แผ่นเหล็ก S50C: 10-1500 มม. x 200-3000 มม.
- เหล็กกล้าคาร์บอน JIS S50C เทียบเท่า
ยังมีมาตรฐานเหล็กและเกรดเหล็กอื่นๆ อีกบางส่วนที่คล้ายและเทียบเท่ากับเกรดเหล็กกล้าคาร์บอน JIS S50C ดังแสดงด้านล่าง:
BS EN10083 C50E/1.1206, มาตรฐาน
เกรด เอ 29,1050
EN-8 / บส. 970 080ม50
4. คุณสมบัติของเหล็กกล้าคาร์บอน S50C
องค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก S50C
มาตรฐาน ระดับ ซี เอ็มเอ็น พี ส สิ
เจไอเอสจี4051 S50ซี 0.47-0.53 0.60-0.90 0.030 0.035 0.15-0.35
คุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก JIS S50C
ความแข็งแรงแรงดึง
(MPa) ความแข็งแรงการยืดหยุ่น
(MPa) อัตราส่วนการยืดตัว
(%) การลดพื้นที่
Psi(%) คุณค่าผลกระทบ
เอเควี (เจ)
ค่าความยืดหยุ่น
AKV(J/cm2) ความแข็ง อบอ่อน
≥630 ≥375 ≥14 ≥40 ≥31 ≥39 ≤235HB ≤207HB
- ความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอน JIS S50C
อบอ่อน 179-235 HB
อบด้วยความร้อน 16-29 HRC
- การอบชุบด้วยความร้อนเหล็ก JIS S50C
วัสดุเหล็ก JIS S50C สามารถชุบแข็งได้โดยการชุบแข็งด้วยน้ำที่อุณหภูมิ 810-860 องศา และชุบแข็งได้โดยการชุบแข็งอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิ 550-650 องศา
- การประยุกต์ใช้วัสดุเหล็กกล้าคาร์บอน JIS S45C
เหล็กกล้าคาร์บอนเกรด JIS S50C ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักร โดยเหล็กกล้าชนิดนี้มีคุณสมบัติทางกลที่ดี
เหล็กกล้าคาร์บอน S50C มักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร เช่น สปริง เฟือง แท่งปรับความตึง ลูกกลิ้ง แกนรับน้ำหนัก เป็นต้น
ข้อดีและข้อเสียของเหล็ก S50C
ข้อดีและข้อเสียของ S50C ส่วนใหญ่คล้ายกับ S45C:
ข้อดี:
ความแข็งสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการอบด้วยความร้อน
สามารถกลึงได้ง่ายก่อนการอบชุบด้วยความร้อน
ข้อเสีย :
มีแนวโน้มเกิดสนิมได้ง่ายจึงจำเป็นต้องเคลือบผิว
มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวจากการอบด้วยความร้อน ขึ้นอยู่กับรูปร่าง
เนื่องจาก S50C เป็นวัสดุที่มีคาร์บอนสูง จึงมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวเมื่อผ่านการอบด้วยความร้อน โดยเฉพาะในรูปทรงที่บางหรือซับซ้อน สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่า ต้องใช้ความระมัดระวังกับรูปทรงบางประเภท เนื่องจากอาจต้องพิจารณาเป็นพิเศษระหว่างการแปรรูป
การใช้งานเหล็ก S50C
S50C ถูกนำมาใช้ในงานต่างๆ เนื่องจากมีความแข็งแรงและความแข็งสูง โดยมักใช้ในชิ้นส่วนที่มีแรงกดบนพื้นผิวสูงหรือชิ้นส่วนที่ต้องการความทนทานต่อการสึกหรอสูง ดังนั้นจึงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกดสูง เช่น หมุด น็อต ลิ่ม เพลา โบลต์ และจิ๊ก รวมถึงในแม่พิมพ์ที่ทนทาน ซึ่งต้องการความทนทานสูง ในบริษัทของเรา การใช้ S50C สำหรับชิ้นส่วนแม่พิมพ์ที่มีขนาดใหญ่กว่า 400×400 มม. ช่วยให้มีต้นทุนที่ถูกกว่า แม้จะมีความแข็งสูง แต่ S50C ก็กลึงได้ง่าย ทำให้สามารถเจาะได้โดยตรงด้วยเครื่องมือทั่วไป เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการกลึง การเพิ่มความเร็วในการตัดและป้องกันการยึดเกาะกับขอบตัดถือเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เนื่องจาก S50C ไวต่อแม่เหล็ก จึงเหมาะสำหรับการเจียรและการตัดด้วยไฟฟ้า (EDM) อีกด้วย
คุณสมบัติของเหล็กเกรดพิเศษชนิดต่างๆ
เหล็ก AUD11 SKD11 D2 1.2379
เหล็กทำพิมพ์งานเย็นคุณภาพสูง ชุบแข็งได้ง่าย และทนทานการเสียดสีสูงมาก มีความเหนียว เป็นเลิศ เหมาะสำหรับทำพิมพ์ปั๊ม พิมพ์ขึ้นรูป ลูกรีดเหล็ก ใบมีดตัดเหล็กคุณภาพสูง และอื่น ๆ
เหล็ก SX105V GO5 เหล็กชุบแข็งด้วยเปลวไฟ แล้วปล่อยให้เย็นตัว ในอากาศปกติ เหมาะสำหรับทำพิมพ์ปั๊มโลหะ พิมพ์ขึ้นรูปตัดขอบ ฯลฯ โดยเฉพาะงานที่ต้องการ ความแข็งเฉพาะที่ อีกทั้งยังสามารถซ่อมแซม โดยการเชื่อมได้ง่าย
เหล็ก DC53 SKD11 D2
1.2379 เหล็กทำพิมพ์งานเย็นคุณภาพสูง ชุบแข็งได้ง่าย และทนทานการเสียดสีสูงมาก มีความเหนียว เป็นเลิศ เหมาะสำหรับทำพิมพ์ปั๊ม พิมพ์ขึ้นรูป ลูกรีดเหล็ก ใบมีดตัดเหล็กคุณภาพสูง และอื่น ๆ
เหล็ก GO5 GO5
เหล็กทำพิมพ์งานเย็นคุณภาพสูง ชุบแข็งได้ง่าย และทนทานการเสียดสีสูงมาก มีความเหนียว เป็นเลิศ เหมาะสำหรับทำพิมพ์ปั๊ม พิมพ์ขึ้นรูป ลูกรีดเหล็ก ใบมีดตัดเหล็กคุณภาพสูง และอื่น ๆ
เหล็กทำพิมพ์งานร้อน DHA1 SKD61 H13 1.2344
เหล็กงานร้อนมาตรฐานสูง ใช้งานโดยทั่วไป รักษาความแข็งได้ดี มีอุณภูมิใช้งานสูง เหมาะสำหรับทำพิมพ์ปั๊มโลหะงานร้อน เสื้อสูบ เครื่องฉีดโลหะ พิมพ์โลหะงานร้อน และอื่น ๆ
เหล็กกล้าทำพิมพ์พลาสติก PX4 P20 1.2311
เหล็กทำพิมพ์พลาสติก สำหรับงานที่ต้องการ ปริมาณกำลังผลิตสูง ทนทาน สามารถเชื่อมติด ได้ง่าย ไม่เปราะ
NAK80- P21 1.2312
เหล็กทำพิมพ์พลาสติกชั้นสูง สำหรับงานที่ต้องการ ความงามเป็นเลิศ มีความใสมาก เงาเหมือนกระจก
เหล็กทำชิ้นส่วนเครื่องจักรกล SCM440 SCM440 4140 1.7225
เหล็กคาร์บอนปานกลาง มีส่วนผสม Cr, Mo สามารถชุบแข็งได้หลายวิธี ทนแรงดึงสูงถึง 100 kgf/mm2 ใช้ทำเพลา เฟืองขับรอบต่ำ สกรู สลัก ฯลฯ
SCM415 SCM415 4115 1.7262
เหล็กคาร์บอนต่ำ มีส่วนผสม Cr, Mo ชุบแข็งโดย วิธีชุบผิว เช่น คาร์บูไรซิ่ง ใช้ทำเฟืองรอบจัด และงานที่ต้องการผิวงานแข็ง แต่ภายในปกติ
SNCM439 SNCM439 4340 1.6582
เหล็กคาร์บอนปานกลาง มีส่วนผสม Cr, Mo, Ni ชุบแข็งได้หลายวิธี ทนแรงดึงได้สูงกว่า 100 kgf/mm2 ใช้ทำชิ้นส่วนคุณภาพสูง เช่น เพลาขับกำลังสูง เฟือง สกรู ฯลฯ
เหล็กแข็งคาร์บอนปานกลาง S45C S45C 1045 CK45
เหล็กคาร์บอนปานกลาง ชุบแข็งได้ง่าย ทนทาน การเสียดสีได้ดี มีความแข็งแรงสูง เหมาะสำหรับ ทำชิ้นส่วนพื้นฐาน หรือโครงสร้างของแม่พิมพ์ และงานทั่วไป
เหล็ก S50C S50C 1050 CK50
เหล็กคาร์บอนปานกลาง ชุบแข็งได้ง่าย ทนทาน การเสียดสีได้ดี มีความแข็งแรงสูง เหมาะสำหรับ ทำชิ้นส่วนพื้นฐาน หรือโครงสร้างของแม่พิมพ์ และงานทั่วไป
เหล็กแผ่นสปริง SK5 SK5 1.1625
เหล็กคาร์บอนสูง ชุบแข็งได้ง่าย ทนทานการ เสียดสีได้ดี มีความแข็งแรงสูง มีคุณสมบัติเป็น สปริงสูง ใช้ทำชิ้นส่วนที่เป็นสปริงในเครื่องจักกล
เหล็กแผ่นรีดร้อน(เหล็กเหนียว) SS400 SS400
เหล็กแผ่นรีดร้อนใช้สำหรับงานโครงสร้างทั่วไป มีคุณสมบัติในการเชื่อมที่ดี สามารถเชื่อมต่อ ได้ง่าย เป็นโครงสร้างต่าง ๆ ใช้ในการก่อสร้าง ตึก ก่อสร้างสะพาน สร้างเรือ หรือใช้ใน อุตสาหกรรมยานยนต์
การตัดโลหะด้วยแก๊ส
การตัดงานโลหะด้วยแก๊ส สามารถตัดได้ 2 วิธี
1. แบบตัดด้วยมือ (Manual Cutting)
2. แบบใช้เครื่องตัด (Machine Cutting)
เหล็กกล้าเครื่องมือ (Tool Steels) ในชีวิตประจำวันเราคงเคยใช้เครื่องมือเหล็ก เช่น ค้อน ตะไบ สิ่ว ใบเลี่อย เหล็กกล้าที่ใช้ทำเครื่องมือเหล่านี้มีคุณสมบัติบางอย่างที่ต่างจากเหล็กกล้าที่เราใช้ในงานก่อสร้างทั่วไป เช่น การทนต่อการเสียดสีที่เหนือกว่า การทนต่อแรงกระแทกที่เหนือกว่า การทนต่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า เป็นต้น บางคนอาจตั้งคำถามว่า เหล็กกล้าดังกล่าวมีกรรมวิธีผลิต หรือการเลือกใช้งานแตกต่างจากเหล็กกล้าทั่วไปอย่างไร
ความหมายของเหล็กกล้าเครื่องมือ
เหล็กกล้าเครื่องมือ คือ เหล็กกล้าที่ใช้สำหรับทำเครื่องมือขึ้นรูปโลหะเป็นส่วนใหญ่ เช่น แบบหล่อโลหะในขบวนการอัดฉีดโลหะร้อน (Die casting) แม่พิมพ์สำหรับตีขึ้นรูป หรือตัดวัสดุต่างๆ ซึ่งรวมถึงเหล็ก โลหะนอกกลุ่มเหล็ก และพลาสติก
เหล็กกล้าเครื่องมือจัดเป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนและธาตุผสมอื่นๆ ในปริมาณสูง เพื่อให้มีความสามารถในการชุบแข็งสูง และเพื่อสร้างคาร์ไบด์ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอ
คุณสมบัติที่สำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือ ความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) คือ คุณสมบัติที่เหล็กกล้าที่บ่งถึงความยาก-ง่ายในการชุบแข็งและความลึกของเหล็กที่แข็งขึ้นจากการชุบแข็ง (quenching) คุณสมบัตินี้จะขึ้นกับส่วนผสมทางเคมีและขนาดของเกรนของเหล็กกล้า โดยเหล็กกล้าที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง จะสามารถทำการชุบแข็งได้ง่ายด้วยลม แต่ถ้าเหล็กกล้ามีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ การชุบแข็งด้วยลมจะไม่สามารถทำให้ได้เฟสมาร์เทนไซต์ จึงอาจต้องทำการชุบแข็งด้วยน้ำหรือของเหลวอื่น ซึ่งจะมีผลต่อการบิดตัวของชิ้นงานที่ทำการชุบ คุณสมบัตินี้เพิ่มขึ้นตามปริมาณธาตุผสม ดังนั้น การทำให้ได้ชิ้นงานที่มีความแข็งสูงตลอดชิ้น หรือสามารถชุบแข็งได้ลึก จึงควรเลือกใช้เหล็กกล้าที่มีธาตุผสมสูง โดยโคบอลต์เป็นเพียงธาตุเดียวที่ลดคุณสมบัตินี้
.
ความเหนียว (Toughness) คือ ความสามารถในการรับพลังงานของวัสดุก่อนที่จะเกิดการแตกหัก เหล็กกล้าเครื่องมือที่ถือว่า มีคุณสมบัติด้านความเหนียวที่ดี คือ กลุ่มที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ หรือปานกลาง คุณสมบัตินี้จำเป็นสำหรับการใช้งานในสภาวะที่ต้องรับแรงกระแทก
ความทนต่อการเสียดสี (Wear resistance) คือ ความสามารถทนต่อการถูกขัดสี ซึ่งรวมถึงการเสียดสีของคมตัดด้วย คุณสมบัตินี้จะเกี่ยวข้องกับความแข็งของเหล็ก และปริมาณคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย (คาร์ไบด์ที่ไม่สลายตัว เมื่อมีการใช้งานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง) โดยหากเหล็กกล้าเครื่องมือมีความแข็งสูงก็จะทนการเสียดสีได้ดี หรือหากมีคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย (แม้อุณหภูมิสูง) ก็จะทำให้ทนการเสียดสีได้ดีขึ้นเช่นกัน เนื่องจากคาร์ไบด์จะมีความแข็งสูง
.
การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (Red-hardness) เป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือที่ต้องได้รับความร้อนจนมีอุณหภูมิสูงกว่า 480 °C โดยธาตุผสมที่ทำให้เกิดคาร์ไบด์ที่เสถียรจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัตินี้ ซึ่งจะทำให้เหล็กกล้าเครื่องมือไม่อ่อนลง (ความแข็งลดลง) อันเนื่องมาจากผลของความร้อนในขณะใช้งานที่อุณหภูมิสูง หรือในขณะทำการอบคืนตัว (tempering)
ความสามารถในการกลึงไส (Machinability) คือ ความสามารถของโลหะที่จะกลึงไส ตก แต่งได้ง่าย และมีผิวที่เรียบภายหลังการกลึงไส
ความต้านทานการสูญเสียคาร์บอน (Resistance to decarburization) การสูญเสียคาร์บอน ซึ่งจะเกิดเมื่ออบเหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่า 704 °C (1300°F) เป็นผลให้ความแข็งที่ได้ภายหลังการชุบแข็ง ต่ำลง เหล็กกล้าเครื่องมือที่มีคุณสมบัตินี้ต่ำจะต้องมีวิธีป้องกัน/ควบคุมบรรยากาศในการอบชุบความร้อนเพื่อไม่ให้ชิ้นงานสูญเสียคาร์บอนโดยเฉพาะที่ผิว สำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีคาร์บอนเป็นส่วนผสมหลักจะสามารถต้านทานการสูญเสียคาร์บอนได้ดี
.
การไม่เปลี่ยนรูปร่างหรือขนาด (Non deformation properties) คุณสมบัตินี้สัมพันธ์กับความสามารถในการชุบแข็ง โดยทั่วไปเหล็กกล้าที่สามารถชุบแข็งได้ด้วยลมจะมีการบิดตัวน้อยที่สุด เหล็กกล้าที่ทำการชุบแข็งด้วยน้ำมันทำให้เกิดการบิดตัวปานกลาง และเหล็กกล้าที่ทำการชุบแข็งด้วยน้ำทำให้เกิดการบิดตัวสูงที่สุด ดังนั้นในการออกแบบเลือกเหล็กกล้าเครื่องมือจะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติด้านนี้ด้วย
.
อิทธิพลของธาตุผสมต่อคุณสมบัติของเหล็กกล้าเครื่องมือ คาร์บอน (C) เป็นธาตุผสมสำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือ จะมีผลต่อคุณสมบัติเชิงกลหลายประการ โดยช่วยเพิ่มความแข็ง ความเค้นแรงดึง ความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะลดคุณสมบัติความเหนียว และการยืดตัวของเหล็ก นอกจากนี้คาร์บอนจะรวมตัวกับธาตุผสมตัวอื่น เช่น โครเมียม โมลิบดินั่ม ทังสเตน และฟอร์มตัวเป็นคาร์ไบด์ด้วย ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติในการใช้งานต่างๆ ให้ดียิ่งขึ้น เช่น ความสามารถในการชุบแข็ง ความทนต่อการเสียดสี การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง เป็นต้น
.
ซิลิกอน (Si) โดยปกติจะพบในเหล็กกล้าเครื่องมือปริมาณ 0.2-0.3% เพราะในการหลอมเหล็กกล้าจะใช้ซิลิกอนเพื่อไล่แก๊สออกซิเจน สำหรับซิลิกอนที่เป็นธาตุผสมจะมีบทบาทช่วยให้คาร์บอนรวมตัวเป็นกราไฟต์ ดังนั้นในเหล็กกล้าเครื่องมือบางประเภทที่มีปริมาณคาร์บอนสูงและผสมซิลิกอนประมาณ 1% จะมีโครงสร้างหลังการชุบแข็งที่ประกอบด้วยกราไฟต์กระจัดกระจาย ซึ่งช่วยให้เกิดความลื่นเมื่อใช้ทำแม่พิมพ์ ลดปัญหาการติดของโลหะในขณะทำการขึ้นรูป ธาตุนี้จะไม่ใช้ตามลำพัง แต่จะผสมร่วมกับโมลิบดินั่ม หรือวานาเดียม โดยให้ผลดีทั้งด้านการลดการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูง ช่วยให้ชุบแข็งง่ายขึ้น และช่วยให้คงความแข็งไว้ได้ดีในขณะอบคืนตัว (tempering)
แมงกานีส (Mn) เป็นธาตุที่มีอยู่ทั่วไปในเหล็กกล้า เนื่องจากในกระบวนการผลิตเหล็กกล้าจะใส่แมงกานีสเป็นตัวกำจัดแก๊ส และรวมตัวกับกำมะถัน (S) การจัดว่า แมงกานีสเป็นธาตุผสมในเหล็กกล้าก็ต่อเมื่อมีปริมาณสูงกว่า 0.6% ขึ้นไป แมงกานีสมีบทบาทในการเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าเครื่องมือ สำหรับเหล็กที่ผสมแมงกานีสเพียงลำพังจะมีข้อเสียคือ จะเปราะหลังจากอบคืนตัวในช่วงอุณหภูมิ 400-600 °C จึงมักผสมแมงกานีสจะผสมร่วมกับโครเมียม (Cr) และโมลิบดินั่ม (Mo) ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งได้มากขึ้น กว่าการผสมแมงกานีสเพียงธาตุเดียว
.
โครเมียม (Cr) เป็นธาตุผสมที่ใส่ลงไปเพื่อคุณสมบัติหลายประการ เช่น เพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง เพิ่มคุณสมบัติทนต่อการเสียดสี เพิ่มความเหนียว เป็นต้น โครเมียมสามารถรวมตัวกับคาร์บอนให้คาร์ไบด์ได้หลายรูปแบบ ซึ่งหากมีการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและคาร์ไบด์เหล่านี้ละลายหมด เกรนจะขยายตัวมาก ดังนั้นการใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผสมโครเมียมตามลำพัง ต้องเลี่ยงการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและทิ้งแช่ไว้ระยะเวลานาน หรืออาจแก้ไขได้โดยผสมวานาเดียมเพื่อชะลอการขยายตัวของเกรน
โมลิบดินั่ม (Mo) ส่วนใหญ่เหล็กกล้าเครื่องมือทำงานร้อน และเหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงจะผสมโมลิบดินั่มเพื่อผลในการชุบแข็ง นอกจากนี้ยังทำให้สามารถคงความแข็งของมาร์เทนไซต์ได้จนถึงอุณหภูมิ 500 °C แต่ข้อเสียของโมลิบดินั่ม คือ เหล็กจะเป็นออกไซด์มากที่อุณหภูมิ 1000-1100 °C และมีแนวโน้มทำให้สูญเสียคาร์บอนที่ผิวได้ง่าย จึงมักเติมซิลิกอนเพื่อปรับปรุงข้อบกพร่องนี้
.
ทังสเตน (W) ที่ผสมลงไปในเหล็กกล้าเครื่องมือทำให้เกิดคาร์ไบด์ที่มีเสถียรภาพสูง สลายตัวได้ช้าที่อุณหภูมิสูง จึงมีบทบาทต้านทานต่อการสึกหรอสำหรับการใช้งานที่ต้องการคุณสมบัติทนต่อการเสียดสี และทนความร้อน โดยเฉพาะหากผสมทังสเตนสูงถึง 18% จะช่วยคงความแข็งไว้ที่อุณหภูมิสูง และรักษาคมตัดได้ดี
โคบอลท์ (Co) เป็นธาตุเดียวที่ลดความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะมีบทบาทอย่างมากที่จะช่วยให้เหล็กมีความคม ตัดโลหะได้ดี (High cutting ability) และสามารถรักษาความแข็งได้จนถึงอุณหภูมิสูง จึงพบว่า เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง (high speed tool steel) จะผสมโคบอลท์อยู่ด้วย
วานาเดียม (V) มีผลอย่างมากที่ทำให้ได้คาร์ไบด์ที่แข็ง เสถียร ขนาดละเอียด และกระจัดกระจาย ซึ่งมีผลทำให้ได้โครงสร้างที่มีเกรนละเอียด สามารถเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวให้กับชิ้นงานได้
การแบ่งกลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือ เหล็กกล้าเครื่องมือเป็นเหล็กที่มีความหลากหลายในการใช้งาน การเลือกใช้ไม่จำกัดที่จะต้องเลือกเกรดใดเกรดหนึ่ง สามารถใช้งานแทนกันได้ อย่างไรก็ตาม หากแบ่งเหล็กกล้าเครื่องมือ
ตามลักษณะการใช้งานจะสามารถแบ่งได้ 6 ประเภทดังนี้
1. เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ เป็นเหล็กกล้าคาร์บอน (plain carbon) ที่ผสมคาร์บอน ตั้ง แต่ 0.60-1.40% ดังนั้นคุณสมบัติด้านการชุบแข็ง หรือความลึกของผิวชุบแข็งจึงต่ำ และจำเป็นต้องชุบแข็งด้วยน้ำ ในบางเกรดอาจมีการผสมโครเมียมหรือวานาเดียมลงไปเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง และทนต่อการเสียดสี
.
เหล็กกล้ากลุ่มนี้จะมีราคาถูกกว่ากลุ่มอื่น และมีจุดเด่น คือ สามารถกลึงไสเพื่อตก แต่งชิ้นงานได้ง่าย สูญเสียคาร์บอนที่ผิวยาก จุดด้อยของเหล็กกลุ่มนี้ คือ การชุบแข็งด้วยน้ำอาจมีผลทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยวได้ง่าย และไม่สามารถทนต่อความร้อนได้ จึงไม่สามารถใช้สำหรับงานตัดที่รุนแรงหรือใช้งานซ้ำๆ กันจนเกิดความร้อนได้ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่นิยมใช้งานกัน อาจมีการใช้งานบ้างสำหรับทำเครื่องมือตัดที่ใช้ความเร็วต่ำและตัดด้วยแรงเบาๆ เช่น ไม้ อะลูมิเนียม แม่พิมพ์สำหรับทุบหัวขึ้นรูปเย็น (cold heading) เป็นต้น ตัวอย่างการใช้งานของเหล็กกลุ่มนี้ เช่น W1 W2 และ W5
.
2. เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น (Cold work tool steels) เป็นกลุ่มที่ใช้ผลิตเครื่องมือสำหรับนำไปใช้ในงานแปรรูปโลหะที่ไม่ได้ให้ความร้อนก่อนการแปรรูป เช่น แม่พิมพ์ตัดแผ่นโลหะเย็น ใบมีดตัดกระดาษ เฟืองกัดไม้ คัดเตอร์ เป็นต้น คุณสมบัติสำคัญที่ต้องการสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้ คือ ความสามารถในการกลึงไสดี เปลี่ยนแปลงขนาดน้อยหลังการชุบแข็ง (เนื่องจากการชุบแข็งจะทำโดยการชุบ้ำมันหรือให้เย็นตัวในอากาศ) ต้านทานการสึกหรอสูง และมีความเหนียวทนแรงอัดกระแทกได้ดี เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น ได้เแก่
.
3. เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยน้ำมัน เป็นกลุ่มที่มีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอสูง และมีความแข็งสูง ซึ่งเป็นผลมาจากมีปริมาณคาร์บอนสูง และคาร์ไบด์ขนาดเล็กที่มีอยู่อย่างกระจัดกระจาย ธาตุผสมเพียงเล็กน้อยของโครเมียม โมลิบดินั่ม และทังสเตน ทำให้สามารถชุบแข็งได้ด้วยน้ำมัน ซึ่งมีข้อดีกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ เนื่องจากการชุบแข็งด้วยน้ำมันจะทำให้ชิ้นงานบิดตัว และมีโอกาสแตกน้อยกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำอย่างมาก ตัวอย่างการใช้งานเหล็กกล้ากลุ่มนี้ ได้แก่ เครื่องทำเกลียว (taps) เครื่องคว้าน (reamers) ใบตัด (circular cutters) เครื่องคว้านรู (broaches) สว่าน (drills) แม่พิมพ์เจาะรู (blanking dies) หัวกด (punches) แม่พิมพ์ขึ้นรูป (forming dies) แม่พิมพ์สำหรับงานตัดขอบเย็น (cold-trimming dies) ใบมีดตัดขนาดเล็ก (small shear blades) แม่พิมพ์งานลากขึ้นรูป (drawing dies) รวมถึงแม่พิมพ์สำหรับพลาสติกหรือยาง เป็นต้น
.
โดยทั่วไปเกรดที่มีการใช้งานกันมาก ได้แก่ O1 เนื่องจากมีความสามารถในการชุบแข็งสูง และเกรนขยายตัวช้าที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังมีความเหนียวเหนือกว่าเกรดอื่นๆ เล็กน้อย สำหรับเกรด O6 จะมีคุณสมบัติกลึงไสที่ดีในสภาพการอบอ่อน เนื่องจากมีการฟอร์มตัวของเกล็ดกราไฟต์ แต่คุณสมบัติการรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงยังต่ำพอๆ กับเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ สำหรับการใช้ในงานที่ต้องการอายุการใช้งานที่นานขึ้นอาจใช้เกรด O7 ซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอสูงที่สุด
.
4. เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยลม เป็นกลุ่มที่มีธาตุผสมมากกว่าเหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยน้ำมัน โดยมีปริมาณคาร์บอนสูงและธาตุผสมสูงปานกลาง ซึ่งจากปริมาณธาตุผสมที่สูงทำให้เหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้มีความสามารถในการชุบแข็งสูง ซึ่งเพียงพอที่จะชุบแข็งให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ด้วยลม การเย็นตัวในอัตราที่ต่ำจะทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยวน้อย ลดโอกาสที่ชิ้นงานจะแตกได้ และมีคุณสมบัติการไม่เปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดได้เยี่ยมมากในระหว่างการอบชุบความร้อน นอกจากนี้ปริมาณคาร์ไบด์จำนวนมากทำให้มีคุณสมบัติทนต่อการเสียดสีที่ดี อย่างไรก็ตาม แม้ว่า จะมีธาตุผสมที่สูง แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เหล็กกล้ากลุ่มนี้มีคุณสมบัติความสามารถรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงได้สูงพอที่จะใช้กับงานร้อน หรืองานตัดความเร็วสูง ดังนั้นส่วนใหญ่เหล็กกลุ่มนี้จึงเหมาะกับงานเย็นเท่านั้น
การใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้สามารถใช้งานได้ประเภทเดียวกับกลุ่มที่ชุบด้วยน้ำมัน แต่คุณสมบัติที่เหนือกว่า คือ ความสามารถในการชุบแข็ง ซึ่งจะมีข้อได้เปรียบด้านการบิดเบี้ยวของชิ้นงานที่น้อยกว่า และเพิ่มความปลอดภัยในระหว่างการชุบแข็ง เกรดที่นิยมใช้งานกันมาก ได้แก่ A2 สำหรับเกรดอื่นที่มีการใช้งานอยู่บ้าง ได้แก่ A6 A8 และ A10 (มีกราไฟต์อิสระในโครงสร้าง เพื่อเพิ่มความสามารถในการกลึงไส)
.
5. เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทคาร์บอนสูงและโครเมียมสูง เป็นกลุ่มที่มีการใช้งานกันมากที่สุดในกลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือเย็น ธาตุผสมหลัก คือ คาร์บอน โครเมียม และโมลิบดินั่ม โดยมีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอ และการเสียดสีที่ดีเยี่ยม ทำให้สามารถรักษาคมตัดไว้ได้นาน ซึ่งเป็นผลมาจากการมีปริมาณคาร์ไบด์ในระดับสูง และโครงสร้างเทมเปอร์มาร์เทนไซต์ภายหลังการชุบแข็งและอบคืนตัว (tempering) อย่างไรก็ตามข้อจำกัดประการสำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้ คือ ความสามารถในการกลึงไสที่ต่ำมาก และมีความเหนียวที่ลดต่ำลงเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นในกลุ่มอื่น
.
การใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้สามารถใช้กับงานเย็นได้ทุกประเภท เช่น แม่พิมพ์เจาะรู (blanking dies) ใบมีดตัด (slitting cutters) แม่พิมพ์ขึ้นรูป (forming dies) แม่พิมพ์ลากขึ้นรูปลึก (deep-drawing dies) แม่พิมพ์ดึงลวด (wire-drawing dies) แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปเย็น (cold-extrusion dies) ลูกรีดสำหรับดัดโค้งและขึ้นรูป (bending and forming rolls) ใบมีด (shear blades) ชิ้นส่วนต่างๆ ที่ทนต่อการสึกหรอ เป็นต้น โดยส่วนใหญ่นิยมใช้งานสำหรับงานแม่พิมพ์ และหัวกดของงานขึ้นรูปเย็น งานเจาะรู (blanking) เหล็กเกรด D2 จะหาซื้อได้ง่ายและมีการใช้งานมาก สำหรับการใช้งานที่ต้องการอายุยาวนานขึ้นอาจเลือกใช้กลุ่มที่มีคาร์บอนสูงกว่า ได้แก่ D3 D4 และ D7 ซึ่งจะมีความต้านทานต่อการสึกหรอสูงกว่า D2 แต่จะมีข้อจำกัด คือ การกลึงไสทำได้ยากขึ้น
.
การปรับปรุงโลหะเชื่อมด้วยความร้อนหลังการเชื่อมเป็นวิธีการที่นิยมใช้แพร่หลายในการปรับปรุงชิ้นส่วนที่ผ่านการซ่อมแซมด้วยการเชื่อม และเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคและสมบัติของโลหะเชื่อมได้ดี ด้วยเหตุนี้ในงานวิจัยจึงมีจุดประสงค์ในการศึกษาการปรับปรุงสมบัติด้วยความร้อนโลหะเชื่อมอาร์กลวดไส้ฟลักส์พอกแข็งบนพื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอน JIS-S50Cวัสดุที่ใช้ในการทดลองคือ เหล็กกล้าคาร์บอน JIS-S50C (กว้าง 100 mm ยาว 150 mm และหนา 20 mm) ชั้นพอกแข็ง 3 ชั้นถูกทำการเชื่อมพอกด้วยการเชื่อมอาร์กลวดไส้ฟลักซ์ด้วยตัวแปรการเชื่อมที่กำหนด ชิ้นทดสอบที่ผ่านการเชื่อมพอกแข็งถูกนำไปปรับปรุงด้วยความร้อนด้วยวิธีการอบคืนไฟ การอบอ่อน และการชุบแข็ง ชิ้นทดสอบที่ผ่านการปรับปรุงสมบัติด้วยความร้อนถูกเตรียมเพื่อการตรวจสอบสมบัติทางกลและโครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อมพอกแข็ง ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้
อุณหภูมิและรอบการให้ความร้อนของการอบอ่อนและการชุบแข็งส่งผลทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของชิ้นงานและการเกิดการแตกร้าวที่พื้นที่กระทบร้อนของชิ้นทดสอบ การชุบแข็ง 3 รอบทำให้เกิดการบิดเบี้ยวและการแตกร้าวขนาดใหญ่ที่สุดในการทดลองนี้โครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อมพอกแข็งแสดงเฟสเสริมแรงที่มีขนาดใหญ่กว่าชิ้นงานที่ไม่ผ่านการชุบแข็ง นอกจากนั้นเฟสเสริมแรงที่เกิดมีลักษณะการต่อกันเป็นพื้นที่โครงข่ายขนาดใหญ่และส่งผลทำให้ความแข็งลดลง การปรับปรุงสมบัติด้วยความร้อนไม่แนะนำให้ใช้ในการปรับปรุงสมบัติด้วยความร้อนโลหะเชื่อมอาร์กลวดไส้ฟลักซ์พอกแข็ง
