กระบวนการอบชุบโลหะสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ การอบชุบโดยรวม การอบชุบผิวหน้า และการอบชุบทางเคมี ขึ้นอยู่กับตัวกลางในการให้ความร้อน อุณหภูมิในการให้ความร้อน และวิธีการระบายความร้อน แต่ละประเภทสามารถแบ่งย่อยออกเป็นกระบวนการอบชุบที่แตกต่างกันได้หลายแบบ การใช้กระบวนการอบชุบที่แตกต่างกัน จะทำให้โลหะชนิดเดียวกันมีโครงสร้างและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เหล็กเป็นโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรม และโครงสร้างจุลภาคของเหล็กก็มีความซับซ้อนมากที่สุด ดังนั้นจึงมีกระบวนการอบชุบเหล็กหลายประเภท
การอบชุบความร้อนโดยรวมเป็นกระบวนการอบชุบโลหะที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นงานทั้งหมด แล้วจึงทำให้เย็นลงในอัตราที่เหมาะสมเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลโดยรวมของชิ้นงาน การอบชุบความร้อนโดยรวมของเหล็กโดยทั่วไปประกอบด้วยกระบวนการพื้นฐานสี่ขั้นตอน ได้แก่ การอบอ่อน การทำให้เป็นปกติ การชุบแข็ง และการอบคืนตัว
1.การอบอ่อน
การอบอ่อนคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยใช้เวลาในการคงอุณหภูมิที่แตกต่างกันไปตามวัสดุและขนาดของชิ้นงาน แล้วค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง จุดประสงค์คือเพื่อให้โครงสร้างภายในของโลหะเข้าสู่หรือเข้าใกล้สภาวะสมดุล หรือเพื่อคลายความเครียดภายในที่เกิดขึ้นในกระบวนการก่อนหน้านี้ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการทำงานและอายุการใช้งานที่ดี หรือเพื่อเตรียมโครงสร้างสำหรับการชุบแข็งต่อไป
2. การทำให้เป็นมาตรฐาน
การทำให้เป็นปกติ (Normalizing หรือ normalizing) คือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม แล้วจึงปล่อยให้เย็นลงในอากาศ ผลของการทำให้เป็นปกติจะคล้ายกับการอบอ่อน (annealing) ยกเว้นว่าโครงสร้างที่ได้จะละเอียดกว่า มักใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของวัสดุ และบางครั้งก็ใช้เพื่อตอบสนองความต้องการบางอย่าง ไม่ใช่การอบชุบความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง
3. การชุบแข็ง
การชุบแข็งคือการให้ความร้อนและรักษาอุณหภูมิของชิ้นงานไว้ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในตัวกลางชุบแข็ง เช่น น้ำ น้ำมัน หรือสารละลายเกลืออนินทรีย์อื่นๆ หรือสารละลายอินทรีย์ในน้ำ
4. การอบชุบ
หลังจากชุบแข็งแล้ว เหล็กจะแข็งขึ้นแต่ในขณะเดียวกันก็เปราะ เพื่อลดความเปราะของชิ้นส่วนเหล็ก ชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านการชุบแข็งแล้วจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิที่เหมาะสมสูงกว่าอุณหภูมิห้องและต่ำกว่า 650°C เป็นเวลานาน แล้วจึงทำให้เย็นลง กระบวนการนี้เรียกว่าการอบคืนตัว การอบอ่อน การทำให้เป็นปกติ การชุบแข็ง และการอบคืนตัว เป็น "สี่ขั้นตอนหลัก" ในการอบชุบความร้อนโดยรวม ในบรรดาขั้นตอนเหล่านี้ การชุบแข็งและการอบคืนตัวมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดและมักใช้ร่วมกันและเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
“สี่เตาหลอม” ได้พัฒนาวิธีการอบชุบความร้อนที่แตกต่างกัน โดยใช้ความร้อนและวิธีการระบายความร้อนที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ต้องการ กระบวนการที่รวมการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงเข้าด้วยกันเรียกว่า การชุบแข็งและการอบคืนตัว หลังจากที่โลหะผสมบางชนิดถูกชุบแข็งจนเกิดเป็นสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดแล้ว จะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าเล็กน้อยเป็นเวลานานขึ้น เพื่อปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแรง หรือคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะผสม กระบวนการอบชุบความร้อนนี้เรียกว่า การอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง (Aging treatment)
วิธีการผสมผสานการขึ้นรูปด้วยแรงดันและการอบชุบความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและใกล้ชิดเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีของชิ้นงานเรียกว่าการอบชุบความร้อนแบบขึ้นรูป ส่วนการอบชุบความร้อนที่ทำในบรรยากาศความดันลบหรือสุญญากาศเรียกว่าการอบชุบความร้อนแบบสุญญากาศ ซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเกิดการออกซิเดชันหรือการสูญเสียคาร์บอน แต่ยังช่วยรักษาพื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการอบชุบให้เรียบและสะอาด ปรับปรุงประสิทธิภาพของชิ้นงานได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถอบชุบความร้อนด้วยสารเคมีโดยใช้สารแทรกซึมได้อีกด้วย
ในปัจจุบัน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเลเซอร์และพลาสมา เทคโนโลยีทั้งสองนี้ถูกนำมาใช้ในการเคลือบผิวชิ้นงานเหล็กทั่วไปด้วยวัสดุที่ทนต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน หรือความร้อน เพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติพื้นผิวของชิ้นงานเดิม เทคนิคใหม่นี้เรียกว่า การปรับปรุงพื้นผิว (surface modification)
วันที่เผยแพร่: 31 มีนาคม 2024
