Skip to content 
โลหะผสมเหล็ก
เหล็กกล้าแม่พิมพ์เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือชนิดหนึ่งที่ใช้ทำเครื่องมือขึ้นรูปต่างๆ รวมถึงเหล็กกล้าแม่พิมพ์ขึ้นรูปเย็น เหล็กกล้าแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อน และเหล็กกล้าแม่พิมพ์พลาสติก
เหล็กแม่พิมพ์สามารถนำมาทำเป็นแม่พิมพ์ได้โดยใช้ธาตุอะไร?
- โลหะผสมหลัก: คาร์บอน (C), ซิลิกอน (Si), แมงกานีส (Mn), ฟอสฟอรัส (P), กำมะถัน (S), นิกเกิล (Ni), โครเมียม (Cr), โมลิบดีนัม (Mo), อะลูมิเนียม (Mo), ทังสเตน (W), วาเนเดียม (V), โคบอลต์ (Co)
- ธาตุโลหะผสมปริมาณเล็กน้อยอื่น ๆ ได้แก่ ไทเทเนียม (Ti), ไนโอเบียม (Nb), ทองแดง (Cu), และอะลูมิเนียม (Al)
- ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ: ไนโตรเจน (N) และโบร์ (B)
ผลกระทบของธาตุโลหะผสมต่างๆ ต่อวัสดุแม่พิมพ์
1. คาร์บอน
เป็นธาตุโลหะผสมหลักที่ช่วยเพิ่มคุณสมบัติการชุบแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอ เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมอื่นแล้ว คาร์ไบด์จะเกิดขึ้นหลังจากผ่านสารละลายของแข็งออสเทไนต์ระหว่างการชุบแข็ง โลหะผสมที่มีปริมาณคาร์บอนสูงมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนในระหว่างการหล่อเหล็ก ส่งผลให้ได้คาร์ไบด์หยาบซึ่งส่งผลกระทบเชิงลบต่อความเหนียว ความเหนียว ความสามารถในการตัดเฉือน และความสามารถในการเชื่อม
2. ซิลิกอน (Si-Silicon)
ข้อดี: ความสามารถในการชุบแข็งที่เพิ่มขึ้น ทนทานต่อการสึกหรอ และเพิ่มขีดจำกัดความยืดหยุ่นให้ดียิ่งขึ้น
ข้อเสีย: ค่าการนำไฟฟ้าลดลง ความเหนียว ค่าการนำความร้อน ความสามารถในการขัดเงา
3. แมงกานีส (Mn-Manganese)
ข้อดี: ผลการกำจัดออกซิเดชันในกระบวนการถลุง ง่ายต่อการรวมกับกำมะถันเพื่อสร้างแมงกานีสซัลไฟด์ ปรับปรุงการตัดเฉือน ช่วยปรับปรุงจุดผลผลิตและความแข็งแรงแรงดึง
4. ฟอสฟอรัส
ข้อเสีย: กระบวนการทำให้แข็งตัวของแท่งเหล็กอาจทำให้เกิดการแยกตัวแบบหยาบและการแยกตัวในระดับที่สองได้ง่ายในระหว่างการอบอ่อนหลังจากการดัดงอ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุ มีความเปราะบางต่ออารมณ์เพิ่มขึ้น ความเหนียวต่ำ และอัตราการตีขึ้นรูปต่ำ
ผลที่ไม่เป็นลบ: ฟอสฟอรัส P ในสแตนเลสออสเทนนิติกสามารถเพิ่มความแข็งแรงของจุดยืดหยุ่นและมีส่วนทำให้เกิดผลการเสริมความแข็งแรงแบบแพร่กระจายในระหว่างกระบวนการชุบแข็งแบบตกตะกอนของโครเมียม (Cr) และนิกเกิล (Ni)
5. กำมะถัน (S-Sulphur)
ข้อเสีย: กำมะถันจะสร้างเหล็กซัลไฟด์ร่วมกับเหล็ก ซึ่งทำให้แยกตัวได้ง่ายในระหว่างขั้นตอนการทำให้แท่งทองแดงแข็งตัว ส่งผลร้ายแรงต่อเครือข่ายซัลไฟด์ที่ล้อมรอบขอบเกรนในระหว่างการตีขึ้นรูปด้วยความร้อน กำมะถันสามารถรวมตัวกับแมงกานีสได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างแมงกานีสซัลไฟด์ ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนที่ส่งผลกระทบต่อความบริสุทธิ์ ลดความเหนียวของวัสดุ มีการยึดเกาะในการเชื่อมที่ไม่ดี และยังมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวได้อีกด้วย การขัดเงาเป็นกระจกไม่ดี ความสม่ำเสมอของการกัดพื้นผิวไม่ดี และจุดคล้ายเส้นผมปรากฏบนพื้นผิวแม่พิมพ์ได้ง่าย การเคลือบผิว เช่น การชุบโครเมียมแข็ง (Chard chromiurmplated) และการชุบด้วยสารเคมี (Electroless Ni-plated) ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเคลือบ
6. โครเมียม (Cr-โครเมียม)
การเพิ่มพลังงานในการทำให้แข็ง (การระบายความร้อนด้วยน้ำมันหรือการระบายความร้อนด้วยอากาศ) อาจทำให้มีปริมาณมาร์เทนไซต์สูงเกินไปได้ ซึ่งส่งผลกระทบเชิงลบต่อความแข็งแรงต่อแรงกระแทก (ความเหนียว) มันสามารถสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ (M7C3) ร่วมกับคาร์บอนได้อย่างง่ายดาย ซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ เพิ่มความเหนียว และต้านทานการเปราะบางจากไฮโดรเจน มีค่าความต้านทานการสัมผัส (กลุ่มสแตนเลส) เมื่อมีโครเมียม (Gr.) มากกว่า 13% ปริมาณโครเมียมที่สูงเกินไปจะทำให้ความสามารถในการนำความร้อน การนำไฟฟ้า ความสามารถในการขัดเงา และผลกระทบจากการขูดขีดและการกัดด้วยสารเคมีลดลง
7. นิกเกิล
นิกเกิลไม่ก่อให้เกิดคาร์ไบด์กับคาร์บอนยูเทกติกและเป็นธาตุโลหะผสมเดี่ยว มีคุณสมบัติต้านทานการสัมผัสที่ดี ขัดง่าย ไม่เป็นรอยขีดข่วนและกัดกร่อนได้ง่าย มีความเหนียวที่ดีขึ้น ทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง และมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเกิน 600°C (มีความเหนียวดี) มีการตัดเฉือนที่ไม่ดี ติดกับเครื่องมือได้ง่าย ไม่สามารถถอดเศษออกได้ง่าย มีการขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ และมีค่าการนำความร้อนต่ำ
8. โมลิบดีนัม
โดยทั่วไปแล้วโมลิบดีนัมจะละลายในสารละลายของแข็งพร้อมกับโลหะผสมอื่นเพื่อสร้างโลหะผสมคาร์ไบด์ (M6C) ซึ่งเพิ่มความแข็งพื้นฐานและปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็ง ในเหล็กกล้าสำหรับงานแปรรูปร้อน มีคุณสมบัติต้านทานการอ่อนตัวจากการอบชุบ ทนทานต่อการกัดกร่อน ทนทานต่อความร้อนสูง การหลอมละลายและการกัดกร่อนเนื่องจากความร้อน ทนทานต่อความเปราะบางจากการอบชุบ และปรับปรุงจุดยืดหยุ่นและความแข็งแรงแรงดึง ปรับปรุงความสามารถในการตัดเฉือนและความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของเหล็กกล้าความเร็วสูง (M-35, M-42, M-45, M-50, M-52) 8.
9. วาเนเดียม
วาเนเดียมจะถูกเติมลงไประหว่างการกลั่นครั้งที่สองเพื่อยับยั้งการหยาบของเมล็ดพืชในระหว่างขั้นตอนการทำให้แท่งเหล็กแข็งตัว และเสริมความแข็งแรงให้กับการก่อตัวของคาร์ไบด์ ในการอบชุบด้วยความร้อนครั้งต่อไป เวลาในการทำให้เป็นออสเทนนิติกนั้นต้องเพียงพอที่จะเข้าร่วมในสารละลายของแข็ง เพื่อเพิ่มอัตราส่วนของสารละลายของแข็งของคาร์ไบด์ ป้องกันเมล็ดพืชที่หยาบ และบรรลุความสามารถในการชุบแข็งขั้นสูงสุด
ความแข็งของคาร์ไบด์ของวาเนเดียมคาร์ไบด์ (MC) อยู่ที่ HV 2600~3200 และมีความต้านทานการยึดเกาะและการสึกหรอจากการเสียดสีทั่วไปได้ดี ทนทานต่อการทำให้อ่อนตัวจากการอบชุบ และมีความแข็งแรงพลังงานสูงที่ดี และมีความเหนียวของคมตัดเครื่องมือที่ดี (ไม่ทำให้มุมแตกได้ง่าย)
10. ทังสเตน (W-ทังสเตน)
ทังสเตนยังเป็นองค์ประกอบหลักในการเสริมความแข็งแกร่งให้กับการก่อตัวของคาร์ไบด์ ความแข็งของคาร์ไบด์ (MC) สามารถเข้าถึง HV: 2250~3200 สามารถปรับปรุงพลังการชุบแข็ง ความแข็งเมื่อถูกความร้อนสูง ความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง และความต้านทานต่อการอ่อนตัวจากการอบชุบ โดยทั่วไปจะใช้เติมลงในเหล็กร้อนและเหล็กความเร็วสูง มีคุณสมบัติการเกิดฮิสเทรีซิสและแม่เหล็กอิ่มตัวที่แข็งแกร่ง และใช้ในการเพิ่มลงในวัสดุแม่เหล็ก
11. โคบอลต์
โคบอลต์ไม่ได้เข้าร่วมในคาร์บอนยูเทกติกและด้วยเหตุนี้จึงไม่ก่อให้เกิดคาร์ไบด์ ยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชที่อุณหภูมิสูง มีความสามารถในการรักษาความแข็งที่อุณหภูมิสูงได้ดี และมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการสึกหรอจากความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้ดี ปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและเพิ่มความแข็งฐานและความแข็งแรงในการคืบ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการอิ่มตัวและการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมและใช้ในวัสดุแม่เหล็กและโลหะผสมขั้นสูง
12. ไนโอเบียม (Nb-Niobium)
เสริมความสามารถในการขึ้นรูปคาร์ไบด์ เพิ่มความแข็งฐานและต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมี มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความแข็งแรงในการคืบ ปรับปรุงความเหนียวแตกหักและความต้านทานการสึกหรอ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการเติมไนโอเบียม (Nb) ในปริมาณเล็กน้อยลงในเหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้า
บทความที่เกี่ยวข้อง: แม่พิมพ์พลาสติกเหล็ก
