HSS คืออะไร? ตารางคุณสมบัติวัสดุของ HSS

Hardened Steel หมายถึงเหล็กคาร์บอนปานกลางหรือคาร์บอนสูงที่ผ่านกระบวนการอบร้อน (Heat Treatment) ตามด้วยการชุบแข็ง (Quenching) และการอบคืนตัว (Tempering) การชุบแข็งช่วยให้เกิดโครงสร้าง มาร์เทนไซต์ (Martensite) ที่มีความไม่เสถียรในทางอุณหภูมิ และปริมาณของมาร์เทนไซต์จะถูกปรับลดให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมในขั้นตอนการอบคืนตัว

เหล็กในสภาพที่ผ่านการอบแข็งและอบคืนตัวนี้เป็นสภาพที่พบบ่อยในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เช่น เครื่องมือและชิ้นส่วนเครื่องจักร เนื่องจากต้องการความแข็งแรงและความทนทาน ในทางตรงกันข้าม เหล็กที่มีองค์ประกอบเดียวกันแต่ผ่านการอบอ่อน (Annealing) จะมีความนิ่มกว่า เพื่อให้ง่ายต่อการขึ้นรูปและการตัดเฉือน

การทำให้เหล็กแข็งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและองค์ประกอบของเหล็ก โดยเหล็กจะต้องถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก และความแข็งของเหล็กที่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนในโลหะ เหล็กที่มีคาร์บอนสูงเท่านั้นที่สามารถผ่านการอบแข็งและอบคืนตัวได้ หากเหล็กไม่มีปริมาณคาร์บอนเพียงพอ โครงสร้างผลึกจะไม่สามารถถูกทำลายได้ ส่งผลให้ลักษณะทางกายภาพของเหล็กไม่เปลี่ยนแปลง

คำว่า "Hardening" มักเกี่ยวข้องกับเหล็กที่ผ่านการอบคืนตัว กระบวนการทั้งสองนี้มักใช้ร่วมกันเมื่อทำให้เหล็กแข็ง โดยเริ่มต้นจากการอบแข็งเพื่อให้เหล็กมีความแข็งแรงและทนทานต่อการสึกหรอ แต่กระบวนการนี้มักทำให้เหล็กเปราะและมีโอกาสแตกหักง่ายเมื่อใช้งาน การอบคืนตัวช่วยลดความแข็งของเหล็กลงเล็กน้อย แต่ช่วยปรับปรุงคุณภาพโดยรวมให้เหล็กมีความเหนียวและลดความเปราะมากขึ้น.

กระบวนการอบแข็งและอบคืนตัวสามารถแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอนหลัก ดังนี้:

การให้ความร้อน
เหล็กคาร์บอนจะถูกให้ความร้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิวิกฤตของโลหะผสม
1.การชุบแข็ง (Quenching)
เมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนดแล้ว เหล็กจะถูกชุบลงในน้ำหรือน้ำมัน (บางครั้งอาจใช้น้ำเกลือหรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เฉพาะ) หลังจากการชุบ เหล็กจะมีความแข็งสูงสุดของโลหะผสมนั้น แต่ก็จะมีความเปราะสูงเช่นกัน
2.การอบคืนตัว (Tempering)
ในขั้นตอนนี้ เหล็กจะถูกให้ความร้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนกระทั่งสีของเหล็กในกระบวนการคืนตัวปรากฏขึ้น (Temper Colours) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต สีที่ปรากฏในกระบวนการคืนตัวนี้แสดงถึงสมดุลระหว่างความแข็งและความเหนียวที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถปรับระดับการคืนตัวให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลายได้
3.การชุบซ้ำ (Re-quenching)
หลังจากได้ระดับการคืนตัวที่ต้องการแล้ว เหล็กจะถูกชุบอีกครั้งเพื่อ "ล็อก" คุณสมบัติของเหล็กให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม
4.การปรับแต่งคุณสมบัติ
ช่างโลหะหรือผู้เชี่ยวชาญสามารถปรับแต่งคุณสมบัติของเครื่องมือหรือชิ้นงานเหล็กให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะได้อย่างแม่นยำ โดยการสังเกตเฉดสีที่ปรากฏระหว่างกระบวนการคืนตัว การสังเกตสีในขั้นตอนนี้ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญปรับสมดุลความแข็งและความเหนียวของเหล็กให้เหมาะสมกับการใช้งาน.

แม้ว่าโดยทั่วไปจะไม่สามารถระบุได้ด้วยการมองว่าเหล็กผ่านกระบวนการอบแข็งและอบคืนตัวหรือไม่ แต่มีวิธีทดสอบที่เชื่อถือได้และเรียบง่าย สำหรับการตรวจสอบเหล็ก ให้ใช้ตะไบมือและลองตะไบบริเวณขอบของชิ้นเหล็ก หากเหล็กยังไม่ได้ผ่านกระบวนการอบแข็งและอบคืนตัว ตะไบจะสามารถ "กัด" เข้าไปในชิ้นงานได้ง่าย แต่ถ้าเหล็กผ่านการอบแข็งแล้ว ตะไบจะไม่สามารถตัดเข้าไปในชิ้นงานได้ และจะหลุดออกโดยไม่มีผลกระทบที่มองเห็นได้

การทดสอบความแข็งแบบ Vickers สำหรับเหล็กอบผิวแข็ง
ชิ้นงานที่อบผิวแข็ง (Case Hardened) ซึ่งเริ่มต้นจากเหล็กคาร์บอนต่ำ (มีปริมาณคาร์บอน 0.5-1.5%) ก็สามารถจัดอยู่ในประเภทเหล็กอบแข็งได้เช่นกัน การทดสอบความแข็งแบบ Vickers เป็นหนึ่งในวิธีที่ใช้ในการตรวจสอบความแข็งของเหล็กอบผิวแข็ง.

วิธีอ่านกราฟ
ความหมายของสัญลักษณ์：
OK：แนะนำให้ใช้งาน
△：ควรทดสอบก่อนใช้งานจริง
X：ไม่แนะนำให้ใช้งาน
N/A：ไม่สามารถใช้งานได้
กราฟนี้แสดงผลเฉพาะสารเคมีชนิดเดียวต่อวัสดุ หากลูกค้าใช้งานสารเคมีมากกว่าหนึ่งชนิดพร้อมกัน โปรดเลือกวัสดุตามประสบการณ์การใช้งาน
กราฟนี้ใช้เพื่อการอ้างอิงเท่านั้นและอาจไม่เหมาะกับสภาพแวดล้อมการทำงานทุกประเภท กรุณาออกแบบอุปกรณ์ตามประสบการณ์การใช้งานจริง