ความเหนียวและความแข็งของวัสดุมีความสำคัญอย่างไร? เหมาะกับการใช้งานประเภทไหน?

ความเหนียว (Toughness) คืออะไร และมีความสำคัญอย่างไรต่อวัสดุ?

ความเหนียว (Toughness) คือการผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและความเหนียวของวัสดุ ซึ่งเป็นคุณสมบัติของวัสดุในการดูดซับพลังงานไว้ได้โดยไม่เกิดการแตกหัก วัสดุที่มีความเหนียวมากจะสามารถดูดซับและทนทานต่อแรงกระทำได้มาก โดยความเหนียวจะมีความสามารถในการรับน้ำหนักมากระทำต่อ 1 หน่วยพื้นที่หน้าตัดของวัสดุที่ทำให้วัสดุขาดได้พอดี ยิ่งวัสดุมีความเหนียวมากก็จะยิ่งรับน้ำหนักได้มาก ด้วยเหตุนี้วัสดุที่มีค่าความเหนียวสูงจึงเหมาะกับใช้งานในประเภทเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ชิ้นส่วนที่ต้องรองรับแรงกดและแรงกระแทกปริมาณมากตลอดเวลา เพื่อลดการแตกหักของชิ้นส่วนนั่นเอง

ความแข็ง (Hardness) คืออะไร และมีความสำคัญอย่างไรต่อวัสดุ?

ความแข็ง (Hardness) คือความต้านทานในการเสียรูปถาวรของวัสดุ ความต้านทานต่อการขีดข่วน การตัด การเสียดสีหรือการขัดถูที่เกิดขึ้นได้ ซึ่งวัสดุที่มีค่าความแข็งมากจะมีค่าความแข็งแกร่งมากขึ้นเช่นเดียวกัน วัสดุที่มีค่าความแข็งมากจึงเหมาะกับการใช้งานในงานเครื่องจักรประเภทเครื่องตัด หรือชิ้นส่วนวัสดุที่ไม่ต้องการให้เกิดการเสียรูปทรง เช่น ชิ้นส่วนอะไหล่วัสดุเครื่องจักร อย่างสกรู นอต ฟันเฟือง หรือแม้กระทั่งตะปูที่ใช้ในการก่อสร้าง เป็นต้น

การอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊ส เทคนิคการเสริมคุณสมบัติความเหนียวและความแข็งของวัสดุ

ในกรณีที่ความแข็งในวัสดุมีน้อยและต้องการเสริมความแข็งให้กับวัสดุโดยที่ค่าความเหนียวของวัสดุไม่ลดลง เสริมวัสดุให้มีความสมดุลและแข็งแรงมากขึ้น สามารถทำได้โดยการเติมส่วนผสมของธาตุลงไปในโลหะหลอมขณะอยู่ในขั้นตอนการหลอมโลหะ รวมถึงสามารถทำการอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊สคาร์บูไรซิ่ง และแก๊สคาร์โบไนไตรดิง เพื่อปรับปรุงความแข็ง เสริมความต้านทานการสึกหรอ ต้านทานความล้า และปรับปรุงคุณสมบัติความต้านทานแรงดึงของวัสดุได้

• การอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊สคาร์บูไรซิ่ง
  กระบวนการที่เสริมสร้างคุณสมบัติความแข็งแรงบนพื้นผิวของวัสดุ แต่ยังคงรักษาความเหนียวของวัสดุไว้ได้อย่างดี โดยวิธีการการอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊สคาร์บูไรซิ่งนั้นจะต้องทำให้เหล็กมีอุณหภูมิความร้อนที่ 850 ถึง 940 องศาเซลเซียส และเติมอะตอมคาร์บอนเข้าไปที่ผิวของวัสดุให้มีปริมาณมากพอ จากนั้นก็จะทำให้พื้นผิวเกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว เพื่อทำให้พื้นผิวมีความแข็งขึ้น วิธีการอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊สคาร์บูไรซิ่งจะสามารถทำได้กับวัสดุบางประเภทเท่านั้น และไม่สามารถอบชุบกับเหล็กคาร์บอนต่ำอย่าง เหล็ก SPCC ได้
  
  
• การอบชุบทางความร้อนด้วยแก๊สคาร์โบไนไตรดิง
  กรรมวิธีการอบชุบที่มีความคล้ายกับกระบวนการอบชุบทางความร้อนของคาร์บูไรซิ่ง โดยแทนที่วัสดุจะทำการซึมซับอะตอมคาร์บอนเข้าไปในพื้นผิวของวัสดุเพียงอย่างเดียว แต่การอบชุบวิธีนี้จะซึมซับไนโตรเจนเข้าไปร่วมด้วยพร้อมกัน อีกทั้งอุณหภูมิความร้อนที่ใช้ในการอบชุบก็จะต่ำกว่าการอบชุบด้วยแก๊สคาร์บูไรซิ่ง ซึ่งจะอยู่ที่ประมาณ 800 ถึง 880 องศาเซลเซียส และทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้พื้นผิวที่มีความแข็ง อีกทั้งวิธีนี้ยังสามารถอบชุบเหล็กคาร์บอนต่ำอย่าง เหล็ก SPCC ได้อีกด้วย และเนื่องจากกระบวนการคาร์โบไนไตรดิงยังสามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าแก็สคาร์บูไรซิ่ง หลังจากผ่านกระบวนการแล้วจึงทำให้ชิ้นงานเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและเสียรูปน้อยลงด้วย

สรุป

ความเหนียวและความแข็งเป็นค่ามาตรฐานที่แสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงและความทนทานของวัสดุ โดยทั้งสองต่างก็มีความเหมาะสมต่อการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป วัสดุที่มีความเหนียวจะทนทานต่อแรงกดทับ แรงกระทำ และสามารถรองรับน้ำหนักได้ดี เหมาะสำหรับใช้งานกับเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่ต้องรองรับน้ำหนัก หรือแรงกดทับจากกระบวนการผลิต ในขณะที่วัสดุที่มีความแข็งสูงจะสามารถทนทานต่อการขีดข่วน เสียดสี และการตัดได้ดี จะเหมาะกับชิ้นส่วนอะไหล่ที่ต้องการรักษารูปทรงไว้ ฉะนั้นก่อนที่จะตัดสินใจซื้อเครื่องจักรหรือชิ้นส่วนอะไหล่อุปกรณ์ต่างๆ อย่าลืมให้ความสำคัญกับค่าความแข็งและความเหนียวของวัสดุกันด้วย เพื่อที่คุณจะได้เลือกวัสดุที่มีประสิทธิภาพ สามารถใช้งานได้อย่างยาวนาน และเหมาะสมกับวัตถุประสงค์ในการใช้งานของคุณได้มากที่สุด