กระบวนการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation of material)
กระบวนการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation of material)คืออะไร
กระบวนการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation of material) ก็คือขบวนการในการเปลี่ยนแปลง ขนาดลักษณะต่าง ๆ ภายใต้แรงที่มากระทำต่อวัสดุนั้น ๆอาทิเช่น
- ความเค้นแรงดึง (Tensile Stress)
- ความเค้นแรงกดหรือความเค้นแรงอัด (Compressive Stress)
- ความเค้นแรงดัด (Bending Stress)
- ความเค้นแรงเฉือน (Shear Stress)
- ความเค้นแรงบิด (Torsion Stress) เป็นต้น
ประเภทของการเปลี่ยนรูป
โดยทั่วไปจะแบ่งประเภทของการเปลี่ยนรูปของโลหะหรือของวัสดุออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้
1. การเปลี่ยนรูปแบบอีลาสติก (Elastic Deformation) เป็นขบวนการเปลี่ยนรูปหรือการแปรรูป แบบยืดหยุ่น คือวัสดุเมื่อมีแรงมากระทำในช่วง ๆ หนึ่งที่วัสดุนั้น ๆสามารถทนอยู่ได้ โดยเมื่อเราเอา แรงหรือปลดแรงนั้นออก วัสดุนั้น ๆก็จะสามารถกลับคืนรูปให้อยู่ในสภาพเดิมได้
2. การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (Plastic Deformation) เป็นขบวนการเปลี่ยนรูปหรือการแปรรูป แบบถาวรคือวัสดุเมื่อมีแรงมากระทำจนถึงจุดเกินพิกัดที่จะสามารถทนอยู่ในสภาพนั้น ๆ ได้อีกจนถึงขนาดเกิดการเปลี่ยนแปลง ขนาดและรูปร่างไปอย่างถาวร จนไม่อาจจะกลับคืนสู่สภาพเดิมๆ ได้
กลไกในขบวนการเปลี่ยนรูปส่วนใหญ่แล้วจะเป็นการเปลี่ยนรูปแบบถาวร (Permanent Deformation) ซึ่งมักจะเกิดจากการที่วัสดุได้รับแรงมากระทำจนเกิดการเปลี่ยนแปลงชนิดรุนแรงถึงแม้ว่าเราจะเอาแรงนั้นออกแล้วก็ตาม มันก็ไม่สามารถจะกลับคืนสู่ในสภาพเดิมได้
1. สลิป (Slip Deformation)คือ การเลื่อนตัวหรือการเลื่อนผ่านกันระหว่างผลึกในแนวของอะตอม (Atom) ในระนาบ (Planes) ของผลึกโดยเป็นการเคลื่อนย้ายชนิดแบบถาวร โดยที่ถึงแม้ว่าจะไม่มี ความเค้นใดๆ แต่ผลึกนั้นๆก็จะไม่สามารถเคลื่อนกลับมาให้อยู่ในสภาพดังเดิมได้อีกเลย
2. ทวินนิ่ง (Twinning Deformation)หมายถึงขบวนการในการเปลี่ยนรูป อันเนื่องมาจากระยะหรือ แนวของผลึกเกิดการถูกเฉือนให้แบ่งแยกออกเป็น 2 ส่วนที่มีลักษณะคล้ายกัน หรือเหมือนกันโดยที่ทิศทางในการหักเหจะเป็นไปทั้งระนาบเลยทีเดียว
3. ดิสโลเคชั่น (Dislocation)คือขบวนการที่เกิดการคลาดเคลื่อนของวัสดุเมื่อเกิดมีแรงหรือได้รับแรงมาจากภายนอกเข้ามากระทำจนกระทั่งอะตอมเกิดอาการเลื่อนตัวขึ้นนั่นเอง
การขึ้นรูปแบบร้อน
การขึ้นรูปแบบร้อน (Hot Working) หมายถึงขบวนการที่ทำให้โลหะหรือวัสดุได้รับแรงในทางกล (Mechanical Working) ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิในการเกิดผลึกใหม่ (Recrystallization) แต่จะต่ำหรือน้อยกว่าอุณหภูมิในการทำให้เกิดการหลอม (Melting Point) ของโลหะหรือวัสดุนั้น ๆ ดังตัวอย่างเช่น การตีเหล็ก (Forging) การรีดแบบร้อน (Hot Rolling) เป็นต้น
ขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน ประกอบไปด้วย
1. การตีขึ้นรูป (Forging)
2. การรีดร้อน (Hot Rolling)
3. การดึงและกดขึ้นรูป (Drawing & Cupping)
4. การเชื่อมต่อท่อ (Pipe Welding)
5. การแทงขึ้นรูป (Piercing)
6. การเคลื่อนไหลขึ้นรูป (Extruding)
7. การหมุนขึ้นรูป (Spinning)
ข้อดีของขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน
1. สารมลทิน (Impurity) จะแตกตัวกระจัดกระจาย
2. กำจัดรูพรุน (Porosity) ได้ดียิ่งขึ้น
3. ปรับปรุงคุณสมบัติทางกล อาทิเช่น Strength’ Formability’ Rigidity’ Toughness และ Durability
4. เกรนที่ยาว (Elongated Grain), เกรนที่หยาบ (Course Grain) จะมีความละเอียดของเกรนมากขึ้น
ข้อเสียของขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน
1. เกิดออกไซด์ที่บริเวณผิวชิ้นงาน
2. เกิดสะเก็ดกับผิวชิ้นงานจนทำให้ได้ผิวออกมาไม่สวย
3. ไม่สามารถควบคุมขนาดของชิ้นงานได้สาเหตุอันเนื่องมาจากการขยายตัวและการหดตัวของโลหะเมื่อได้รับความร้อน
การขึ้นรูปแบบเย็นการขึ้นรูปแบบเย็น (Cold Working) หมายถึงขบวนการรีดขึ้นรูปเพื่อให้วัสดุหรือโลหะเกิดการเปลี่ยน แปลง รูปร่างชนิดถาวรในที่ ๆอุณหภูมิต่ำ ๆ ทั้งนี้โดยไม่ทำให้เกิดผลึกใหม่ขึ้น ขบวนการขึ้นรูปแบบเย็นจะประกอบไปด้วย
1. การดัดงอ (Bending)
2. การรีดเย็น (Cold Rolling)
3. การอัดรีด (Extruding)
4. การบิดงอ (Squeezing)
5. การรีดขึ้นรูป (Shear Spinning)
6. การตัดยึด (Stretching)
7. การงอตรง (Straight Bending)
8. การตีขึ้นรูป (Shot Peening)
9. การขึ้นรูปพิมพ์ลึก (Deep Drawing)
10. การกระแทกขึ้นรูป (Forging)
11. การแทงขึ้นรูป (Hobbing)
ข้อดีของขบวนการขึ้นรูปแบบเย็น
1. ใช้อุณหภูมิน้อยในการขึ้นรูป (ประมาณ 20o - 25o C)
2. มีความสวยที่ผิว เรียบ สะอาด และเงางามของชิ้นงาน
3. ชิ้นงานที่ได้มีขนาดที่เที่ยงตรง และแน่นอนดีมาก
4. ได้ความแข็งแรง และแข็งมากขึ้นกว่าเดิม
ข้อเสียของขบวนการขึ้นรูปแบบเย็น
1. เกิดความเค้น (Stress) มาก
2. เกิดความเครียด (Strain) มาก
3. เกรนของโลหะเกิดการแตกหักได้ง่าย
4. ต้องลงทุนมากในการติดตั้งเครื่องจักรที่มีกำลังมาก ๆ และขนาดใหญ่ ๆ