คุณสมบัติ ข้อดี และการใช้งานของเหล็กเหนียว

เหล็กเหนียวหรือที่เรียกอีกอย่างว่าเหล็กทรงกลมหรือเหล็กกลม เป็นกลุ่มของโลหะผสมเหล็กที่มีโครงสร้างจุลภาคเฉพาะตัวที่ทำให้มีความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความทนทาน และความยืดหยุ่นสูง เหล็กเหนียวประกอบด้วยคาร์บอนมากกว่า 3 เปอร์เซ็นต์ และสามารถดัด บิด หรือเปลี่ยนรูปได้โดยไม่แตกหัก เนื่องจากมีโครงสร้างเกล็ดกราไฟต์ เหล็กเหนียวมีคุณสมบัติทางกลคล้ายกับเหล็กและมีความแข็งแรงทนทานกว่าเหล็กหล่อมาตรฐานมาก

การหล่อเหล็กเหนียวทำได้โดยการเทเหล็กเหนียวที่หลอมละลายลงในแม่พิมพ์ จากนั้นเหล็กจะเย็นตัวและแข็งตัวจนได้รูปร่างตามต้องการ กระบวนการหล่อนี้ทำให้ได้วัตถุโลหะแข็งที่มีความทนทานเป็นเลิศ

อะไรที่ทำให้เหล็กเหนียวมีความพิเศษ?

เหล็กเหนียวถูกคิดค้นขึ้นในปี 1943 โดยเป็นการพัฒนาจากเหล็กหล่อแบบดั้งเดิมให้ทันสมัย ​​เหล็กเหนียวมีกราไฟต์ในรูปทรงกลม แตกต่างจากเหล็กหล่อที่กราไฟต์ปรากฏเป็นแผ่น ดังนั้นจึงเรียกว่า "กราไฟต์ทรงกลม" โครงสร้างนี้ทำให้เหล็กเหนียวทนต่อการดัดงอและแรงกระแทกได้โดยไม่แตกร้าว ทำให้มีความทนทานมากกว่าเหล็กหล่อแบบดั้งเดิมซึ่งเปราะและแตกร้าวได้ง่าย

เหล็กเหนียวทำมาจากเหล็กดิบเป็นหลัก ซึ่งเป็นเหล็กที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยมีปริมาณเหล็กมากกว่า 90% เหล็กดิบเป็นที่นิยมเนื่องจากมีธาตุตกค้างหรือธาตุที่เป็นอันตรายต่ำ มีเคมีที่สม่ำเสมอ และส่งเสริมให้มีสภาพตะกรันที่เหมาะสมในระหว่างการผลิต วัตถุดิบต้นทางนี้เป็นเหตุผลสำคัญที่โรงหล่อเหล็กเหนียวจึงนิยมใช้เหล็กดิบมากกว่าวัสดุอื่นๆ เช่น เศษโลหะ

คุณสมบัติของเหล็กเหนียว

เหล็กเหนียวเกรดต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างเมทริกซ์รอบๆ กราไฟต์ระหว่างการหล่อหรือผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเพิ่มเติม การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเล็กน้อยเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคเฉพาะ ซึ่งจะกำหนดคุณสมบัติของเหล็กเหนียวแต่ละเกรดในที่สุด

เหล็กเหนียวสามารถมองได้ว่าเป็นเหล็กที่มีกราไฟต์ทรงกลมฝังอยู่ ลักษณะของเมทริกซ์โลหะที่ล้อมรอบกราไฟต์ทรงกลมมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติของเหล็กเหนียว ในขณะที่กราไฟต์เองก็มีส่วนช่วยให้เหล็กเหนียวมีความยืดหยุ่น

มีเมทริกซ์ในเหล็กเหนียวอยู่หลายประเภท โดยประเภทที่พบมากที่สุดมีดังต่อไปนี้:

1. 1. เฟอร์ไรต์– เมทริกซ์เหล็กบริสุทธิ์ที่มีความเหนียวและยืดหยุ่นสูง แต่มีความแข็งแรงต่ำ เฟอร์ไรต์มีความต้านทานการสึกหรอต่ำ แต่ความต้านทานแรงกระแทกสูงและง่ายต่อการกลึงทำให้เป็นส่วนประกอบที่มีค่าในเกรดเหล็กเหนียว
2. 2. เพิร์ลไลต์– สารประกอบเฟอร์ไรต์และเหล็กคาร์ไบด์ (Fe3C) ค่อนข้างแข็ง มีความเหนียวปานกลาง มีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และทนต่อแรงกระแทกปานกลาง นอกจากนี้ เพิร์ลไลต์ยังให้ความสามารถในการแปรรูปที่ดีอีกด้วย
3. 3. เพิร์ลไลต์/เฟอร์ไรต์– โครงสร้างผสมที่มีทั้งเพิร์ลไลต์และเฟอร์ไรต์ ซึ่งเป็นเมทริกซ์ที่พบมากที่สุดในเหล็กเหนียวเกรดเชิงพาณิชย์ โดยผสมผสานคุณลักษณะของทั้งสองเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดความสมดุลในด้านความแข็งแรง ความเหนียว และความสามารถในการตัดเฉือน

โครงสร้างจุลภาคที่มีเอกลักษณ์เฉพาะของโลหะแต่ละชนิดทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะเปลี่ยนแปลงไป:

เกรดเหล็กเหนียวทั่วไป

แม้ว่าจะมีเหล็กเหนียวที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันมากมาย แต่โรงหล่อส่วนใหญ่มักจะเสนอเกรดทั่วไป 3 เกรด:

ข้อดีของเหล็กเหนียว

เหล็กเหนียวมีประโยชน์หลายประการสำหรับนักออกแบบและผู้ผลิต:

• • สามารถหล่อและกลึงได้ง่าย ช่วยลดต้นทุนการผลิต
• • มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูง ช่วยให้ชิ้นส่วนมีความทนทานแต่มีน้ำหนักเบา
• • เหล็กเหนียวทำให้มีความสมดุลที่ดีระหว่างความเหนียว ความคุ้มทุน และความน่าเชื่อถือ
• • ความสามารถในการหล่อและการตัดเฉือนที่เหนือกว่าทำให้เหมาะกับชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน

การใช้งานของเหล็กเหนียว

เหล็กเหนียวมีความแข็งแรงและเหนียว จึงสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้หลากหลาย โดยนิยมใช้ทำท่อ ชิ้นส่วนยานยนต์ เฟือง ตัวเรือนปั๊ม และฐานเครื่องจักร เหล็กเหนียวมีความทนทานต่อการแตกร้าว จึงเหมาะสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัย เช่น เสาหลักและการป้องกันแรงกระแทก นอกจากนี้ เหล็กเหนียวยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมพลังงานลมและสภาพแวดล้อมที่มีแรงกดดันสูงอื่นๆ ที่ความทนทานและความยืดหยุ่นเป็นสิ่งสำคัญ