วัสดุช่าง เหล็ก

เหล็กดิบ , สินแร่เหล็ก

บริเวณพื้นโลกของเรามีสินแร่เหล็กอยู่เป็นจำนวนมากมายและอยู่ในบริเวณสารผสม

เช่น ดินทราย หิน และสินแร่เหล็กผสมกันอยู่ สินแร่เหล็กที่อยู่ในรูปโดดเดี่ยวนั้นไม่มีเลย

เพราะฉะนั้น การที่จะได้แร่เหล็กบริสุทธิ์นั้นต้องมีขั้นตอนในการผลิตนำมาผสมกับเนื้อเหล็ก

ผสมอีกครั้งหนึ่งจะทำให้เหล็กที่ได้สามารถทนทานความเค้น แรงดึง แรงกด และแรงเฉือนได้ดี

ภาพจากhttp://www.atom.rmutphysics.com/charud

/oldnews/236/stone/ferrous.htm

เหล็กหล่อ

เหล็กหล่อสามารถแบ่งออกตามลักษณะการรวมตัวกันของคาร์บอนและโครงสร้างพื้นฐานเป็นหลักได้แก่

1. เหล็กหล่อสีเทา (gray cast iron) เป็นเหล็กหล่อที่มีราคาถูกที่สุดในบรรดาเหล็กหล่อทั้งหมด

เหล็กหล่อสีเทาจะถูกผลิตจากเหล็กดิบ โดยตรงโดยการนำเหล็กดิบมาหลอมในเตาคิวโพล่าหรือเตาไฟฟ้า

และจะมีการผสมธาตุบางชนิดเข้าไปเพื่อปรังปรุงคุณภาพของเหล็กหล่อสีเทาให้ดีขึ้น

เหล็กหล่อสีเทานิยมใช้ทำส่วนประกอบของเครื่องจักร ที่ต้องการขนาดและรูปร่างคงที่

ภาพจากhttps://thai.alibaba.com/product-detail/welding-

grey-cast-iron-927614637.html

2. เหล็กหล่อสีขาว (white cast iron) เหล็กหล่อที่มีคาร์บอนผสมอยู่ในรูปของเหล็กคาร์ไบด์หรือซีเมนไทต์ทำ

ให้เหล็กหล่อมีคุณสมบัติแข็งและเปราะแตกหักได้ง่าย เมื่อหักดูรอยแตกหักได้ง่าย เมื่อหักดูรอยแตกหักจะเห็นเป็นสีขาว

จึงเรียกว่าเหล็กหล่อสีขาว ที่เป็นเช่นนี้เป็นเพราะการเปลี่ยนสภาวะของเหล็กหล่อจากสภาพหลอมเหลว

เป็นสภาวะของแข็งจะเป็นไปอย่างรวดเร็ว

เหล็กหล่อสีขาวส่วนมากใช้ทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่คงทนต่อการเสียดสี จานเจียระไน เพชร - พลอย

อุปกรณ์การผลิตซีเมนต์ อิฐ

ภาพจากhttp://foundry.igetweb.com/index.php?mo=12&catid=162716

3. เหล็กหล่ออบเหนียวเป็นเหล็กที่ความเหนียวและทนต่อแรงกระแทกได้ดี

 และมีคุณลักษณะคล้ายคลึงกับเหล็กกล้า มีความยืดหยุ่น เหล็กหล่ออบเหนียวจะมีความเค้นแรงดึง

สูงกว่าเหล็กหล่อสีเทาและเหล็กหล่อสีขาว แต่ต่ำกว่า เหล็กหล่อแกรไฟต์ก้อนกลมเล็กน้อย

ภาพจาก http://www.tpa.or.th/writer/read_this_book_

topic.php?pageid=37&bookID=1818&read=true&count=true

4. เหล็กหล่อแกรไฟต์ก้อนกลม ที่เรียกว่าเหล็กหล่อแกรไฟต์ก็เพราะคุณสมบัติและคุณลักษณะ

ของแกรไฟต์ที่ตกผลึกอยู่ในเนื้อของเหล็กหล่อ จะมีลักษณะเป็นก้อนกลม 

ทำให้เหล็กหล่อชนิดนี้มีคุณสมบัติที่เหนียว รับแรงกระแทกได้ดีกว่าเหล็กหล่อสีเทาเป็นอย่างมาก

 การเกิดแกรไฟต์ก้อนกลมเกิดจากการที่ได้ผสมโลหะซีเรียม หรือโลหะแมกนีเซียมลงไปในเหล็กหล่อ

ทำให้ธาตุคาร์บอนที่มีอยู่ในเหล็กหล่อแตกตัวออกมารวมกลุ่มกัน ในรูปลักษณะของแกรไฟต์ก้อนกลม

ภาพจากhttp://www.ifoundryman.com/cast-iron/

5. เหล็กหล่อทนการเสียดสี

เป็นเหล็กหล่อที่ผสมโลหะโครเมียม นิกเกิล และโมลิบดีนัม จึงทำให้เหล็กหล่อมีความแข็งสูง 

รอยแตกจะเป็นสีขาวคล้ายกับเหล็กหล่อสีขาวเหล็กหล่อทนการเสียดสีจะใช้กับงานที่มีการเสียดสีสูง

 เช่น การบดของแข็งต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมเซรามิก อุตสาหกรรมการทำสี 

และอุตสาหกรรมเหมืองแร่ เป็นต้น

6. เหล็กหล่อทนการกัดกร่อน

เป็นเหล็กหล่อที่นิยมใช้งานเกี่ยวกับน้ำทะเล บ่อน้ำมัน อุตสาหกรรมการผลิตน้ำกรด

เหล็กเหนียว

ทั้งอินทรีย์และอนินทรีย์ งานปั๊ม งานท่อและข้อต่อท่อต่างๆ ที่มีรูปร่างสลับซับซ้อน

เหล็กเหนียว (wrought iron) เป็นเหล็กที่ได้มาจากส่วนผสมของเหล็กบริสุทธิ์กับตะกรัน

เศษโลหะที่ได้จากการถลุงแร่ คือใช้เหล็กบริสุทธิ์ประมาณ 96 เปอร์เซ็นต์ ตะกรัน 3 เปอร์เซ็นต์

และผสมกับวัสดุอื่นอีก เช่น คาร์บอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน แมงกานีส ในตำราบางเล่มได้คำจำกัดความไว้ว่า

“ เหล็กเหนียวคือเหล็กที่คาร์บอนน้อยกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์

และมีตะกรันอย่างละเอียดปนอยู่ประมาณ 1.3 เปอร์เซ็นต์ กระจายอยู่ทั่วไปตลอดชิ้นโลหะ

เหล็กกล้า

เหล็กกล้าคือเหล็กที่ผสมกับคาร์บอนและธาตุอื่นๆ เหล็กล้าจะทำให้มีความแข็งได้

เมื่อทำให้เหล็กเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วหรือที่เรียกว่าการชุบแข็ง

เหล็กกล้าแบ่งออกเป็น 2 ชนิดใหญ่ๆ คือ 

                            1 .เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steet) 

                           2.และเหล็กกล้าผสม (alloy steel)

เหล็กกล้าคาร์บอน

เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นเหล็กกล้าที่มีธาตุคาร์บอนผสมอยู่และจะมีธาตุอื่นๆ ปนอยู่บ้างแต่น้อยมาก

เหล็กกล้าคาร์บอนยังสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทได้แก่

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (low carbon steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่ไม่เกิน 0.30%

เป็นเหล็กกล้าที่อ่อนไม่สามารถทำการชุบแข็งได้มีความแข็งแรงต่ำสามารถที่จะรีดหรือตีขึ้นรูปได้ง่าย

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำบางครั้งก็เรียกว่าเหล็กกล้าละมัน(mild steel)

เปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนที่มีในเหล็กกล้าและการใช้งานดังนี้

ใช้ทำตะปู วัสดุงานเชื่อม รีเวต

วัสดุตัดง่าย เหล็กกล้าโครงสร้าง โบลต์ นัท

ใช้ทำลูกเบี้ยว เพลาลูกเบี้ยว เฟือง เหล็กกล้า โครงสร้าง เพลา ข้อเหวี่ยง

ภาพจากhttp://www.siamscrew.com/Default.aspx?pageid=1

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง ( medium carbon steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่ตั้งแต่ 

0.30 ถึง 0.70% เป็นเหล็กกล้าที่มีความแข็งเพิ่มขึ้นสานารถทำการชุบแข็งได้

เปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนที่มีในเหล็กกล้าและการใช้งานมีดังนี้

ใช้ทำโบลต์ สกรู นอต เพลา เหล็กกล้า

แมงกานีสตัดง่าย ชิ้นส่วนเครื่องจักร

เพลาเลต์ เพลาลูกเบี้ยว สตัด เฟือง

ใช้ทำเฟืองชุบแข็งในน้ำมัน

ใช้ทำแหวนล็อค ไขควง

ภาพจากhttp://www.thaveelarp.com/index.php?lay=

show&ac=article&Id=539237802&Ntype=7

หล็กกล้าคาร์บอนสูง (high catrbon steel)เป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนผสมอยู่ ตั้งแต่ 0.70 ถึง 1.40%

เป็นเหล็กกล้าที่มีความแข็งมีความแข็งแกร่งสามารถทำการอบชุบเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติๆ ได้กว้างขวาง

ใช้ผลิตชิ้นส่วนเครื่องมี เครื่องจักรกล และเครื่องใช้ที่ต้องการความคงทนต่อการสึกหรอ และทนความร้อนได้ดี

เปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนที่มีในเหล็กกล้าและการใช้งานมีดังนี้

ใช้ทำประแจ เลื่อยมือ ค้อน ใช้ทำเหล็กกล้าการเกษตร มีด เหล็กกล้าสปริงสกัด ใบมีดตัดเฉือน ดิกสว่านเจาะหิน

สายกีตาร์ใช้ทำสปริง มีด ตัวเกลียวนอก ตะไบ มีดตัด ใบเลื่อย

เหล็กกล้าผสม

เหล็กกล้าผสมเป็นเหล็กกล้าที่นอกจากจะผสมธาตุคาร์บอนแล้ว ยังผสมธาตุ

อื่น ๆ เข้าไปด้วย เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กกล้าให้สูงขึ้น 

เช่น ปรับปรุงคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนปรับปรุงคุณสมบัติใน

การเป็นตัวนำไฟฟ้าและเป็นแม่เหล็กได้ดี หรือปรับปรุงคุณสมบัติในการชุบแข็งหรืออบอ่อนได้ดี 

ธาตุที่ผสมเข้าไปในเหล็กกล้าจะผสมมากกว่า 2 ธาตุขึ้นไป เพื่อให้ธาตุที่ผสมร่วมกันทำให้เหล็กกล้ามีคุณภาพ 

และได้คุณสมบัติตามที่ต้องการเหล็กกล้าผสม สามารถแบ่งออกได้ 2 ชนิด คือ

1. เหล็กกล้าผสมต่ำ (low alloys steel) เป็นเหล็กกล้าที่ผสมธาตุต่างๆ เข้าไป

ไม่เกิน 10%

2. เหล็กกล้าผสมสูง (high alloys steel) เป็นเหล็กกล้าที่ผสมธาตุต่างๆ

เข้าไปมากกว่า 10 %

ในงานอุตสาหกรรมทั่วๆ ไปจะมีเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดที่นิยมไร้สนิมชนิดที่นิยมใช้กัน 3 ชนิด 

เช่น มีด กรรไกร ใบมัดโกน วาล์ว ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ และรถยนต์

เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดโครเมียมนิกเกิล (chromium nickel) คือ เหล็กกล้าไร้สนิม

ชนิดจะมีส่วนผสมของโครเมียม 18% นิกเกิล 8%

ภาพจาก https://www.zebra-head.com/NTH/Knowledge/

KnowDetail.asp?KnowID=00001&KnowType=Know

เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel)

คือ ชนิด 410 ,430 , และ 446 โดยทั้งสามชนิดนี้จะมีปริมาณของธาตุโครเมียมประมาณ 12 ถึง 29 %

และมีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดติด เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 400 นิยมใช้ผลิตอุปกรณ์เครื่องใช้ชนิดต่างๆ

เหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำ ( low alloy structural steel) ในกรรมวิธีการผลิตเหล็กกล้านั้น

เหล็กกล้าที่ได้จะมีความแข็งและความแข็งแรง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญในเหล็กกล้า 

และเหล็กกล้าโครงสร้างจะต้องมีคุณสมบัติที่พิเศษเพิ่มขึ้น คือ จะต้องมีความแข็งแรงต่อการล้านตัวสูง 

สามารถใช้งานเชื่อมได้ดี และต้านทานการกัดกร่อน เหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำใช้ทำรถบรรทุก 

รางรถไฟ สะพาน และสิ่งก่อสร้าง เหล็กกล้าโครงสร้างผสมต่ำจะมีความแข็งแรงต่อการยืดหยุ่นตัวสูงเป็น 2

 เท่า โดยการผสมธาตุต่างๆ จำนวนเล็กน้อยในเหล็กกล้าได้แก่ แมงกานีส ซิลิคอน และโคลัมเบียม

 และจะผสมทองแดง 0.2% เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน

ภาพจากhttps://pixabay.com

เหล็กกล้าสำหรับงานอุณหภูมิสูง (steel for high - temperature) จากการที่ได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการผลิตจรวด

ขีปนาวุธ เครื่องบินเจ็ต และพลังงานนิวเคลียร์ทำให้มีความต้องการเพิ่มมากขึ้นของโลหะ

ที่มีคุณสมบัติแข็งแรงด้านทานการกัดกร่อนต้านทานครีป (creep) ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งงานจำนวนมาก

จะถูกผลิตในรูปของโลหะผสมทั้งโลหะเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีคุณสมบัติเหมาะ

สมกับงานที่มีอุณหภูมิจาก 1,000 ถึง 1,700 องศาฟาเรนไฮต์เหล็กกล้าเครื่องมือ (tool steels)

ถูกใช้งานที่มีความสำคัญอย่างมากในงาน อุสาหกรรม เหล็กกล้าเครื่องมือ

แม้ว่าจะมีการใช้งานมากมายหลายๆ ชนิด แต่ก็สามารถจัดแบ่งออกได้ดังนี้

เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอน (carbon tool steels) เป็นเหล็กกล้าที่มีประโยชน์อย่างมาก

ในการใช้ทำเหล็กกล้าเครื่องมือทั้งหมด เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนมีราคาถูกที่สุดของเหล็กกล้า

เครื่องมือ และถูกใช้ทำชิ้นส่วนต่าง ๆ อย่างมากแต่เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนจะต้องการการชุบแข็งในน้ำ

เพื่อให้มีความแข็ง เพราะว่ามีความสามารถในการรักษาความแข็งต่ำเหล็กกล้าเครื่องมือจึงเหมาะสมสำหรับงานเบา

เหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (high speed tool steels) H.S.S. เป็นเหล็กกล้าที่มีความแข็งซึมลึกคงความแข็งแม้

จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น และมีการต้านทานต่อการสึกหรอและการขัดถูสูง เหล็กกล้าเครื่องมือชนิด M

จะมีโมลิบดีนัมผสมสูง และมีโครเมียมหรือวาเนเดียมผสมอยู่ เหล็กกล้าเครื่องมือชนิด T จะมีทังสเตนผสมสูง

และโครเมียมวาเนเดียมผสมอยู่และบางกรณีจะมีโคบอลต์ผสมสูงด้วย ใช้ทำตัวยันศูนย์กลึง

แม่พิมพ์งานร้อน มดกลึง ดอกสว่าน ตัวตัดเกลียวใน

เหล็กกล้าทำแม่พิมพ์งานร้อน (hot work die steels) เป็นเหล็กกล้าที่ผสมโครเมียม

โมลิบดีนัม และวาเลเนียม มีคุณสมบัติต้านทานการแตกร้าวซึ่งเกิดจากอุณหภูมิสูงระหว่างการทำงาน

มีความแข็งแม้จะมีอุณหภูมิสูง ต้านทานการเสียดสีทั้งที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูงได้ดีมีความเหนียว

และสามารถตีหรือรีดได้มีความสามารถในการตัดใช้ทำแม่พิมพ์ขึ้นรูปใบมีดตัดเฉือนงานร้อนแม่พิมพ์พลาสติก

แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปงานร้อน

เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น (cold work tool steels) เป็นเหล็กกล้าที่ผสมแมงกานีส

โครเมียม ทังสเตน วาเนเดียม มีคุณสมบัติที่สามารถตัด กลึง เจาะ และไสได้ง่ายมีขนาดคงที่ดี

ขณะทำการชุบทนการเสียดสีสูงทนต่อแรงอัดสูง มีความแข็งที่ผิวสูง และมีความเหนียวดีหลัง

การชุบแข็งใช้ทำเกจวัด แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูป รีมเมอร์ ตัวตัดเกลียว แม่พิมพ์พลาสติก

เหล็กกล้าเครื่องมือต้านทานการช็อค (shock resisting toll steels) เหล็กกล้านี้คาร์บอน 0.45 ถึง 0.50 %

และผสมซิลิคอน นิกเกิล โครเมียม จะเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ และมีความแข็งซึมลึกปกติชุบแข็งในน้ำมัน

เหล็กกล้านี้มีคุณสมบัติในการต้านทานช็อคได้ดีมากกับความเหนียวเป็นพิเศษ ใช้ทำแม่พิมพ์งานร้อนและงานเย็น

เหล็กกล้ากลึง กัด เจาะ และไสได้ง่าย (free – machining steels) การเพิ่มการใช้งานของเครื่องจักรความเร็วสูง

ชิ้นสวนเครื่องมือเครื่องจักรอัตโนมัติทำให้เกิดการพัฒนาเหล็กกล้ากลึงกัดเจาะ และไสได้ง่าย

เหล็กรูปพรรณที่ใช้ในงานก่อสร้าง

เหล็กกลมชนิดเหล็กรีดซ้ำตามมาตรฐาน มอก.211-2520 คือเหล็กรีดซ้ำชนิดเหล็กกล้าละมุน การใช้งาน

ใช้สำหรับเสริมคอนกรีต ในงานก่อสร้าง เหล็กชนิดนี้ ใช้ตัวย่อว่า เหล็ก SR 24

ตารางแสดงขนาด และน้ำหนักของเหล็กเส้นกลมเสริมคอนกรีตชนิดเหล็กรีดซ้ำ

เหล็กข้ออ้อย ตามมาตรฐาน มอก.24-2527 ลักษณะของเหล็กข้ออ้อยจะมีปุ่มสันที่ผิวเป็นระยะ ๆ

เพื่อให้จับตัวกับคอนกรีตดียิ่งขึ้น ดังนั้นเหล็กชนิดนี้จะมีแรงยึดตัวกับคอนกรีตสูง

จึงไม่จำเป็นต้องงอปลายของเหล็กเหมือนเหล็กผิวเรียบธรรมดา