รายงานวิจัย เรือง คณะผ้จัดทํา ... ·...

รายงานวจย

เร อง

พฒนาโลหะมคาชนดทงสเตนคารไบดผานการรไซเคลหมนเวยนมา ใชใหม เพ อผลตช'นสวนโลหะความแขงสง

Development of tungsten carbide recovery for the hard metal

คณะผจดทาวจย

ผชวยศาสตราจารย สหรตน วงษศรษะ อาจารย ประสทธG แพงเพชร

รายงานวจยน'เปนการวจยสาขาวชาการ กลม สาขาวศวกรรมศาสตรและอตสาหกรรมวจย

สาขาวชาวศวกรรมการจดการอตสาหกรรมเพ อความย งยน คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร ปการศกษา 2555

งานวจยเร อง พฒนาโลหะมคาชนดทงสเตนคารไบดผานการรไซเคลหมนเวยนมา ใชใหมเพ อผลต ช'นสวนโลหะความแขงสง หวหนาโครงการวจย ผชวยศาสตราจารย สหรตน วงษศรษะ ผรวมวจย อาจารย ประสทธG แพงเพชร สาขาวชาวศวกรรมการจดการอตสาหกรรมเพ อความย งยน

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร ปการศกษา 2555

บทคดยอ

รายงานวจยน� เปนการผลตช�นสวนโลหะความแขงสงจากโลหะผงทงสเตนคารไบดผานการ รไซเคล (Recycling) จากน�นทาการบดผงโลหะดวยวธ Ball Milling เปนเวลา 40 ช7วโมง ผงโลหะท7ไดจะมขนาดระหวาง 0.11-0.22 µm สวนผสม 96.69% ทงสเตนคารไบด (WC), 1.68% แทนทาลม (Ta), 1.21% ไทเทเนยม (Ti) และ 0.42% ไนโอเบยม (Nb) เม7อผสมโลหะประสานโคบอลตในชวง 5-15% อดข�นรปและอบผนก (sintering) ท7อณหภม 1,450 °C เปนช�นงานโลหะแขงขนาด 12.39 x 13.82 x 5.6 mm ปรากฎวาความแขงเทากบ 1,410 HV ท7ความหนาแนน 14.34 g/cm3 ผลการทดสอบกลงเหลกกลา S45C ปรากฎใชงานไดดและผลการวจยสรปไดวา การผลตช�นงานความแขงสงจากวสดท7พฒนาข�นมสมบตพ�นฐานเหมาะสมและจะนาไปสการพฒนาเพ7อการใชงานตอไป

คาสาคญ (keywords) Recovered, Cemented carbide scraps, Tungsten carbide, Particle size distribution, Hard metal, High wear resistance

Researcher title Development of tungsten carbide recovery for the hard metal Researcher by Asst.Prof. Saharat Wongsisa Mr.Prasit Pangpech Sustainable Industrial Management Engineering (SIME) Faculty of Engineering Rajamangala University of Technology Phra nakhon

Abstracts

This research was on the production of hardmetal from recovery of tungsten carbide tool scraps, recycling through ball milling for 40 hours. The metal powder obtained, which was of the size between 0.11-0.22 µm, was composed of 96.69% of tungsten carbide (WC), 1.68% of tantalum (Ta), 1.21% of titanium (Ti) and 0.42% of niobium (Nb). When mixed with 5-15% cobalt binder metal, cold isostatic press (CIP) sintered at 1,450 ° C, it became hardmetal work piece dimension 12.39 x 13.82 x 5.60 mm with 1,410 HV hardness and 14.34 g/cm3 density. The result of S45C steel turning was tools life good. The research concluded that the hardmetal work piece produced by the developed material had suitable basic specification and would lead to the development in working in the future. Key word: Recovered, Cemented carbide scraps, Tungsten carbide, Particle size distribution, Hard metal

กตตกรรมประกาศ

งานวจยน� สาเรจไดดวยการสนบสนนทนวจยของมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร สามารถผลตช�นสวนโลหะความแขงสงจากโลหะผงทงสเตนคารไบดผานการ รไซเคล (Recycling) ซ7 งเปนผลงานวจยใหม ท7ไดรบความรวมมอและสนบสนนจากหนวยงานตางๆ ประกอบดวยสาขาวชาวศวกรรมการจดการอตสาหกรรมเพ7อความย7งยน คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร และสาขาวชาเทคโนโลยการผลตเคร7องมอและแมพมพ มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร ขอบคณบรษท อาร.เอส.คารไบด โปรดกส จากด เพ7อปฏบตการข�นรปช�นงานแผนมดตด พรอมอบผนกและทดสอบความหนาแนน ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต ในดานปฏบตการทดสอบวเคราะหลกษณะรปรางของโลหะผงดวย SEM สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย (วว.) เพ7อปฏบตการวเคราะห Particle size distribution, กรมวทยาศาสตรบรการ เพ7อทอสอบวเคราะหโลหะผงเชงคณภาพและเชงปรมาณ (X-ray fluorescence, XRF; X-ray diffraction, XRD) รวมถงผท7 เก7ยวของท7ไดสนบสนนจนกระท7งงานวจยน� ประสบผลสาเรจตามวตถประสงค

ผศ.สหรตน วงษศรษะ หวหนาโครงการ

ก

สารบญ

หนา

บทคดยอ บทคดยอภาษาองกฤษ กตตกรรมประกาศ สารบญ (ตอ) รปภาพ สารบญ (ตอ) ตาราง สญลกษณ บทท! 1 บทนา

1.1 ความสาคญ และท!มาของปญหาท!ทาการวจย 1 1.2 วตถประสงคของโครงการวจย 11 1.3 ขอบเขตของการวจย 11

1.4 วธดาเนนการวจย 13

1.5 สถานท!ทดลองและเกบขอมล 14 1.6 ระยะเวลาการทาวจย 15 1.7 เคร!องมอและอปกรณการวจย 15 1.8 ประโยชนท!จะไดรบ 17

บทท! 2 แนวคดและทฤษฎท!สาคญ 2.1 บทนา 18 2.2 กระบวนการผลตช>นงานซเมนตคารไบด 25 2.3 การบดละเอยด (Grinding or Milling) 26 2.4 การตรวจสอบสมบตโลหะผง 28 2.5 กระบวนการอดข>นรป Rapid sintering [40] 31

2.6 การอบผนก (Sintering) [5] [40] 32

2.7 สมบตช>นงานซเมนตคารไบด [42] 34

ข

สารบญ (ตอ)

หนา 2.8 การตรวจสอบและทดสอบประสทธภาพแผนมด 36 2.9 การทดสอบประสทธภาพการใชงาน 42 บทท! 3 วธดาเนนการวจย 3.1 ศกษากระบวนการโลหะผง 52 3.2 ศกษาขอมลเก!ยวกบการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบด 60

3.3 ศกษาการผลตช>นงานซเมนตคารไบด 65 3.4 ศกษาสมบตช>นงานซเมนตคารไบด 70 3.5 ศกษาการทดสอบการใชงานของช>นงานซเมนตคารไบด 75 3.6 วเคราะหขอมล 78 3.7 ออกแบบวธการทดลอง 79 3.8 การดาเนนการทดลอง 83 3.9 วธการบนทกผลการทดลอง 106 3.10 วธการวเคราะหผลการทดลอง 107 3.11 วธการสรปผลการทดลอง 108 บทท! 4 ผลการวจย 4.1 บทนา 110 4.2 ผลการวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบด 110 4.3 ผลการตรวจสอบขนาดของแผนมดกลงทงสเตนคารไบท รปทรง SNMG 120408 118 4.4 ผลการวเคราะหสมบตของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 121 4.5 ผลการทดสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 122 4.6 ผลการทดสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดจากการกลง 125 4.7 การวเคราะหผลการทดลอง 132 4.8 การอภปรายผลการทดลอง 134 บทท! 5 สรปผลการวจย

5.1 ขอเสนอแนะ 137

ค

สารบญ (ตอ)

หนา บรรณาณกรม 138 ภาคภนวค ก 145 ภาคภนวค ข 154

ภาคภนวค ค 156

ง

สารบญรป

หนา

รปท! 1.1 แนวโนมการรไซเคลซเมนตคารไบด ของประเทศสหรฐอเมรกา [7] 2 รปท! 1.2 แนวโนมการผลตทงสเตนจากเศษโลหะท!ไมใชประโยชนของประเทศสหรฐอเมรกา 2 รปท! 1.3 สดสวนการผลตโลหะแขงพเศษจากทงสเตนคารไบดในอตสาหกรรมแตละประเภ [7]3

รปท! 1.4 ความสมพนธของขนาดผงโลหะทงสเตนคารไบดและสวนผสมโคบอลตมผลตอการ ผลตช>นงานโลหะแขง เพ!อการใชงานในอตสาหกรรมแตละประเภท [7] 3 รปท! 1.5 กระบวนการผลตช>นงานทงสเตนคารไบด (Solid Tungsten Carbide) [10] 4

รปท! 1.6 ช>นงานโลหะแขงทงสเตนคารไบด (Solid Tungsten Carbide) [67] 5 รปท! 1.7 การอดผงโลหะ เร!มตนมการจดเรยงตวโดยลดบรดจระหวางอนภาค เม!อแรงอดสงข>น การแนนตวเกดจากการเสยรปของอนภาค [11] 6 รปท! 1.8 แบบจาลองการอบผนกอนภาคทรงกลมสองอนภาค 6 รปท! 1.9 กระบวนการผลตช>นงานทงสเตนคารไบด [12] 8 รปท! 1.10 แสดงปจจยท!สาคญท>งหมดท!ใชในงานกลงปอกดวยมดกลงอนเสรท [14] 10 รปท! 1.11 การทดสอบช>นงานซเมนตคารไบดโดยการตดปาดผวช>นงานเพ!อศกษาการสกหรอ บรเวณคมตดของซเมนตคารไบด [15] 10 รปท! 1.12 เปรยบเทยบการสกหรอบรเวณคมตดของแผนมดซเมนตคารไบดแตละแบบ [15] 11 รปท! 1.13 แสดงตวอยางการกาหนดขนาดช>นงานแผนมดตดเพ!อการทดลอง [16] 12 รปท! 1.14 แสดงตวอยางผงโลหะ Submicron WC powder วเคราะห ดวย SEM 12 รปท! 2.1 โครงสรางโลหะผสม ทงสเตน โคบอลดและคารบอน [22] 19 รปท! 2.2 Dissolution of Co [9] 22 รปท! 2.3 การวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบดดวย SEM [24] 22

รปท! 2.4 ลกษณะของแผนมดตดปาดผว (Insert tools) ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบด [2] 22 รปท! 2.5 โครงสรางของซเมนตคารไบด ชนดแผนมดตดปาดผว [25] 23 รปท! 2.6 Schematic diagram and photographic view of experimental set-up. [26] 23 รปท! 2.7 รปแบบการสกหรอบรเวณคมตดของแผนมดจากการตดปาดผวช>นงาน [15] 24 รปท! 2.8 การสกหรอท!ผวหลบ (Flank wear) ท!บรเวณคมตดของแผนมดซเมนตคารไบด [15] 24 รปท! 2.9 ลกษณะของเศษตด (Chip) [27] 25

จ

สารบญรป(ตอ)

หนา

รปท! 2.10 แสดงกระบวนการผลตช>นงานซเมนตทงสเตนคารไบด [69] 25 รปท! 2.11 Virginal WC powder [29] 28 รปท! 2.12 Appearances of the recovered and virginal WC powders Recovered WC powder [29] 28 รปท! 2.13 XRD pattern of WC-Co powder. [35] 29 รปท! 2.14 XRD patterns of WC-17 wt.% Co powder particles as-received and after ball Milling in shaker mill for different times. [30] 29 รปท! 2.15 การตรวจวเคราะหขนาดและการกระจายโลหะผงทงสเตนคารไบด [31] 30 รปท! 2.16 Particle size distribution for powders milled at 30 ˚C and RT. [31] 30 รปท! 2.17 Particle size distribution for spherical shaped tungsten carbide powder used in present study. [32] 31 รปท! 2.18 แสดงลกษณะสวนประกอบของแมพมพท!มสวนผสมของกราไฟตท!ใชในการ อดข>นรปช>นงานซเมนตทงสเตนคารไบด [34] 32 รปท! 2.19 ภาพถาย SEM แสดงการฟอรมตวของคอคอด (Neck Growth) เน!องจาก การอบผนก [5] 33 รปท! 2.20 แสดงอณหภมการอบผนกช>นงานซเมนตคารไบดสวนผสม WC-10Co [35] 33 รปท! 2.21 แสดงความสมพนธของอณหภมและเวลา ตอการหดตวของช>นท!ผานการอดข>นรป จากงานวจย Rapid sintering of ultrafine WC–Ni cermets [34] 34 รปท! 2.22 แสดงลกษณะช>นงานสาหรบทดสอบโครงสรางและกดวดความแขง 36 รปท! 2.23 กราฟแสดงคาความแขงตอการเปล!ยนรปเม!อไดรบแรงกด 50 HV ของงานวจย Crack propagation characteristic and toughness of functionallygraded WC–Co cemented carbide.[37] 37 รปท! 2.24 Schematic diagram of palmqvist indentation characteristics [38] 38 รปท! 2.25 HV50 indent image in the intermediate zone, with diagonal length of 315.05 μm and 315.51 μm, respectively [37] 38 รปท! 2.26 Sketch of crack propagation in WC-Co DP cemented carbide [39] 39 รปท! 2.27 Micrographs of the crack at the surface zone with WC+Co tool gradient materials [38] 39

ฉ


หนา

รปท! 2.28 Cracks generated in the corners of Vickers indentations (at load 30 kg) [40] 40 รปท! 2.29 แสดงลกษณะรอยแตกท!มมของช>นงานซเมนตคารไบดหลงรบโหลดแรงกด 50 HV ของงานวจย Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC–Co cemented carbide. [37] 41 รปท! 2.30 แสดงลกษณะรปทรงของแผนมดสาหรบงานกลงปอก [41] 42 รปท! 2.31 แสดงรปทรงเลขาคณตและลกษณะการใชงานของแผนมด [41] 43 รปท! 2.32 แสดงรหสแผนมด CATALOGUE HIW Supply CO., LTD 45 รปท! 2.33 ลกษณะแผนมดตด SNMG 120408 [43] 47 รปท! 2.34 Geometry of wear of turning tool [43] 48 ปท! 2.35 แสดงลกษณะการสกหรอบรเวณดานขางคมตดของแผนมดตด จากงานวจย Wear mechanisms of WC coated and uncoated tools in finish turning of Inconel 718 [44] 48 รปท! 2.36 แสดงลกษณะการสกหรอของแผนตดซเมนตคารไบดท!ผานการกลง ตามเง!อนไขท! กาหนดจากงานวจย Wear mechanisms of WC coated and uncoated tools in finish turning of Inconel 718 [44] 49 รปท! 2.37 แสดงเคร!องทดสอบความเรยบผว [2] 50 รปท! 2.38 แสดงภาพจาลองการแบงช>นงานเพ!อตรวจสอบความเรยบผว 50 รปท! 3.1 ข>นตอนการดาเนนโครงการ 51 รปท! 3.1 ข>นตอนการดาเนนโครงการ(ตอ) 52 รปท! 3.2 กระบวนการผลตช>นงานซเมนตคารไบด [45] 53 รปท! 3.3 กระบวนการผลต Hard-Metal tools [46] 54 รปท! 3.4 แสดงข>นตอนการบดผงโลหะในงานวจย Microwave Sintering of nanocrystalline WC–12Co: Challenges and Perspectives [48] 57 รปท! 3.5 แสดงข>นตอนการผลตโลหะผงระดบนาโนเมตรดวยกรรมวธทางกล [40] 57 รปท! 3.6 แสดงตวอยางการวเคราะหโครงสรางดวย Scanning Electron Microscope ของผงโลหะ ทงสเตนคารไบดหลงจากผานการบด [50] 58 รปท! 3.7 Synthesised WC powders [50] 58 รปท! 3.8 แสดงตวอยางการวเคราะหองคประกอบของธาตในผงโลหะทงสเตนคารไบด หลงผานการบด 50 ช!วโมง [51] 59

ช


หนา รปท! 3.9 แสดงลกษณะการกระจายขนาดของอนภาคหลงผานการบด 24 h [52] 59 รปท! 3.10 แสดงแผนผงข>นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Effect of VC and NbC a dditions on microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented carbides [55] 61 รปท! 3.11 SEM image (a) and XRD pattern (b) of composite powder of WC-10 Co alloy [24] 61 รปท! 3.12 แสดงแผนผงข>นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Gelcasting of WC-8wt% Co Tungsten Cemented Carbide [54] 62

รปท! 3.13 แสดงแผนผงข>นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Synthesis and Processing of Nanocrystalline Tungsten Carbide towards Cemented Carbides with Optimal

Mechanical Properties [40] 63 รปท! 3.14 แสดงตวอยางผงโลหะทงสเตนคารไบดผสมกบโคบอลต [56] 63 รปท! 3.15 The morphology of the mixed powders: (a) sub-micron WC/nano-Co and [57] 64 รปท! 3.16 SEM images of raw WC powder: WC–Co powder with the optimized parameters. [28] 64 รปท! 3.17 Powder mixture WC (95%), Co (5%) after 8 hours of grinding in a ball mill [38] 65 รปท! 3.18 แสดงโครงสรางผนกของโลหะคารไบดท!ผานการอบผนกท!อณหภม 1,400 ºC ใชเวลาในการอบผนก 1 ช!วโมง [40] 67 รปท! 3.19 Average grain size of WC in sintered alloys [49] 68 รปท! 3.20 Mean grain size,dWC (nm) [52] 70 รปท! 3.21 HV50 indent image in the core zone, with diagonal length of 281.32 μm and 278.02 μm respectively [37] 71 รปท! 3.22 Vickers indentation in the surface zone, diamond indenter, indentation load, 30kgf in WC+Co tool gradient materials [38] 71 รปท! 3.23 แสดงภาพรอยกดการทดสอบความแขงแบบวกเกอร [52] 72 รปท! 3.24 Optical micrograph of Vickers indentation effect on specimen No. 5 tested under 40 kgf. [49] 72

ซ


หนา

รปท! 3.25 ตวอยางผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคจากงานวจย Effects Of Ball Milling Time On The Synthesis And Consolidation of Nanostructured WC–Co Composites [61] 73 รปท! 3.26 ตวอยางผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคจากงานวจย Powder Injection Molding of WC–8%Co Tungsten Cemented Carbide [62] 73 รปท! 3.27 SEM Sintering Of Nano-Sized WC–Co Powders Produced by A Gas Reduction– Carburization Process [35] 74 รปท! 3.28 Optical micrographs of the WC–10Co alloys with various grain growth inhibitors sintered at 1350, 1450 and 1550 °C [39] 74 รปท! 2.29 SEM images of investigated cemented carbides, (a) WC–10Co [49] 75 รปท! 3.30 แสดงลกษณะการสกหรอของเคร!องมอตด จากงานวจย Dry Turning of Alumina/ Aluminum Composites with CVD Diamond Coated Co-Cemented Tungsten Carbide tools [64] 76 รปท! 3.31 แสดงภาพการสกหรอของเคร!องมอตดจากงานวจย Influence Of Tool Wear On Surface Roughness in Hard Turning Using Differently Shaped Ceramic tools [49] 77 รปท! 3.32 แสดงภาพการสกหรอของเคร!องมอตดจากการศกษางานวจย Wear Behavior of Cutting Tool Material During The Turning Of A Cast Iron FCD 400 In Cutting Lubricants Condition [60] 77 รปท! 3.33 แสดงคาความเรยบตอเวลาท!ใชในการกลง 3 ลกษณะ [65] 78 รปท! 3.34 แสดงข>นตอนการบดผงโลหะทงสเตนคารไบด 80 รปท! 3.35 แผนผงแสดงข>นตอนการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบด 81 รปท! 3.36 Sintering schedules for WC-10Co powders compacted: (c) 500-1150-1450 ˚C [35] 81 รปท! 3.37 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการยอย 83 รปท! 3.38 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการยอย 84 รปท! 3.39 แสดงการลางโลหะผงดวยเอทานอล 84 รปท! 3.40 การตดต>งหมอบด 85 รปท! 3.41 แสดงการแยกโลหะผงหลงการบด 85 รปท! 3.42 แสดงการลางโลหะผงหลงการบด 86

ฌ


หนา

รปท! 3.43 แสดงการตกตะกอนของโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการลาง 86 รปท! 3.44 แสดงโคลนทงสเตนคารไบดสาหรบอบแหง 87 รปท! 3.45 การเตรยมโคลนตะกอนโลหะผงเขาเตาอบสญญากาศ 87 รปท! 3.46 แสดงลกษณะโลหะผงหลงการอบดวยเตาสญญากาศ 88 รปท! 3.47 แสดงการเทโลหะผงหลงการอบ ลงในหมอสาหรบทาการบด 88 รปท! 3.48 แสดงการคดขนาดโลหะผงดวยตะแกรง 89 รปท! 3.49 การเตรยมการผสม 89 รปท! 3.50 แสดงการเตรยมสวนผสมลงในหมอบด 90 รปท! 3.51 แสดงการตดต>งหมอบด 90 รปท! 3.52 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานการผสมโลหะประสาน 91 รปท! 3.53 การคดแยกโลหะผงหลงการผสม 91 รปท! 3.54 โลหะผงทงสเตนคารไบดรไซเคลท!ผานกระบวนการผสมโลหะประสาน 92 รปท! 3.55 การช!งตวงโลหะผงทงสเตนคารไบดสาหรบอดข>นรป 92 รปท! 3.56 เคร!องอดข>นรปแผนมดตดซเมนตคารไบด 93 รปท! 3.57 การเตรยมโลหะผงลงในแมพมพ 93 รปท! 3.58 แสดงแผนมดตดซเมนตคารไบดระหวางการข>นรป 94 รปท! 3.59 แสดงแผนมดตดรไซเคลหลงการอดข>นรป 94 รปท! 3.60 เตาอบสญญากาศ รน CSG-200 95 รปท! 3.61 แสดงแผนมดซเมนตคารไบดรไซเคลหลงการอบผนก 95 รปท! 3.62 เคร!องวเคราะหการกระจายตวของผงโลหะ Particle size ดวยเคร!อง (Malnern instument Mastersizer 2000) 96 รปท! 3.63 เคร!องวเคราะหโครงสราง (X-ray Diffractrometer) 96 รปท! 3.64 เคร!อง Scanning Electron Microscopy, SEM 97 รปท! 3.65 ตรวจสอบขนาดแผนดวยเคร!อง (Profile Projector) ความละเอยด 0.001mm 97 รปท! 3.66 ตรวจสอบขนาดของช>นงานซเมนทงสเตนคารไบด (a) ดาเนนการตรวจสอบขนาด แผนมดตด (b) ตาแหนงการวางแผนมดตดเพ!อทาการตรวจสอบขนาด 98 รปท! 3.67 แบบแผนมดตดซเมนทงสเตนคารไบทและแสดงตาแหนงท!ทาการตรวจสอบขนาด 98 รปท! 3.68 เคร!องกลงอตโนมตสาหรบทดสอบแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 99

ญ

สารบญรป (ตอ)

หนา รปท! 3.69 แบบจาลองการจบยดวสดทดสอบกอนทาการทดสอบกลง 99

รปท! 3.70 แบบจาลองแสดงคาตามตาแหนงบรเวณท!เก!ยวของกบการทดสอบกลง 99 รปท! 3.71 แสดงการกลงวสดทดสอบดวยเคร!องกลงอตโนมต (CNC) 100 รปท! 3.72 ช!งน>าหนกแผนมดตดดวยเคร!องช!งความละเอยด 0.0001 กรม 101 รปท! 3.73 ตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดดวยกลองถายภาพย!หอ (Nikon) รน (ZNZ800) กาลงขยาย 10-63 เทา 102 รปท! 3.74 ตรวจสอบความเรยบผววสดทดสอบดวยเคร!อง (Measuring Microscope SJ 400) 102 รปท! 3.75 ดาเนนการตรวจสอบความเรยบผวของวสดทดสอบ 103 รปท! 3.76 แบบจาลองลกษณะการตรวจสอบความเรยบผว 103 รปท! 3.77 แสดงตวอยางผลการวดความเรยบผวท!ได จากเคร!องทดสอบความเรยบผว 104 รปท! 3.78 วดขนาดวสดทดสอบดวย เวอรเนยรคาลปเปอรดจตอล ความละเอยด 0.01 mm. 104 รปท! 3.79 เคร!องตรวจสอบโครงสรางและรอยกด 105 รปท! 3.80 ทดสอบความแขงแผนมดตดดวยเคร!องทดสอบความแขง (Microhardness Tester : HV) 106 รปท! 4.1 การตรวจสอบการกระจายตวของโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานการรไซเคล 110 รปท! 4.2 ผลวเคราะหการกระจายตวของโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานการรไซเคลจากเศษ แผนมดตดหลงผานการบด 111 รปท! 4.3 การตรวจสอบ XRD ของโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานกระบวนการรไซเคล 112 รปท! 4.4 แสดงองคประกอบของธาตในโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานกระบวนการรไซเคล 112 รปท! 4.5 แสดงการตรวจสอบองคประกอบธาตโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการบด 40 ช!วโมง113 รปท! 4.6 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานกระบวนการรไซเคลกาลงขยาย 30,00 เทา 115 รปท! 4.7 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ผานการบด 20 ช!วโมง กาลงขยาย 30,00 เทา 115 รปท! 4.8 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ผานการบด 40 ช!วโมง กาลงขยาย 30,00 เทา 116 รปท! 4.9 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 5% ท!กาลงขยาย 30,000 เทา 116

ฎ


หนา

รปท! 4.10 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 10% ท!กาลงขยาย 30,000เทา 117 รปท! 4.11 แสดงผล SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 15% ท!กาลงขยาย 30,000 เทา 117 รปท! 4.12 แบบ (Drawing) ของช>นงานมาตรฐาน (SNMG) [68] 118 รปท! 4.13 โครงสรางจลภาคแผนมดตดผงรไซเคลจากเศษแผนมดตด (WC-15%Co (RE)) ท! กาลงขยาย 500 เทา 121 รปท! 4.14 โครงสรางจลภาคของแผนมดตดท!ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐาน (WC-15%Co (OR) ท!กาลงขยาย 500 เทา 122 รปท! 4.15 แสดงภาพรอยกดแบบวกเกอร ของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท!ผลตจาก โลหะผงทงสเตนคารไบดท!ผานการรไซเคลจากเศษแผนมดตด (WC-15% Co (RE) 123 รปท! 4.16 แสดงภาพรอยกดแบบวกเกอรของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท!ผลตจาก ผงโลหะทงสเตนคารไบดมาตรฐานเปนผงนาเขา (WC-15%Co (OR) 124 รปท! 4.17 ความแขงช>นงานแผนมดตดท!ผลตดวยโลหะผงท!ผารการรไซเคลและแผนมดตดท!ผลต ดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสมโคบอลต 15% 125 รปท! 4.18 การตรวจสอบน>าหนกแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท!เปล!ยนแปลง กอน-หลงการ ทดสอบประสทธภาพ 126 รปท! 4.19 แสดงเปอรเซนต (%) การหดตวของช>นงานแผนมดตดผงรไซเคล (RE) และผงมาตรฐาน (OR) 127 รปท! 4.20 ลกษณะคมตดกอนทดสอบบรเวณผวคายเศษของแผนตดผงทงสเตนคารไบด รไซเคล 128 รปท! 4.21 ลกษณะคมตดบรเวณดานขางหลงการทดสอบของแผนมดตดผงทงสเตนคารไบด รไซเคล 128 รปท! 4.22 ลกษณะการสกหรอของแผนมดตดซเมนตคารไบดหลงการทดสอบประสทธภาพ 129 รปท! 4.23 แผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท!ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐาน สวนผสม 15%Co (a) มมคายเศษ (b) Flank Wear 129 รปท! 4.24 ลกษณะของผวช>นงานกลงของแผนมดผงท!ผลตดวยโลหะผงท!ผานการรไซเคลและแผน มดท!ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ 130

ฏ


หนา รปท! 4.25 ผลการเปรยบเทยบคาความเรยบผวของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท!ผลต จากโลหะผงทงสเตนคารไบดรไซเคลและผงมาตรฐาน 131 รปท! 4.26 ผลการวเคราะหความหนาเศษตดระหวางแผนมดท!ผลตดวยผงท!ผานการรไซเคลกบแผน มดท!ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ 131 รปท! 4.27 ผลการวดขนาดของช>นงานทดสอบหลงทาการกลง 132 รปท! 4.28 แสดงข>นการปรบปรงสมบตผงโลหะโดยวธการบดแบบ Ball Milling 134 รปท! ก.1 แผนมดสาหรบกลงเกล!ยว 145 รปท! ก.2 แผนมดสาหรบกลงปาดหนา 147 รปท! ก.3 แสดงองคประกอบสาหรบการกลง 149 รปท! ก.4 Nomograph สาหรบหาความเรวตดในการกลงงานดวยมดกลงคารไบดท!มา: STEVA F.KRAR, J.WILLIAM OSWALD หนา 190 153 รปท! ค.1 ผลการตรวจสอบผงโลหะดวย X-ray Diffractrometer (XRD) ท!แรงดน 1.0 โวลต อณหภม 30 องศาเซลเซยส กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N 156 รปท! ค.2 ผลการตรวจสอบผงโลหะดวย X-ray Diffractrometer (XRD) ท!แรงดน 1.4 โวลต อณหภม 30 องศาเซลเซยส กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N 156 รปท! ค.3 ผลการทดสอบขนาดและการกระจายตวของลหะผงท! แรงดน 1.2 โวลต อณหภม 30 ˚C กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N 157 รปท! ค.4 แสดงผลการตรวจสอบขนาดและการกระจายตวของลหะผงท! แรงดน 1.2 โวลต อณหภม 30 ˚C กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 (โลหะผงหลงบด) 157

ฐ

สารบญตาราง

หนา

ตารางท! 1.1 สมบตของช>นงานทงสเตนคารไบดท!มสวนผสมระหวาง ผงทงสเตนคารไบดผสมกบ ผงโคบอลต 8 ตารางท! 1.2 สมบตของช>นงานทงสเตนคารไบด จากงานวจยของ Farid Akhtar และคณะ [13] 9 ตารางท! 1.3 สมบตเคร!องมอชนดทงสเตนคารไบด 9 ตารางท! 1.4 ระยะเวลาโครงการ ประมาณ 1 ป (ตลาคม 2554 – กนยายน 2555) 15ตารางท! 2.1 แสดง parameter ในการบดโลหะผงทงสเตนคารไบด [23] 26 ตารางท! 2.2 สมบตและการผสมทงสเตนคารไบด กบผงโคบอลตของ Betek Progress, Inc [67] 27 ตารางท! 2.3 สมบตช>นงานซเมนตคารไบด [36] 35 ตารางท! 2.4 แสดงความสามารถของรปทางทรงเลขาคณตแผนมดกลงปอก 44 ตารางท! 2.5 แสดงขนาดรปทรงทางเรขาคณตแผนมดกลงปอก [41, [42] 46 ตารางท! 3.1 สมบตโลหะผงทงสเตนคารไบดของบรษท MITSUBISHI CARBIDE [47] 55 ตารางท! 3.2 ขอมลแสดงปจจยท!เก!ยวกบการบดผงโลหะ [35], [40] 56 ตารางท! 3.3 แสดงขอมลปจจยท!เก!ยวกบการผสมผงโลหะ [54], [55] 60ตารางท! 3.4 แสดงขอมลปจจยท!เก!ยวกบการอดข>นรป (Green Compact) [58], [40] 66ตารางท! 3.5 แสดงขอมลปจจยท!เก!ยวของกบการอบผนก (Sintering) [40], [54], [1] 66ตารางท! 3.6 Processing parameters of alloys 1-14 Note that the size of WC powders is 0.2 µm [60] 69 ตารางท! 3.7 แสดงขอมลปจจยท!เก!ยวกบรายละเอยดในการกลง [1], [2], [3] 75 ตารางท! 3.8 แสดงเง!อนไขในการบดผงโลหะทงสเตนคาณไบด 79 ตารางท! 3.9 แสดงเง!อนไขการผสมผงโลหะทงสเตนคาณไบด 80 ตารางท! 4.1 แสดงผลการวเคราะหองคประกอบของธาตโลหะผงทงสเตนคารไบด รไซเคล 111 ตารางท! 4.2 แสดงผลการวเคราะหปรมาณสวนผสมทางเคมโลหะผงทงสเตนคารไบดรไซเคล 114 ตารางท! 4.3 การวดขนาดแผนมดซเมนตคารไบดกอนทาการอบผนก (Before sintering) 118 ตารางท! 4.4 การวดขนาดช>นงานคารไบดกอนทาการอบผนก (After sintering) 119 ตารางท! 4.5 การตรวจสอบแผนมดตดกอนอบผนก 120

ฑ

สารบญตาราง (ตอ)

หนา

ตารางท! 4.6 การตรวจสอบแผนมดตดหลงอบผนก 120 ตาราง ข.1 ผลการทดสอบความแขงช>นงานซเมนตคารไบด รไซเคล 5% Co 154

ตาราง ข.2 ผลการทดสอบความแขงช>นงานซเมนตคารไบด รไซเคล 10% Co 154

ตาราง ข.3 ผลการทดสอบความแขงช>นงานซเมนตคารไบด รไซเคล 15% Co 154

ตาราง ข.4 ผลการทดสอบความแขงช>นงานซเมนตคารไบดผลตจากผงนาเขา 5% Co 155



ตารางท! ค.1 แสดงผลการตรวจสอบองคประกอบทางเคมดวยเทคนค X-Ray Fluorescence 158

ตารางท! ค.2 แสดงผลการตรวจสอบองคประกอบทางเคมดวยเทคนค X-Ray Fluorescence 159

ฒ

รายการสญลกษณ

สญลกษณ คาอธบาย

W โลหะทงสเตน C โลหะคารบอน Co โลหะโคบอลต WC โลหะทงสเตนคารไบด Cr โลหะโครเมยม N ความเขมขนของสารละลาย V แรงดนไฟฟา (โวลต) ˚C อณหภม (องศาเซลเซยส) g กรม kg กโลกรม ml มลลกรม HV Vickers Hardness คาความแขง g/cm3 น?าหนกกรม/ลกบาศกเซนตเมตร TiC โลหะไททาเนยมคารไบด SiC โลหะซลกอนคารไบด µm ไมโครเมตร, ไมครอน TiTaC2 ไทเทเนยมแทนทาลมคารไบด SEM การสองกลองจลทศนแบบสแกน HIP กระบวนการข?นรปแบบรอน CIP กระบวนการข?นรปแบบเยน XRD การวเคราะหชนดของธาต EDX การวเคราะหธาตเชงปรมาณ Si ซลคอน

บทท� 1

บทนา

1.1 ความสาคญ และท�มาของปญหาท�ทาการวจย

1.1.1 จานวนทงสเตน (W) ท�ทาการผลตรวมท�งหมดในอตสาหกรรมท�วโลกมจานวนมาก

ถง 38,500 ตน ในปค.ศ. 1995 และเพ�มข�นเปน 88,000 ตน ในป ค.ศ. 2008 [17] ในดานการผลต

ทงสเตนคารไบด (Tungsten carbides) โดยเฉพาะประเทศผนาทางอตสาหกรรม อาท ประเทศ

สหรฐอเมรกา (U.S.A.) โดยหนวยงาน Defense National Stockpile Center (DNSC) มการรายงาน

ผลการผลตทงสเตนจากเศษซเมนตทงสเตนคารไบดมากกวา 5,250 ตนในป ค.ศ.1999 และขนาด

ผลตเพ�มข�นโดยลาดบ [6] โลหะทงสเตน (Tungsten) เปนโลหะท�มการนามาใชอยางกวางขวางใน

อตสาหกรรมการผลตสนคา อาท ช�นสวนทนการสกหรอสง ความแขงสง ช�นสวนในเทคโนโลย

การตดปาดผว (Metal removal technology) เพ�อผลตแมพมพซ� งเปนตนแบบของผลตภณฑแทบทก

ชนด ช�นสวนยานยนต เคร�องจกรกล อปกรณไฟฟา อเลกทรอนกส อปกรณทางการแพทย อาวธสง

คาม วสดดานการทหาร และเปนโลหะท�สาคญดานการการผลตเคร�องมอทนการสกหรอสง [7] ม

สมบตพเศษในดานความแขงสง (High hardness) ความหนาแนน 19 g/cm3 จดหลอมท� 3400 °C

[33] คงสมบตเดมไดดจากการนากลบมาผลตใหมจากการรไซเคล (Recycling) ตามผลงานวจยของ

Kieffer, B.F.and LassnerjE., [7] พบวาอตสาหกรรมการผลตโลหะทงสเตนในประเทศผนาทาง

อตสาหกรรมมการผลตจานวนมากและแนวโนมสงข�นตอเน�องนานกวา 40 ป ปรมาณการนา

กลบมาใชใหม จากป ค.ศ. 1974 ถง 1991 เพ�มข�น 34% ประมาณ 348,000 เมตรกตน [8] คาดวาในป

ค.ศ. 2010-2020 การรไซเคลจะเพ�มข�นมากกวารอยละ 54 โดยประเทศสหรฐอเมรกาผลตมากท�สด

ถงรอยละ 90 นาเขาวตถดบจากประเทศจน รฐเซย และประเทศอ�น ๆ รวมถงประเทศไทย เพ�อผลต

เทคโนโลยในอตสาหกรรมพ�นฐานท�งหมด [7]

2

รปท� 1.1 แนวโนมการรไซเคลซเมนตคารไบด ของประเทศสหรฐอเมรกา [7]

จากรปท� 1.1 และ 1.2 รายงานวจย แนวโนมการนาโลหะเศษซเมนตคารไบดกลบมาใชเพ�อการผลตในอตสาหกรรมพ�นฐานดานตางๆ ของสหรฐอเมรกา เพ�มข�นอยางตอเน�องจนถง ค.ศ.2010

รปท� 1.2 แนวโนมการผลตทงสเตนจากเศษโลหะท�ไมใชประโยชนของประเทศสหรฐอเมรกา [7]

3

รปท� 1.3 สดสวนการผลตโลหะแขงพเศษจากทงสเตนคารไบดในอตสาหกรรมแตละประเภ [7]

ซเมนตคารไบดในอตสาหกรรมเคร�องมอตดมสดสวนถง รอยละ 59 ผลตช�นสวนทนการสกหรอรอยละ 16 ผลตเคร�องมอในอตสาหกรรมเหมอง งานขดเจาะ น� า น� ามนรอยละ 15 และ ผลตเคร�องมองานไมและพลาสตก รอยละ 11

รปท� 1.4 ความสมพนธของขนาดผงโลหะทงสเตนคารไบดและสวนผสมโคบอลตมผลตอการ

ผลตช�นงานโลหะแขง เพ�อการใชงานในอตสาหกรรมแตละประเภท [7]

4

รปท� 1.5 กระบวนการผลตช�นงานทงสเตนคารไบด (Solid Tungsten Carbide) [10] เพ�อผลตโลหะผงทงสเตนคารไบด ซ� งเปนแนวทางท�ดท�สดสาหรบการพฒนางานวจยสการ

ผลตท�มคณภาพมากข�น งานวจยน� จงใหความสาคญกบการสรางใชวสดจากการรไซเคลทงสเตนคารไบด ผลตเปนเคร�องมอตด (Cutting tools) ชนดแผนมดตด (Insert tools) เปนช�นสวนงานโลหะทนการสกหรอสง (High Wear resistance part)

1.1.2 ซเมนตทงสเตนคารไบดในกลมเคร�องมอตด ชนด แผนมด (Insert tools) และแทงเคร�องมอตด (Solid tools) เปนโลหะท�มสวนผสมทงสเตนคารไบดสงกวารอยละ 80-96 โดยน� าหนก ช�นงานท�ผลตดวยการปาดผว (Removal) ตองการความเท�ยงตรงสง (High Precision)

1.1.3 พบวาโลหะทงสเตนคารไบดผานการใชงานกวารอยละ 90 มโลหะโคบอลตเปนโลหะประสาน (Cobalt binder) การนากลบมาใชใหม (Recycled) ขนาดเกรน (Grain size) 0.15-50.00 ไมครอน (µm) หากผลตช�นงานใหความแขงสงถง 830-2500 HV มลคาการลงทนจะสงข�น ข�นกบขนาดเกรนและสมบตของผงโลหะ เปนตน

5

รปท� 1.6 ช�นงานโลหะแขงทงสเตนคารไบด (Solid Tungsten Carbide) [67]

1.1.4 ตามประกาศของคณะกรรมสงเสรมการลงทน (BOI) ท� 7/2546 ลงวนท� 16 ตลาคม

2546 สนบสนนและสงเสรมการลงทนดานการผลตช�นสวนอดข�นรป (Sintered Product) จากผงโลหะทงสเตนคารไบด ซ� งเปนอตสาหกรรมท�ใหความสาคญเปนพเศษ และสงเสรมการผลตอปกรณหรอวสดสาหรบงาน กด กลง เจาะ เจยระไนและทาเกลยว ใชกบเคร�องจกรกลท�มความเท�ยงตรงสง (High precision) รฐบาลใหความสาคญดานการพฒนาวสดผง (Powder) การผลตวสดผงและการผลตช�นงานดวยวสดผงโลหะความแขงสง (Hard metal) ใหเปนช�นงานทดแทนการนาเขาสาหรบใชในอตสาหกรรมแมพมพ และอตสาหกรรมการผลตเคร� องจกรกล รวมถงเคร� องจกรกลการเกษตร ซ� งใชช�นสวนทนตอการสกหรอสง (Wear resistance) ซ� งเปนโลหะทงสเตนเปนสวนใหญ (ท�มา : BOI)

1.1.5 การผลตช�นงานทงเตนคารไบดดวยการข�นรปจากวสดผงในประเทศไทยมการผลตมากข�นโดยนาเขาผงโลหะทงสเตน (Tungsten powder) อาท ป พ.ศ. 2545 จนถง ป พ.ศ.2549 อตราการนาเขาสงข�นกวา 4.28 เทา และนาเขาโคบอลต (Cobalt powder) เพ�มข�นโดยนบจากป พ.ศ. 2545 ถง พ.ศ.2550 อตราการนาเขาสงข�น 5.39 เทา เพ�อผลตซเมนตทงสเตนคารไบด (Cement tungsten carbide) (ท�มา : กรมศลกากร กระทรวงการคลง)

6

รปท� 1.7 การอดผงโลหะ เร�มตนมการจดเรยงตวโดยลดบรดจระหวางอนภาค เม�อแรงอดสงข�น การแนนตวเกดจากการเสยรปของอนภาค [11]

1.1.6 ประเทศไทยนาเขาผงทงสเตน(WC Powder) และช�นสวนซเมนตคารไบด 100% ยอดนาเขาทงสเตนสาเรจรป (Bars and Rode) มมลคาประมาณ 1,940.81 ลานบาท มอตราสงข�นกวา 65.86 % ในป พ.ศ.2550 และนาเขาผงทงสเตน (Tungsten powder) มมลคา 826.50 ลานบาท ในป พ.ศ. 2550 เพ�มข�นกวา 450 % เม�อเทยบกบป พ.ศ. 2548 นาเขาเคร�องมอตดจานวนกวา 2.15 ลานช�น/ป (มลคานาเขาชดเคร�องมอตดสงถง 6,598 ลานบาทในป พ.ศ. 2550) เปนทงสเตน 68% (ท�มา : กรมศลกากร กระทรวงการคลง)

รปท� 1.8 แบบจาลองการอบผนกอนภาคทรงกลมสองอนภาค

1.1.7 สาหรบการผลตทงสเตน (Scheelite , Wolfram) ของไทย พบวาสงออกแรวลแฟรม

จานวนมากถง 520 ตนในป พ.ศ. 2548 (ราคาจาหนาย ประมาณ 173,846.15 บาท/ตน) และ 443 ตน

7

ในป พ.ศ. 2549 (ราคาจาหนาย ประมาณ 227,313.76 บาท/ตน) หรอประมาณ 173.8-227.3 บาท/กโลกรม (ท�มา:ศนยสารสนเทศ สวนประกอบโลหะกรรม สานกอตสาหกรรมพ�นฐาน กรมอตสาหกรรมพ�นฐานและการเหมองแร กระทรวงอตสาหกรรม) ซ� งเปนการสงออกวตถดบในราคาถก แตซ�อผงทงสเตนคารไบดในราคาแพงข�นกวา 20- 45 เทา เปนการขาดดลทางการคาสงมาก

1.1.8 เคร�องมอตด (Cutting tools) ทงสเตนคารไบด ในป 2551 มมลคารวมท�วโลก 465,000 ลานบาท แนวโนมสงข�นไมนอยกวารอยละ 30 และเคร�องมอตดชนดเหลกกลารอบสงมมลคาท�วโลกมากกวา 124,000 ลานบาท มแนวโนมสงข�นมากกวา รอยละ 10 (ท�มา: Sandvik Annual report 2008)

1.1.9 พบวาประเทศสหรฐอเมรกาสะสมทงสเตนมากกวา 9,700 ตนในป พ.ศ. 2543 และมการนาเขามากข�นรวมท�งแรวลแฟรมและเศษโลหะท�มสวนผสมทงสเตนคารไบด โดยกาหนดใหหนวยงานดานการปองกนประเทศเพ�อพฒนาการใชวสดทงสเตนท�งดานการทหารและเศรษฐกจ (Defense National Stockpile Center :DNSC) รวมกบกระทรวงพาณชยเพ�อออกกฎหมายและทาขอตกลงทางการคา โดยมวตประสงคเพ�อนาเขาทงสเตนรวมกบประเทศคคาสาคญ อาท จนและรสเซย ซ� งเปนผผลตแรทงสเตนรายใหญของโลก สาหรบประเทศจนมสดสวนการถลงแรและผลตโลหะทงสเตนเพ�อการสงออกมากกวารอยละ 83 ของผจาหนายท�วโลก (ท�มา : American National Carbide พ.ศ. 2545 :ANC)

1.1.10 จากการวจยแยกสลายเศษโลหะซเมนตทงสเตนคารไบดดวยกระบวนการทางเคมไฟฟา (Electrolysis) ผงโลหะเปนทงสเตนคารไบดมความบรสทธ~ ประมาณ รอยละ 90 และผวจยไดพฒนาตอเน�องเปนกระบวนการผลตแบบ “Manual of Small-scale plant”

ดงน�น การพฒนาแผนมดซเมนตทงสเตนคารไบด (Cement tungsten carbide) ใหกลบมาใชงานเพ�อการตดปาดผว จงเปนการพฒนาการทดลองข�นใหมในประเทศไทย หากพฒนาไดจะเปนการใชวตถดบท�มในประเทศ ลดการนาเขาและรวมถงการสรางมลคาเพ�มไดหลายลานบาทตอป

8

รปท� 1.9 กระบวนการผลตช�นงานทงสเตนคารไบด [12]

จากรปท� 1.9 แสดงกระบวนการผลตช�นงานทงสเตนคารไบด ซ� งประกอบดวย การเตรยมทงสเตนคารไบดและโคบอลต ทาการผสม อดข� นรปเปนช�นงาน อบผนกและไดเปนช�นงานสาเรจรป ตารางท� 1.1 สมบตของช�นงานทงสเตนคารไบดท�มสวนผสมระหวาง ผงทงสเตนคารไบดผสมกบ ผงโคบอลต

ช�นท� ขนาดเกรน

ผงทงสเตนคารไบด (µm)

ปรมาณของ

โคบอลต (Co), (%)

คาความแขง

HV

1. 3 - 4 16 1,323 – 1,400

2. 1.5 - 2.5 6 1,478 – 1,556

9

ตารางท� 1.2 สมบตของช�นงานทงสเตนคารไบด จากงานวจยของ Farid Akhtar และคณะ [13]

ช�นท�

อตราสวนของ

ขนาดทงสเตนคารไบด(WC)

รวมท�งหมด 54%ของช�นงาน

(%)

ปรมาณโลหะคารไบด

(TiTaW)C

(%)

ปรมาณ

โคบอลต(Co)

(%)

อณหภม

อบผนก

(oC)


(HRA)

ขนาด WC

2µm

ขนาด WC

0.2 µm

1. 18 36 46 6 1,485 93

2. 27 27 46 6 1,485 91

3. 36 18 46 6 1,485 89

ตารางท� 1.3 สมบตเคร�องมอชนดทงสเตนคารไบด

ช�นงาน

อตราสวนผสม

(%)

ความ

หนาแนน

(g/cm3)


(HRA)

ขนาดของ

เกรน

(µm)

แรงอดข�น

รป

(ton/inch2)

อณหภม

อบผนก

(oC) WC Co

C-90-x 90.0 10.0 14.45 89.5 1-4

5-30 1,400-1,500 C-93 95.5 4.5 15.15 92.5 1-3

C-85 87.0 13.0 14.25 88.4 3-4

YG8 [63] 92 8 14.72 90 1-10 - 1,400

UF12 [66] 88 12 - 1,674 HV 0.6 ± 0.04 - -

10

รปท� 1.10 แสดงปจจยท�สาคญท�งหมดท�ใชในงานกลงปอกดวยมดกลงอนเสรท [14]

รปท� 1.11 การทดสอบช�นงานซเมนตคารไบดโดยการตดปาดผวช�นงานเพ�อศกษาการ

สกหรอบรเวณคมตดของซเมนตคารไบด [15]

11

รปท� 1.12 เปรยบเทยบการสกหรอบรเวณคมตดของแผนมดซเมนตคารไบด [15] การวจยน� จงมงพฒนาช�นงานความแขงสงพ เศษจากโลหะผงท�ผลตข� นมาใหมดวย

เทคโนโลยท�พ� งตนเอง ใหมความสามารถในการใชงานมสมบตท�เหมาะสมและมคณภาพสง สามารถนาไปพฒนาตอไปเพ�อการใชงานและผลตในอตสาหกรรมภายในประเทศตอไปในอนาคต

1.2 วตถประสงค

1.2.1 เพ�อออกแบบและผลตช�นสวนโลหะความแขงสง (Hard metals) จากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการ recovered ดวยเทคโนโลยท�พฒนาข�นใหม

1.2.2 เพ�อศกษาสมบตของช�นสวนมาตรฐานตอความสามารถในการใชงาน 1.2.3 เพ�อเปรยบเทยบสมบตทางกลและการใชงานของช�นสวนโลหะความแขงสงท�

พฒนาข�น 1.3 ขอบเขตของการวจย 1.3.1 พฒนาช�นสวนโลหะความแขงสงจากวสดมคาชนด Tungsten Carbides (WC) ท�ผานการ recovered ดวยเทคโนโลยท�พฒนาข� นใหมในประเทศไทย ใหช�นสวนโลหะความแขงสงสาหรบงานตดปาดผวช�นสวนเหลกกลา ชนดเหลกกลาช�นสวนเคร�องจกรกล สาหรบงานตดผวละเอยด

12

รปท� 1.13 แสดงตวอยางการกาหนดขนาดช�นงานแผนมดตดเพ�อการทดลอง [16]

1.3.2 ใชวสดทงสเตนคารไบดจากกระบวนการรไซเคลกลบมาใชใหม (Recovered) ดวยกระบวนการท�พฒนาข�นใหม ผลตโลหะผงขนาดผงอยในชวง 1.00 – 51.00 µm โดยวธการคดกรองตาม มาตรฐาน Sieve วสดผงทงสเตนคารไบดท�มความบรสทธ~ ไมนอยกวา 95% ตรวจสอบขนาดและการกระจายของผงโลหะ ใหการกระจายโลหะผงแบบโคงปรกต

รปท� 1.14 แสดงตวอยางผงโลหะ Submicron WC powder วเคราะห ดวย SEM

13

1.3.3 ช�นสวนโลหะความแขงสงผสมโลหะประสานโคบอลตระหวาง 5-15% 1.3.4 ตรวจสอบวสดดวย SEM, XRD, XRF, PSD

1.3.5 การบดแบบ Pulverized ดวย Tungsten carbide Ball mills โดยใชเคร�องบดโลหะผง (Mechanical alloying) และการกาหนดการกระจายของโลหะผง (Particle sized Distribution)

1.3.6 การเตรยมโลหะผงดวยปจจยเดยวกน ไดแก ความเรวรอบ ขนาดลกบด อตราสวนสารละลายในการบด เวลาในการบด การผสมวสดประสาน (wax) เปนตน

1.3.7 การอดข�นรป (Press) การกาหนดคาความหนาแนนกอนอบ (Green density) และตรวจสอบความหนาแนนหลงการอบผนก (Sintering process)

1.3.8 ออกแบบกระบวนการอบผนก (Sintering) โดยใหความหนาแนนไมต�ากวา 14.00 g/cm2

1.3.9 ศกษาสมบตทางกล และทดสอบการใชงาน อาท การสกหรอ การกลงปอกผวช�นงานเหลกกลาท�มสมบตเทยบเทา AISI 1045

1.3.10 วเคระหผลการทดลอง และกาหนดคณลกษณะของช�นสวนโลหะความแขงสง ซ� งเปนผลตภณฑพ�นฐาน

1.4 วธดาเนนการวจย 1.4.1 ผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดจากหองปฏบตการผลตทงสเตนคารไบดกลบคนมาใชใหม (เปนเทคโนโลยท�พฒนาข�นใหม) 1.4.2 กาหนดขนาดโลหะผงดวยการคดกรองจากตะแกรงความละเอยด 51 µm. และลดขนาดของ WC particle ดวยการบด (Ball mill) เปนเวลาประมาณ 40 ช�วโมง 1.4.3 คดกรองและแยกขนาดโลหะผง 1.4.4 คดเลอกผงโลหะทงสเตนคารไบดท�มขนาดและคณลกษณะท�เหมาะสมเพ�อนาไปผลตเปนช�นสวนความแขงสงพเศษ (Hard metals) 1.4.5 ผสมโลหะประสานตามสดสวนท�กาหนดและตรงตามมาตรฐานในชวง 3-20% 1.4.6 ผสมวสดยดตดชนด Paraffin Wax ตามสดสวนมาตรฐานท�กาหนดไมเกน 3% 1.4.7 อดข�นรปตามแบบงานโดยการผลตแมพมพเพ�อข�นรปโลหะผงตามขนาดท�กาหนด 1.4.8 ตรวจสอบขนาด ความหนาแนน (Green density) และอ�น ๆ 1.4.9 อบผนกท�อณหภม ในชวง 1,400-1,500°c และสอดคลองตามมาตรฐาน 1.4.10 ตรวจสอบขนาด ความหนาแนนของช�นสวนโลหะแขงท�พฒนาข�น 1.4.11 การเจยระไนผวสาเรจ (Finish to size)

14

1.4.12 การทดสอบความแขง และทดสอบการใชงาน 1.4.13 เปรยบเทยบและกาหนดสมบตเบ�องตนของผลตภณฑทงสเตนคารไบด 1.5 สถานท�ทดลองและเกบขอมล

1.5.1 สาขาวศวกรรมการจดการอตสาหกรรมเพ�อความย �งยน และสาขาวชาเทคโนโลยการผลตเคร�องมอและแมพมพ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร การเตรยมและผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดเพ�อผลตช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบด 1.5.2 สถาบนวจยและพฒนา โดยสานกบรการเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร การเตรยมอปกรณการทดลอง เตรยมช�นงาน การตรวจสอบและทดสอบพ�นฐานช�นงานคารไบด 1.5.3 ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาตเพ�อการทดสอบวสดผงโลหะทงสเตนคารไบดท�พฒนาข�นใหม 1.5.4 สถาบนวจยวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทยเพ�อตรวจสอบสมบตโลหะผงทงสเตนคารไบด การคดขนาดโลหะผง การอบผนกช�นงานซเมนตคารไบด 1.5.5 บรษท อาร.เอส.คารไบด โปรดกส จากด สาหรบปฏบตงานอดข� นรปช�นงาน ตรวจสอบความหนาแนน และอบผนกช�นงานแผนมดตด

15

1.6 ระยะเวลาการทาวจย

ตารางท� 1.4 ระยะเวลาโครงการ ประมาณ 1 ป (ตลาคม 2554 – กนยายน 2555)

ข�นตอนการวจย

ระยะเวลา 1 ป

ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค. เม.ย. พ.ค. ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย.

1. ผลตโลหะผง WC

2. จดเตรยมวสด ลดขนาดผง

คดแยก ขนาด (<20 µm)

3. ผสมและอดข�นรป

4.อบผนกและเจยรไนผวสาเรจ

5. ทดสอบสมบตทางกล

6.ทดสอบการใชงาน (กลง)

การสกหรอ ความแขง ลกษณะ

โครงสรางจลภาคและความ

เรยบผว

7. กาหนดมาตรฐานช�นงาน

ซเมนตคารไบด

8. สรปผลและรายงาน

1.7 เคร�องมอและอปกรณการวจย

1.7.1 เคร�องมอและอปกรณผลตโลหะ 1.7.1 .1 เคร�องสลายเศษซเมนตคารไบดท�พฒนาข�น

แผนงาน

ปฏบตจรง

16

1.7.1.2 เคร�องบดผงโลหะแบบบอลมลล ย�หอ ฟรสช (Fritsch) ความเรวรอบสงสด 600 รอบตอนาท (RPM) 1.7.1.3 เคร�องคดขนาดอนภาคโลหะผงทงสเตนคารไบด (Sieve Shaker) 1.7.1.4 ลกบดทงสเตนคารไบดขนาดเสนผานศนยกลาง 5 มลลเมตร และ 6 มลลเมตร 1.7.1.5 ถวยเซรามกสขนาดเสนผานศนยกลางของถวย 100 มลลเมตร 1.7.1.6 เตาอบสญญากาศใหความรอนท�อณหภมสงสด 250 องศาเซลเซยส 1.7.2 อปกรณข�นรปช�นงาน 1.7.2.1 เคร�องอดข�นรประบบไฮโรลกสแรงอดสงสด 50 ตนตอตารางน�ว (ton/inch2) 1.7.2.2 เตาอบช�นงานซเมนตคารไบดระบบสญญากาศและการอบคนตวแบบอตโนมตอณหภมในการอบสงสด 4,000 องศาเซลเซยส 1.7.3 อปกรณวดตรวจสอบ 1.7.3.1 เคร�องทดสอบการกระจายตวของผงโลหะ (Particle Size สามารถวดขนาดและการกระจายของอนภาคในชวงต�งแต 0.1-2,000 ไมโครเมตร 1.7.3.2 เคร�องวเคราะหสวนผสมทางเคม (XRD) 1.7.3.3 เคร�องตรวจสอบสมบตโลหะผง XRF, PSD 1.7.3.4 เคร�องวเคราะหโครงสรางจลภาค (SEM) กาลงขยายสงสด 30,000 เทา 1.7.3.5 เคร�องทดสอบความหนาแนน 1.7.3.6 เคร�องกลงอตโนมต ซเอนซ (CNC) รน โอกมา (OKUMA) ความเรวรอบสงสด 4,000 รอบตอนาท (RPM) 1.7.3.7 เคร�องวดขนาดแผนมดตด เคร�องโพรฟลาย โปรเจคเตอร คว เอม ดาตา 200 (Profile Projector QM DATA 200) ย�หอ นคคอน (Nikon) รน (V-128) กาลงขยาย (5X, 10X, 20X, 50X) ความละเอยดในการวดระยะ 0.001 มม. 1.7.3.8 เคร�องทดสอบความเรยบผว เมสเซอร�ง ไมโครสโคป (Measuring Microscope) ย�หอ นคคน (Nikon) รน (SJ 400) สามารถบอกคาความเรยบเปน (Ra, Rz, Rmax) 1.7.3.9 เวอรเนยคาลปเปอร ดจตอล ย�หอ ไคบะ (Keiba) ความละเอยด 0.01 มลลเมตร 1.7.3.10 เคร�องช�งน�าหนกความละเอยด 0.0001 กรม (g)

17

1.7.4 อปกรณอ�นๆท�เก�ยวของ วสดในการทดสอบ เหลกลาคารบอน 0.45 เปอรเซนต (S45C) ขนาดเสนผานศนยกลาง 40 มลลเมตร ความยาว 300 มลลเมตร

1.8 ประโยชนท�จะไดรบ

1.8.1 ช�นสวนมาตรฐานความแขงสง (Standard of Hard metals) ไดแก แผนมดตดท�ม ความสามารถในการตดปาดผวเหลกกลาช�นสวนเคร�องจกรกล AISI 1045 1.8.2 ผลตภณฑช�นสวนมาตรฐานความแขงสง ไดแก แผนมดตดมสมบตดานความแขง เทยบเทา Commercial tools 1.8.3 ความหนาแนน (Density) มาตรฐานไมนอยกวา 14.34 g/cm3

1.8.4 โครงสรางตางๆ ของช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบดท�ทาการผลตและนาเขาจากตางประเทศ 1.8.5 สมบตทางกลและทางโลหะวทยาของช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบด 1.8.6 กระบวนการผลตช�นสวนโลหะความแขงสง 1.8.7 ไดผลตภณฑท�ใชงานไดและมคณภาพเทยบเคยงช�นงานมาตรฐานหรอช�นงานนาเขาจากตางประเทศ 1.8.8 ผผลตช�นสวนในอตสาหกรรมพ�นฐาน เชน การอบผนก (Sintering) และผสนใจในในอตสาหกรรมสนบสนน เน�องจากเปนเทคโนโลยใหมในประเทศและยงไมมการแขงขน สาหรบการนาโลหะกลมมาใชซ� า ๆ ซ� งเปนโลหะท�มศกยภาพทางอตสาหกรรมสง 1.8.9 ผผลตช�นสวนจากผงทงสเตนคารไบดและผประกอบการท�ใชวตถดบประเภทผง โลหะเพ�อการพนเคลอบใหสามารถลดตนทนวตถดบจากการนาเขา เพราะมการผลตภายในประเทศ ลดตนทนแกผประกอบการ 1.8.10 ผประกอบการท�นาเขาผงโลหะ เพ�อการช�นรปช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบดและ การพนเคลอบมโอกาสเลอกสนคาโลหะผงทงสเตนท�ผลตในประเทศ

บทท� 2

ทฤษฎท�เก�ยวของ

2.1 บทนา

สาหรบการ recovered ดวยกระบวนการ Hydrothermal treatment processes [53] พบวาสามารถสกด (Extracted) โลหะโคบอลตใหละลายออกจากช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบดท=ผลตจาก WC powder, sized 1.0-5.0 µm, WC-20Co% ดวยการ treatment were charged into PTFE-lined autoclave containers and hydrothermal-treated. เกดการสกดโคบอลตไดผลดท=อณหภม 110°c for 24 h in 6N HCl จากน6นกรองใหไดผงโลหะและลางทาความสะอาด บดดวย ball mill ใชเวลาบดนาน 24 h. อบใหแหงและนากลบไปผลตเปนช6นงาน (re-sintering) โดยอบผนกท= 1,380°c , 1h. ปรากฏวาไดช6นงานมความหนาแนน 13.40 g/cm3 ความแขง 83.1 HRA, TRS 216 kgf/mm2 ซ= งสมบตทางกลของช6นงานท=นอยลงน6 เน=องจากการ formation of η phase because of the oxidation of WC particles. อยางไรกตามสามารถแกไขใหดข6นไดดวยการ Improving the dying process of recovered powder.[20] การ recycling methods for WC-Co starting from wastes usually use chemicals such as acids and bases for their dissolution, followed by controlled precipitation. Reduction and final carburization. จากน6นผลตเปนช6นงานแผนมด (Cutting tools) ISO CNMG 120408 เปรยบเทยบสมบตและการใชงานกบช6นงานโลหะผงมาตรฐานท=มเง=อนไขการผลตเดยวกนปรากฏวาการสกหรอท=คมตดดานผวหลบ (Flank wear) มากกวา 3 เทา เม=อเทยบกบ Commercial tools ท=ความเรวตด 150 m/min และเกดสกหรอเพ=มข6นเม=อความรวตดเพ=มข6น ปรบปรงคณภาพดวยการเคลอบผวแบบ PACVD coated ปรากฏวาตานทานการสกหรอดข6นการสกหรอท=ผวหลบนอยกวามดตดเคลอบผว Commercial tools. [21]

เศษซเมนตทงสเตนคารไบด (Cement tungsten carbide scrap) เปนช6นงานโลหะความแขงสง (Hard metals) มสารประกอบสาคญ ไดแก ผงทงสเตน (Tungsten powder) คารบอน (C) ผงโคบอลต (Co powder) เหลก (Iron) หรอ นเกล (Nickel) และผานการผลตดวยกรรมวธอบผนก (Sintering) ท=อณหภมในชวง 1,450-1,600 C โครงสรางเปน Co/WC/C [4] ตามรปท= 2.1

สมบตทางกล (Mechanical properties) ของซเมนตทงสเตนคารไบด ข6นกบขนาดผง (Grain size) และอตราสวนผสมของโคบอลต (Cobalt binder) ซ= งเปนวสดประสาน อาท ช6นงานโลหะแขง

ท=สวนผสมของ WC-6 wt% 1,170 HV ขณะท=ผงทงสเตนคารไบดขนาด

รปท= 2.1 โครงสรางโลหะผสม

หากขนาดลดลงมาท=(Dissolution) สารประกอบ20% และ 22% ท=ขนาดเกรนซตรก (Citric acid ) ผสมในสารละลายไฮโดรคลอรกสงถง 2,000-3,000 มลลแอมปอณหภมของสารละลายอยท=อยในชวง 16-18 g dm-3 [9เพ=มอตราการแยกสลาย ความสามารถในการสลายสารประกอบสวนประกอบและขนาดเกรนเวลานานกวา 50-300 ช=วโมงµm ท6งน6 ข6นกบชนดของเศษวสดท=มสารประกอบแผนมดตด (Cutting insertมดตด (Cutting knife) 10-ทงสเตนคารไบดขนาดเกรนทงสเตนคารไบด1,380 C ช6นงานมความแขง

6 wt% Co ขนาดผงทงสเตนคารไบด (WC Powder) 6 µmขณะท=ผงทงสเตนคารไบดขนาด 1.7 µm ใหความแขงท= 1,600 HV (92.7 HRA)

โครงสรางโลหะผสม ทงสเตน โคบอลตและคารบอน

หากขนาดลดลงมาท= 0.2 µm ความแขงเพ=มข6นเปน 2,300 HV

สารประกอบ (Co) จากเศษซเมนตทงสเตนคารไบดท=สวนผสมท=ขนาดเกรน 2 µm , 2µm, 3.5µm และ 4.5µm ตามลาดบ ปรากฏวาสารละลาย

ผสมในสารละลายไฮโดรคลอรก (Hydrochloric acid :HClมลลแอมป (mA) จากการจายแรงดนไฟฟาท=เหมาะสมในชวง

อณหภมของสารละลายอยท= 25 C โดยใชเวลานาน 24 ช=วโมง ปรากฏวาไดรบสารละลายโคบอล9] การทดลองโดยใชอณหภมและออกซเจนมผลอยางมนยสาคญตอการความสามารถในการสลายสารประกอบโคบอลต

สวนประกอบและขนาดเกรน(Grain size) การใชกรดอซตก (acetic acid) ท=อณหภมช=วโมง สงผลใหความหนาผวช6นงานเกดการละลายลดลงประมาณ

ข6นกบชนดของเศษวสดท=มสารประกอบโคบอลตไดแก สวาน (Circuit board drillCutting insert) 8-11% และ 14.6% ช6นงานทนการสกหรอ (Wear part

-12% ขนาดเกรนในชวง 0.5-9.5 µm [20] จากการแยกสลายช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบดขนาดเกรนทงสเตนคารไบด 1-5µm สวนผสมโคบอลต 20%

ช6นงานมความแขง 83.1 HRA เพ=อแยกสารประกอบโคบอลตดวยสารละลายไฮโดรคลอ

19

µm ใหความแขงสงถง 1,600 HV (92.7 HRA)

และคารบอน [22]

[19] การแยกสลาย จากเศษซเมนตทงสเตนคารไบดท=สวนผสมโคบอลต6% , 14%,

ปรากฏวาสารละลาย กรดHydrochloric acid :HCl) ใหกระแสไฟฟาได

จากการจายแรงดนไฟฟาท=เหมาะสมในชวง 0.200-0.600 โวลต ปรากฏวาไดรบสารละลายโคบอลต

การทดลองโดยใชอณหภมและออกซเจนมผลอยางมนยสาคญตอการโคบอลตในสารละลาย ข6นกบ

ท=อณหภม 80 C ในสงผลใหความหนาผวช6นงานเกดการละลายลดลงประมาณ 65-299

Circuit board drill) 7.9% Wear part) 10% และ 13%

จากการแยกสลายช6นงานซเมนต20% อบผนกท=อณหภม

ดวยสารละลายไฮโดรคลอ

20

รก (HCl) ใหอตราการแยกสารประกอบเพ=มข6นโดยเพ=มอณหภมสารละลายสงข6นถง 110 C และการบดยอย (Re-sintered) ปรากฏวาสามารถสกดโคบอลตออกไดโดยใชเวลานานถง 24 ช=วโมง [21] จากการละลายสารประกอบโคบอลตดวยการใชตระกลาไททาเนยม (Titanium) ข6วบวก บรรจช6นงานและคงอณหภมท= 25 C แรงเคล=อนไฟฟาอยระหวาง 200-600 มลลโวลต (mV) ในสารละลายไฮโครคลอรกผสมกรดซตรกประมาณ 40 กรม/ลตร ปรากฏวาโคบอลตละลาย (Dissolved) ไดในชวงรอยละ 20.5-80.7 [22] และการนาเศษซเมนตทงสเตนคารไบดกลบมาใชใหมดวยกระบวนการหลอมในสงกะส (Zinc process) ใชอณหภมสงกวา 1,000 C ซ= งเปนกระบวนการหน=งท=นาเศษโลหะกลบมาใชใหมแตตนทนสง [20] ในขณะท=การแยกสลายช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบดท=เปนเคร=องมอตดและแทงช6นงานซ= งมขนาดใหญ (Larger the piece) การทดลองจายแรงดนไฟฟาในชวง 0.5 – 20 โวลต กระแสไฟฟาในชวง 0.5-30 แอมแปร ในสารละลายแอมโมเนยม (Ammonium solution) และใชวสดแทงทงสเตนเปนข6วลบ (Cathode) ปรากฏวาวสดท=ไดมความบรสทธ{ ถง 99% [23]

ปจจบนช6นสวนความแขงสงพเศษ อาท เคร=องมอตด (Cutting tools) ซเมนตทงสเตนคารไบดท=ใชงานในอตสาหกรรมมผผลตหลายราย เง=อนไขและตวแปร (Parameters) ในการผลตของแตละรายมความแตกตางกน อาท อณหภม เวลา แรงดน เปนตน ซ= งเปนองคประกอบสาคญตอคณภาพดานความแขง (Hardness) หากความแขงมากมลคาของช6นงานกสงข6น [20] รายงานวจยพบวาขนาดเกรนเลกลงจะสงผลใหช6นงานมความแขงสงข6น [18] และพบวาเศษช6นงานเคร=องมอตดท=ใชงานในอตสาหกรรมมคาความแขงสงข6นอยางตอเน=อง และเศษซเมนตคารไบดมปรมาณเพ=มกวา 20 ตน ในป พ.ศ.2550

ดงน6น ในการวจยน6 จงเหนความสาคญเพ=อศกษาการผสมโคบอลตสาหรบผลตแผนมดความแขงกวา 90 HRA

จากรายงาน USGS Science for a changing world Report เก=ยวกบการนาช6นงานซเมนต ทงสเตนคารไบดกลบมาใชใหม สาหรบประเทศสหรฐอเมรกา โดย Kim B.Shedd เร=อง Tungsten Recycling in the United States in 2000 ผลการวจยน6ไดถกเปดเผยเม=อ ป พ.ศ. 2548 พบวาท=ประเทศดงกลาวน6การใชทงสเตนมแนวโนมมากข6นและสดสวนการใชงานสงกวาวสดอ=น ในกลมวสดท=นากลบมาใชใหม จากรายงานสรปวา สดสวนการใชวสดทงสเตนท=เรยกวา New scrap ตอ Old scrap ในอตราสวน 20 ตอ 80 และเม=อพจารณาสดสวนการนาวสดเกาใชงานแลวกลบมาใชใหมปรากฏวา เปนวสดชนดทงสเตน มากกวาชนดอ=นรอยละ 66 ของวสดนากลบมาใชใหมท6งหมด ในป ค.ศ. 2000 สหรฐอเมรกามทงสเตนท=เปน New scrap สงถง 10,400 ตน สวนใหญผลตเปนโลหะผงและผลตช6นงานความแขงสง (Hard metal) ในป ค.ศ.2000 สหรฐอเมรกานาเขา Tungsten ,Waste and

21

Scrap สงถง 993 ตน มลคาประมาณ 248,000,000 ลานบาท คดเปนรอยละ 81 ของท6งหมด โดยนาเขาจากประเทศจน รอยละ 25 เกาหลใตและรสเซยรอยละ 15 เยอรมนรอยละ 8 ญ=ปน อเมรกาใตและอซเบกสถานรอยละ 6 และประเทศอ=น ๆ กวา 14 ประเทศ [59] สวนการผลตช6นสวนหรอเคร=องมอวสดทงสเตนคารไบด (Heavy metal alloy scrap)

จากรายงานของ International Tungsten Industry Association ทงสเตนจะมสมบตในดานตาง ๆ ไดแก Atomic weight 183.85 g/g atom ความหนาแนน (Density) 19.25 g/cm3 จดหลอม (Melting) 3,387-3,422 °C [33] จากรายงานพบวาการนาวสดในอตสาหกรรมกลบมาใชใหม (Recycling) ท=วโลก มทงสเตนมากกวารอยละ 30 และหากนบรวมการนาทงสเตนและเหลกกลารอบสงกลบมาใชใหมผสมกบวสดอ=น ๆ แลวมสดสวนการใชสงถงรอยละ 60-70 และในสวนของทงสเตนคารไบด (WC) สวนมากผลตเปนผง (Powder) โดยมคารบอนบรสทธ{ (Pure carbon Powder) ในสดสวนท=เหมาะสม สามารถทาการผลตดวยอณหภมในชวง 900 -2,000 °C

ผลการศกษาตวอยางผลตภณฑท=จาหนายในตลาดท=วโลก ช6นงานท=ผลตดวยผงทงสเตนคารไบดวสดท=นยมทาเปนตวประสาน (Binder) เพ=อเพ=มสมบตเหมาะสมกบการใชงาน ไดแก โคบอลต (Co) รอยละ 2.00-20.00 และธาตอ=น ๆ เชน Ti+Ta+Nb ช6นงานจะมความแขง (Hardness) 2,000-2,500 HV ความหนาแนน 16-17 g/cm3 ขนาดเกรน (Particle size:mesh) ข6นกบขนาดผงโลหะ สามารถประยกตใชงานไดหลายแบบ ไดแก ผลตเปนช6นสวนสาหรบอปกรณ ช6นสวนเคร=องมอในงานตานทานการสกหรอสง (Abrasion machine part) ช6นสวนเคร=องจกรกลหนก อปกรณขดเจาะ (Excavator) ช6นสวนเคร=องจกรกลสงกาลงสง เชน เฟอง ลกรด ช6นสวนในเคร=องใชเคร=องประดบท=คงทน ไดแก ช6นสวนนาฬกา ของเลน ท=แขงแรงสงทนทานตอการกดกรอน และผลตเคร=องมอตด (Cutting tools) และการเลอกวสดผสมข6นกบความตองการดานใชงาน โดยเฉพาะโคบอลตเปนวสดประสานท=ดสามารถผสมในสดสวนสงถง รอยละ 30 เปนตน

งานวจย เร= อง การอดฉดข6 นรปโลหะผงทงสเตนคารไบดและโคบอลตโดยการใชตวประสานชนดพอลเอทลนไกลคอลและพอลเมทลเมทาครเลท โดย ณฏฐตา ชวนเกรกกล ผลงานวจยปรากฏวาความหนาแนนสงสดของช6นงานคดเปนรอยละ 97 ของความหนาแนนทางทฤษฎ

22

รปท= 2.2 Dissolution of Co [9]

รปท= 2.3 การวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบดดวย SEM [24]

รปท= 2.4 ลกษณะของแผนมดตดปาดผว (Insert tools) ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบด [21]

23

รปท= 2.5 โครงสรางของซเมนตคารไบด ชนดแผนมดตดปาดผว [25]

รปท= 2.6 Schematic diagram and photographic view of experimental set-up. [26]

จากรปท= 2.6 แสดงลกษณะภาพจาลองการทดสอบประสทธภาพการกลงงานและการเกบขอมลแตละข6นตอนการดาเนนงาน

α-Phase β-Phase η-Phase

24

รปท= 2.7 รปแบบการสกหรอบรเวณคมตดของแผนมดจากการตดปาดผวช6นงาน [15]

จากรปท= 2.7 แสดงการตรวจสอบการสกหรอบรเวณคมตดของแผนมดสารบงานกลงปอกประกอบดวย VBN คอความลกสงสดของระยะการสกหรอบรเวณคมตด VBB คอ ความลกนอยสดของระยะการสกหรอบรเวณคมตด เปนตน

รปท= 2.8 การสกหรอท=ผวหลบ (Flank wear) ท=บรเวณคมตดของแผนมดซเมนตคารไบด 15]

จากรปท= 2.8 แสดงการสกหรอของแผนมดซเมนตคารไบด จากรปแสดงความสมพนธระหวางการสกหรอท=ผวหลบกบระยะทางในการตด

25

รปท= 2.9 ลกษณะของเศษตด (Chip) [27]

รปท= 2.9 แสดงลกษณะของเศษตด (Chip) โดยใชระยะความลก (Depth of Cut) ของการตดอยระหวาง 0.2-1.2 mm และการใชอตราปอน (Feed) ระหวาง 0.04-0.16 mm/rev 2.2 กระบวนการผลตช�นงานซเมนตคารไบด

รปท= 2.10 แสดงกระบวนการผลตช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบด [69]

26

จากรปท= 2.10 แสดงกระบวนการผลตช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบดของบรษท Mitsubishi เร=มตนจากแรทงสเตนผานกระบวนการสกด ผลตเปนทงสเตนคารไบดดวยการผสมคารบอน เขาสกระบวนการ carbonizing ลดขนาดโดยวธการบด ผสมโลหะประสาน คดขนาด อดข6 นรปเปนช6นงานคารไบด อบผนก (Sintering) ดวยอณหภมท=เหมาะสม จบกระบวนการ ไดผลตภณฑชนดซเมนตคารไบดสาเรจรปพรอมใชงาน

2.3 การบดละเอยด (Grinding or Milling) เปนการบดวตถท=ใหมขนาดของอนภาคเลกลงจนถงข6นละเอยดมาก (Pulverization) โดยใชการกระทบ กระแทกและการเสยดสกนระหวางวตถดบ ตวลกบด (Grinding Media) และตวบผนงของหมอบด (Lining) Ball Mill ท=ใชสาหรบบดวตถดบใหมความละเอยดน6นสามารถแบงอยางกวางๆไดเปนสองประเภทคอแบบ Batch Mill และแบบ Continuous Mill Batch mill เปนการบดดวย Ball mill โดยการเตมวตถ และ Medium เชน น6 า, แอลกอฮอล, โพลเอธลนอะซโตน และ Additive ตาง ๆ เชน ตวชวยการกระจายและการลอยตว (Deflocculant) [28]

ตารางท= 2.1 แสดง parameter ในการบดโลหะผงทงสเตนคารไบด [23]

ปจจย

A B C D E

อตราสวนลกบด

ขนาดลกบด (mm) ตวกลางในการชวยบด

ปรมาณของสารชวยบด (ml)

ความเรวในการหมน (RPM)

1 5:1 6 น6ากล=น 0 100

2 10:1 6+8 เอทานอล 4 150

3 15:1 8+12 อาซโตน 8 200

4 20:1 12+18 75% เอทานอล 12 250 จากตารางท= 2.1 แสดงพารามเตอรสาหรบการบดผงโลหะทงสเตนคารไบด ซ= งเก=ยวของตวแปรตางๆ เชน อตราสวนผงโลหะและลกบด ขนาดของลกบด ปรมาณของตวกลางในการชวยบด ความเรวรอบในการบด ซ= งมรายละเอยดดงน6

27

ปจจยท= 1 ใชอตราสวนน6าหนกระหวางลกบดและผงโลหะ 5 ตอ 1 ขนาดของลกบด 6 mm. ประเภทสารละลายท=ใชเปนตวกลางในการบดละเอยดคอ น6 ากล=น ความเรวรอบท=ใชในการบดละเอยดคอ 100 RPM ปจจยท= 2 ใชอตราสวนน6 าหนกระหวางลกบดและผงโลหะ 10:1 ขนาดของลกบด 6 + 8 mm. ประเภทสารละลายท=ใชเปนตวกลางในการบดละเอยดคอ เอทานอลใชปรมาณ 4 ml ความเรวรอบท=ใชในการบดละเอยดคอ 150 RPM ปจจยท= 3 ใชอตราสวนน6 าหนกระหวางลกบดและผงโลหะ 15:1 ขนาดของลกบด 8 + 12 mm. ประเภทสารละลายท=ใชเปนตวกลางในการบดละเอยดคอ อะซโตนใชปรมาณ 8 ml ความเรวรอบท=ใชในการบดละเอยดคอ 200 RPM ปจจยท= 4 ใชอตราสวนน6 าหนกระหวางลกบดและผงโลหะ 20:1 ขนาดของลกบด 12+18 mm. ประเภทสารละลายท=ใชเปนตวกลางในการบดละเอยดคอ สารละลายเอทานอล 75 % และน6 าใชปรมาณ 12 ml ความเรวรอบท=ใชในการบดละเอยดคอ 250 RPM ตารางท= 2.2 สมบตและการผสมทงสเตนคารไบดโคบอลตของ Betek Progress, Inc [67]

ชนด ขนาดเกรนผงทงสเตนคาร

ไบด (µm) ปรมาณทงสเตนคาร

ไบด (%) ปรมาณโคบอลต

(%) คาความแขง

(HV) B-10F 3 94.0 6 1,400 B-10 2.5 94.0 6 1,556 B-15 4 92.5 7.5 1,245 B-20 6 90.5 9.5 1,200 B-25 6 90.0 10 1,160 B-30 6 89.0 11 1,160 B-40 6 85.0 15 854

จากตารางท= 2.2 แสดงใหเหนสมบตและสดสวนการผสมโลหะประสานโคบอลตของบรษท Betek Progress, Inc ซ= งแบงประเภทของช6นงานซเมนตคารไบดไดเปน B-10F ถง B-40 จากการพจารณาพบวาขนาดเกรนของทงสเตนคารไบดมขนาดระหวาง 2.5-6 µm อตราสวนทงสเตน

28

คารไบด 85-94% โคบอลตอยระหวาง 6-15 % สมบตดานความแขงหลงการอบผนกมความแขงระหวาง 854-1556 HV 2.4 การตรวจสอบสมบตโลหะผง

2.4.1 ลกษณะรปรางโลหะผงทงเตนคารไบด การตรวจลกษณะของโลหะผงทงสเตนคารไบด เพ=อการตรวจสอบสมบตโลหะผง

เปนการทดสอบเพ=อวเคราะหสมบต คณภาพท=เหมาะสมสาหรบการนาไปใชในงานข6นรปเปนโลหะแขงตอไป

รปท= 2.11 Virginal WC powder [29]

รปท= 2.12 Appearances of the Recovered WC powder [29]

1 µm

2-3 µm

3 µm

0.5 µm

0.1 µm

5 µm

3 µm

1 µm

29

จากรปท= 2.11 และ 2.12 แสดงผลการวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบดทงสเตนคารไบดมาตรฐานและทงสเตนคารไบดจากการรไซเคล ปรากฎวาโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานขนาดอนภาคใหญสดประมาณ 0.5 µm ขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.1 µm พจารณาโดยสวนใหญอนภาคมขนาดระหวาง 1-3 µm สวนโลหะผงทงสเตนคารไบดท=ผานการรไซเคลปรากฎวาขนาดอนภาคใหญสดมขนาด 3 µm ขนาดเลกสดประมาณ 0.5 µm พจารณาโดยสวนใหญอนภาคมขนาดระหวาง 1-2 µm

รปท= 2.13 XRD pattern of WC-Co powder. [35]

จากรปท= 2.13 แสดงผลการตรวจ XRD โลหะผง WC-Co จากการพจาณาพบวาตวอยางทดสอบมทงสเตนเปนองคประกอบหลกกวา 90% และมโคบอลตผสมประมาณ 10%

รปท= 2.14 XRD patterns of WC-17 wt.% Co powder particles as-received and after ball

milling in shaker mill for different times. [30]

30

จากรปท= 2.14 แสดงผลการตรวจสอบ XRD ของโลหะผง WC-Co ท=ผานการบดละเอยด จากการวเคราะหพบวา ท= 0 -40 hr ตวอยางโลหะผงเปนทงสเตนคารไบด 100%

2.4.2 ขนาดและการกระจายของอนภาคโลหะผงทงสเตนคารไบด (WC powder)

รปท= 2.15 การตรวจวเคราะหขนาดและการกระจายโลหะผงทงสเตนคารไบด [31]

จากรปท= 2.15 เปนผลการตรวจสอบขนาดอนภาคของโลหะผงทงสเตนคารไบด จากการวเคราะหขนาดอนภาคอยระหวาง 0.8 – 100 µm อนภาคเลกสดประมาณ 0.8 µm และอนภาคใหญสดประมาณ 90 µm

รปท= 2.16 Particle size distribution for powders milled at 30 ˚C and RT. [31]

31

จากรปท= 2.16 แสดงผลการวเคราะห Particle size distribution ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ท=อณหภม 30 ˚C จากการวเคราะหพบวา อนภาคมขนาดระหวาง 0.05 – 0.4 เลกสดประมาณ 0.05 µm อนภาคใหญสดมขนาดประมาณ 0.8 µm

รปท= 2.17 Particle size distribution for spherical shaped tungsten carbide powder used in present study. [32]

จากรปท= 2.17 แสดงผลการวเคราะหขนาดของอนภาคโละหะผงทงสเตนคารไบด ปรากฏวาอนภาคเลกสดประมาณ 30 µm อนภาคใหญสดประมาณ 200 µm เม=อพจารณาแลวพบวาขนาดอนภาคสวนใหญอยระหวาง 75 µm – 150 µm

2.5 กระบวนการอดข�นรป Rapid sintering [34] กระบวนการท=สาคญท= สดในการทาช6นงาน โลหะผง กคอ ข6 นตอนการอดข6 นรป เทคโนโลยของการทาโลหะผงกคอ การอดผงใหไดรปรางและความหนาแนนตามท=กาหนด โดยท=วไปการอดข6นรปกระทาท=อณหภมหอง และมบางกรณท=ตองอดข6นรปโลหะท=อณหภมสงเพ=อจดประสงคในการใชงานเฉพาะแบบ

32

รปท= 2.18 แสดงลกษณะสวนประกอบของแมพมพท=มสวนผสมของกราไฟตท=ใชในการอดข6นรป ช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบด [34] จากรปท= 2.18 แสดงลกษณะการข6นรปเปนการอดข6นรปจดประสงคหลกคอ การทาใหโลหะผงจบตวเปนกอน โดยมรปรางและมตใกลเคยงกบวสดสาเรจข6นสดทายมากท=สด โดยการพจารณาลวงหนาถงการหดตวของช6นงานซเมนตคารไบดขณะผานการ อบผนก นอกจากน6การอดข6นรปยงตองคานวณลวงหนา ถงระดบ และชนดของรพรนท=ตองการใหมรวมท6งคาดถงกาลงวสดท=ไดภายหลงการอดตว 2.6 การอบผนก (Sintering ) [5] [34] การอบผนกเปนการทาใหอนภาคเช=อมตดกนท=อณหภมสง อาจเกดข6นท=อณหภมต=ากวา จดหลอมเหลวของวสดน6นๆโดยการเคล=อนท=ของอะตอมในสถานะของแขงแตในวสดหลายชนดจะเก=ยวกบการฟอรมตวของเฟสของเหลว เม=อพจารณาโครงสรางในระดบจลภาค การเพ=มขนาดของ คอคอด (neck growth) ท=เช=อมตอกนบรเวณจดสมผสของอนภาคดงรป 2.20 ซ= งเปนการเปล=ยนรปคอคอดในสถานะของแขง (solid state neck) ระหวางการอบผนกอนภาคทรงกลมการเพ=มขนาดของคอคอดทาใหสมบตของช6นงานเปล=ยนไปหลงอบผนก

33

รปท= 2.19 ภาพถาย SEM แสดงการฟอรมตวของคอคอด (Neck Growth) เน=องจากการอบผนก [5]

รปท= 2.20 แสดงอณหภมการอบผนกช6นงานซเมนตคารไบดสวนผสม WC-10Co [35]

จากรปท= 2.20 แสดงอณหภมในการอบช6นงานซเมนตคารไบดสวนผสม WC-10Co ซ= งแกนต6งแสดงอณหภม (°C) ในการอบผนก แกนนอนแสดงเวลา (m) Stepท= 1 เพ=มอณหภม 10 °C/นาท ใหอณหภมถง 600 °C Stepท= 2 เพ=มอณหภม 5 °C/นาท ใหอณหภมถง 1,150 °C แลวแชคงท=ไวเปนเวลา 0.5 ช=วโมง Stepท= 3 เพ=มอณหภม 3 °C/นาท ใหอณหภมถง 1,450 °C แลวแชคงท=ไวเปนเวลา 1 ช=วโมง ข6นตอนสดทายหลงอบผนกท=อณหภม 1,450 °C แลว ปลอยใหช6นงานเยนตวลงเปน 0 °C ภายในเตาอบ

34

รปท= 2.21 แสดงความสมพนธของอณหภมและเวลา ตอการหดตวของช6นท=ผานการอดข6นรปจาก งานวจย Rapid sintering of ultrafine WC–Ni cermets [34]

จากรปท= 2.21 ความสมพนธของอณหภมและเวลาสงผลตอการหดตวตามมตท=ไดจากการอดข6นรปกราฟน6 แสดงใหเหนถงวา เม=ออณหภมเปล=ยนแปลงและเวลาหลงจากการเพ=มความรอนจากอณหภม 550 °C ไปจนถงท= อณหภม 1,400 °C เม=อเวลาผานไป 45 วนาทช6นงานเกดการหดตวลงไป 3 มลลเมตร ซ= งแสดงใหเหนเวลาและอณหภมท=เหมาะสมตอขนาดการหดตวของช6นงานซเมนตทงสเตนคารไบดเพ=อ หลงจากการอบผนกแลวช6นงานซเมนตคารไบดท=ออกมาจะมขนาดตรงตามความตองการ

2.7 สมบตช�นงานซเมนตคารไบด [36] Cemented Carbides เปนกลมของวสดท=ทาจากทงสเตนคารไบด (WC) โดยใชเทคนคการข6นรปดวยโลหะผง (powder metallurgy technique) โดยมโคบอลตเปนวสดประสาน จากหนงสอ “ASM Engineered Materials Reference Book”, ASM International, pp. 182, 1989 แสดงสมบตของช6นงานคารไบดดงน6

35

ตารางท= 2.3 สมบตช6นงานซเมนตคารไบด [36]

ซเมนตคารไบด ความแขง (HV)

มอดลสความยดหยน(Gpa)

ความตานการแตกราว (MPa)

สมประสทธQความรอนและการขยายตว

(10-6/K)

การนาความรอน (W/m·K)

ความหนาแนน (g/cm3)

WC-20wt% Co 1,050 490 2,850 6.4 100 13.55 WC-10wt% Co 1,625 580 2,280 5.5 110 14.50 WC-3wt% Co 1,900 673 1,600 5.0 110 15.25 WC-10wt%

Co-22% (Ti,Ta,Nb)C

1,500 510 2,000 6.1 40 11.40

จากตารางท= 2.3 แสดงสมบตช6นสวนซเมนตคารไบด จากการพจารณาสวนผสม WC-20% Co มควาแขง 1,050 HV มอดลสความยนหยน 490 Gpa ความตานทานการแตกราว 2850 Mpa สมประสทธ{ ความรอนและการขยายตว 6.4 K การนาความรอน 100 W/m·K มความหนาแนน 13.55 g/cm3 สวนผสม WC-10% Co มควาแขง 1625 HV มอดลสความยนหยน 580 Gpa ความตานทานการแตกราว 2,280 Mpa สมประสทธ{ ความรอนและการขยายตว 5.5 K การนาความรอน 110 W/m·K มความหนาแนน 14.50 g/cm3 สวนผสม WC-3% Co มควาแขง 1900 HV มอดลสความยนหยน 673 Gpa ความตานทานการแตกราว 1,600 Mpa สมประสทธ{ ความรอนและการขยายตว 5.0 K การนาความรอน 110 W/m·K มความหนาแนน 15.25 g/cm3 สวนผสม WC-10% Co มควาแขง 1500 HV มอดลสความยนหยน 510 Gpa ความตานทานการแตกราว 2,000 Mpa สมประสทธ{ ความรอนและการขยายตว 6.1 K การนาความรอน 40 W/m·K มความหนาแนน 11.40 g/cm3

36

2.8 การตรวจสอบและทดสอบประสทธภาพแผนมด 2.8.1 การทดสอบความแขง [37] ความแขง (Hardness) คอความตานทานตอแรงกด การขดสและการกลงของวสด ดงน6น

การทดสอบความแขงจงสามารถทาไดหลายวธ แตในเชงโลหะวทยา การวดความแขงจะเปนการทดสอบความสามารถของวสดโลหะ ในการตานทานการเปล=ยนรปถาวร เม=อถกแรงกดจากหวกดกระทาลงบนช6นงานทดสอบ โดยมวธในการทดสอบท=นยมใชงาน การเลอกประเภทในการทดสอบความแขงของช6นงานมดงน6 เปนการวดความแขงโดยใชหวกดเพชรมลกษณเปนปรามดฐานส= เหล=ยม ท=ปลายหวกดทามม 136º (เปนมมท=มองศาใกลเคยงกบหวกดลกษณะกลมมากท=สด) ใชระยะเวลา 10-15 วนาท คาความแขงจะคานวณจากแรงกดทกระทาตอหน= งหนวยพ6นท=ผวเชนเดยวกบการทดสอบแบบ Brinell แตวธน6หวกดเปนเพชรซ= งมความแขงสงมากๆ ดงน6นในการใชงานจงสามารถวดคาความแขงไดต6งแตโลหะท=น=มมาก (HV ประมาณ 5) จนถงโลหะท=แขงมากๆ (VHN ประมาณ 1,500) โดยไมตองเปล=ยนหวกด จะเปล=ยนกเฉพาะแรงกดเทาน6น โดยมขนาดต6งแต 1-120 kgf ข6นอยกบความแขงของโลหะท=ทดสอบ ซ= งทาใหวธน6 มขอไดเปรยบกวา Brinell คอ ไมตองคานงถงอตราสวน P/D2 และขอจากดในดานความหนาของช6นงานทดสอบเน=องจากหวกดเพชรมขนาดเลกมาก

รปท= 2.22 แสดงลกษณะช6นงานสาหรบทดสอบโครงสรางและกดวดความแขง

37

รปท= 2.23 กราฟแสดงคาความแขงตอการเปล=ยนรปเม=อไดรบแรงกด 50 HV ของงานวจย Crack propagation characteristic and toughness of functionallygraded WC–Co cemented carbide [37]

จากรปท= 2.23 แสดงใหเหนถงลกษณะของการตานทานการเปล=ยนรปของช6นงานซเมนตคารไบดท=ผสมโคบอลต 6% มขนาดเสนผานศนยกลาง 25 mm ความสง 34 mm หลงจากไดรบแรงกดจากหวกดคาท=ไดออกมากแสดงใหเหนถงระดบช6นความแขงท=แตกตางกนในแตละโซนของพ6นท=ช6นงานคารไบดตวอยางจะเหนไดวาโซน I มคาความแขงเร=มตนท= 1,220 kg.mm2 ความแขงลดลงมาอยท= 1,150 kg.mm2 และมการเปล=ยนรปไป 1.2 mm ณ โซน II และลงไปต=าสดท=ความแขง 890 kg mm2 มการเปล=ยนรปไป 1.8 mm และผานไป ณ โซน III ความแขงของช6นงานเร=มกลบมามคาความแขงอยท= 1,157 kg.mm2 มการเปล=ยนรปไป 4.8 mm และมคาความแขงเพ=มข6นเปน 1,200 kg.mm2 ไปท=จดสดทายและมระยะการตานทานการเปล=ยนรป 9 mm

38

รปท= 2.24 Schematic diagram of palmqvist indentation characteristics [38]

รปท= 2.25 HV50 indent image in the intermediate zone, with diagonal length of 315.05 µm and 315.51 µm, respectively [37]

จากรปท= 2.25 แสดงการตรวจสอบหาคาความแขงแบบวกเกอร จากรปแสดงลกษณะรอยกดท=ความยาวเสนทแยงมม 315.05 µm และ 315.51 µm

2.8.2 ลกษณะโครงสรางและบรเวณการเกดรอยแตก ลกษณะโครงสรางซเมนตคารไบดสวนใหญประกอบดวย ทงสเตนคารไบดเปน

หลกผสมโลหะประสานโคบอลต และอาจจะมาตอ=นๆ ผสมเพ=มเตมเพ=อเพ=มสมบตท=เหมาะสมตามการใชงานซ=งสามารถแสดงลกษณะโครงสราง และรอบไดไดดงน6

39

รปท= 2.26 Sketch of crack propagation in WC-Co DP cemented carbide [39]

จากรปท= 2.26 แสดงลกษณะการเกดรอยแตกราวของช6นงานซเมนตคารไบด ซ= งเปนลกษณะการแตกแบบผาเกรน

รปท= 2.27 Micrographs of the crack at the surface zone with WC+Co tool gradient materials [38] รปท= 2.27 แสดงรปถายโครงสรางช6นงานซเมนตคารไบด จากรปแสดงลกษณะรอยแตกบรเวณใกลๆ ของมมตามรอยกดของวสดทดสอบ

40

รปท= 2.28 Cracks generated in the corners of Vickers indentations (at load 30 kg) [40]

จากรปท= 2.28 แสดงรอยแตกจากรายงานวจย Synthesis and processing of nanocrystalline tungsten carbide: Towards cemented carbides with optimal mechanical properties ซ= งเปนการเกดรอยราวบรเวณมมของรอยกดท=กาลงกด 30 kg

41

รปท= 2.29 แสดงลกษณะรอยแตกท=มมของช6นงานซเมนตคารไบดหลงรบโหลดแรงกด 50 HV ขอ งานวจย Crack propagation characteristic and toughness of functionally graded WC–Co cemented carbide. [37]

จากการศกษางานวจยรอยแตกท=เกดข6นบนช6นงานตวอยางมอย 2 แบบ แสดงดงรปท= 2.27-2.30 กลาวคอ

ลกษณะการแตกตามขอบเกรนของภาพ ( e) การแตกลกษณะน6 เรยกวาการแตกระหวางเกรน (Intergranular fracture) ความยาวของรอยแตกวดโดยใชสเกลเทยบ 20 µm ขนาดความยาวของรอยแตกคอ 0.03 mm การแตกหกแบบน6โดยปกตเกดบรเวณขอบเกรนไมแขงแรงและเปราะเน=องมาจากการไมจบตวระหวางโคบอลตกบทงสเตนคารไบดในการผสมและการอดข6 นรปหลงจากการอบหรอไดรบแรงกดจากการทดสอบความแขงทาใหเกดรอยแยกตามขอบเกรน

42

Increasing strength

Increasing Cost

R S C W T D V

การแตกแบบผาเกรน (Tran granular cleavage fracture) จากภาพ (f) ความยาวของรอยแตกวดโดยใชสเกลเทยบ 20 µm ขนาดความยาวของรอยแตกคอ 0.045 mm เกดข6นโดยปราศจากการเปล=ยนรปท=เหนไดชดและรอยแตกขยายตวไดอยางรวดเรว รอยแตกโตข6นในทศทางเกอบต6งฉากกบทศทางความเคนแรงกดท=กระทา การแตกแบบน6 เปนการแตกแบบปกตของวสดโลหะแขงคอเม=อไดรบแรงโหลดจากหวกดทาใหมแรงดงแยกผาเกรนแสดงใหเหนถงการยดเกาะระหวางทงสเตนคารไบดกบโคบอลต 2.9 การทดสอบประสทธภาพการใชงาน 2.9.1 รปทรงแผนมดกลงปอก

รปท= 2.30 แสดงลกษณะรปทรงของแผนมดสาหรบงานกลงปอก [41]

จากรปท= 2.30 ลกษณะของแผนมดแบบตางๆท=มขนาดมมคมตดตางกนท=สมพนธกบ

ความแขงแรงและตนทนในการใชงานอาท แผนมดรปทรง V มความแขงนอยกวารปทรงอ=นและ ตนทนในการใชงานสงกวารปทรงอ=น สวนแผนมดรปทรง S ซ= งมความแขงแรงมากกวา ตนทนในการใชงานต=า เน=องจากรปทรงเลขาคณตของแผนมดเปนส=เหล=ยมจตรสจงมมมคมตด มากกวา จงทาใหสามารถใชงานไดทกคมตดซ= งมากกวาแผนมดรปทรงอ=น 2.9.2 ลกษณะและการใชงานแผนมดกลงปอก (Catalogue SANDVIK THAILAND CO., LTD)

43

รปท= 2.31 แสดงรปทรงเลขาคณตและลกษณะการใชงานของแผนมด [41]

จากภาพท= 2.31 แสดงลกษณะการกลงปอกผวช6นงาน (Turning) ตดโลหะโดยใหมดตด

เคล=อนท=ตดช6นงานไปตามแนวขนานและต6งฉากกบแนวแกนของช6นงานซ= งเปนลกษณะการใชงานของแผนมดรปทรง S

44

2.9.3 ความสามารถแผนมดกลงปอก [41] ตารางท= 2.4 แสดงความสามารถของรปทางทรงเลขาคณตแผนมดกลงปอก

จากตารางท= 2.4 แสดงความสามารถของรปทางทรงเลขาคณตแผนมดกลงปอก แผนมดรปทรง S เหมาะกบงานกลงปอกมากท=สด เน=องจากการกลงปอกผวช6นงานเปนการปรบขนาดของ ช6นงานใหใกลเคยงกบช6นงานจรง และไมตองการความละเอยดของผวช6นงานมากนก

45

รปท= 2.32 แสดงรหสแผนมด CATALOGUE HIW Supply CO., LTD

46

จากรปท= 2.32 แสดงรหสแผนมดตด ของบรษท HIW Supply ซ= งแสดงลกษณะท=เหมาะสมสาหรบประกอบการตดสนใจนาไปใชงานสาหรบงานประเภทตางๆ ตามความลกษณะงาน ตารางท= 2.5 แสดงขนาดรปทรงทางเรขาคณตแผนมดกลงปอก [41] [42]

จากตารางท= 2.5 และรปท= 2.31 รหสแผนมดรปทรงส=เหล=ยมจตรส (รหส S) แผนมดรปทรง

ทรงมาตรฐาน SNMG 120408 ประกอบดวยอกษร 7 ตวโดยมความหมายดงน6 1) S หมายถง ลกษณะรปทรงของแผนมดท=มลกษณะส=เหล=ยมมม (90°) 2) N หมายถง มมหลบ (Relief Angle) ของแผนมดเทากบ 0 องศา

3) M หมายถง ระยะเผ=อ (Tolerance) มดงน6 คอความหนา (Thickness) ± 0.13, มมปลายมด (Conner Height ± 0.08 - 0.18, I.C.Size ± 0.05 - 0.15 4) G หมายถง มรตรงกลางมดและมมมหกเศษใชงานไดท6งสองดาน (Hole and Chip Breaker Symbol)

5) 12 หมายถง ขนาดความกวาง (Edge Length Symbol) และความยาวของแผนมดขนาด 12.7 mm.

6) 04 หมายถง ความหนาของมดขนาด 4.76 mm 7) 08 หมายถงรศมโคงปลายมด 0.8 mm 2.8.4 กลไกของการสกหรอ (Mechanism of Wear)

การสกหรอจากการเกาะตวระหวางผวโลหะและช6นงานแผนมด มช=อเรยกกนหลายช=อ เชนการขดสก (Scoring) การเกดรอยแผล (Galing) การยดเกาะตว (Seizing) การเกดรอยถลอก (Scuffing) ผวท=ไมเรยบของช6นสวนเคร=องจกร ทาใหเกดความเสยดทานตอการเคร=อนไหว ถาแรง

INSERT รหสแผน

มด (ISO)

ขนาดแผนมด A

mm.

รศมคมตด r

(mm.)

ความหนาแผนมด

T (mm.)

ขนาดรตรงกลาง

d (mm.)

SANDVIK SNMG 120408

12.7 0.8 4.76 5.16

MITSUMISHI SNMG 120408

12.7 0.8 4.76 5.16

47

ขบเคล=อนมเพยงพอท=จะผลกดนใหระบบเคล=อนท=หรอหมนตอไปได สวนท=โผลออกมาน6นจะถกทาลายถาผวโลหะเปนวสดออนกจะถกบดขย6ใหฉกขาด ส=งน6นาไปสขอสรปท=วาการปรบปรงและพฒนาความตานทานการสกหรอการปองกนการสกหรอ มวสดและวธการหลายอยางท=สามารถนามาใชปองกนการสกหรอได แตการเลอกใชวสดหรอ กรรมวธอยางหน= งจาเปนจะตองทาการวเคราะหสภาพการใชงานจรงของช6นสวนน6 นใหแนชดและควรจะไดมความรอบรถงขดความสามารถของวสดและกรรมวธท=เลอกใชน6นรวมท6งขอมลทางดานราคาวสดวศวกรและชางเทคนคผจะสามารถตดสนใจเลอกใชวสดและกรรมวธปองกนการสกหรอไดถกตอง

รปท= 2.33 ลกษณะแผนมดตด SNMG 120408 [43]

48

รปท= 2.34 Geometry of wear of turning tool [43]

รปท= 2.34 แสดงลกษณะการสกหรอของเคร=องมอสาหรบงานกลงตามหลกเรขาคณต

รปท= 2.35 แสดงลกษณะการสกหรอบรเวณดานขางคมตดของแผนมดตด จากงานวจย Wear mechanisms of WC coated and uncoated tools in finish turning of inconel 718 [44]

49

รปท= 2.36 แสดงลกษณะการสกหรอของแผนตดซเมนตคารไบดท=ผานการกลง ตามเง=อนไขท= กาหนดจากงานวจย Wear mechanisms of WC coated and uncoated tools in finish

turning of Inconel 718 [44]

จากรปท= 2.36 ลกษณะการสกหรอของแผนตดซเมนตคารไบดท=ผานการกลง ตามเง=อนไขท=กาหนดคอ ความเรวตด 50 (m./rev.) อตราปอน 0.1 (mm./rev.) ลกษะรอยสกหรอท=เกดข6น

Rake face = การสกหรอแบบรอยครดดานบนของคมตด Adhesion = ลกษณะพ6นท=สกหรอและส=งท=ตดอยในพ6นท=สกหรอเปนลกษณะร

พรน Abrasion = ลกษณะรอยขดขวนตรงสวนสมผสของคมตดท=สมผสกบช6นงาน Flank Face = ลกษณะมมหลบพ6นผวท=สกหรอหลงจากการกลง Flanking = มมดานบน มการสกหรอแบบมรอยดงครากบรเวณคมตด

จากงานวจยพบวาการกลงทดสอบระหวางแผนมดท=ผานการเคลอบผวและไมเคลอบผว แผน

มดท=ผานการเคลอบผวมความตานทานการสกหรอจากการทดสอบดวยการกลง Inconel 718 และคณสมบตของ Inconel 718 เปนโลหะผสม นเกลกบโครเมยมและเหลก ทนทานตอการกดกรอนของสารอนทรยดมาก

50

2.8.5 การตรวจสอบความเรยบผว จากงานวจยเร=อง การศกษาอทธพลของสารหลอเยนในขบวนการกลงเหลกหลอ FCD 400

ซ= งจะนาขอมลข6นตอนวธการปฏบตงาน การเกบขอมล การตรวจสอบความเรยบผว ของงานวจยน6มาเปนแนวทางในการกาหนดวธการทดลอง ซ= งมขอมลดงน6

รปท= 2.37 แสดงเคร=องทดสอบความเรยบผว [2]

รปท= 2.38 แสดงภาพจาลองการแบงช6นงานหลงกลงเพ=อตรวจสอบความเรยบผว จากรปท= 2.37-2.38 แสดงลกษณะของเคร=องทดสอบความเรยบผว และแสดงการแบงช6นงานออกเปน 4 สวน ตามขนาดเสนผานศนยกลางเพ=อใชในการทดสอบความเรยบผวของช6นงาน

Ra 1

Ra 2 Ra 3

Ra 4

หวอานสาหรบวดความเรยบ

บทท� 3

วธดาเนนการวจย

การดาเนนการวจยเพ�อผลตช�นสวนโลหะความแขงสง (Hard metals) จากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการ recovered การศกษาขอมลอางองจากผลงานวจยและผผลต เชน ศกษาโลหะผงทงสเตนคารไบด ศกษาการบดโลหะผงทงสเตนคารไบด ศกษาการผสมโลหะผงทงสเตนคารไบด การผลตช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบด กระบวนการอดข�นรป การอบผนก ศกษาสมบตช�นงานซเมนตคารไบด ความแขง โครงสรางของช�นงานซเมนตคารไบด การวเคราะหสมบตช�นงานซเมนตคารไบด การทดสอบการใชงาน การกลง ศกษาลกษณะการสกหรอ ลกษณะความเรยบผว เปนตน การวเคราะหและตรวจสอบสมบตช�นงานคารไบด ท�เหมาะสมเพ�อการใชงานใหเปนไปตามวตถประสงค ซ� งดาเนนการวจยตามรปท� 3.1

รปท� 3.1 ข�นตอนการดาเนนโครงการ

การดาเนนงานและวธการทดลอง

3.1 ศกษากระบวนการโลหะ

ผง

3.2 ศกษาการผสมผงโลหะทงสเตน

คารไบด

3.4 ศกษาสมบตช�นงานซเมนตคาร

ไบด

3. 5 ศกษาประสทธภาพการใช

งาน

3.1.1 ศกษาโลหะผงทงสเตนคารไบด

3.2.1. การผสมโลหะประสาน

โคบอลต

3.4.1 ความแขง (hardness)

3.5.1 การกลง

3.3.1. การอดข�นรป (pressing)

3.3.2. การอบผนก (sintering)

3.4.2 โครงสรางของช�นงาน

3.5.2 การสกหรอ

3.1.2 การบดโลหะผงทงสเตนคารไบด

3.3 ศกษาการผลตช�นงานซเมนตคาร

ไบด

3.5.3 ความเรยบผว

A B C D E

52

รปท� 3.1 ข�นตอนการดาเนนโครงการ (ตอ) 3.1 ศกษากระบวนการโลหะผง

จากการศกษากระบวนการโลหะผงบรษท ATI ท�ผลตวสดประเภทโลหะความแขงสงสามารถอธบายข�นตอนพ�นฐานไดดงน� จากรปท� 3.2 แสดงข�นตอนการผลตช�นงานซเมนคารไบดของบรษท ATI ซ� งประกอบดวย กระบวนการหลอมและทาใหเปนละออง การคดกรอง การผสม การปรบปรงสมบตโลหะผง การขจดกาซและความช�นตกคางในผงโลหะ ข�นตอนสดทายเปนการข�นรปช�นงานตามความตองการใชประโยชน

3.6 วเคราะหขอมล

3.7 ออกแบบวธการทดลอง

3.8 การดาเนนการทดลอง

3.9 วธการบนทกผลการทดลอง

3.10 วธการอภปรายผลการทดลอง

3.11 วธการสรปผลการทดลอง

A B C D E

รปท�

รปท� 3.2 กระบวนการผลตช�นงานซเมนตคารไบด [45]

กระบวนการหลอมและทาใหเปนละออง

การคดขนาดโลหะผง

การผสมโลหะประสาน เชน โคบอลต

การปรบปรงสมบตและความหนาแนนผงโลหะ

การขจดกาซและความช�นตกคางในโลหะผง

การข�นรปแบบ

53

ละทาใหเปนละออง

การคดขนาดโลหะผงทงสเตนคารไบด

การผสมโลหะประสาน เชน โคบอลต

การปรบปรงสมบตและความหนาแนนผงโลหะ

การขจดกาซและความช�นตกคางในโลหะผง

ข�นรปแบบ Hot Isostatic Pressing (HIP)

54

จากรายงานการศกษาโรคมะเรงท�เก�ยวของกบการโลหะ Cobalt–Tungsten Carbide ในอตสาหกรรมโลหะผงและช�นสวนโลหะแขง ซ� งอธบายกระบวนการผลตช�นสวนโลหะแขงไวดงน�

รปท� 3.3 กระบวนการผลต Hard-Metal tools [46]

จากรปท� 3.3 แสดงกระบวนการผลตช�นงานโลหะแขงจากโคบอลตและทงสเตนคารไบด

โดยสามารถแบงออกไดเปน 3 ข�นตอนใหญๆ ประกอบดวย การผลตโลหะผง การข�นรปและอบ

ผนกช�นงานโลหะแขง การเจยระไนตกแตงผวสาเรจและไดผลตภณฑเปนเคร�องมอโลหะแขง

55

3.1.1 ศกษาโลหะผงทงสเตนคารไบด

ทงสเตนคารไบดเปนสวนประกอบพ�นฐานท�ใชกนอยางแพรหลายโดยพบวาโคบอลต (Co)

เปนตวประสานการยดเกาะโลหะไดดท�สด ช�นสวนโลหะแขงท�ผลตประกอบดวย ทงสเตนคารไบด

(WC) และโคบอลต (Co) โดยพบวาเปนเหลกประเภท Stright Tungsten Carbide ท�บรสทธh คมมด

ทนตอการสกหรอ การใชงานในการตดเฉอนสวนใหญจะผสมโคบอลตระหวาง 3-13% โดยนา

หหนก และเพ�มสงข�นถง 30% เพ�อใหทนตอการกดกรอน ซ� งคาเฉล�ยของปรมาณทงสเตนคารไบด

(WC) โดยท�วไปมากกวา 80% ตวเลอกอ�นท�ใชเปนตวประสานของโลหะผงประเภท Stright

Grades คอ นเกลเหลกกลา หรอการรวมตวของธาตเหลกท�เปนตวยดจบโลหะ เปนตน

ตารางท� 3.1 สมบตโลหะผงทงสเตนคารไบดของบรษท MITSUBISHI CARBIDE [47]

Grade Grain Size (µm) Cobalt content Co (%) Hardness (HV) Density (g/cm3)

MF07 <0.6 7 1930 14.7

MF10 <0.6 8 1900 14.6

MF20 <0.6 12 1700 14.2

MF30 <0.6 16 1500 13.7

SF10 <0.8 6 1830 14.9

TDA15 <0.8 10 1680 14.9

TF15 <0.9 10 1550 14.5

HTi10 <1.0 6 1700 14.9

จากตารางท� 3.1 แสดงอตราสวนผสมของช�นงานซเมนตคารไบดของบรษท Mitsubishi Carbide Co, Ltd เกรด SF10 มสวนผสมของโคบอลตคอ 6 % มคาความแขงประมาณ 1830 HV แลท�ความหนาแนน 14.9 g/cm3 โดยท�ขนาดเกรนไซดประมาณ < 0.8 µm

56

เกรด HTi10 มสวนผสมของโคบอลตคอ 6% มความแขงประมาณ 1,700 HV ท�ความหนาแนน 14.9 g/cm3 โดยมขนาดเกรนไซดประมาณ <1.0 µm จากการวเคราะหขอมลท�สวนผสมโคบอลต 6% มความแตกตางกนของขนาดเกรนไซด ทาใหมคาความแขงท�ตางกนคอ เกรนไซดท�มขนาดเลก จะทาใหช�นงานซเมนตคารไบดมคาความแขงมากวาเกรนไซดท�มขนาดใหญ

3.1.2 การบดโลหะผงทงสเตนคารไบด การบดเปนการทาใหวสดผงทงสเตนคารไบดมขนาดของอนภาคเลกลงจนถงข�นละเอยด

มาก (Pulverization) โดยใชการกระทบ กระแทก และการเสยดสกนระหวางวตถดบ ตวลกบด (Grinding Media) และตวบผนงของหมอบด (Lining) เปนการปรบปรงคณภาพโลหะผงเพ�อใหไดขนาดตามท�เราตองการ

ตารางท� 3.2 ขอมลแสดงปจจยท�เก�ยวกบการบดผงโลหะ [35], [40]

เวลาในการ

บด (h)

รอบในการบด

(RPM)

ขนาดลกบด

(mm)

อตราสวนระหวาง

ผงโลหะกบลกบด

ขนาดผงโลหะท�ได

จากการบด (µm)

48 150 4-10 1:15 1-3

50 350 4-10 1:10 1

จากตารางท� 3.2 แสดงปจจยการบดโลหะผงทงสเตนคารไบดประกอบดวย พารามเตอรท� 1

กาหนดเวลาสาหรบการบดท� 48 ช�วโมง ใชความเรวรอบ 150 รอบตอนาท ขนาดลกบด 4-10 มลลเมตร อตราสวนระหวางผงโลหะกบลกบด 1:15 สามารถผลตโลหะผงท�มขนาดระหวาง 1-3 µm [35] พารามเตอรท� 2 กาหนดเวลาสาหรบการบดท� 50 ช�วโมง ใชความเรวรอบ 350 รอบตอนาท ขนาดลกบด 4-10 มลลเมตร อตราสวนระหวางผงโลหะกบลกบด 1:10 สามารถผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดท�มขนาดประมาณ 1 µm [40]

จากการศกษาการบดโลหะผงทงสเตนคารไบดจากรายงานวจย Microwave Sintering of Nanocrystalline WC–12Co: Challenges And Perspectives สามารถอธบายข�นตอนการบดไดดงรปท� 3.4

57

รปท� 3.4 แสดงข�นตอนการบดผงโลหะในงานวจย Microwave Sintering of nanocrystalline WC– 12Co:Challenges and Perspectives [48]

จากรปท� 3.4 แสดงข�นตอนการบดผงโลหะทงสเตนคารไบด โดยใชเวลาสาหรบการบด 48 ช�วโมง ใชเอทานอลกลางในการบด ท�อตราสวนลกบดตอผง 15:1 ใชความเรวรอบ 150 รอบ/นาท สามารถผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดท�มขนาด 38 นาโนเมตร [48]

จากการศกษากระบวนการบดโลหะผงงานวจย Synthesis and Processing of Nanocrystalline Tungsten Carbide towards Cemented Carbides with Optimal Mechanical Properties สามารถสรปข�นตอนการบดผงโลหะไดตามรปท� 3.5

รปท� 3.5 แสดงข�นตอนการผลตโลหะผงระดบนาโนเมตรดวยกรรมวธทางกล [40]

ทงสเตนคารไบด+โคบอลต

การบดผงโลหะใชเวลา 50 ช�วโมง

ใหความรอน

ผงโลหะทงสเตนคารไบดผสม

ทงสเตนคารไบด+โคบอลต

การบดผงโลหะใชเวลา 48 ช�วโมง

ใหความรอน

ผงโลหะทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต

58

จากรปท� 3.5 แสดงข�นตอนการบดผงโลหะทงสเตนคารไบดรวมกบผงโคบอลต โดยใชเอทานอลเปนสารตวกลางสาหรบการบด กาหนดเวลาในการบด 2 ช�วโมง ลกบดขนาดเสนผานศนยกลาง 5 มม. อตราสวน 10:1 ใชความเรวรอบ 700 รอบ/นาท โลหะทงสเตนคารไบดท�ผลตไดมขนาดระหวาง 40-80 นาโนเมตร

รปท� 3.6 แสดงตวอยางการวเคราะหโครงสรางดวย Scanning Electron Microscope ของผงโลหะ ทงสเตนคารไบดหลงจากผานการบด [50] จากรปท� 3.6 แสดงผลวเคราะห SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการบดเปนเวลา 1 ช�วโมง จากการวเคราะหปรากฎวาโลหะผงขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.1µm ใหญสดประมาณ 4µm พจารณาโดยสวนใหญมขนาดประมาณ 2 µm

รปท� 3.7 Synthesized WC powders [50]

59

จากรปท� 3.7 แสดงผลการวเคราะห SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ท�ผานกระบวนการบดโดยใชเวลา 2 ช�วโมง จากการวเคราะหปรากฎวาโลหะผงขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 40 นาโนเมตร ใหญสดประมาณ 80 นาโนเมตร และโลหะผงสวนใหญมขนาดประมาณ 45 นาโนเมตร

รปท� 3.8 แสดงตวอยางการวเคราะหองคประกอบของธาตในผงโลหะทงสเตนคารไบดหลงผานการบด 50 ช�วโมง [51]

จากรปท� 3.8 แสดงผลการวเคราะหองคประกอบทางเคมของผงโลหะทงสเตนคารไบดท�ผานการบดเปนเวลา 50 ช�วโมง พบวา โลหะผงสวนใหญเปนทงสเตนคารไบด

รปท� 3.9 แสดงลกษณะการกระจายขนาดของอนภาคหลงผานการบด 24 h [52]

ขนาดผง (µm)

ปรมา

ณ (%

) หลงบด 0.63 µm หลงบด 0.84 µm หลงบด 1.03 µm

Co

un

ts

2θ (degree)

60

จากรปท� 3.9 แสดงการวเคราะหขนาดการกระจายของผงโลหะทงสเตนคารไบดท�ผานการบดดวยเวลา 24 h จากการพจารณาปรากฎวาความเขมเขนของอนภาคนอยกวา 0.5 µm มขนาด 0.63, 0.84 และ 1.03 ซ� งพบวามปรมาณอยประมาณ 31.126%, 8.71% และ 7.9% ตามลาดบ

3.2 ศกษาขอมลเก�ยวกบการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบด 3.2.1 การผสมโลหะประสานโคบอลต จากงานวจย [8], [9] สามารถอธบายถงปจจยท�เก�ยวของในการผสมโลหะทงสเตนคารไบดเพ�อใหมสมบตท�เหมาะสมในการผลตช�นงานโลหะแขงซ� งจากการวเคราะหสรปไดดงน�

ตารางท� 3.3 แสดงขอมลปจจยท�เก�ยวกบการผสมผงโลหะ [54], [55]

ปจจย วสดท�ผสม WC (%) Co (%) % วสดท�ผสม อณหภม เวลา (ชม.)

1 Paraffin Wax 83 17 3 50 2

2 Gelcasting 92 8 3 60 2

3 Paraffin Wax 94 6 2.5 110 2

จากตารางท� 3.3 แสดงปจจยท�เก�ยวกบการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบดกบโคบอลตและวสดผสม โดยกระบวนการใหความรอนใชวสดผสมเปน Paraffin Wax ในปรมาณ 3 % ใชผงโลหะทงสเตนคารไบด 83 % ผงโคบอลต 17 % ใหความรอนท�อณหภม 50 °C เปนเวลา 2 ช�วโมง ใชวสดผสมเปน Gelcasting ในปรมาณ 3 % ใชผงโลหะทงสเตนคารไบด 92 % ผงโคบอลต 8 % ใหความรอนท�อณหภม 60 °C เปนเวลา 2 ช�วโมง และใชวสดผสมเปน Paraffin Wax ในปรมาณ 2.5 % ใชผงโลหะทงสเตนคารไบด 94 % ผงโคบอลต 6 % ใหความรอนท�อณหภม 110 °C เปนเวลา 2 ช�วโมง

61

จากรายงานวจย Effect of VC and NbC additions on microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented carbides อธบายข�นตอนการผสมไดดงรปท� 3.10

รปท� 3.10 แสดงแผนผงข�นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Effect of VC and NbC additions on microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented carbides [55]

จากรปท� 3.10 แสดงข�นตอนการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบดรวมกบผงโคบอลต 10% โดยม

polyethylene glycol 1% เปนวสดท�ผสมเพ�อการผสาน ใชความเรวรอบ 350 รอบ/นาท

รปท� 3.11 SEM image (a) and XRD pattern (b) of composite powder of WC-10 Co alloy [24]

ทงสเตนคารไบด+โคบอลต 10%+ polyethylene glycol 1%

บด 72 ช�วโมง rpm 350

ผงโลหะผสมทงสเตนคารไบดกบโคบอลต

0.8 µm 0.1 µm

0.5 µm

0.2 µm

62

จากรปท� 3.11 แสดงผลการตรวจสอบ SEM และ XRD โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลตจากการวเคราะหปรากฎวา (a) เปนโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการผสมโคบอลต โลหะผงขนาดอนภาคใหญสดประมาณ 0.8µmเลกสดประมาณ 0.1µmโดยสวนใหญมขนาดระหวาง 0.2-0.5 µm (b) แสดงการตรวจสอบหาองคประกอบทางเคมโลหะผงหลงการผสมแลว ซ� งจากการวเคราะหปรากฎวาธาตองคประกอบในสารตวอยางโดยสวนใหญเปนทงสเตนคารไบดและมโคบอลตผสมอยเลกนอย

จากงานวจย Gelcasting of WC-8wt Co Tungsten Cemented Carbide แสดงข�นตอนการผสมโลหะผงทงสเตนคารไบดสาหรบการนาไปผลตช�นสวนซมเนตทงสเตนคารไบด ซ� งสามารถอธบายข�นตอนและอตราสวนผสมไดดงรปท� 3.12

รปท� 3.12 แสดงแผนผงข�นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Gelcasting of WC-8wt% Co

Tungsten Cemented Carbide [54]

จากรปท� 3.12 แสดงข�นตอนการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบดรวมกบผงโคบอลต 8 % โดยมพาราฟนแวก (Paraffin Wax) 3% เปนวสดท�ผสมเพ�อการผสานในข�นตอนอบผนก โดยใหความรอน 60 °C สาหรบการผสม 2 ช�วโมง สามารถผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดโคอบลตสาหรบการนาไปใชผลตช�นงานโลหะความแขงสง

จากงานวจย Synthesis and Processing of Nanocrystalline Tungsten Carbide towards Cemented Carbides with Ooptimal Mechanical Properties ซ� งจะนาขอมลการผสมผงโลหะของงานวจยน�มาเปนขอมลในการวเคราะหหาแนวทางท�ดท�สดในการกาหนดวธการทดลองไปจนถงการดาเนนการทดลอง ซ� งมขอมลตามรปท� 3.13

ทงสเตนคารไบด+โคบอลต8%+วสดผสม3%

ใหความรอน 60°C 2 ช�วโมง


63

รปท� 3.13 แสดงแผนผงข�นตอนการผสมผงโลหะในงานวจย Synthesis and Processing of

Nanocrystalline Tungsten Carbide towards Cemented Carbides with Optimal Mechanical Properties [40]

จากรปท� 3.13 แสดงข�นตอนการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบดรวมกบผงโคบอลต 6% โดยม

พาราฟนแวก (Paraffin Wax) 2.5 % เปนวสดท�ผสมเพ�อการผสานในข�นตอนอบผนก โดยใหความรอน 110 °C ในการผสม 2 ช�วโมง สามารถผลตโลหะผงทงสเตนคารไปท�เหมาะสมตอผลตช�นงานซเมนตคารไบด

รปท� 3.14 แสดงตวอยางผงโลหะทงสเตนคารไบดผสมกบโคบอลต [56]

จากรปท� 3.14 แสดงผลการทดสอบผงโลหะทงสเตนคารไบดจากการศกษางานวจยเร�อง Consolidation of Ultra Fine WC and WC–Co Hard Materials by Pulsed Current Activated Sintering and Its Mechanical Properties ดวยเทคนคการตรวจสอบแบบสแกนน�งไมโครสโคป พบวาลกษณะอนภาคของผงโลหะมรปรางทรงเหล�ยมและทรงกลมผสมกน โดยจะเหนวาขนาดของผงเลกสดประมาณ 1µm ใหญสดประมาณ 6 µm โดยท�สวนใหญมขนาดระหวาง 2-3 µm

ทงสเตนคารไบด+โคบอลต6%+วสดผสม2.5%

ใหความรอน 110°C 2 ช�วโมง


1 μm

2 μm 6 μm

3 μm

64

รปท� 3.15 The morphology of the mixed powders: (a) sub-micron WC/nano-Co and [57]

จากรปท� 3.15 แสดงผลการตรวจสอบ SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลตโดยวธการบด จากการวเคราะหปรากฎวา โลหะผงทงสเตนคารไบดขนาดใหญสดประมาณ 200 นาโนเมตร ขนาดเลกสดประมาณ 50 นาโนเมตร ซ� งพจารณาโดยสวนใหญมขนาดระหวาง 70-100 นาโนเมตร

รปท� 3.16 SEM images of raw WC powder: WC–Co powder with the optimized parameters.[28]

จากรปท� 3.16 แสดงผลการวเคราะห SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการบดเปนเวลา 2 ช�วโมง จากการวเคราะหปรากฎวาโลหะผงทงสเตนคารไบดมขนาดใหญสดประมาน 2.5 µm ขนาดเลกสดประมาณ 0.1 µm ซ� งโลหะผงโดยสวนใหญมขนาดระหวาง 0.1-1 µm

200 nm 100 nm

50 nm 70 nm

2.5 μm

0.1 μm

1 μm

65

รปท� 3.17 Powder mixture WC (95%), Co (5%) after 8 hours of grinding in a ball mill [38]

จากรปท� 3.17 แสดงผลการตรวจ SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดโคบอลตท�ผานการบด 8 ช�วโมง จากการวเคราะหปรากฎวาโลหะผงทงสเตนคารไบดมขนาดใหญสดประมาณ 4 µm ขนาดเลกสดประมาณ 1 µm พจารณาโดยสวนใหญโลหะผงมขนาดระหวาง 2-3µm 3.3 ศกษาการผลตชRนงานซเมนตคารไบด

3.3.1.การอดข�นรป (pressing)

การข�นรปช�นงานซเมนตคารไบดเปนการนาโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานกระบวนการผสมกบโคบอลต หรอวสดอ�นเชน นเกล ไทเทเนยม มาผลตเปนรปรางโดยผานการกดอดดวยแรงอดท�เหมาะสม ซ� งสามารถทาใหโลหะผงเกดเปนรปรางตามแมพมพท�กาหนด โดยวธการคอ นาโลหะผงทงสเตนคารไบทท�ผานการผสมแลวใสลงในแมพมพของช�นงาน และทาการกดอดทาใหไดเปนช�นงานตามตองการ ซ� งเปนช�นงานท�ไดน�นยงไมสามารถใชงานได ซ� งเรยก กรนคอมแพค (Green Compact) [5]

3 μm

1 μm 2 μm

4 μm

66

ตารางท� 3.4 แสดงขอมลปจจยท�เก�ยวกบการอดข�นรป (Green Compact) [58], [40]

สวนผสมของผงโลหะ ขนาดผงโลหะ (µm) แรงกด (MPa)

WC + Co 0.14 >300 WC + Co 0.1 300 WC + Co 0.148 400

3.3.2 การอบผนก (sintering)

การอบผนกเปนข�นตอนการทาใหชองวางระหวางอนภาคของผงโลหะทงสเตน

คารไบดรวมตวกนซ� งเกดจากชองวางท�มการสลายตวออกไปของวสดประสานระหวางการเผาผล

การศกษารายงานวจยมปจจยท�เก�ยวของในการอบผนกไดแก อตราสวนผสม อณหภมในการอบ

และเวลาในการอบผนก จากการพจารณาสามารถสรปปจจยตางๆ ไดดงตารางท� 3.5

ตารางท� 3.5 แสดงขอมลปจจยท�เก�ยวของกบการอบผนก (Sintering) [40], [54], [1]

สวนผสมของผงโลหะ อณหภมในการอบผนก (ºC) เวลาในการอบผนก (h)

WC + Co 1,390 1

WC + Co 1,400 2

WC + Co 1,400 1

จากตารางท� 3.5 แสดงขอมลปจจยท�เก�ยวของกบการอบผนกโดยประกอบดวย ปจจยท� 1 โลหะผงทงสเตนคารไบดมสวนผสมคอโลหะผงทงสเตนคารไบดและผงโคบอลต อบผนกดวยอณหภม 1,390 °C ใชเวลาในการอบ 1 ช�วโมง ปจจยท� 2 โลหะผงทงสเตนคารไบดมสวนผสมคอผงทงสเตนคารไบดและผงโคบอลต อณหภมท� 1,400 °C ใชเวลาในการอบผนก 2 ช�วโมง และปจจยท� 3 โลหะผงทงสเตนคารไบดมสวนผสมคอผงโลหะทงสเตนคารไบดและผงโคบอลต อบผนกท�อณหภม 1,400 °C เวลา 1 ช�วโมง

67

รปท� 3.18 แสดงโครงสรางผนกของโลหะคารไบดท�ผานการอบผนกท�อณหภม 1,400 ºC ใชเวลาใน การอบผนก 1 ช�วโมง [40]

จากรปท� 3.18 เปนภาพแสดงการทดสอบโครงสรางจลภาคช�นงานซเมนตคารไบด ท�ผาน

การอบผนกดวยอณหภม 1,400 °C ใชเวลา 1 ช�วโมง [40] จากการวเคราะหปรากฎวาลกษณะ

อนภาคของโลหะผงผสมเปนเน�อเดยวกนไดด การเรยงตวมรพรนอยเลกนอย ทาใหเกดชองวางใน

เน�อของช�นงานซเมนตคารไบด

68

รปท� 3.19 Average grain size of WC in sintered alloys [49]

จากรปท� 3.19 แสดงขนาดเกรนช�นงานซเมนตคารไบดท�ผานการอบผนก จากการวเคราะหปรากฎวาช�นงาน Alloy 1 อบผนกท�อณหภมระหวาง 1,350-1,450 °C ดวยเวลาระหวาง 30-60 นาท มขนาดเกรนระหวาง 650-840 นาโนเมตร

ช�นงาน Alloy 2 อบผนกท�อณหภมระหวาง 1,350-1,450 °C ดวยเวลาระหวาง 30-60 นาท มขนาดเกรนระหวาง 425-525 นาโนเมตร



69

ตารางท� 3.6 Processing parameters of alloys 1-14 Note that the size of WC powders is 0.2µm [60]

Samples Cobalt particle size (μm) Milling time (h) Milling speed (rpm) Sintering temperature (°C)

Alloy 1 17 18 250 1,450

Alloy 2 1.4 18 250 1,450

Alloy 3 1.4 48 200 1,400

Alloy 4 1.4 48 250 1,400

Alloy 5 1.4 48 300 1,400

Alloy 6 1.4 48 350 1,400

Alloy 7 1.4 48 200 1,450

Alloy 8 1.4 48 250 1,450

Alloy 9 1.4 48 300 1,450

Alloy 10 1.4 48 350 1,450

Alloy 11 1.4 48 200 1,500

Alloy 12 1.4 48 250 1,500

Alloy 13 1.4 48 300 1,500

Alloy 14 1.4 48 350 1,500

จากตารางท� 3.6 แสดงพารามเตอรในการผลตช�นงานซเมนตคารไบด Alloy 1- Alloy 14 ดวยโลหะผงขนาด 0.2µmจากการวเคราะหปรากฎวาขนาดอนภาคโคบอลตอยระหวาง 1.4-17 µm ใช เวลาในการบด 18-48 ช�วโมง ดวยความเรวรอบ 200-350 รอบ/นาท ใชอณหภมในการอบผนกระหวาง 1,450-1,500 °C

70

3.4 ศกษาสมบตชRนงานซเมนตคารไบด

3.4.1 ความแขง (hardness) จากงานวจยสมบตของซเมนตทงสเตนคารไบดขนาดนาโนเมตร สามารถอธบาย

สมบตดานความแขงไดดงน�

รปท� 3.20 Mean grain size,dWC (nm) [52]

จากรปท� 3.20 แสดงผลการตรวจสอบความแขงของช�นงานซเมนตคารไบด แกนนอนแสดง ขนาดเกรนเฉล�ยของทงสเตนคารไบด มขนาดระหวาง 0-2,250 (nm) แกนต�งแสดงคาความแขง (HV) มความแขงระหวาง 1,200-2,100 HV

71

รปท� 3.21 HV50 indent image in the core zone, with diagonal length of 281.32 µm and 278.02 μm respectively [37] จากรปท� 3.21 แสดงการตรวจสอบหาคาความแขงแบบวกเกอรท�มโหลดในการกด 50 kgf ลกษณะรอยกดมความยาวเสนทแยงมม 281.32µmและ 278.02µm

รปท� 3.22 Vickers indentation in the surface zone, diamond indenter, indentation load, 30kgf in WC+Co tool gradient materials [38]

จากรปท� 3.22 แสดงการตรวจสอบความแขงท�มโหลดในการทดสอบ 30 kgf ซ� งแสดงผลลกษณะรอยกดและการแตกราวบรเวณรอยกด

72

รปท� 3.23 แสดงภาพรอยกดการทดสอบความแขงแบบวกเกอร [52]

จากรปท� 3.23 แสดงการทดสอบหาคาความแขงแบบวกเกอรท�มโหลด 30 Kgf จากรปแสดงลกษณะรอยกดและของรอยแตกบรเวณมมของรอยกด

รปท� 3.24 Optical micrograph of Vickers indentation effect on specimen No. 5 tested under 40 kgf. [49]

3.4.2 โครงสรางของช�นงาน การศกษาขอมลจากงานวจย Effects of Ball Milling Time on the Synthesis and

Consolidation of Nanostructured WC–Co Composites ซ� งจะแสดงผลการตรวจสอบผงโลหะทงสเตนคารไบด WC-Co ดวยเคร�องตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด (Scanning Electron Microscope) ซ� งมผลการทดสอบดงรปท� 3.25

73

รปท� 3.25 ผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคจากงานวจย Effects of Ball Milling time on the Synthesis and Consolidation of Nanostructured WC–Co Composites [61]

จากรปท� 3.25 แสดงการทดสอบโครงสรางจลภาคช�นงานซเมนตคารไบดจากการศกษา

งานวจย [67] พบวาลกษณะอนภาคผงโลหะมลกษณะการเขากนดของโลหะผงทงสเตนคารไบดกบโคบอลต การเรยงตวเกดโพรงอากาศปนอยทาใหเกดชองวางในเน�อช�นงานซเมนตคารไบด

รปท� 3.26 ตวอยางผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคจากงานวจย Powder Injection Molding of WC–8%Co Tungsten Cemented Carbide [62]

จากรปท� 3.26 แสดงการทดสอบโครงสรางจลภาคช�นงานซเมนตคารไบดจากการศกษา

งานวจยเร�อง Powder Injection Molding of WC–8%Co Tungsten Cemented Carbide พบวาลกษณะอนภาคของผงโลหะมลกษณะการเขากนของผงโลหะทงสเตนคารไบดกบโคบอลตมการเรยงตวกน และการเกดโพรงอากาศข�นปนอยท�ไดจากการอดข�นรปทาใหเกดชองวางข�นในเน�อของช�นงานซเมนตคารไบด

74

จากงานวจย Sintering of Nano-sized WC–Co Powders Produced by a Gas Reduction–Carburization Process ซ� งจะแสดงผลการตรวจสอบผงโลหะทงสเตนคารไบด WC-Co ดวยเคร�องตรวจสอบโครงสรางทางจลภาคโดยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองกราด ซ� งแสดงผลการทดสอบดงรปท� 3.27

รปท� 3.27 SEM Sintering Of Nano-Sized WC–Co Powders Produced by a Gas Reduction– Carburization Process [35]

จากรปท� 3.27 แสดงการทดสอบโครงสรางจลภาคช�นงานซเมนตคารไบดจากงานวจยเร�อง

Sintering Of Nano-Sized WC–Co Powders Produced by a Gas Reduction–Carburization Process ดวยเทคนคแสกนน�งไมโครสโคป ลกษณะอนภาคของผงโลหะมลกษณะการเขากนของผงโลหะทงสเตนคารไบดกบโคบอลตมการเรยงตวกน และการเกดโพรงอากาศข� นปะปนอยทาใหเกดชองวางข�นในเน�อของช�นงานซเมนตคารไบด

รปท� 3.28 Optical micrographs of the WC–10Co alloys with various grain growth inhibitors

Sintered at 1,350, 1,450 and 1,550 °C [39]

จากรปท� 2.28 แสดงผลการตรวจสอบ SEM ช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบด สวนผสมโคบอลต 10% อบผนกท�อณหภม 1,350, 1,450, และ 1,550 °C

75

รปท� 2.29 SEM images of investigated cemented carbides, (a) WC–10Co [49]

จากรปท� 2.29 แสดงผลการตรวจสอบ SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 10% ท�ผานการอบผนก จากการวเคราะหปรากฎวา เกรนใหญสดขนาด 20µmเลกสดประมาณ 2.5µmเกรนคารไบดสวนใหญขนาดระหวาง 5-10 µm

3.5 ศกษาการทดสอบการใชงานของชRนงานซเมนตคารไบด 3.5.1 การศกษาการกลง ตารางท� 3.7 แสดงปจจยท�เก�ยวกบรายละเอยดในการกลง [1], [2], [3]

ประเภทเคร�องกลง ความเรวตด

เมตร/นาท

อตราปอน

มลลเมตร/รอบ

ระยะปอนลก

มลลเมตร

ระยะ การกลง

มลลเมตร วสดในการทดสอบ

CNC รน MORI SEIKI

SL3 FANUC 10 T 400 0.6 3 200 เหลกหลอ FCD 400

CNC รน EMCO

TRONIC ET 242 120 0.10 0.4 220

เหลกกลาสเตนเลส

AISI 316

CNC รน MAZAK 75 0.22 1.5 200 เหลกกลาคารบอน

ปานกลาง 0.45%

20 µm

10 µm

5 µm 2.5 µm

76

จากตารางท� 3.7 แสดงปจจยท�เก�ยวของในการทดสอบประสทธภาพการกลง จากการวเคราะหปรากฎวา การกลงทดสอบใชความเรวตดอยระหวาง 75-400 เมตร/นาท อตราปอนระหวาง 1.5-3 มลลเมตร/รอบ ระยะการกลงอยระหวาง 200-220 มลลเมตร

3.5.2 ศกษาการสกหรอ

การนาขอมลเก�ยวกบภาพถายท�ทาการบนทกจากงานวจยมาวเคราะหในการกาหนดลกษณะการบนทกภาพท�ชดเจนและเขาใจมากท�สด เพ�อใหเหนบรเวณมมคมตดท�เกดการสกหรอ

จากงานวจย Dry Turning of Alumina/Aluminum Composites with CVD Diamond Coated Co-Cemented Tungsten Carbide Tools

รปท� 3.30 แสดงลกษณะการสกหรอของเคร�องมอตด จากงานวจย Dry Turning of Alumina/Aluminum Composites with CVD Diamond Coated Co-Cemented Tungsten Carbide tools [64]

จากรปท� 3.30 แสดงการสกหรอของช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบดจากการใชงานดวยเทคนคสแกนน�งอเลกทรอนไมโคสโคป การสกหรอท�เกดกบช�นงานเน�องจากความรอน จงนาไปใชเปนปจจยในการวเคราะหผลการทดสอบในการทดลอง

จากงานวจย Influence of Tool Wear on Surface Roughness in Hard Turning Using Differently Shaped Ceramic Tools แสดงวธการเก�ยวกบการทดสอบการสกหรอ โดยใชเปนแนวทางในการกาหนดการทดลอง

รปท� 3.31 แสดงภาพการสกหรอของเคร�องมอตดจากงานวจย Roughness in Hard Turning Using Differently Shaped Ceramic tools

จากรปท� 3.31 แสดงลกษณะช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบดกอนการทดสอบการใชงานและหลงจากการทดสอบการใชงานวาเกดการสกหรอเกดข�นบรเวณมมคายเศษของคมตดของช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบด มาเปนแนวทางในการกาหนดการวเคราะหการทดลองและสรปผลการทดลอง จากงานวจย Wear Behavior of Cutting Tool Material during the Turning of a Cast Iron FCD 400 in Cutting Lubricants Conditions การสกหรอมาเปนแนวทางสาหรบการทดลอง

รปท� 3.32 แสดงภาพการสกหรอของเคร�องมอตดจากการศกษางานวจย Tool Material during Condition [60]

แสดงภาพการสกหรอของเคร�องมอตดจากงานวจย Influence of Tool Wear onRoughness in Hard Turning Using Differently Shaped Ceramic tools

แสดงลกษณะช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบดกอนการทดสอบการใชงานและหลงจากการทดสอบการใชงานวาเกดการสกหรอเกดข�นบรเวณมมคายเศษของคมตดของช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบด มาเปนแนวทางในการกาหนดการวเคราะหการทดลองและสรปผลการทดลอง

Wear Behavior of Cutting Tool Material during the Turning of a Cast Iron FCD 400 in Cutting Lubricants Conditions ซ� งสามารถวเคราะหขอมลวธการเก�ยวกบ

มาเปนแนวทางสาหรบการทดลอง

แสดงภาพการสกหรอของเคร�องมอตดจากการศกษางานวจย Wear Behavior of Cutting

during the Turning of a Cast Iron FCD 400 in Cutting Lubricants

77

of Tool Wear on Surface Roughness in Hard Turning Using Differently Shaped Ceramic tools [49]

แสดงลกษณะช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบดกอนการทดสอบการใชงานและหลงจากการทดสอบการใชงานวาเกดการสกหรอเกดข�นบรเวณมมคายเศษของคมตดของช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบด มาเปนแนวทางในการกาหนดการวเคราะหการ

Wear Behavior of Cutting Tool Material during the Turning of a Cast Iron ขอมลวธการเก�ยวกบการทดสอบ

Wear Behavior of Cutting Cutting Lubricants

78

จากรปท� 3.32 แสดงลกษณะช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบดหลงจากการการใชงานวาเกดการสกหรอเกดข�นบรเวณคมตดของช�นงานแผนมดกลงซเมนตทงสเตนคารไบด

3.5.3 ตรวจสอบความเรยบผว [65] การตรวจสอบความเรยบผวของงานวจยอางอง [65] เก�ยวกบการทดสอบการกลงเพ�อเปรยบเทยบความตานทานการสกหรอและ วดประสทธภาพของแผนมดกลงโดยไมใชระบบหลอเยน

รปท� 3.33 แสดงคาความเรยบตอเวลาท�ใชในการกลง 3 ลกษณะ [65]

จากงานวจยเร� องการกลงดวยแผนมด SNMG120408 ท�แตกตางของสถานะของเหลก AISI-4037 ภายใตสภาวะ dry, wet, และ cryogenic condition แสดงถงคาความเรยบท�แตกตางกน จากการวเคราะหปรากฎวา การกลงภายใตสภาวะ dry ใชเวลาประมาณ 63 นาท คาความเรยบผวอยระหวาง 0.9-4.9 µm การกลภายใตสภาวะ wet ใชเวลาประมาณ 63 นาท คาความเรยบผวอยระหวาง 1.5-5.9 µm และการกลภายใตสภาวะ cryogenic condition ใชเวลาประมาณ 63 นาท คาความเรยบผวอยระหวาง 0.5-3.5 µm 3.6 วเคราะหขอมล

จากการศกษาขอมลทางทฤษฏในการผลตช�นสวนโลหะความแขงสง(Hard metals) วเคราะหแลวสามารถอธบายไดวา ข�นตอนการผลตช�นงานประเภทน�ประกอบดวย เตรยมวสดผงสาหรบผสมโลหะประสาน นยมใชวธการบดละเอยดจากรายงานวจยอตราสวนของวสดผงตอลกบดท�นยมใชคอ 10:1 สารละลายท�ใชเปนตวกลางในการทดลองใช จากน�นกาหนดเง�อนไขในการ

79

บดซ� งจากการวเคราะหขอมลปรากฏวาเวลาท�ใชในการบดโลหะผงทงสเตนคารไบดอยระหวาง 4 ช�วโมงถง 50 ช�วโมง เลอกใชความเรวรอบในการบดอยระหวาง 150 ถง 700 รอบตอนาท โดยท�นยมใชคอ 300 รอบตอนาท หลงการบดโลหะผงทงสเตนคารไบดใชวธการอบแหงดวยเตาระบบสญญากาศ แลววเคราะหสมบตและคณลกษณะของโลหะผงทงสเตนคารไบด เชน การตรวจสอบรปราง โครงสรางผลก ความบรสทธh ขนาดและการกระจายตวของอนภาคโลหะผงท�ได จากน�นผสมโลหะประสานโคบอลต ซ� งจากการศกษาพบวาอตราสวนในการผสมโคบอลตน�นอยระหวาง 3-30% สาหรบงานวจยน� กาหนดสวนผสมโคบอลตในชวง 3-17 %Co หลงจากการผสมแลวนาโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ไดอดข�นรปดวยวธการกดอดท�กาลงอดประมาณระหวาง 300-400 Mpa แลวอบผนกท�อณหภมระหวาง 1,350-1,550 °C โดยใชเวลาระหวาง 1-2 h ข�นตอนสดทายคอการวเคราะหสมบตช�นงานซเมนตคารไบดท�ผลตข�นใหม เชน สมบตดานความแขง โครงสรางลกษณะรอยกด ความเรยบผวช�นงานทดสอบ ลกณะการสกหรอ เปนตน จากขอมลขางตนน� สามารถออกแบบการทดลองไดตามหวขอ 3.7 3.7 ออกแบบวธการทดลอง

จากขอมลการศกษาการผลตช�นสวนโลหะแขงสงจากวสดผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลจากเศษแผนมดตด ซ� งผงท�นามาทาการบดแลวข�นรปเปนแผนมดตดสาหรบงานตดปาดผว จากการศกษารายงานวจยสามารถออกแบบวธการทดลองไดดงน�

3.7.1 การบดผงโลหะ ตารางท� 3.8 แสดงเง�อนไขในการบดผงโลหะ

เวลาในการ

บด (h)

รอบในการ

บด(RPM)

ขนาดลกบด

(mm.)

อตราสวนระหวางผง

โลหะกบลกบด สารชวยบด

ขนาดผงโลหะท�ได

หลงการบด (µm)

40 h 400 5, 6 1:10 Ethanol 1-20

จากตารางท� 3.8 แสดงเง�อนไขในการบดผงโลหะ ประกอบดวย เวลาในการบดใช 40

ช�วโมง รอบในการบดใช 400 รอบตอนาท ขนาดลกบดใชขนาดเสนผานศนยกลาง 5 และ 6

มลลเมตร ใชอตราสวน 1:10 สารชวยบดใชเอทานอล

80

รปท� 3.34 แสดงข�นตอนการบดผงโลหะทงสเตนคารไบด

จากรปท� 3.34 แสดงข�นตอนดาเนนงานการบดผงโลหะสามารถอธบายไดดงน� เตรยมวสดผงทงสเตนคารไบท (WC) ลกบด สารชวยบดเอทานอล (Ethanol) เตรยมสวนผสมลงในหมอบด ต�งเวลาบด 40 ช�วโมง หลงบดเสรจทาการอบดวยเตาสญญากาศ เปนเวลา 1 ช�วโมง

3.7.2 การผสมโลหะสาน ตารางท� 3.9 แสดงเง�อนไขการผสมผงโลหะ

สภาวะการบด วสดท�ผสม WC (%) Co (%) % วสดท�ผสม เวลา (ชม.)

DRYING Paraffin Wax 85 5,10,15 3 6 จากตารางท� 3.9 แสดงเง�อนไขการผสมผงโลหะประกอบดวย วสดท�ผสมใช (Paraffin

Wax) อตราสวนผสมของ (Paraffin Wax) 3 เปอรเซนต สวนผสมของตวเช�อมประสานใช 5, 10, และ 15 เปอรเซนต อณหภมในการอบแหงใช 50 องศาเซลเซยส เวลาในการอบแหงใช 2 ช�วโมง เตรยมสาหรบการนาไปผสมโลหะประสาน

WC powder

Ball milling for 40 h

Drying 200 oC 1 h

Powder

81

รปท� 3.35 แผนผงแสดงข�นตอนการผสมผงโลหะทงสเตนคารไบด

จากรปท� 3.35 แสดงข�นตอนการผสมผงโลหะซ� งเร�มจาก เตรยมผงทงสเตนคารไบท (WC)

ขนาดเลกกวา 100 µm เตรยมตวเช�อมประสานโคบอลต (Co) บด 4 ช�วโมง ผสม Paraffin Wax 2 ช�วโมง คดขนาดโลหะผง เตรยมสาหรบนาไปข�นรป

3.7.3 การอดข�นรป 1) เคร�องอดข�นรประบบไฮโดรลกสใชแรงกด 350 (MPa) 2) ทดสอบความหนาแนนหลงการอดข�นรป (Green Compact)

3.7.4 การอบผนก ทาการอบผนกตามเงอนไขท�กาหนดซ�ง จากงานวจย [35] สามารถแสดงข�นตอน

การอบผนกไดดงน�

รปท� 3.36 Sintering schedules for WC–10Co powders compacted: (c) 500 - 1,150 -1,450 ◦C [35]

WC <100 µm

คดแยกขนาดโลหะผง

Co

Powder

เตม Wax 3% บด 2 h

ผสม 4 h

82

3.7.5 ตรวจสอบลกษณะของผงโลหะดวยเทคนคตางๆ 3.7.5.1 ตรวจสอบการกระจายตวของผงโลหะ (Particle size) ดวยเคร�องตรวจสอบ

การกระจายตวของผงโลหะ 3.7.5.2 ตรวจสอบโครงสรางผนก (XRD) ของผงโลหะดวยเคร�องตรวจสอบ โดย

ใชเทคนคการเล�ยวเบนของรงสเอกซ (X-ray diffractometer) ตรวจสอบองคประกอบทางเคมดวยเทคนค X-ray fluorescence (XRF)

3.7.5.3 ตรวจสอบโครงสรางจลภาคโลหะผงดวยเทคนค (SEM) 3.7.6 การตรวจสอบขนาดของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบท

ทาการตรวจสอบขนาดของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบทดวยเคร� องตรวจสอบ (Profile Projector รน SJ 400)

3.7.7 การตรวจสอบความหนาแนน ตรวจสอบความหนาแนนของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบทหลงการอบผนก

(Green Density) ดวยเคร�องทดสอบความหนาแนน 3.7.8 การกลง

การทดสอบการกลงดวยเคร�องกลง (CNC) ย�หอ (OKUMA) ตารางท� 3.10 เง�อนไขการทดสอบกลง

Cutting Speed (m/min) Feed Rate

(mm./รอบ)

Dept of Cut

(mm.)

Revolution

(รอบ/min)

50 0.05 1.5 466.34 จากตารางท� 3.10 แสดงเง�อนไขการทดสอบกลงประกอบดวย ความเรวตด (Cutting Speed)

ใช 100 เมตร/นาท (m/min) อตราปอน (Feed Rate) ใช 0.05 มลลเมตร/รอบ (mm./รอบ) ระยะกนลก (Dept of Cut) ใช 1.5 มลลเมตร ความเรวรอบ (Revolution) ใช 466.34 รอบ/นาท

3.7.9 การทดสอบการสกหรอ 3.7.9.1 ช�งน�าหนกของแผนมดตดกอนกลงและหลงกลงดวยเคร�องช�งน�าหนกความ

ละเอยด 0.0001 กรม 3.7.9.2 ภาพถายบรเวณคมตดท�ทาการสกหรอ 1 คมตด และวดระยะสกหรอ

บรเวณคมตดท�ทาการทดสอบ ดวยกลองถายรปย�หอ (Nikon รน ZNZ800 กาลงขยาย 10-63 เทา)

83

3.7.9.3 ทดสอบความเรยบผวของวสดทดสอบดวย เคร�องทดสอบความเรยบผว (Surface Roughness) โดยใชคา (Ra) ในการเปรยบเทยบความเรยบผวของวสดช�นงาน

3.7.9.4 ตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบดวย เวอเนยรคาลปเปอร ความละเอยด 0.02 มลลเมตร

3.7.10 การตรวจสอบโครงสรางของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด ถายภาพบรเวณโครงสรางท�แสดงใหเหนการเกาะตวของผงโลหะ ท�กาลงขยาย

7,500 เทา ดวยเคร�อง (Emission Spectrometer) 3.7.11 การทดสอบความแขง

3.7.11.1 ใชการทดสอบความแขงแบบวกเกอร (Vickers hardness test) ใชโหลดในการกด 20 kg และกดเปนจานวน 3 รอยกด คาความแขง

3.7.11.2 ถายภาพลกษณะรอยกดช�นงานแผนมดตด

3.8 การดาเนนการทดลอง

การดาเนนการลองผลตช�นสวนแผนมดซเมนตคารไบด สามารถสรปข�นตอนการปฏบตไดดงน�

รปท� 3.37 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล

จากรปท� 3.37 แสดงลกษณะโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการยอยสลาย สาหรบการนาไปผลตเปนช�นงานโลหะความแขงสง

84

รปท� 3.38 การเตรยมเคร�องมอและอปกรณสาหรบทาความสะอาดโลหะผง

รปท� 3.38 การเตรยมอปกรณสาหรบลางโลหะผงประกอบดวย โลหะผงท�ผานการผลตข�นใหม เอทานอล และชอนสาหรบกวนสารละลาย

รปท� 3.39 แสดงการลางเพ�อทาความสะอาดโลหะผงรไซเคลดวยเอทานอล

จากรปท� 2.39 แสดงการลางโลหะผงทงสเตนคารไบดในสารละลายเอทานอลบรสทธh

85

รปท� 3.40 การตดต�งชดหมอบด

จากรปท� 3.40 แสดงการประกอบชดหมอบดกบเคร�องบด พรอมปดลอคดวยอปกรณขนแนน

รปท� 3.41 แสดงการคดกรองลกบดผานตะแกรงสเตนเลส

จากรปท� 3.41 แสดงการคดแยกโลหะผงจากการบดโดยเทผานตะแกรง แลวใหทาการลางดวยเอทานอลท�เตรยมไว

86

รปท� 3.42 แสดงการลางเพ�อทาความสะอาดโลหะผงกอนพกใหตกตะกอน

จากรปท� 3.42 แสดงการลางโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการบดดวยเอทานอล

รปท� 3.43 แสดงการตกตะกอนของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานกระบวนการคดกรอง

จากรปท� 3.43 แสดงลกษณะของช�นตะกอนท�ผานกระบวนการลางหลงจากทาการบดเปนเวลา 40 ช�วโมง

87

รปท� 3.44 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการตกตะกอนสาหรบการอบแหง

จากรปท� 3.44 แสดงลกษณะตะกอนโคลนท�ไดจากการลางหลงบด เตรยมใสถวยเซรามกสสาหรบอบดวยเตาสญญากาศ

รปท� 3.45 การเตรยมตะกอนโลหะผงสาหรบอบแหงดวยเตาสญญากาศ

จากรปท� 3.45 แสดงลกษณะการเตรยมโลหะผงสาหรบทาการอบแหงดวยเตาสญญากาศ

88

รปท� 3.46 แสดงลกษณะโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการอบดวยเตาสญญากาศ

จากรปท� 3.46 แสดงลกษณะโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการอบดวยเตาอบสญญากาศ

รปท� 3.47 การเตรยมโลหะผงท�ผานการอบแหงเพ�อทาการบดละเอยด

จากรปท� 3.47 แสดงการเตรยมโลหะผงทงสเตนคารไบดลงในหมอสาหรบบดใหโลหะผงมขนาดเลกลง

89

รปท� 3.48 แสดงการคดขนาดโลหะผงผานตะแกรงคดขนาด จากรปท� 3.48 แสดงการคดขนาดโลหะผงทงสเตนคารไบดดวยแตะแกรงสเตนเลสเพ�อนาไปทาการผสมโลหะประสานตอไป

รปท� 3.49 การเตรยมเคร�องมอและอปกรณสาหรบการผสมโลหะประสานโคบอลต

จากรปท� 3.49 แสดงการเตรยมอปกรณสาหรบการผสมโลหะประสานซ� งประกอบดวย

หมอบด ลกบด ผงทงสเตนรไซเคล โคบอลต และพาราฟนแวก

90

รปท� 3.50 แสดงการเตรยมสดสวนสาหรบทาการผสมทงสเตนคารไบดกบโคบอลต

จากรปท� 3.50 แสดงการเตรยมสวนผสมสาหรบการผสมโลหะประสานลงในหมอบด แลวนาเขาเคร�องบด

รปท� 3.51 แสดงการเตรยมชดหมอบดสาหรบการผสมทงสเตนคารไบดและโคบอลต

จากรปท� 3.51 แสดงการตดต�งหมอบดท�บรรจโลหะผงทงสเตนคารไบดและผสมโลหะประสานเพ�อทาการบดผสมดวยเคร�องแบบบอลมลล

91

รปท� 3.52 แสดงโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการผสมโลหะประสานโคบอลต

จากรปท� 3.52 แสดงโลหะผงทงสเตนรไซเคลท�ผานการผสมโลหะประสานดวยเคร�องบดแบบบอลมลล

รปท� 3.53 การคดแยกโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการผสมผานตะแกรงคดขนาด

รปท� 3.53 แสดงการคดแยกโลหะผงทงสเตนรไซเคลท�ผานการผสมโดยเทผานตะแกรงคดขนาดเพ�อแยกโลหะผงออกจากลกบด

92

รปท� 3.54 โลหะผงทงสเตนคารไบดรไซเคลท�ผานกระบวนการผสมโลหะประสานโคบอลต

รปท� 3.55 การช�งตวงโลหะผงทงสเตนคารไบดสาหรบอดข�นรป

จากรปท� 3.55 แสดงการช�งตวงโลหะผงทงสเตนคารไบดสาหรบการอดข�นรปช�นงานแผนมดตดซเมนตคารไบด

93

รปท� 3.56 เคร�องอดข�นรปแผนมดตดซเมนตคารไบด

รปท� 3.57 การเตรยมโลหะผงลงในแมพมพสาหรบอดข�นรป

จากรปท� 3.57 แสดงการเกล�ยโลหะผงทงสเตนคารไบดลงในแมพมพสาหรบอดข�นรปแผนมดตด

94

รปท� 3.58 แสดงแผนมดตดซเมนตคารไบดท�ผานการอดข�นรป

จากรปท� 3.58 แสดงช�นงานแผนมดตด (มาตรฐาน SNMG-120408) รไซเคลท�ผานการอดข�นรป

รปท� 3.59 แสดงแผนมดตดท�ผลตดวยผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลหลงการอดข�นรป

95

รปท� 3.60 เตาอบสญญากาศ รน CSG-200

รปท� 3.61 แสดงแผนมดซเมนตคารไบดท�ผานการอบผนก

จากรปท� 3.61 แสดงช�นงานแผนมดซเมนตคารไบดท�ผลตดวยผงทงสเตนคารไบดรไซเคลท�ผานการอบผนกดวยเอาอบสญญากาศ 3.8.1 ดาเนนการทดสอบประสทธภาพ การดาเนนการทดสอบประสทธภาพประกอบดวย การตรวจสอบสมบตโลหะผงทงสเตนคารไบด ไดแก การวเคราะหโครงสรางดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกนนง (SEM ) การวเคราะหขนาดและการกระจายของโลหะผง (Particle size distribution) การวเคราะหชนดและ

96

ปรมาณของธาตในสารตวอยาง (XRD, XRF) การวเคราะหโครงสรางจลภาคช�นงานคารไบด การวเคราะหความแขง ลกษณะรอบกด การวดความเรยบผวช�นงานกลง เปนตน

3.8.1.1 วเคราะหผงโลหะ 1) การวเคราะหการกระจายตวของผงโลหะ (Particle size)

การตรวจสอบการกระจายตวของผงโลหะทงสเตนคารไบด (Particle size) ใชเคร�อง (Malnern instument Mastersizer 2000)

รปท� 3.62 เคร�องวเคราะหการกระจายตวของผงโลหะ Particle size ดวยเคร�อง (Malnern instument Mastersizer 2000)

2) การวเคราะหวเคราะหชนดและปรมาณของธาต (X-ray Diffractrometer, XRD; X-Ray Fluorescence Spectrometry , XRF)

การวเคราะหโครงสราง (X-ray Diffractrometer) ซ� งจะตรวจธาตตางๆท�มอยในผงโลหะท�จะทาการตรวจสอบ

รปท� 3.63 เคร�องวเคราะหโครงสราง (X-ray Diffractrometer)

97

3) การตรวจสอบโครงสรางจลภาค (Scanning Electron Microcrope, SEM)

การตรวจสอบโครงสรางจลภาคของผงคารไบด (Scanning Electron Microcrope) โดยจะตรวจสอบดลกษณะการยดเกาะของเกรนท�เกดข�นในผงโลหะทงสเตนคารไบด

รปท� 3.64 เคร�อง Scanning Electron Microscopy, SEM

3.8.1.2 ตรวจสอบขนาดของแผนมดตดซเมนทงสเตนคารไบด

รปท� 3.65 ตรวจสอบขนาดแผนดวยเคร�อง (Profile Projector) ความละเอยด 0.001mm

98

รปท� 3.66 ตรวจสอบขนาดของช�นงานซเมนทงสเตนคารไบด (a) ดาเนนการตรวจสอบขนาดแผน

มดตด (b) ตาแหนงการวางแผนมดตดเพ�อทาการตรวจสอบขนาด

รปท� 3.67 แบบแผนมดตดซเมนทงสเตนคารไบดและแสดงตาแหนงท�ทาการตรวจสอบ ขนาด จากรปท� 3.67 แสดงแบบจาลองของแผนมดตดรไซเคล โดยกาหนดตาแหนงท�ทาการตรวจสอบขนาด ประกอบดวย ดาน (A) ดาน (r) ดาน (T) และดาน (d) 3.8.1.3 การทดสอบการกลงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดกบวสดทดสอบ

การทดสอบกลงเพ�อทดสอบประสทธภาพของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตข�น โดยจะทาการทดสอบกบวสดเหลกเพลากลม (S45C) ขนาด Ø40x200 มลลเมตร ซ� งในการประสทธภาพน�นไดกาหนดเง�อนไขการทดสอบไวดงน�

ความเรวตด (Cutting Speed) 50 เมตร/นาท อตราปอน (Feed Rate) 0.05 มลลเมตร/รอบ ระยะปอนลก (Depth of cut) 1.0 มลลเมตร ความเรวรอบ (Revolution) 465.34 รอบ/นาท

(a) (b)

T

r = 0.8

d

A

99

ระยะทางการกลงอยในชวงประมาณ 450 มลลเมตรตอ 1 แผนมดตด หรอคมตดสกการทดสอบกลงจะไมใชน�าหลอเยน

รปท� 3.68 เคร�องกลงอตโนมตสาหรบทดสอบแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

รปท� 3.69 แบบจาลองการจบยดวสดทดสอบกอนทาการทดสอบกลง

วธการจบยดช�นงานจะจบยดช�นงานมระยะหางออกจากปากจบช�นงาน 50 มลลเมตรทกๆ รอบการกลง

รปท� 3.70 แบบจาลองแสดงคาตามตาแหนงบรเวณท�เก�ยวของกบการทดสอบกลง

หวจบยดช�นงาน

ช�นงานทดสอบ

50 มลลเมตร

100

รปท� 3.70 แสดงแบบจาลองคาตางๆ ตามตาแหนงท�เก�ยวของกบการทดสอบประสทธภาพแผนมดตดซเมนตคารไบด

รปท� 3.71 แสดงการกลงวสดทดสอบดวยเคร�องกลงอตโนมต (CNC) จากรปท� 3.71 เปนการกลงโดยใชเคร�องกลง (CNC) ดวยการตดเฉอนวสดทดสอบ โดยทกรอบการทดสอบจะทาเหมอนกนทกๆรอบการทดสอบคอ เปนการกลงเพยง 1 คมตด กอนการกลงทดสอบใหทาการกลงปาดหนาช�นงานดวยแผนมดตดมาตรฐานใหเหลอขนาดเสนผานศนยกลาง 38 มลลเมตร แลวทาการกลงปาดหนาดวยแผนมดตดท�ตองการทดสอบโดยมระยะการกลงของแตละช�น คอ 30 มลลเมตร รวมระยะกลงท�งหมดตอแผนมดตด 1 ช�น มระยะกาหนด 450 มลลเมตร ไมมการหลอเยนเพ�องายตอการวเคราะหขอมลเน�องจากไมตองควบคมเง�อนไขตวแปรเก�ยวกบความรอนโดยกาหนดระยะในการตดเฉอน 3.8.1.4 การทดสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดจากการกลง 1) การทดสอบการช�งน�าหนกแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด a) ตรวจสอบน�าหนกกอนทาการกลง ตรวจสอบโดยใชเคร�องช�งความละเอยด 0.0001 กรม เพ�อหาน� าหนกกอนการกลง โดยช�งน�าหนกทกช�นเพ�อใชเปนคาอางองกบหลงจากการกลง น�าหนกจะหายไปเม�อทาการกลงท�ระยะทางมากข�น วธการคอ ทาความสะอาดเมดมดกอนทาการช�งดวยแอลกอฮอลเพ�อใหไดคาท�ถกตองท�สด b) ตรวจสอบน�าหนกหลงการกลง ตรวจสอบโดยใชเคร�องช�งความละเอยด 0.0001 กรม เพ�อหาน� าหนกหลงการกลงเม�อผานการกลงตามท�กาหนดคอระยะต�งแต 0 – 450 มลลเมตร

101

รปท� 3.72 ช�งน�าหนกแผนมดตดดวยเคร�องช�งความละเอยด 0.0001 กรม

จากรปท� 3.72 ลกษณะเคร�องช�งน� าหนกใชในการช�งท�มความละเอยด 0.0001 กรม ใชสาหรบการช�งน� าหนกสวนผสม หรอตรวจสอบน� าหนกช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผานการทดสอบประสทธภาพ 2) ตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดโดยรปถายและวดระยะสกหรอ เคร�อง (Measuring Microscope) ใชสาหรบการตรวจสอบคมตดของแผนมดตดเพ�อวดขนาด การสกหรอของคมตด และระยะการสกหรอวามขนาดเทาไรและดลกษณะการสกหรอท�เกดข� นบรเวณคมตดวาเปนแบบใด ซ� งจะวเคราะหผลโดยดขอมลจากทฤษฎท� เก�ยวของเพ�อเปรยบเทยบความแตกตางของแตละช�นงาน วธการตรวจสอบลกษณะการสกหรอ ลกษณะการสกหรอตรวจสอบโดยการถายรปคมตดแตละคม ท�ผานการตดกลง โดยใชกลองถายรปความละเอยด 10-63 เทา ย�หอ (Nikon รน ZNZ800) ดงแสดงในรปท� 3.76 โดยการ ถายบรเวณคมตดท�มการกลง เพ�อวเคราะหการสกหรอของแผนมดตดท�ไดทาการกลงมาแลววามลกษณะอยางไร

รปท� 3.73 ตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดดวยกลองถายภาพย�หอ

รน 3) ทดสอบความเรยบผวของวสดทดสอบ ตรวจสอบโดยใชเคร�องทดสอบความเรยบผว เคร�อง รน SJ 400) กาลงขยาย 5X, 10X, 20X, 50X คาความเรยบผว โดยเปนเคร�องมอวดความเรยบผวท�ทางานดวยระบบไฟฟา ซ� งสามารถวความเรยบผวเปนตวเลขหรอกราฟ โดยสามารถบอกคาความเรยบเปน เพ�อนาไปบนทกผลการทดลองคอคา เรยบผว

รปท� 3.74 ตรวจสอบความเรยบผววสดทดสอบดวยเคร�อง

ตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดดวยกลองถายภาพย�หอ (ZNZ800) กาลงขยาย 10-63 เทา

ทดสอบความเรยบผวของวสดทดสอบ ตรวจสอบโดยใชเคร�องทดสอบความเรยบผว เคร�อง (Measuring Microscope)

5X, 10X, 20X, 50X ความละเอยดในการวดระยะ 0.001 โดยเปนเคร�องมอวดความเรยบผวท�ทางานดวยระบบไฟฟา ซ� งสามารถว

ความเรยบผวเปนตวเลขหรอกราฟ โดยสามารถบอกคาความเรยบเปน (Ra, Rz, Rmax) เพ�อนาไปบนทกผลการทดลองคอคา (Ra) ซ� งเปนคาท�งานวจยอ�นๆ นยมใชเพ�อเปรยบเทยบคาความ

ตรวจสอบความเรยบผววสดทดสอบดวยเคร�อง (Measuring Microscope

102

ตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดดวยกลองถายภาพย�หอ (Nikon)

Measuring Microscope) ย�หอ (Nikon 0.001 มลลเมตร เพ�อหา

โดยเปนเคร�องมอวดความเรยบผวท�ทางานดวยระบบไฟฟา ซ� งสามารถวดคา(Ra, Rz, Rmax) ซ� งคาท�ใช

นยมใชเพ�อเปรยบเทยบคาความ

(Measuring Microscope SJ 400)

103

รปท� 3.75 ดาเนนการตรวจสอบความเรยบผวของวสดทดสอบ จากรปท� 3.78 แสดงลกษณะการตรวจความเรยบผวซ� งจะทาการสมเลอกวสดทดสอบท� ระยะการกลง 0-30 , 60-90 , 150-180 , 240-270 , 330-360 , 420-450 mm. ของแผนมดตดแตละแผน โดยการตรวจสอบแตละระยะจะตรวจสอบ 4 จด โดยแบงแตละจดหางกน 90 องศา ในการต�งคาเคร�องจะใชมาตรฐาน (ANSI) 1995 วธการคานวณ (GAUSS) คา (CUT OFF) (λc) 0.8 mm. กาลงขยาย (X5 RANGE 800)

รปท� 3.76 แบบจาลองลกษณะการตรวจสอบความเรยบผว

จดท� 4

จดท� 3

จดท� 2

จดท� 1

ช�นงาน

เคร�อง

ตรวจสอเคร�องตรวจสอบความเรยบผว

รปท� 3.77 แสดงตวอยางผลการวดความเรยบผวท�ได จากเคร�องทดสอบความเรยบผว

4) ตรวจสอบขนาดความโตของวสดทดสอบ การตรวจสอบขนาดความโตของวสดช�นงานเพ�อตรวจสอบประสทธภาพของแผนมดตด ตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบท�ไดจากการกลง วาแผนมดตดสามารถทากลงใหไดขนาดตามท�ตองการเม�อแผนมดตดเกดการสกหรอ โดยใชเวอรเนยคาลปเปอร

รปท� 3.78 วดขนาดวสดทดสอบดวย เวอรเนยรคาลปเปอรดจตอล ความละเอยด จากรปท� 3.85 ทาการวดขนาดของวสดทดสอบ ซ� งไดหลงจากผานการทดสอบกลง ในการตรวจสอบน�จะใชเวอรเนยรคาลปเปอรดจตอล

แสดงตวอยางผลการวดความเรยบผวท�ได จากเคร�องทดสอบความเรยบผว

ตรวจสอบขนาดความโตของวสดทดสอบ การตรวจสอบขนาดความโตของวสดช�นงานเพ�อตรวจสอบประสทธภาพของแผน

มดตด ตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบท�ไดจากการกลง วาแผนมดตดสามารถทากลงใหไดขนาดตามท�ตองการเม�อแผนมดตดเกดการสกหรอ โดยใชเวอรเนยคาลปเปอร

วดขนาดวสดทดสอบดวย เวอรเนยรคาลปเปอรดจตอล ความละเอยด

ทาการวดขนาดของวสดทดสอบ ซ� งไดหลงจากผานการทดสอบกลง ในการเนยรคาลปเปอรดจตอล โดยทาการวดขนาดเสนผานศน

104

แสดงตวอยางผลการวดความเรยบผวท�ได จากเคร�องทดสอบความเรยบผว

การตรวจสอบขนาดความโตของวสดช�นงานเพ�อตรวจสอบประสทธภาพของแผนมดตด ตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบท�ไดจากการกลง วาแผนมดตดสามารถทากลงใหไดขนาด

วดขนาดวสดทดสอบดวย เวอรเนยรคาลปเปอรดจตอล ความละเอยด 0.01 mm.

ทาการวดขนาดของวสดทดสอบ ซ� งไดหลงจากผานการทดสอบกลง ในการทาการวดขนาดเสนผานศนยกลางของช�นงาน

105

3.8.1.5 การตรวจสอบโครงสรางจลภาคของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด โดยใชเคร�อง (Emission Spectrometer) ย�หอ JEOL รน JSM-5410LV กาลงขยาย 1,500 – 20,000 เทา ดงแสดงดงรปท� 3.86 เพ�อทาการตรวจสอบโครงสรางของแผนมดตดแตละแบบ เพ�อนามาใชเปนขอมลในการเปรยบเทยบ

รปท� 3.79 เคร�องตรวจสอบโครงสรางและรอยกด

1) การเตรยมช�นงาน ขดบรเวณท�จะทาการตรวจสอบโครงสราง เพ�อไมใหคาท�ได เกดความผดพลาดในการตรวจสอบหาคา 2) ตรวจสอบโครงสรางแผนมดตดดวยเคร�อง Emission Spectrometer 3.8.1.6 การทดสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด ตรวจสอบโดยเคร�องทดสอบความแขง ดงแสดงในรปท� 3.81 เพ�อหาความแขงของแผนมดตด เพ�อใชในการประกอบการพจารณา

106

รปท� 3.80 ทดสอบความแขงแผนมดตดดวยเคร�องทดสอบความแขง (Microhardness Tester : HV)

3.9 วธการบนทกผลการทดลอง จากการดาเนนการทดลองตามข�นตอนท�ทาการออกแบบการทดลอง ผลการทดลองท�ไดรบประกอบดวย 3.9.1 ผลการตรวจสอบโลหะผงทงสเตนคารไบดดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกน แสดงผลการวเคราะหขนาด และรปรางของอนภาคโลหะผงในสารตวอยาง 3.9.2 ผลการตรวจสอบโลหะผงทงสเตนคารไบดดวยเทคนคการเล� ยวเบนของรงสเอกซ เพ�อทาการวเคราะหธาตประกอบในสารตวอยาง (XRD), การวเคราะหชนดและปรมาณของธาตในสารตวอยาง (XRF) 3.9.3 ผลการตรวจสอบลกษณะขนาดและการกระจายตวของโลหะผงทงสเตนคารไบด 3.9.4 ผลการตรวจสอบดวยเทคนค Transmission Electron Microscope (TEM) ผลการศกษา โครงสรางจลภาค ถายภาพและวเคราะหผลดวยเทคนคทรานมสชนอเลกตรอนไมโครสโคป

3.9.5 ผลการตรวจสอบขนาดของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 3.9.6 ผลการตรวจสอบความหนาแนนของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 3.9.7 ผลการตรวจสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผานการกลง 3.9.7.1 ผลการเปรยบเทยบการสกหรอของแผนมดตดโดยรปถาย 3.9.7.2 ผลการตรวจสอบความเรยบผวของช�นงาน 3.9.7.3 ผลการตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบ

107

3.9.8 ผลการตรวจสอบโครงสรางจลภาคของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 3.9.9 ผลการตรวจสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 3.9.6.1 รปลกษณะรอยกด 3.9.6.2 ผลการตรวจสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

3.10 วธการอภปรายผลการทดลอง การวเคราะหผลการทดลองผลตช�นสวนโลหะความแขงสงดวยการรไซเคลวสดทงสเตนคารไบดกลบมาใชใหมวา มลกษณะรปทรงของโลหะเปนอยางไร การวเคราะหชนดของโลหะผงท�ผานกระบวนการผลต การวเคราะหสมบตโลหะผงดานความบรสทธh การวเคราะหขนาดและการกระจายของโลหะผง เพ�อเทยบกบโลหะผงทงสเตนคารไบดท�เปนมาตรฐานในอตสาหกรรม การวเคราะห ลกษณะรอยกดและรอยแตกราว วเคราะหโครงสรางจลภาคเปนตน เปนการอธบายผลการทดลองแตละผลซ�งอางองกบการศกษาทฤษฎเพ�อทาการเปรยบเทยบประสทธภาพระหวางแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดซ� งผลตดวยผงโลหะทงสเตนคารไบดรท�ผลตข�นใหมและแผนมดตดท�ผลตดวยผงโลหะทงสเตนคารไบดมาตรฐานซ� งเปนผงนาเขาจากตางประเทศ การศกษาสมบตของช�นสวนมาตรฐานตอความสามารถในการใชงาน เพ�อเปรยบเทยบสมบตทางกลและการใชงานของช�นสวนโลหะความแขงสงชนดแผนมดตดสาหรบงานตดปาดผว ซ� งประกอบดวย

3.10.1 ผลการวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบดประกอบดวย 3.10.1.1 การวเคราะหการกระจายตวของผงโลหะ (Particle Size) อธบายและ

วเคราะหชวงขนาดอนภาคของผงโลหะท�ตรวจพบ ซ� งผลท�ไดแสดงเปนเสนกราฟ 3.10.1.2 การวเคราะหองคประกอบธาตทางเคมของโลหะผง (X-Ray Diffraction:

XRD) การวเคราะหองคประกอบของธาตเชงปรมาณของสารประกอบ (X-Ray Fluorescence Spectrometry , XRF)

3.10.1.3 การวเคราะหโครงสรางจลภาค (Scanning Eelectron Microcrope : SEM) เปนวเคราะหลกษณะรปรางของอนภาค

3.10.2 การตรวจสอบขนาดของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด อธบายและวเคราะหเปอรเซนตการหดตว เพ�อนามาเปรยบเทยบกนระหวางแผนมดตด 2 ชนดน�

3.10.3 การวเคราะหความหนาแนนหลงการอบผนก และนาผลการตรวจสอบมาเปรยบเทยบกนระหวางแผนมดตด 2 ชนดน�

3.10.4 ผลการทดสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดจากการกลง

108

3.10.4.1 การตรวจสอบน� าหนกแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด อธบายและวเคราะหถงน�าหนกท�หายไปหลงผานการทดสอบกลง

3.10.4.2 การเปรยบเทยบการสกหรอของแผนมดตดโดยรปถาย อธบายและวเคราะหลกษณะการเกดการสกหรอบรเวณมมคมตด การวดระยะการสกหรอและเปรยบเทยบกนระหวางแผนมดตด 2 ชนดน�

3.10.4.3 การตรวจสอบความเรยบผวของช�นงาน อธบายและวเคราะหชวงความเรยบผวท�เกดข�นกบช�นงานท�ผานการกลง

3.10.4.4 ผลการตรวจสอบขนาดของวสดทดสอบ อธบายและวเคราะหถงความเปล�ยนแปลงขนาดท�เกดข�นหลงผานการกลง ซ� งจะตองทาการวดขนาดและนาผลการตรวจสอบมาเปรยบเทยบกน

3.10.5 ผลการทดสอบโครงสรางจลภาคของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด อธบายและวเคราะหลกษณะโครงสรางท�เกดบนพ�นผวของช�นงาน ขนาดเกรนท�เกดข�นระหวางแผนมดตดท�ง 2 ชนด

3.10.6 การวเคราะหความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด 3.10.6.1 ผลการตรวจสอบภาพถายรอยกดทดสอบความแขง อธบายและวเคราะห

ลกษณะการเกดรอยกด 3.10.6.2 ผลการตรวจสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

3.11 วธการสรปผลการทดลอง

จากผลศกษากระบวนการผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดหมนเวยนกลบมาใชใหมเพ�อผลตช�นสวนโลหะความแขงสงดวยเทคโนโลยท�พฒนาข�น เพ�อการผลตช�นสวนจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล จากผลการดาเนนการทดลอง สามารถอธบายสมบตของช�นสวมมาตรฐานตอความสามารถในการใชงาน อทธพลท�เหมาะสมในการบดโลหะผงไดแก ความเรวรอบ ขนาดลกบด อตราสวนสารละลายในการบด เวลาในการบด การตรวจสอบและวเคราะหสมบตดาน รปทรงของอนภาคโลหะ ผลการตรวจสอบวเคราะหดานความบรสทธh และปรมาณของโลหะผงท�ผานการรไซเคล การวเคราะหขนาดและการกระจายตวของอนภาคโลหะผง คณลกษณะโลหะผงทงสเตนคารไบดท�เหมาะสมการเพ�อการนาไปประยกตใชงานสาหรบข�นรปช�นงานซเมนตคารไบด ผลการวเคราะหสมบตช�นงานโลหะแขงประเภทแผนมดตดสาหรบงานตดปาดผว เชน การวเคราะหความหนาแนน ความแขง ลกษณะโครงสราง ลกษณะรอยกด

109

ผลการวเคราะหประสทธภาพการใชงานแผนมดตดเพ�อเปรยบเทยบสมบตทางกล เชน การวเคราะหลกษณะการสกหรอ การวเคราะหความเรยบผว

บทท� 4

ผลการวจย 4.1 บทนา

การศกษาสมบตของช�นงานซเมนตทงสเตนคารไบดเพ�อทาการผลตช�นสวนโลหะความแขงสง จากโลหะผงท�ผานการรไซเคลดวยเทคโนโลยท�พ ฒนาข� นใหม เปนการวเคราะหความสามารถในการใชงานของช�นสวนมาตรฐาน เพ�อเปรยบเทยบสมบตทางกลของช�นงานแผนมดตดท�พฒนาข�นซ� งแสดงผลการวเคราะหดงน� 4.2 ผลการวเคราะหโลหะผงทงสเตนคารไบด 4.2.1 การวเคราะหขนาดการกระจายของโลหะผง (Particle size Distribution) วเคราะหการกระจายของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผลตข� นใหมจากการรไซเคลจเศษซเมนตคารไบด โดยผลการวเคราะหอธบายไดดงรปท� 4.1-4.2

รปท� 4.1 การวเคราะหการกระจายของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล

จากรปท� 4.1 แสดงผลการวเคราะหขนาดอนภาคโลหะผงทงสเตนคารไบด จากการวเคราะหอนภาคโลหะผงอยระหวาง 0.05-200 µm อนภาคเลกสดประมาณ 0.05 µm และอนภาคใหญสดประมาณ 200 µm เม�อพจารณาแลวปรากฏวาอนภาคสวนใหญอยระหวาง 0.5-4 µm

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0.01 0.1 1 10 100 1000

Vo

lum

e (

%)

Particle Size (μm)

111

รปท� 4.2 ผลวเคราะหการกระจายของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล จากเศษแผนมดตดหลงผานการบด จากรปท� 4.2 แสดงผลการวเคราะหขนาดอนภาคโลหะผงทงสเตนคารไบด จากการวเคราะหอนภาคโลหะผงมขนาดระหวาง 0.11-0.22 µm ขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.11 µm และอนภาคใหญสดประมาณ 0.22 µm เม�อพจารณาแลวปรากฏวาอนภาคสวนใหญมขนาดระหวาง 0.14-0.19 µm 4.2.2 ผลการวเคราะหองคประกอบทางเคมของโลหะผงดวยเคร�องเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) การวเคราะหโครงสรางโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผลตข�นใหมดวยเทคนคการเล� ยวเบนของรงสเอกซ (X-Ray Diffraction) โดยผลการทดสอบแสดงไดดงน� ตารางท� 4.1 แสดงผลการวเคราะหองคประกอบทางเคมของโลหะผงทงสเตนคารไบด รไซเคล

ตวอยาง องคประกอบท�มความเปนไปไดในตวอยาง [JCPDS NO.]

โลหะผงท�ผานการบด 12 ช�วโมง

Qusongite – WC Moissanitc –TiTaC2

โลหะผงท�ผานการบด 24 ช�วโมง

Qusongite – WC Moissanitc – Tic

0

5

10

15

20

25

30

0.01 0.1 1 10 100 1000

Vo

lum

e (

%)

Particle Size (μm)

112

จากตารางท� 4.1 แสดงผลการวเคราะหองคประกอบของธาตดวยเทคนคการเล�ยวเบนของรงสเอกซ (XRD) จากการวเคราะหองคประกอบของธาตในสารตวอยางทงสเตนคารไบด พบวา โลหะผงท�มความเปนไดประกอบดวย ทงสเตนคารไบด (WC) ไทเทนยมแทนทาลมคารไบด (TiTaC2) และไทเทเนยมคารไบด ดงแสดงผลการวเคราะหไวดวย รปท� 4.3 - 4.5

รปท� 4.3 การวเคราะห XRD ของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานกระบวนการรไซเคล

รปท� 4.4 แสดงองคประกอบทางเคมของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานกระบวนการรไซเคล

WC

TiTaC2

TiC

WC

113

จากรปท� 4.3 และ 4.4 แสดงผลการวเคราะหองคประกอบของธาตดวยเทคนคการเล�ยวเบนของรงสเอกซ (XRD) จากการวเคราะหองคประกอบของธาตในสารตวอยางทงสเตนคารไบด พบวา โลหะผงท�มความเปนไดคอ ทงสเตนคารไบด (WC) และมธาตอ�นผสมอยดวย เชน ไทเทเนยมคารไบด (Tic) แทนทาลม ไททาลมคารไบด (TiTaC2) เปนตน

รปท� 4.5 แสดงการวเคราะหองคประกอบธาตโลหะผงทงสเตนคารไบดหลงการบด 40 ช�วโมง

รปท� 4.5 ผลการวเคราะห XRD ท�ผานการบดแบบ Ball Milling ดวยเวลา 40 ช�วโมง ปรากฏวาองคประกอบของธาตท�พบเปนทงสเตนคารไบด

114

ตารางท� 4.2 แสดงผลการวเคราะหปรมาณสวนผสมทางเคมของโลหะผงทงสเตนคารไบดรไซเคล

ธาต ปรมาณธาต

Al 0.04%

S 0.08%

Ti 1.21%

Cr 0.03%

Fe 0.04%

Co 0.35%

Nb 0.42%

Ta 1.68%

W 96.15%

100.00%

ตารางท� 4.2 แสดงผลการวเคราะหปรมาณของธาตในสารตวอยาง ดวยเทคนค X-Ray

Fluorescence: XRF จากการวเคราะหปรากฎวา องคประกอบสวนใหญเปนทงสเตน 96.15% นอกน�นเปนธาตอ�นๆ ประมาณ 3.85 % เชน แทนทาลม (Ta) ไทเทเนยม (Ti) ไนโอเบยม (Nb) โคบอลต (Co) เปนตน 4.2.3 การวเคราะหโครงสรางจลภาค (Scanning Electron Microscope)

การวเคราะหโครงสรางจลภาคของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลจากเศษแผนมดตด ดวยเคร�องวเคราะหโครงสรางจลภาค (Scanning Electron Microscope) โดยทาการวเคราะหลกษณะรปรางและขนาดของเมดเกรนท�เกดข�น ซ� งแสดงผลการทดสอบไดดงน�

4.2.3.1 ผลทดสอบโลหะผงทงสเตนคารไบดดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสแกน (Scanning Electron Microscope) (SEM)

รปท� 4.6 แสดงผล SEM 30,000 เทา

จากรปท� 4.6 แสดงผลการกาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวาประมาณ 5 µm พจารณาโดยรวมแลวโลหะผงมขนาด

รปท� 4.7 แสดงผล SEM ของ

จากรปท� 4.7 แสดงผลการท�กาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวาประมาณ 0.3 µm พจารณาโดยรวมแลว

0.1 µm

1 µm

0.05 µm

0.5 µm

SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานกระบวนการรไซเคล

แสดงผลการวเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดปรากฏวา โลหะผงมอนภาคขนาดเลกสดประมาณ 0.1 µm

พจารณาโดยรวมแลวโลหะผงมขนาดอนภาคระหวาง 0.5-1 µm

ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ผานการบด 20 ช�วโมง

แสดงผลการวเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผานการบดปรากฏวา โลหะผงมขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.05

พจารณาโดยรวมแลวปรากฎวาโลหะผงมขนาดระหวาง 0.10

5

115

ท�ผานกระบวนการรไซเคลกาลงขยาย

โลหะผงทงสเตนคารไบดกอนการบด ท�

0.1 µm ขนาดใหญสดµm

ช�วโมง กาลงขยาย 30,00 เทา

โลหะผงทงสเตนคารไบดผานการบด 20 ช�วโมง 0.05 µm ขนาดใหญสด0-0.3 µm

0.5 µm

5 µm

0.1 µm

0.3 µm

รปท� 4.8 แสดงผล SEM ของ

จากรปท� 4.8 แสดงผลการกาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวา0.3 µm พจารณาโดยสวนใหญ

รปท� 4.9 แสดงผล SEM

จากรปท� 4.9 แสดงผลการกาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวาประมาณ 0.5 µm พจารณาโดยสวนใหญ

0.2 µm

0.3 µm

0.3 µm

0.5 µm

ของโลหะผงทงสเตนคารไบด ผานการบด 40 ช�วโมง

แสดงผลการเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผานการบดปรากฏวา โลหะผงมขนาดเลกสดประมาณ 0.05 µm ขนาดใหญสดประมาณ

สวนใหญโลหะผงมขนาดอยระหวาง 0.1-0.2 µm

ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 5% ท�กาลงขยาย

แสดงผลการเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลตปรากฏวา โลหะผงมขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.05 µ

พจารณาโดยสวนใหญโลหะผงมขนาดอนภาคระหวาง 0.1-0

116

ช�วโมง กาลงขยาย 30,00 เทา

โลหะผงทงสเตนคารไบดผานการบด 40 ช�วโมง ท�ขนาดใหญสดประมาณ

ท�กาลงขยาย 30,000 เทา

ผสมโคบอลต 10% ท�.05 µm ขนาดใหญสด0.3 µm

0.1 µm

0.05 µm

0.1 µm

0.05 µm

รปท� 4.10 แสดงผล SEM เทา

จากรปท� 4.10 แสดงผลการกาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวาประมาณ 0.5 µm พจารณาโดยรวมแลวโลหะผงมขนาด

รปท� 4.11 แสดงผล SEM

เทา

0.3 µm

0.05 µm

0.5 µm

0.25 µm

SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 10%

แสดงผลการเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดปรากฏวา โลหะผงมขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.05

จารณาโดยรวมแลวโลหะผงมขนาดระหวาง 0.1-0.3 µm

SEM ของโลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 15%

117

ท�กาลงขยาย 30,000

โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 10% ท�0.05 µm ขนาดใหญสด

ท�กาลงขยาย 30,000

0.5 µm

0.1 µm

0.05 µm

0.1 µm

118

จากรปท� 4.11 แสดงผลการเคราะห SEM โลหะผงทงสเตนคารไบดผสมโคบอลต 15%Co ท�กาลงขยาย 30,000 เทา ปรากฏวา โลหะผงมขนาดอนภาคเลกสดประมาณ 0.05 µm ขนาดใหญสดประมาณ 0.5 µm พจารณาโดยรวมแลวโลหะผงมขนาดอนภาคระหวาง 0.1-0.25 µm 4.3 ผลการวเคราะหขนาดของแผนมดกลงทงสเตนคารไบดรปทรง SNMG 120408

การผลตแผนมดกลงทงสเตนคารไบดรปทรง SNMG 120408 น�นมคาพารามเตอรท�สงผลถงความเปล�ยนแปลงและความแตกตางของผงโลหะทงสเตนคารไบดซ� งในผงโลหะแตละชดผลจากคาพารามเตอรท�แตกตางน�นสามารถแสดงรายละเอยดไดดงน� 4.3.1 ผลการวเคราะหขนาดแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผานการอดข�นรป ดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลในอตราสวนผสมโคบอลต 5-15% Co ตามแบบท�กาหนด

รปท� 4.12 แบบ (Drawing) ของช�นงานมาตรฐาน (SNMG) [74]

ตารางท� 4.3 การวดขนาดแผนมดซเมนตคารไบดกอนทาการอบผนก (Before sintering)

การเปรยบเทยบขนาดแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตาประเทศ กอนอบผนก

สวนผสม Co ผงรไซเคล (RE-5%)

ผงมาตรฐาน (OR-5%)

ผงรไซเคล (RE-10%)



ผงมาตรฐาน (OR-15%) ดาน

d (mm) 15.730 15.710 15.730 15.70 15.730 15.700 l (mm) 15.742 15.698 15.730 15.70 15.730 15.700 r (mm) 0.84 0.87 0.88 0.85 0.86 0.88 s (mm) 6.014 5.138 6.506 5.438 6.654 5.438 d1 (mm) 6.408 6.412 6.408 6.412 6.408 6.412

119

จากตารางท� 4.3 แสดงผลการวเคราะหขนาดแผนมซเมนตทงสเตนคารไบดหลงการอดข�นรปปรากฎวา แผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลต ดาน d มขนาด 15.73 mm. ดาน l ขนาดอยระหวาง 15.73-15.74 mm. รศม r ขนาดอยระหวาง 0.84-0.86 mm. ความหนา s ขนาดอยระหวาง 6.01-6.65 mm. ดาน d1 ขนาด 6.40 mm. สวนแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลต ดาน d มขนาดอยระหวาง 15.70-15.71 mm. ดาน l ขนาดอยระหวาง 15.69-15.70 mm. รศม r ขนาดอยระหวาง 0.88-0.88 mm. ความหนา s ขนาดอยระหวาง 5.13-5.43 mm. ดาน d1 ขนาด 6.41 mm.

ตารางท� 4.4 การวดขนาดช�นงานคารไบดกอนทาการอบผนก (After sintering)

การเปรยบเทยบขนาดแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตาประเทศ หลงอบผนก

สวนผสม ( Co) ผงรไซเคล (RE -5%)



ผงมาตรฐาน (RE-10%)


ผงมาตรฐาน (OR-15%) ดาน

d (mm) 13.82 12.956 13.158 12.626 12.392 12.942 l (mm) 13.828 12.964 13.184 12.642 12.398 12.962 r (mm) 0.81 0.78 0.76 0.80 0.81 0.76 s (mm) 5.584 4.254 5.398 4.404 5.24 4.416 D1 (mm) 5.67 5.326 5.445 5.216 5.2 5.308 จากตารางท� 4.4 แสดงผลการวเคราะหขนาดแผนมซเมนตทงสเตนคารไบดหลงการอดข�นรปปรากฎวา แผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลต ดาน d มขนาด 15.73 mm. ดาน l ขนาดอยระหวาง 15.73-15.74 mm. รศม r ขนาดอยระหวาง 0.84-0.86 mm. ความหนา s ขนาดอยระหวาง 6.01-6.65 mm. ดาน d1 ขนาด 6.40 mm. สวนแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ สวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลต ดาน d มขนาดอยระหวาง 15.70-15.71 mm. ดาน l ขนาดอยระหวาง 15.69-15.70 mm. รศม r ขนาดอยระหวาง 0.88-0.88 mm. ความหนา s ขนาดอยระหวาง 5.13-5.43 mm. ดาน d1 ขนาด 6.41 mm. 4.3.2 การวเคราะหน�าหนกพรอมความหนาแนนกอนและหลงอบผนก การวเคราะหน�าหนกแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ สวนผสมโคบอลต 5-15% สามารถแสดงผลตามตารางท� 4.5

120

ตารางท� 4.5 การวเคราะหแผนมดตดกอนอบผนก

การเปรยบเทยบขนาดแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตาประเทศ กอนอบผนก

รายการวเคราะหแผน

มดตด







น� าหนก (g) 7.89 7.93 7.95 7.83 8.11 7.83 density (g/cm³) 6.42 6.42 6.36 8.13 6.2 8.13

จากตารางท� 4.5 แสดงผลการวเคราะหน� าหนกและความหนาแนนของแผนมดตดกอนอบผนกจากการวเคราะหปรากฎวาแผนมดตดผงรไซเคลสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลตน� าหนกอยระหวาง 7.89-8.11 g ความหนาแนนอยระหวาง 6.2-6.42 g/cm3 สวนแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลตน� าหนกอยระหวาง 7.83-7.93 g ความหนาแนนอยระหวาง 6.2-8.13 g/cm3 ตารางท� 4.6 การวเคราะหแผนมดตดหลงอบผนก

การเปรยบเทยบขนาดแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตาประเทศ หลงอบผนก

รายการวเคราะหแผน

มดตด

ผงรไซเคล (RE -5%)






น� าหนก (g) 7.29042 7.68908 7.17808 7.49616 7.17862 7.57714 density (g/cm³) 14.34 14.35 13.8 14.23 13.56 14.08 จากตารางท� 4.6 แสดงผลการวเคราะหน� าหนกและความหนาแนนของแผนมดตดหลงอบผนกจากการวเคราะหปรากฎวาแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลตน� าหนกอยระหวาง 7.17-7.29 g มความหนาแนนอยระหวาง 13.56-13.80 g/cm3 สวนแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสมระหวาง 5-15% โคบอลตน� าหนกอยระหวาง 7.49-7.68 g ความหนาแนนอยระหวาง 14.08-14.35 g/cm3

121

4.4 ผลการวเคราะหสมบตของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

การวเคราะหสมบตของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลและแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศประกอบดวย การวเคราะหโครงสรางจลภาค การวเคราะหความแขง ลกษณะรอยกด เปนตน ซ� งมรายละเอยดดงน� 4.4.1 ผลการวเคราะหโครงสรางของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงท�ผานการรไซเคลสวนผสมโคบอลต (WC-15%Co (RE))

รปท� 4.13 โครงสรางจลภาคแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคล (RE) สวนผสม 15% โคบอลต

จากรปท� 4.13 แสดงรปถายโครงสรางจลภาคของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) ท�กาลงขยาย 500 เทา สามารถแสดงใหเหนลกษณะพ�นผวของโลหะ มความแนนตวของโครงสรางคอนขางเม�อเทยบกบรท� 4.13 และ4.14 แตกยงพบวาการกระจายของเฟสยงไมดเน�องจากยงมโพรงอากาศอยเปนจานวนมากซ� งจะสงผลตอความแขงของวสด

4.4.2 ผลการวเคราะหโครงสรางของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR)

122

รปท� 4.14 โครงสรางจลภาคของแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขา จากตางประเทศ จากรปท� 4.14 แสดงรปถายโครงสรางจลภาคของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR)) ท�กาลงขยาย 500 เทา มความหนาแนนตวของโครงสรางคอนขางแนน โครงสรางมการยดเกาะกนเปนกลมๆ การกระจายตวของเฟสด แตกยงพบวามรพรนอยเปนจานวนมากซ� งเกดจากการแทรกตวของออกซเจนขณะทาการอบผนกน�นเอง 4.5 ผลการทดสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

การทดสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลและแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศแสดงลกษณะรอยแตกราวและคาความแขงดงน�

4.5.1 การวเคราะหลกษณะรอยกดและทดสอบความแขง การวเคราะหลกษณะรอยแตกราวดวยการทดสอบความแขงแบบวกเกอรและรอย (Clack) ตามมมของรอยกด ของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลจากเศษแผนมดตดสามารถแสดงผลไดดงน�

123

รปท� 4.15 แสดงภาพรอยกดแบบวกเกอร ของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะ ผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15% Co (RE) แสดงภาพถายรอยกดโดยใชการทดสอบแบบวกเกอร (Vickers Hardness Test) โดยใชโหลดในการกด 20 kgf จากลกษณะการแตกของรอยกดบนแผนมดคารไบด 15% โคบอลต เปนลกษณะการแตกแบบเปราะผาเกรน (Transgranular cleavage fracture) เกดข�นโดยปราศจากการเปล�ยนรปท�เหนไดชดและรอยแตกขยายตวไดอยางรวดเรวมากรอยแตกโตข�นในทศทางเกอบต�งฉากกบทศทางความเคนแรงกดท�กระทาการแตกแบบน� เปนการแตกแบบปกตของวสดโลหะแขงคอเม�อไดรบแรงโหลดจากหวกดทาใหมแรงดงแยกผาเกรนแสดงใหเหนถงการยดเกาะระหวางทงสเตนคารไบดกบโคบอลต

(d)

(b)

(a)

(c)

(e)

124

รปท� 4.16 แสดงภาพรอยกดแบบวกเกอรของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยผงโลหะ ทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR) รปท� 4.16 แสดงลกษณะรอยกดและการแตกราวของแผนมดตดผงมาตรฐานท�ผสมโคบอลต 15% แสดงถงลกษณะรอยกดรปเตม (a) ขนาดกวาง 50 x 50 µm ลกษณะการแตกราวไมชดเจน แตลกษณะโครงสรางเกดจากการรวมตวกนเปนกลงเลกๆของอนภาค ซ� งพบวายงมความพรนในเน�อวสดอยเปนจานวนมากซ� ง ผลการทดสอบความแขงแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�สดสวนการผสมโคบอลต 15% แสดงขอมลไดดงน�

(c)

(a) (e) (d)

(b)

125

รปท� 4.17 ความแขงช�นงานแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผารการรไซเคลและแผนมดตดท�ผลต ดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสมโคบอลต 15% จากรปท� 4.17 อธบายไดวาจากการวเคราะหความแขงของแผนมดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคล (RE-15%Co) มความต�าสดท� 1,300 Hv สงสดอยท� 1,500 Hv โดยเฉล�ยความแขงอยท� 1,412 Hv สวนความแขงของแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศมความแขงต�าสดท� 1,258 Hv สงสดอยท� 1,345 โดยเฉล�ยความแขงอยท� 1,258 Hv 4.6 ผลการทดสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดจากการกลง 4.6.1 ผลการทดสอบการช�งน�าหนกแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด ผลการวเคราะหการช�งน� าหนกท�หายไปของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดกอนกลงและหลงกลง โดยใชเคร�องช�งน� าหนกความละเอยด 0.0001 กรม เพ�อตรวจสอบหาน� าหนกท�หายไปหลงจากผานการกลง โดยพจารณาจากสภาพแผนมดตดบรเวณคมตด วาคมตดสามารถใชงานตอไดหรอไม ซ� งจะมผลการทดสอบดงน� 4.6.1.1 ผลการทดสอบการช�งน�าหนกท�หายไป ของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) จานวน 3 สวนผสม และแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR)) จานวน 3 สวนผสม ซ�งอธบายผลไดดงน�

0

500

1000

1500

2000

RE-15% OR-15%

คาคว

ามแข

ง (Hv

)

ชนดแผนมด

คร� งท� 1



เฉล�ย

126

รปท� 4.18 การวเคราะหน�าหนกแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�เปล�ยนแปลง กอน-หลงการ ทดสอบประสทธภาพ จากรปท� 4.18 แสดงการเปล�ยนแปลงน� าหนกของแผนมดซเมนตทงสเตนคารไบดภายหลงทดสอบประสทธภาพการกลง จากการพจารณาปรากฎวา น�าหนกเฉล�ยของแผนมดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคลสวนผสม 5-15% Co มน� าหนกระหวาง 7.18-6.6 g หลงกลงทดสอบแลวอยระหวาง 6.16-6.92 g และน� าหนกเฉล�ยท�หายไปอยาระหวาง 0.26-1.02 g สวนแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสม 5-15% มน� าหนกอยระหวาง 7.50-7.69 g หลงกลงทดสอบแลวมน�าหนกระหวาง 7.44-7.57 g และน�าหนกเฉล�ยท�หายไปอยระหวาง 0.01-0.25 g

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

RE-5% Co OR-5% Co RE-10% Co OR-10% Co RE-15% Co OR-15% Co

นQาหน

กแผน

มหลง

การท

ดสอบ

(g)

สวนผสมโคบอลต (Co)

น�าหนกกอนทดสอบ ( g )

น�าหนกหลงทดสอบ ( g )

ผลตาง (g)

127

รปท� 4.19 แสดงเปอรเซนต (%) การหดตวของช�นงานแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผาน การรไซเคล (RE) และผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (OR)

รปท� 4.19 แสดงสดสวนการหดตวของแผนมดตดท�ผลตดวยผงโลหะท�ผานการรไซเคล (RE) และแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานท�นาเขาจากตางประเทศ (OR) ท�สวนผสมโคบอลต 5, 10, และ15% ผลการปรยบเทยบปรากฎวา อตราสวนการหดตวของแผนมดท�ผลตดวยผงโลหะท�ผานการรไซเคลดาน s มขนาดระหวาง 7.15-21.15% ดาน B มขนาดระหวาง 12.14-21.22 ดาน C มขนาดระหวาง 12.6-21.18 และดาน d1 มขนาดระหวาง 11.52-18.85 % สวนแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศเปอรเซนตการหดตวประกอบดวย ดานดาน s มขนาดระหวาง 17.21-19.01% ดาน B มขนาดระหวาง 17.53-19.58 ดาน C มขนาดระหวาง 17.42-19.48 และดาน d1 มขนาดระหวาง 16.94-18.65 % 4.6.2 การวเคราะหการสกหรอของแผนมดตดโดยรปถายและวดระยะสกหรอ

โดยทาการถายรปการสกหรอกอนทาการกลงและหลงทาการกลง ใชกลองกาลงขยาย 10 เทา เพ�อตรวจสอบลกษณะการสกหรอของมมแผนมดตดและวดระยะสกหรอบรเวณมมคมตดท�เสยหาย ไดผลดงน� 4.6.2.1 ผลการทดสอบการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-10%Co (RE))

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

RE- 5% OR- 5% RE- 10% OR- 10% RE- 15% OR- 15%

การห

ดตวข

องแผ

นมดต

ดคาร

ไบด

(%)

สวนผสมคบอลต

ดาน s (mm)

ดาน B (mm)

ดาน C (mm)

ดาน d₁ (mm)

128

รปท� 4.20 ลกษณะคมตดกอนทดสอบบรเวณผวคายเศษของแผนตดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคาร ไบดท�ผานการรไซเคล

รปท� 4.21 ลกษณะคมตดบรเวณดานขางหลงการทดสอบของแผนมดตดท�ผลตดวยโลหะผง ทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล

129

รปท� 4.22 ลกษณะการสกหรอของแผนมดตดซเมนตคารไบดหลงการทดสอบประสทธภาพ

จากรปท� 4.22 แสดงภาพตวอยางการสกหรอหลงจากทาการกลงช�นงานช�นงานทดสอบ ซ� งจากภาพแสดงลกษณะการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคลแสดงถงการสกหรอบรเวณผวคายเศษ (Crater Wear) และ (Notch Wear) บรเวณ

ดานขางคมตดซ� ง ไดทาการวดระยะสกหรอบรเวณผวคายเศษ ปรากฎวาระยะ (Ls) 1.82 มลลเมตร

ระยะ (Lf) 2.02 มลลเมตร วดระยะสกหรอของบรเวณดานขางคมตด ระยะ (VBN) 1.17 มลลเมตร ระยะ (bW) 2.80 มลลเมตร

รปท� 4.23 แผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบด มาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสม 15%Co (a) มมคายเศษ (b) Flank Wear

VBN

bw

L�

L�

L�

bw

L�

VBN

(b) (a)

130

จากรปท� 4.23 แสดงภาพการสกหรอหลงจากทาการกลงช�นงานทดสอบ เปนการสกหรอของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศสวนผสม 15%Co จากลกษณะการสกหรอ ไดทาการวดระยะสกหรอบรเวณผวคายเศษ

ระยะ (Ls) 0.92 มลลเมตร ระยะ (Lf) 2.14 มลลเมตร ระยะการสกหรอบรเวณดานขางคมตด (Flank

wera) (VBN) 1.24 มลลเมตร ระยะ (bW) 1.63 มลลเมตร 4.6.3 การทดสอบความเรยบผวของช�นงาน AISI 1045

การทดสอบความเรยบผวของวสดทดสอบ (Surface Roughness) หลงทาการกลงเพ�อดความเรยบของผวงาน ซ� งจะถายภาพผวและวดคาความเรยบผว ซ� งคาความเรยบผวตามมาตรฐานในงานกลงคาเฉล�ยจะอยในชวง 0-3.2 ไมคอน (µm) การทดสอบแบงช�นงานเปน 4 จด จดแตละจดท�ทาการวดจะมระยะหางกน 90 องศา

4.6.3.1 ผลการทดสอบลกษณะของผวของช�นงาน ท�ผานการกลงดวยแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�พฒนาข�นใหม (รไซเคล) จากเศษแผนมดตด (WC-15%Co (OR)) ดวยกาลงขยาย 10 เทา

ผวงานกลงของแผนมดท�ผลตดวยผงท�พฒนาข�นใหม ผวงานกลงของแผนมดแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐาน

รปท� 4.24 ลกษณะของผวช�นงานกลงของแผนมดผงท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคลและแผน มดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ

จากรปท� 3.24 แสดงผวกลงของแผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ โดยใชความเรวตด (Cutting Speed) 50 เมตร/นาท อตรา

131

ปอน (Feed rate) 0.05 มลลเมตร/รอบ ระยะปอนลก (Depth of cut) 1.0 มลลเมตร ความเรวรอบ (Revolution) 465.34 รอบ/นาท

รปท� 4.25 ผลการเปรยบเทยบคาความเรยบผวของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด

ท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลและผงมาตรฐานนาเขาจาก ตางประเทศ จากรปท� 4.25 แสดงผลผลการเปรยบเทยบคาความเรยบผวของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคลและแผนมดท�ผลตจากผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศท�สดสวนการผสม 5-15%Co ผลการทดสอบปรากฎวา แผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลคาความเรยบผวระหวาง 3.02-3.5 µm แผนมดผงมาตรฐานผงนาเขาจากตางประเทศแสดงคาความเรยบผวระหวาง 2.80-4.04 µm

รปท� 4.26 ผลการวเคราะหความหนาเศษตดระหวางแผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลกบแผน มดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ

0

1

2

3

4

5

OR-15% RE-15%

ความ

เรยบผ

วชQนง

านกล

ง (µm

)


0.17

0.18

0.19

0.2

Re -15% OR- 15%

ความ

หนาเศ

ษตด

(mm

)

สวนผสมโคบอลต (Co)

132

จากรปท� 4.26 แสดงผลการวเคราะหความหนาเศษตดของแผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลกบแผนมดตดท�ผลตดวยผงมาตรฐานท�นาเขาจากตางประเทศท�สวนผสม 15 % โคบอลต (Co) ผลทดสอบปรากฎวาความหนาเศษตดท�ผานการกลงดวยแผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลมความหนา 0.184 µm สวนความหนาเศษตดท�ผานการกลงดวยแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศมความหนา 0.197 µm

รปท� 4.27 ผลการวดขนาดของช�นงานทดสอบหลงทาการกลง

จากรปท� 4.27 เปนผลการวเคราะหขนาดความโตของช�นงานทดสอบท�ผานการกลงดวยแผนมดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคล ผลปรากฎวาขนาดเสนผานศนยกลางของช�นงานท�ผานการกลงดวยแผนมดท�ผลตดวยโลหะผงท�ผานการรไซเคลมขนาดเสนผานศนยกลางของช�นงานอยท� 33.90 มลลเมตร สวนช�นงานทดสอบท�กลงดวยแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศมขนาดเสนผานศนยกลางอยท� 33.77 มลลเมตร

4.7 วเคราะหผลการทดสอบ

การดาเนนงานออกแบบและผลตช�นสวนโลหะความแขงสงท�ผลตข�นใหม ชนดแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดเพ�อศกษาเปรยบเทยมสมบตทางกลและการใชงานของแผนมดตดซเมนตคารไบด สรปไดวาประสบความสาเรจไดตามวตถประสงค สามารถอธบายไดดงน� 4.7.1 การวเคราะหโครงสรางจลภาคของของโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผลตจากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล เม�อผานการปรบปรงสมบตดวยวธการบดแบบ Ball milling

33.70

33.75

33.80

33.85

33.90

33.95

RE OR

ขนาด

เสนผ

านศน

ยกลา

งชQนง

านทด

สอบ

(mm

)


133

เปนเวลา 40 ช�วโมงปรากฎวามขนาดอนภาคระหวาง 0.1-4.0 µm มขนาดการกระจาย ระหวาง 0.63-1.03 µm เปนทงสเตนบรสทธ� 96.15% ซ� งสามารถนาไปผลตเปนช�นสวนโลหะความแขงสง (ผลตแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบด) 4.7.2 จากการทดสอบความหนาแนนของแผนมดตดหลงผานกระบวนการข�นรปแลวพบวา แผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) มคาความหนาแนน 14.34 g/cm.3 ซ� งมความใกลเคยงกบแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ โดยแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR)) มคาความหนาแนน 14.35 g/cm.3 4.7.3 จากการวเคราะหการช�งน� าหนกของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ทาการตดเฉอน พบวาแผนมดตดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลมน�าหนกหายไปหลงผานการกลงอยระหวาง 0.69-1.02 กรม สวนน�าหนกของแผนมดท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศหลงผานการกลงแลวพบวาน� าหนกหายไปอยระหวาง 0.04-0.25 กรม ซ� งจากลกษณะของโครงสรางจลภาคท�มความพรนทาใหเกดการสญเสยเน�อวสดจากการตดเฉอนไดมากดงน�นจงตองทาการปรบปรงสมบตดานโครงสรางเพ�อใหมความแขงแรงสงข�นจงจะสามารถลดการสญเสยเน�อวสดเม�อผานการใชงานลงได 4.7.4 จากการวเคราะหการสกหรอของแผนมดตดพบวาระยะการสกหรอเฉล�ยของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) เกดการสกหรอมากกวาท�มมคายเศษ 0.66 mm สวนการสกหรอของคมตดดานขางอยท� 0.58 mm แผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ (WC-15%Co (OR)) เพราะการยดเกาะมความหนาแนนนอยกวา 4.7.5 จากการวเคราะหความเรยบผวของช�นงานพบวาความเรยบผวเฉล�ยของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) มความเรยบผวระหวาง 2.7-3.50 µm ซ�งมผวช�นงานท�กลงดวยแผนมดรไซเคลมความหยาบกวาแผนมดผงท�ผลตดวยผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ ซ� งมความเรยบผวระหวาง 2.80-3.02 µm 4.7.6 จากการทดสอบความแขงของแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบท�ผานการรไซเคล (WC-15%Co (RE)) มคาความแขงสงสดท� 1500 Hv ซ� งโดยเฉล�ยอยท� 1410 HV ซ� งมความแขงสงกวาแผนมดตดซเมนตทงสเตนคารไบดท�ผลตดวยโลหะผงทงสเตนคารไบดมาตรฐานนาเขา (Wc-15%Co (OR)) ท�มคาความสงสดอยท� 1346 Hv โดยเฉล�ยอย 1258 HV

134

4.8 การอภปรายผลการทดลอง

ผลการดาเนนงานวจยสาหรบการนาผงโลหะทงสเตนคารไบดไปใชงานเพ�อเทยบสมบตกบผงโลหะทงสเตนมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ ปรากฎวาสมบตเหมาะสมดานการนาใชประโยชนในการผลตช�นสวนทดการสกเหรอมดงน� จากกระบวนการทดลองท�ไดออกแบบใหเหมาะสมกบการปรบปรงสมบตดานการใชงานท�มความสอดคลองตามหลกทฤษฎ ดานการปรบปรงสมบตโลหะผงโดยวธการบดแบบBall Millingของงานวจยหลายๆ งานวจยเชน [37, 40, 48,51, 54, 55] ผลจากการศกษาจงทาการออกแบบวธการบดแบบบอลลมลล�งโดยมข�นตอนดงน�

รปท� 4.28 แสดงข�นการปรบปรงสมบตผงโลหะโดยวธการบดแบบ Ball Milling

แสดงข�นตอนดาเนนงานการบดผงโลหะสามารถอธบายไดดงน� เตรยมวสดผงทงสเตนคารไบท (WC) ลกบด สารชวยบดเอทานอล (Ethanol) เตรยมสวนผสมลงในหมอบด ต�งเวลาบด 40 ช�วโมง หลงบดเสรจทาการอบดวยเตาสญญากาศ เปนเวลา 1 ช�วโมง

จากการวเคราะหผลการดาเนนการพฒนาสมบตผงโลหะเพ�อผลตช�นสวนปรากฎวาผลการวเคราะหสมบตของรปรางและลกษณะโครงสรางจลภาคขนาดอนภาคอยระหวาง 0.1-0.22 µm ซ� งใกลเคยงกบรายงานวจย [56] และจากการวเคราะหขนาดและการกระจายพบวาขนาดการกระจายสวนใหญมขาดไมเกน 0.1-0.5 µm ซ� งใกลคยงกบรายงานวจย [46] วสดผงผลตจากงานวจยน� มสวนผสม 96.69% ทงสเตนคารไบด (WC), 1.68% แทนทาลม (Ta), 1.21% ไทเทเนยม (Ti) และ 0.42% ไนโอเบยม (Nb) และอ�นๆ เม�อผสมโลหะประสานโคบอลตในชวง 5-15% โดยใชผงโลหะ 2

WC

Ball milling for 40 h

Drying 200 oC 1 h

Powder

135

ชนดคอ ผงท�ผานการรไซเคล (ผลตข� นใหม)และผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ โดยกระบวนการอดข�นรปและอบผนกท�อณหภมระหวาง 600-1,500 °C [35] เปนแผนมดตดขนาด 12.39 x 13.82 x 5.6 mm เปอรเซนตการหดตวอยระหวาง 7.15-21.22% ไดช�นงานความแขง 1,410 Hv (อยในชวงมาตรฐานท� 1,050-1,900 Hv ) ท�ความหนาแนน 14.34 g/cm3 ซ� งใกลเคยงกบช�นงานจากงานวจย [36] ผลการทดสอบกลงเหลกกลา S45C ปรากฎวา แผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลมระยะการสกหรอมากกวา ประกอบดวยการสกหรอบรเวณผวคายเศษอยท� 0.60 mm สวนบรเวณดานขาง (Flank Wear) ระยะการสกหรออยท� 0.58 mm ซ� งใชงานไดดท�ความเรยบผวระหวาง 2.7-3.5 µm สวนแผนมดท�ผลตดวยโลหะผงมาตรฐานนาเขาจากตางประเทศ ปรากฎวามความแขง 1346 Hv ท�ความหนาแนน 14.34 g/cm3 ผลการทดสอบกลงเหลกกลา S45C ปรากฎวา ใชงานไดดท�ความเรยบผวระหวาง 2.8-3.02 µm

บทท� 5

สรปผลการวจย

ผลการวจยเพ�อออกแบบและผลตช�นสวนโลหะความแขงสง (Hard metals) จากโลหะผงทงสเตนคารไบดท�ผานการ Recovered ดวยเทคโนโลยท�พฒนาข�นใหม การศกษาสมบตของช�นสวนมาตรฐานตอความสามารถในการใชงานเพ�อเปรยบเทยบสมบตทางกลและการในงานของช�นสวนโลหะแขงท�พฒนาข�นน�สามารถสรปไดวา

จากผลการดาเนนงานวจยปรากฏวากระบวนการท�พฒนาข�นใหม โดยวธการบดแบบ Ball Milling สามารถผลตโลหะผงทงสเตนคารไบดท�มสมบตเหมาะสมในการผลตช�นงานคารไบดท�ขนาดและการกระจายของโลหะผงทงสเตนคารไบดอยระหวาง 0.1-0.22 ไมครอน วสดผงรไซเคลดงกลาวมความบรสทธN 96.15% ลกษณะการกระจายแบบโคงปรกต

เม�อทาการบดละเอยดเปนเวลา 40 ช�วโมงพบวาโครงสรางผลกสวนใหญมขนาดระหวาง 0.1-0.5 ไมครอน จากการตรวจสอบสวนผสมทางเคมพบวาโลหะผงสวนใหญเปนทงสเตนคารไบด (WC) แตยงมธาตอ�นๆ ผสมอยเลกนอยเชน ไทเทเนยมคารไบด (Tic) ไทเทนยมแทนทาลมคารไบด (TiTaC2) และโคบอลต (Co) เปนตน จากการตรวจสอบโครสรางจลภาคโลหะผงหลงทาการผสมโลหะประสานโคบอลต 5-15% ปรากฏวาขนาดโลหะผงอยระหวาง 0.05-0.5 ไมครอน เม�อผานการข�นรปดวยกาลงอด 350 Mpa สามารถผลตช�นงานแผนมดตดขนาด 15.70 x 15.74 x 6.48 มลลเมตร เม�อผานการอบดวยอณหภม 1,450 °C เปนเวลา 1 ช�วโมง ขนาดแผนมดท�ผลตจากโลหะผงท�ผานการรไซเคลมขนาดช�นงาน 12.39 x 13.82 x 5.6 มลลเมตร ท�ความหนาแนน 14.34 กรม/ลกบาศกเซนตเมตร จากการตรวจสอบความแขงโดยเฉล�ย 1,410 HV และความแขงสงสดคอ 1,500 Hv ดานประสทธภาพการใชงานดวยการกลงปรากฎวาแผนมดท�ผลตดวยผงท�ผานการรไซเคลเกดการสกหรอมากกวา ซ� งการสกหรอบรเวณผวคายเศษระยะการสกหรออยท� 0.60 มลลเมตร สวนบรเวณดานขาง (Flank Wear) ระยะการสกหรอเทากบ 0.58 มลลเมตร คณภาพผวช�นงานมความเรยบระหวาง 2.7-3.5 µm จากผลการวจยน� จงสรปไดวาประสบความสาเรจสามารถผลตช�นสวนโลหะความแขงสงท�มสมบตพ�นฐานเปนไปตามช�นสวนมาตรฐานซ� งจะไดดาเนนการวจยและพฒนาสมบตของช�นงานเพ�อใหเหมาะสมตอการนาไปใชประโยชนไดอยางมประสทธภาพในโอกาสตอไป

137

5.1 ขอเสนอแนะ

1. ควรพฒนาตอยอดการผลตช�นงานความแขงสงชนดซเมนตคารไบดดวยการศกษา อทธพลของการอดข�นรป การศกษาอณหภมในการอบผนก เพ�อเพ�มความสามารถดานการใชงาน 2. ควรพฒนาผลการทดสอบสมบตทางกลอ�นๆ เชน transverse ruptures strength, tool life 3. ควรพฒนาโครงสรางเกรนท�เหมาะสมตอการเพ�มความสามรถดาน ความตานทานการสกหรอ การพฒนาสมบตดานความแขงและความแขงแรงของช�นงาน 4. พฒนาช�นงานโลหะความแขงสงไปใชงานในเชงพานชย

138

บรรณานกรม

ไทย

[1] วชระ กงจกร, ปาลต ภวนานวฒน, จตรงค แกวสวาง, 2551, ศกษากระบวนการผลตและผลต แผนมดซเมนตทงสเตนคารไบทสาหรบงานกลงปอก, ปรญญานพนธ วศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมสาขาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราช มงคลพระนคร

[2] กตตชย หลอบญสม, ศรชย ตอสกล, 2552, การศกษาอทธพลของสารหลอเยนในขบวนการกลง เลกหลอ FCD 400, ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลย เทคโนโลยราชมงคลธญบร [3] พงพนธ ราชภกด, เฉลมพล คลายนล, 2552, อทธพลของสภาวะการกลงเหลกกลาสเตนเลส AISI 316 ดวยใบมดคารไบด ทEมผลตอการสกหรอใบมดตดและความขรขระของพGนผว, ภาควชาอตสาหการ คณะอตสาหกรรมและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลรตนโกสนทร [4] สวนชย พงษสกจวฒน, กอบบญ หลอทองคา, ธาชาย เหลองวรานนท, มาวน สประดษฐ ณ อยธยา, เอกสทธI นสารตนพร และ ปฐมา วสทธพทกษกล“วสดศาสตรและวศวกรรมวสด พGนฐาน”, สานกพมพทอปสแปลและเรยบเรยงจาก “Materials Science and Engineering: An Introduction” ของ Willium D. Callister, Wiley. [5] นภสพร มมงคล, โหกรรมวสดผง (Powder Metallurgy), สานกหอสมด มหาวทยาลยเทคโนโลย พระจอมเกลาธนบร, 2548; 123 – 124.

139

องกฤษ

[6]. Erik Lassner and Wolf-Dieter Schubert, Tungsten Properties, Chemistry, Technology, of the Element, Alloy, and Chemical Compounds. Vienna, Austria,1999 [7] Kieffer, B.F. and Lassner, E. Tungsten Recycling in Todays Environment. Canada : Canadian Agriculture Library, 1994 [8] Izabel Fernanda Machado, Luca Girardini, Ivan Lonardelli, Alberto Molinari. The study of ternary carbides formation during SPS consolidation process in the WC-Co-steel System. Int J Refract Met Hard Mater 2009; 27:883-891. [9] Jing-Chie Lin, Jain-Yuan Lin, Shie-Peir Jou. Selective dissolution of the cobalt binder from scraps of cemented tungsten carbide in acids containing additives. Chung-Li, Taiwan,1996 [10] Zhen Xiong, Gangqin Shao, Xiaoliang Shi, Xinglong Duan, Li Yan. Ultrafine hardmetals prepared by WC-10 wt.%Co composite powder.Int J Refract Met Hard Mater 2007;3:1-9. [11] German, R.M., Powder Metallurgy Science, 2nd edition, MPIF, New Jersey, 1994 [12] Erik Lsaaner, Wolf-Dieter Schubert, 1999, Tungsten,Kluwer Academic/Plenum Publishers,New [13] Farid Akhtar, Islam S. Humail, S.J. Askari, Jianjun Tian, Guo Shiju, Effect of WC particle size on the microstructure, mechanical properties and fracture behavior of WC–(W, Ti, Ta) C–6 wt% Co cemented carbides, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 25 (2007) 405–410 [14] Graham T. Smith, "Cutting Tool Technology: Industrial Handbook",22,2008 [15] S. Olovsjoa, A. Wretlandb, G. Sjobergb, The effect of grain size and hardness of wrought Alloy718 on the wear of cemented carbide tools, Wear 268 (2010) 1045–1052 [16] Brian D. Kernan, Emanuel M. Sachs, Mark A. Oliveira, Michael J. Cima, Three-dimensional printing of tungsten carbide–10 wt% cobalt using a cobalt oxide precursor, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 25 (2007) 82–94 [17 Dr. Wolf-W. Albrecht, Hard Metal (WC-Co), retired Director of H.C. Starck, Germany, and November 2008.

140

องกฤษ (ตอ) [18] Gerald R. Smith , Materials Flow of Tungsten in the United State. Bureau of mines information circular, 1994 [19] H. Puga, J. Barbosa, D. Soares, F. Silva, S. Ribeiro. Recycling of aluminium swarf By direct incorporation in aluminium melts. Journal of Materials Processing Technology 2009; 209:5195-5203. [20] Lifeng Zhang, Arjan Ciftja. Recycling of solar cell silicon scraps through filtration, Part I: Experimental investigation. Solar Energy Materials & Solar Cells 2008; 92:1450-1461. [21] Zhen Xiong, Gangqin Shao, Xiaoliang Shi, Xinglong Duan, Li Yan. Ultrafine hardmetals prepared by WC-10 wt.%Co composite powder.Int J Refract Met Hard Mater 2007;3:1-9. [22] S. Hairunnisha, G.K. Sendil,J. Prabhakar Rethinaraj, G.N. Srinivasan, P. Adaikkalam, S. Kulandaisamy. Studies on the preparation of pure ammonium para tungstate from Tungsten alloy scrap. Hydrometallurgy 2007; 85:67-71. [23] F.L. Zhang a,*, M. Zhu b, C.Y. Wang a, Parameters optimization in the planetary ball milling of nanostructured tungsten carbide/cobalt powder, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 26 (2008) 329–333 [24] Shixian Zhao, Xiaoyan Song, Chongbin Wei, Li Zhang, Xuemei Liu, Jiuxing Zhang, Effects of WC particle size on densification and properties of spark plasma sintered WC–Co cermet, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 1014–1018 [25] T.V. SreeramaReddy, T. Sornakumar, M. VenkataramaReddy, R. Venkatram , Machinability of C45 steel with deep cryogenic treated tungsten carbide cutting tool inserts, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 181–185 [26] P. Roy, S.K. Sarangi, A. Ghosh, A.K. Chattopadhyay, Machinability study of pure aluminium and Al–12% Si alloys against uncoated and coated carbide inserts, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 535–544 [31] M. Hagiwara, S. Chen, I.S. Jawahir, Contour finish turning operations with coated grooved tools: Optimization of machining performance, journal of materials processing technology 209 (2009) 332–342

141

องกฤษ (ตอ) [28] Rasit Koc a, Suneel K. Kodambaka b, Tungsten carbide (WC) synthesis from novel precursors, Journal of the European Ceramic Society 20 (2000) 1859±1869 [29] T. KOJIMA, T. SHIMIZU, R. SASAI, H. ITOH, Recycling process of WC-Co cermets by hydrothermal Treatment, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603, Japan 2005. [30] M.H. Enayati, G.R. Aryanpour, A. Ebnonnasir, Production of nanostructured WC–Co powder by ball milling, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 159– 163 Metals & Hard Materials 24 (2006) 461–464. [31] G. Prabhu, Amitava Chakraborty, Bijoy Sarma, Microwave sinter of tungsten, Int.Journal of Retractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 545-548. [32] Zhonglai Yi, Gangqin Shao*, Xinglong Duan, Peng Sun, Xiaoliang Shi, Zhen Xiong and Jingkun Guo, Preparation of WC-Co Powder by Direct Reduction and Carbonization, China Particuology Vol. 3, No. 5, 286-288, 2005. [33] A. S. Kurlov and A. I. Gusev, Tungsten Carbides and W–C Phase Diagram, ISSN 0020- 1685, Inorganic Materials, 2006, Vol. 42, No. 2, pp. 121–127. [34] Hwan-Cheol Kim a, In-Jin Shon a, Jin-Kook Yoon b,Jung-Mann Doh b, Z.A. Munir c “Rapid sintering of ultrafine WC–Ni cermets” , International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 24 (2006) 427–431 [35] Gwan-Hyoung Lee, Shinhoo Kang, Sintering of nano-sized WC–Co powders produced by a gas reduction–carburization process, Journal of Alloys and Compounds 419 (2006) 281–289 [36] ASM Engineered Materials Reference Book”, ASM International, pp. 182, 1989. [37] Zhang Li a, Wang Yuan-jie a, Yu Xian-wang a, Chen Shu b, Xiong Xiang- jun, Crack propagation characteristic and toughness of functionally, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 26 (2008) 295–300 [38] L.A. Dobrzanski, B. Dolanska, Hardness to toughness relationship on WC-Co tool gradient materials evaluated by Palmqvist method, Internation Scientific Journal Archives of materials Science and Engineering Volume 43 (2010) 87–93]

142

องกฤษ (ตอ) [39] P. Shanmugavel, G. B. Bhaskar, M. Chandrasekaran, P. S. Mani, S. P. Srinivasan, An Overview of Fracture Analysis in Functionally Graded Materials, European Journal of Scientific Research ISSN 1450-216X Vol.68 No.3 (2012), pp. 412-439 [40] V. Bonache, M.D. Salvador, D. Busquets, P. Burguete, E. Martíne, F. Sapiña, E. Sánchez, “Synthesis and processing of nanocrystalline tungsten carbide: Towards cemented carbides with optimal mechanical properties” Universidad Politécnica de Valencia, 2010. [41] http://www.sandvik.coromant.com [42] Catalogue MITSUBISHI CARBIDE CO,LTD [43] S.Paul, N.R. Dhar, A.B. Chattopadhyay, Beneficial effects of cryogenic cooling over dry and wet maching on tool wear and surface finsh in turning AISI 1060 stell, Journal of Materials processing technologyy 116 (2001) 44-48. [44] Tribology International, Wear mechanisms of WC coated and uncoated tools in finish turning of Inconel 718 43 (2010) 1113–1121 [45] http://www.atimetals.com. [46] U.S. Department of Health and Human Services, Report on Carcinogens Background Document for Cobalt–Tungsten Carbide: Powders and Hard Metals, National Toxicology Program Research Triangle Park, NC 27709, March 16, 2009. [47] Catalogue MITSUBISHI CARBIDE CO, LTD. [48] J. Maa,b, S.G. Zhu a,b, C.X. Wua,b, M.L. Zhang Application of back-propagation neural network technique to high-energy planetaryball milling process for synthesizing nanocomposite WC–MgO powders, Materials and Design 30 (2009) 2867–2874 [49] W. Grzesik, “Influence of tool wear on surface roughness in hard turning using differently shaped ceramic tools” Opole University of Technology, 2008 [50] Stephen A. Hewitt *, Tahar Laoui, Kevin K. Kibble, “Effect of milling temperature on the synthesis and consolidation of nanocomposite WC–10Co powders” University of Wolverhampton, 2008. [51] S. Bolokang, C. Banganayi, M. Phasha, “Effect of C and milling parameters on the synthesis of WC powders by mechanical alloying” University of Johannesburg, 2009.

143

ภาษาองกฤษ (ตอ) [52] Kuo-Ming Tsai “The effect of consolidation parameters on the mechanical properties of binderless tungsten carbide” National Chin-Yi University of Technology, 2010.

[53] Jae-chun Lee a,⁎, Eun-young Kim a, Ji-Hye Kim a, Wonbaek Kim a, Byung-Soo Kim a, Banshi D. Pandey a,b , Recycling of WC–Co hardmetal sludge by a new hydrometallurgical Route, Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials 29 (2011) 365–371 [54] Yan Li, Zhimeng Guo, “Gelcasting of WC-8wt% Co tungsten cemented carbide” University of Science and Technology Beijing, 2007 [55] XIAO Dai-hong, HE Yue-hui, LUO Wei-hong, SONG Min, Effect of VC and NbC additions on microstructure and properties of ultrafine WC-10Co cemented arbides,Trans.Nomferrous Met.Soc.China 19(2009) 1520-1525. [56] Stephen A. Hewitt *, Tahar Laoui, Kevin K. Kibble, Effect of milling temperature on the synthesis and consolidation of nanocomposite WC–10Co powders, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 66–73. [57] Shixian Zhao, Xiaoyan Song, Jiuxing Zhang, Xuemei Liu, Effects of scale combination and contact condition of raw powders on SPS sintered near-nanocrystalline WC–Co alloy, Materials Science and Engineering A 473 (2008) 323–329. [58] Tao Li, Qingfa Li, J.Y.H.Fuh, Poh Ching Yu, L.Lu, C.C.Wu “Effects of Lower cobalt binder concentrations in sintering of tungsten carbide”, Materials Science and Engineering A 430 (2006) 113–119. [59 INTERNATIONAL TUNGSTEN INDUSTRY ASSOCIATION: ITIA [60] Kittichai Lowboonsom, Sirichai Torsakul, Wear Behavior of Cutting Tool Material During the Turning of a Cast Iron FCD 400 in Cutting Lubricants Conditions, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology,Thanyaburi, 2008ภาษาองกฤษ (ตอ) [61] Stephen A. Hewitt , Kevin A. Kibble, “Effects of ball milling time on the synthesis and consolidation of nanostructured WC–Co composites” University of Wolverhampton, 2009 [62] Zhu Baojun, Qu Xuanhui, Tao Ying, “Powder injection molding of WC–8%Co tungsten cemented carbide” Central South University, 2002

144

ภาษาองกฤษ (ตอ) [63] Gwan-Hyoung Lee, Shinhoo Kang, Sintering of nano-sized WC–Co powders produced by a gas reduction–carburization process, Journal of Alloys and Compounds 419 (2006) 281–289 [64] Riccardo Polinia, Fabrizio Casadei, Pierangelo D’Antonio, Enrico Traversa, “Dry turning of alumina/aluminum composites with CVD diamond coated Co-cemented tungsten carbide tools” 2002 [65] N.R. Dhara, M. Kamruzzaman ,Cutting temperature, tool wear, surface roughness and dimensional deviation in turning AISI-4037 steel under cryogenic condition, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 754–759 [66] S. Luyckx1,3, A. Love2,3 and N. Sacks1,3, The relationship between the abrasion Resistance and the hardness of WC-Co alloys, The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, NOVEMBER 2004 [67] http://www.betek.de/en/tungsten-carbide/production.html [68] Leitz Metalworking Technology Group [69] http://www.mitsubishicarbide.net

ภาคผนวก ก

เคร�องมอท�ใชในการตดเฉอนช�นงานใหเปนรปรางตางๆ ในขบวนการกลง

1. วสดทาเคร�องมอตด (Tool Material)

การดาเนนการผลตในปจจบนน� จาเปนอยางย�งท�ตองมเคร�องมอกลเขาชวยในกระบวนการตางๆเพ�อใหการผลตดาเนนไปอยางมประสทธภาพ ดงน�นจงไดมการพฒนาในดานของเคร�องมอและวสดในการผลตเครองมอข�นมาเปนลาดบ โดยวสดท�ดท�สดสาหรบการผลตใดๆ คอวสดท�ใชในการตดปาดช�นงานไดผลถกตองในราคาต�าสดเทาท�ทาได ซ� งคณสมบตท�จาเปนสาหรบวสดเคร�องมอกลใดๆ ไดแก ความสามารถในการตานทานการออนตวท�อณหภมสง ความมสมประสทธ3 แรงเสยดทานต�า ความตานทานตอการขดสและความเหนยวแนนซ� งเพยงพอท�จะตานทานตอการแตกราวได ชดเคร�องมอตดใดๆอาจทาข�นไดจากวสดมากกวาหน�งชนดสาหรบวตถประสงคท�แตกตางกนไป เชน ในการกลงขนาดเสนผานศนยกลาง 2 ขนาด จาตองใชอตราการตดของเคร�องมอแตกตางกนไปตามขนาดของเสนผานศนยกลางท�ตองการ ซ� งไมจาเปนท�เคร�องมอตดตองทาจากวสดชนดเดยวกน อนอาจกอใหเกดผลเสยตอท�งช�นงานและตวเคร�องมอตดเองวสดหลกท�ใชในการทาเคร�องมอตดอาจกลาวไดดงน�

รปท� ก.1 แผนมดสาหรบกลงเกลยว

146

1.1 เหลกกลาคารบอนสง (High Carbon Steel)

ใชกนในชวงท�ยงไมมการคนพบเหลกกลาความเรวสง โดยวสดน� จะมปรมาณคารบอน 0.8%–1.20% จงสามารถทาการชบแขงไดดและดวยกรรมวธทางความรอนท�เหมาะสมอาจเพ�มความแขงของมนจนมคาใกลเคยงกบเหลกกลาความเรวสงตางๆ หรออาจทาใหมความเหนยวแนนไดตามตองการ อยางไรกตามเหลกกลาน� มความสามารถในการชบแขงหรอความลกในการชบแขงต�าและจะสญเสยความแขงท�อณหภมประมาณ 300 องศา ดงน� นจงถกจากดใชเฉพาะเคร� องมอตดขนาดเลก และไมเหมาะสมในการตดดวยความเรวสงหรอใชในงานหนก แตจะใชในการปฏบตกบวสดออน 1.2 เหลกกลาความเรวสง (High Speed Steel: HSS)

เหลกกลาความเรวสงหรอเหลกรอบสงจะมสวนประกอบของโลหะผสมสง มความสามารถในการชบแขงไดดเปนพเศษ และสามารถรกษาสภาพของคมตดท�ดไวไดจนถงอณหภมประมาณ 650 องศา ซ� งสภาพน� เปนคณสมบตในดานความตานทานตอการออนตวท�อณหภมสงหรอความแขงขณะรอนแดง (red hardness) อนเปนคณสมบตท�ตองการมากท�สดในเคร�องมอตดตางๆ โดยเหลกกลาทาเคร�องมอตดชนดแรกท�มคณสมบตดงกลาถกพฒนาข�นโดย Frederick W. Taylor และ M. White ในป ค.ศ. 1900 ซ� งทาโดยการเตมทงสะเตน (tungsten) 18% และโครเม�ยม 5.5% ลงเปนธาตผสมในเหลกกลา สวนผสมน� สบทอดมาจนถงปจจบนโดยมการเปล�ยนแปลงเพยงเลกนอยเทาน�น 1.3 โลหะผสมหลอนอกกลมเหลก (Cast Nonferrous Alloy)

โลหะผสมนอกกลมเหลกจานวนมากประกอบดวยสวนผสมหลก โครเม�ยม โคบอลตและทงสเตนกบธตผสมในปรมาณนอยกวาต� งแตหน� งชนดข� นไปท� มการสรางรปแบบคารไบด เชนแทนทาลม (tantalum) พลวงหรอโบรอน (boron) ซ� งเปนวสดท�เหมาะสมเปนพเศษสาหรบทาเคร�องมอตด เม�อหลอใหเขารปแลววสดจะมความแขงขณะรอนแดงส.และสามารถรกษามมตดท�ดไวไดจนถงอณหภม 925 องศา เปรยบเทยบกบเหลกกลาความเรวสงมนจะสามารถใชไดท�อตราเรวตดสงกวาถง 2 เทาท�อตราการปอนเดยวกน อยางไรกตามโลหะผสมน� จะมความเปราะมากกวา ไมตอบสนองตอกรรมวธทางความรอนและทาการตดปาดไดดวยการเจยรนยเพยงวธเดยวเทาน�น เคร�องมอตดท�มรปรางซบซอนสามารถข�นรปไดโดยการหลอในแมแบบเซรามคส หรอโลหะแลวทาผวสาเรจโดยการเจยรนย คณสมบตของช�นงานภภภภภภายหลงการหลอจะแปรไปตามระดบของการหลอเยนท�เน�อวสดไดรบในระหวางการหลอ ซ�งสวนผสมของเน�อวสดเหลาน� จะอยในชวงของทงสเตน 12%–25% โคลอบต 40%–

147

50% และโครเม�ยม 15%–35% รวมกบธาตท�ทาใหเกดการกอตวของคารไบด เชนคารบอนในชวง 1% –4% โดยสมบตท�ไดจากสวนผสมเหลาน� คอ มความตานทานตอการเกดแองและความตานทานตอการกระแทก สวนในดานของประสทธภาพในการตดน�นจะอยระหวางเหลกกลาความเรวสงและเหลกกลาคารไบด

รปท� ก.2 แผนมดสาหรบกลง 1.4 คารไบด (Carbide)

มดเลบคารไบด (Carbide cutting tool) ทาข�นไดโดยการทางโลหะผงเทาน�นโดยผงโลหะของทงสเตนคารไบดและโคบอลตจะถกอดใหมรปรางตามตองการแลวนาเขาสกระบวนการก�งยดเหน�ยวในเตาซ� งมบรรยากาศของไฮโดรเจนท�อณหภม 1550 องศา จากน� นจงทาผวสาเรจโดยการเจยรนย เคร�องมอคารไบดน� มสวนผสมของทงสเตนคารไบดประมาณ 94 % และโคบอลต 6 % เหมาะสมกบการตดปาดเหลกหลอและวสดอ�นๆจานวนมากยกเวนเหลกกลา เน�องจากเศษตดจะยดตดหรอเช�อมตวเขากบผวหนาคารไบดและผงตวลงในเคร�องมอตดอยางเรว อยางไรกตามขอบกพรองน� อาจแกไขไดโดยการเตมไททาเนยมและแทนทาลมคารไบด เขาผสมพรองกนกบเพ�มปรมาณของโคบอลต ซ� งในเคร� องมอตดของคารไบดท�เหมาะแกการปฏบตสาหรบเหลกลาจะประกอบไปดวย ทงสเตนคารไบด 82% ไททาเน�ยมคารไบด 10% และโคบอลต 8% สวนผสมน� จะมสมประสทธ3 ความเสยดทานต�าเปนผลใหมแนวโนมการสกหรอท�ดานบนหรอความเปนแองลดนอยลง เน�องจากการแปรเปล�ยนสวนประกอบ

148

จะทาใหคารไบดมการเปล�ยนแปลงคณสมบตไป โดยคารไบดระดบคณภาพตางๆสามารถหาซ�อใหเหมาะสมกบการปฏบตการท�วไป คารไบดจะสามารถคงตวไวไดท�อณหภมสงกวา 1200 องศา ดงน�นความแขงขณะรอนแดงของวสดน� จงมเหนอวาวสดโดยท�วไป นอกจากน� ยงเปนวสดจากการสงเคราะหท�แขงท�สดเทาท�ผลตข�นไดและยงมความแขงแรงทางดานแรงอดสงเปนอยางย�ง อยางไรกตามมนมขอเสยในดานท�มความเปราะสง มความตานทานตอการกระทบกระแทกต�าและตองการฐานรองรบอยางม�นคงแขงแรงเพ�อปองกนการแตกราว ท� งยงทาการเจยรนยไดอยางลาบากเฉพาะกบลอขดซลกอนคารไบดหรอเพชรเทาน� นโดยจะตองรกษามมหาง(Clearance angle) ไวใหต�าท�สด เคร�องมอตดคารไบดจะสามารถทาการตดดวยอตราเรว 2 – 3 เทา ของเคร�องมอตดจากโลหะผสมหลอแตในอตราการปอนท�นอยกวามาก ในแงเศรษฐกจแลวจงควรนาเคร�องมอคารไบดมาใชใหมากท�สด โดยเคร�องจกรสาหรบเคร� องมอคารไบดจะตองมความม�นคงแขงแรง มกาลงพอเพยงและมชวงของการปอนและอตราเรวรอบท�เหมาะสมสาหรบวสดตาง ๆ ทงสเตนคารไบดท�มความละเอยดของเกรนสง (micrograin carbide) จะมความแขงและความแขงแรงสงเปนอยางย�ง ใชงานในท�ซ� งไมจาเปนตองใชเคร�องมอตดคารไบลดปกตเน�องจากอตราเรวดดท�ใชมคาต�าจนเกนไปและในกรณซ� งเคร�องมอตดโดยท�วไปไมสามารถทานตอการสกหรอได รวมท�งปฏบตการข�นรปหรอการตดขาดเคร�องมอคารไบดอาจเคลอบดวยข�นตวประสาน (bonded layer) ท�ขนาดความหนา 0.05-0.08 ม.ม. ของไททาเน�ยมคารไบด อลมนมออกไซด (aluminum oxide) หรอไทนาเน�ยมไนไตรด (titanium nitride) เพ�อลดความรอนจากการว�งผานของเศษตดบนเคร�องมอและการแพรซ�มหรอการยดตดของเศษตดรวมท�งปองกนการเกดแองจากการสกหรอโดยเคร�องมอท�เคลอบดวยอลมนมออกไซดจะสามารถทาการตดดวยอตราเรวใกลเคยงกน 2 เทาของอตราเรวท�ไดจากการเคลอบดวยสารอ�น อยางไรกดเคร�องมอตดท�มการเคลอบน� ไมเหมาะสมกบช�นงานท�มสะเกดมากหรอมทรายเจอปนอย

1.5 เพชร (Diamond)

เพชรใชเปนเคร�องมอตดคมเด�ยวสาหรบการตดขนาดเบาะท�อตราเรวสง ซ� งตองมการรองรบอยางม�นคงแขงแรงเน�องจากวสดเพชรมความแขงและเปราะสงมากเปนพเศษ รปแบบของการใชงานคอ ใชในการตดปาดวสดท�มความแขงจนยากตอการปฏบตการดวยเคร�องมออ�น ๆ ท�งยงตองการควาวมแมนยาและผวสาเรจท�ดเย�ยมหรอใชในการตดขนาดเบาท�ความเรวสงสาหรบวสดออนกวา เชน การตด

149

ปาดพลาสตก ยางแขง คารบอนอดและอลมนมท�อตราเรวตด 5-25 เมตรตอวนาท รวมท�งสามารถใชในการตบแตงลอหนเจยรนย แมแบบดงลวดขนาดเลก การเจยรนยและการขดถจาเพาะอยาง 1.6 เซรามคส (Ceramic)

เปนสวนผสมของผงอลมนมออกไซดและสารตวเดมจาพวก ไททาเนยม แมกนเซยม หรอโครเม�ยมออกไซด (chromium oxide) รวมตวประสานท�นาผานเขาขบวนการทามดเลก (cutting tool insert) ตวมดเลบท�ไดอาจยดเขากบฐานมดไดท�งโดยการใชตวบบจบ (clamp) หรอการใชอพอกซเรซน (epoxy resin) โดยสมบตของมดเลบคอมความแขงแรงในดานการรบแรงอดสงเปนอยางย�งแตคอนขางเปราะ ดงน�นมดเลบจงตองมคามมคายเปนลบในชวง5-7 องศา เพ�อความแขงแรงเชนเดยวกบฐานการรองรบซ� งตองทาอยางแนนหนาเคร�องมอตดซลกอนไนไตรด (Silicon Nitride) ซ� งมช�อรหสเปน S-8 จะใชในการตดปาดเหลกหลอวสดจากเซรามกสชนดน� มอายการใชงานถง 1,500 ช�นงานเหลกหลอในขณะท�เคร�องมอทงสเตนคารไบดเคลอบผวมอายงานเพยง 250 ช�นงาน

2. การกลง (Turning Operation) [4]

รปท� ก.3 แสดงองคประกอบสาหรบการกลง

Depth of Cut

Speed V

Feed Rate

Z

x

150

งานกลง คอ การตดโลหะโดยใหช�นงาน(Work piece) หมนรอบตวเอง โดยมดกลงเคล�อนท�เขาหาช�นงาน การกลงมสองลกษณะใหญคอ การกลงปาดหนา คอ การตดโลหะโดยใหมดตดช�นงานไปตามแนวขวาง (Across the work) การกลงปอก คอ การตดโลหะโดยใหมดตดเคล�อนท�ตดช�นงานไปตามแนวขนานกบแนวแกนของช�นงานปจจยสาคญท�ทาใหเกดกระบวนการของการกลงปอกคออตราปอน (Feed Rate) ความเรวตด (Cutting Speed) ระยะปอนลก (Depth of Cut) มดกลง (Cutting Tool) และช�นงานท�ตองการทาการตดเฉอน (Work piece) และเม�อมกระบวนการในการกลงปอกเกดข�น ผลท�จะเกดข�นตามมากคอ ขนาดของช�นงาน (Work piece Dimension) ความละเอยดของผวช�นงาน (Surface Roughness) เศษกลง (Chip) การสกหรอของมดกลง (Tool Wear) ปจจยท�สาคญของงานกลงปอกดวยมดกลงอนเสรทตามท�กลาวไวแลววาปจจยสาคญท�ทาใหเกดกระบวนการ ของการกลงปอก คอ อตราปอน (Feed Rate) ความเรวตด (Cutting Speed) ระยะปอนลก (Depth of Cut) มดกลง (Cutting Tool) และช�นงานท�ตองการทาการตดเฉอน (Work piece) ในการกลงปอกดวยมดกลง 3. ความเรวตด (Cutting speed)

ความเรวตด (Cutting speed) คอความเรวท�คมมดกลงตด หรอปาดผวโลหะออก เม�อโลหะหมนครบ 1 รอบ คมมดกลงกจะตดโลหะเปนแนวตดยาวเทาเสนรอบวงพอด ความเรวตดมหนวยเปน เมตร/นาท หลกเกณฑการเลอกใชความเรวตดมดงน� คอ

3.1วสดท�ใชทาเคร�องมอตด (Cutting tools) ท�ทามาจากเหลกรอบสง (High Speed Steel) สามารถใชความเรวตดเปน 2 เทา ของความเรวตดของมดท�ทามาจากวสดเหลกคารบอน สวนวสดคมตดท�มสวนผสมพเศษออกไปสามารถใชความเรวตดไดกวาเหลกรอบสง

3.2 ชนดของวสด (Material) ท�จะนามาทาการตดเฉอน โดยท�วๆไปวสดงานท�แขงมากจะใชความเรวตดชากวาวสดท�ออนกวา

3.3 รปรางของคมตด (Form Cutting Tool) มผลตอการทางานมาก เชน มดตดงานขาดจะใชความเรวรอบต�ากวามดกลงปอกผว

3.4 ความลกในการตด (Depth of Cut) ถาปอนตดลกจะใชความเรวรอบนอยกวาปอนตดต�น

151

3.5 อตราปอน (Rate of Feed) ในการปอนตดงานหยาบ เชน อตราปอน 3 มม./รอบ ความเรวท�ใชในการตดจะต�ากวาการปอนตดข�นสดทาย เชน อตราปอนตด 0.13 มม. เปนตน จะใชความเรวรอบไดสง

3.6 การระบายความรอน (Cutting lubricant) ความเรวตดของวสดบางชนดอาจเพ�มใหสงข�นไดเม�อมการระบายความรอนท�ถกตอง ซ� งสารระบายความรอนน� จะชวยรกษาอณหภมของคมตดไมใหรอนสงเกนไปขณะทางาน

3.7 การจบงานใหม�นคงแขงแรง (Rigidity of the Work) ในกรณงานท�ถกจบดวยหวจบ โผลออกมาส�นๆจะใชความเรวไดสงกวางานท�ถกจบโผลออกมายาวๆ 8.) ความสามารถของสภาพเคร�อง เคร�องท�แขงแรงมกาลงสง สามารถใชความเรวตดไดสง อยางไรกตามอยาใชสงจนคมตดไหม

กฎท�วไปในการใชความเรวตด และอตราปอน ถา Feed อตราปอน (มม. /รอบ) เพ�ม Speedความเรว (รอบตอนาท) ตองลดลงเม�อความลก

(Depth) ของการตดคงท� ถา Speed ความเรว เพ�ม Feed อตราปอน ตองลดลง เม�อความลกของการตดคงท� ถาความลกในการตดเพ�มข�น Speed ตองลดลงเม�อ Feed คงท�

อตราปอน

อตราปอนหมายถง ระยะทางการเดนปอนของมดไปตามความยาวของช�นงาน ในแตละรอบของการหมนของเพลาของเคร�องหรอการปอนตด อาจพจารณาจากความหนาของเศษตด (Chips) การปอนตด 0.5 มม. หมายถง มดตดเคล�อนท�เปนระยะทาง 0.5 มม. ตามความยาวของช�นงานขณะท�ช�นงานหมน 1 รอบ การกลงหยาบ ใชอตราปอนท�สง มดตดช�นงานไดปรมาณเศษมากผวงานออกมาไมเรยบ การกลงละเอยด อตราปอนท�นอย ทาใหผวงานเรยบ สวนมากจะใชกลงในข�นสดทายจะไดผวเรยบและขนาดถกตองในทางปฏบตท�ดท�สด

การเลอกใชความลกในการตดปานกลางขณะทาการปอนตดหนกๆและใชความเรวตดใหถกตอง เม�อกลงงานหยาบ ถาตองการใหกลงงานผวเรยบในข�นสดทายใหเพ�มความเรวตดมากข�น การปอนกนลกนอยลง พรอมกบใหอตราการปอนตดละเอยดใหสมพนธกน ในกรณท�ใชความลกในการตด

152

มาก และอตราการปอนตดนอยๆจะดกวาการใชความลกในการตดเทากบอตราปอนตด ถงแมวาอตราการไหลของเศษโลหะจะเทากน ความลกในการตด (Depth of cut) ความลกในการตดทาใหเศษโลหะไหลออกมา ทกคร� งท�ทาการกลงหยาบในการต�งความลกในการตด และอตราการปอนตด จะตองคานงถงความสามารถในการรบไดของมดตด และเคร�องท�จะทนไดหลกเกณฑการพจารณาเลอกใชความลกในการตดสาหรบงานปกตท�วไปควรพจารณาดงน�

1. ขนาดความโตของช�นงานกอนทาการตดเฉอน (โตกวาขนาดงานสาเรจ) ควรจะโตกวาประมาณ 3.18 มม.

2. ถาคานวณความเรวรอบอยในชวงกลางของคาสองคา ใหเลอกใชความเรวรอบในข�นต�า ถาหากสภาพของเคร� อง มดกลง และช�นงานเหมาะสม อาจจะเลอกใชความเรวรอบในข�นสงได แตถาความเรวรอบท�คานวณไดใกลเคยงกบคาในชวงสง ใหเลอกความเรวรอบในชวงสงได

3. ความลกในการกลงหยาบควรปอนลกและหยาบมากท�สดเทาท�จะทาได เหลอไวประมาณ 0.76 มม.สาหรบขนาดความโตของช�นงาน กอนจะกลงผวสดทาย

4. ในการกลงเหลกหลอ หรอโลหะอ�นๆซ� งผวรอบๆช�นงานจะเปนสะเกดความลกในการกลงคร� งแรก การปอนมดกนลกจะตองใหคมตดของมดกลงตดใหลกพอ ท�จะใหสวนผวเปลอกแขงหลดออกไปใหหมด เพราะผวเปลอกแขงน�จะทาใหมดสกหรอเรว

รปท� ก.4 Nomograph สาหรบหาความเรวตดในการกลงงานดวยมดกลงคารไบดท�มาF.KRAR, J.WILLIAM OSWALD

สาหรบหาความเรวตดในการกลงงานดวยมดกลงคารไบดท�มาJ.WILLIAM OSWALD หนา 190

153

สาหรบหาความเรวตดในการกลงงานดวยมดกลงคารไบดท�มา: STEVA

154

ภาคผนวก ข

ผลการตรวจวเคราะหความแขงช�นงานซเมนตคารไบด

ตาราง ข.1 ผลการทดสอบความแขงช�นงานซเมนตคารไบด รไซเคล 5% Co

SAMPLE NO.: RE-5% Co

แผนท( 1 แผนท( 2 แผนท( 3 แผนท( 4 แผนท( 5 เฉล�ย

POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

d1 343 332 338 330 342 328 352 317 316 329 310 319 314 333 351 319 329.5625

d2 348 331 324 325 335 335 323 322 319 325 314 326 324 334 329 327 327.5625

d 345.5 331.5 331 327.5 338.5 331.5 321 319.5 317.5 327 312 322.5 319 333.5 340 323 327.5313

HV10 155 168 169 172 162 168 180 181 183 173 191 179 182 166 160 178 172.9375




POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

d1 416 384 404 386 400 393 387 389 363 392 382 400 383 386 377 389.5

d2 432 390 403 395 402 385 405 368 379 374 386 396 390 382 376 390.9

d 424 387 403.5 390.5 401 389 396 378.5 371 383 384 398 386.5 384 376.5 390.2

HV 20 206 248 227 244 231 245 237 260 269 253 252 234 249 252 262 244.6




POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

d1 273 272 273 272 280 276 264 270 305 258 277 280 272 273 272 274.5

d2 279 291 282 274 282 276 265 290 265 275 277 272 273 273 279 276.9

d 276 281.5 277.5 273 281 273 264.5 280 285 266.5 277 276 272.5 273 275.5 275.5

HV 20 487 466 480 498 470 498 532 473 457 524 483 487 402 493 487 482.5

155

ตาราง ข.4 ผลการทดสอบความแขงช�นงานซเมนตคารไบดผลตจากผงนาเขา 5% Co

SAMPLE NO.: OR-5% Co


POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

d1 176 179 171 165 156 160 163 154 170 179 183 178 172 176 176 170.5

d2 190 194 182 160 158 168 173 156 174 183 160 175 182 184 188 175.1

d 183 186.5 176.5 162.5 157 164 168 155 172 181 171.5 176.5 177 180 182 172.8

HV 20 1107 1072 1197 1413 1505 1379 1314 1544 1254 1132 1254 1197 1184 1145 1120 1254



แผนท( 1 แผนท( 2 แผนท( 3 เฉล�ย

POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9

d1 192 190 180 193 200 193 188 194 198 192

d2 188 183 186 197 210 192 186 196 208 194

d 190 186.5 183 195 205 192.5 187 195 203 193

HV 20 1027 1072 1107 975 883 1006 1061 975 900 1000.667




POINT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

d1 168 182 178 181 160 171 170 182 178 174 196 172 185 190 190 178.4667

d2 188 178 182 178 171 170 172 176 168 183 188 176 184 186 190 179.3333

d 178 180 180 179.5 165.5 170.5 171 179 173 178.5 189 174 184.5 188 190 178.7

HV 20 1171 1145 1145 1145 1346 1283 1268 1158 1239 1171 1038 1225 1095 1049 1027 1167

156

ภาคผนวค ค

ผลการตรวจวเคราะหความบรสทธ� ของโลหะผงกอนการบดและลกษณะขนาดการกระจาย

1. ผลการทดสอบโลหะผงทงสเตนคารไบดดวยเทคนค X-Ray Diffract meter (XRD)

รปท; ค.1 ผลการตรวจสอบผงโลหะดวย X-ray Diffractrometer (XRD) ท;แรงดน 1.0 โวลต

อณหภม 30 องศาเซลเซยส กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N

รปท; ค.2 ผลการตรวจสอบผงโลหะดวย X-ray Diffractrometer (XRD) ท;แรงดน 1.4 โวลต

อณหภม 30 องศาเซลเซยส กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N

157

2. ผลการตรวจสอบขนาดและการกระจายตวของโลหะผงทงสเตนคารไบด

รปท; ค.3 ผลการทดสอบขนาดและการกระจายตวของลหะผงท; แรงดน 1.2 โวลต อณหภม

30 ˚C กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 N

รปท; ค.4 แสดงผลการตรวจสอบขนาดและการกระจายตวของลหะผงท; แรงดน 1.2 โวลต

อณหภม 30 ˚C กรดไฮโดรคลอรกความเขมขน 1 (โลหะผงหลงบด)

158

3.ผลการตรวจสอบสวนผสมทางเคมโลหะผงทงสเตนคารไบด

ตารางท; ค.1 แสดงผลการตรวจสอบองคประกอบทางเคมดวยเทคนค X-Ray Fluorescence (XRF)

องคประกอบทางเคม ปรมาณ, รอยละ

Cl 0.07

Ti 5.99

Cr 0.04

Fe 0.05

Co 0.52

Nb 0.74

Mo 0.52

Ta 2.15

W 83.81

159

ตารางท; ค.2 แสดงผลการตรวจสอบองคประกอบทางเคมดวยเทคนค X-Ray Fluorescence (XRF)

WC A20 WC B40

Formula Concentration Concentration

Al 0.11% -

S 0.09% 0.07%

Ti 2.26% 1.20%

Cr 0.03% 0.03%

Fe 0.05% 0.04%

Co 0.30% 0.40%

Ni 0.04% -

Cu 0.24% 0.24%

Zr 0.02% -

Nb 0.65% 0.62%

Mo 0.10% -

Hf - 0.04%

Ta 2.81% 2.50%

W 93.29% 94.84%

Pb 0.02%

99.93%

รายงานวิจัย เรือง คณะผ้จัดทํา ... ·...

Documents