เป็นโล
1. อลูมิเนียมหล่อผสมอัลลอย (Casting Alloys) แบ่งหมวดย่อย Heat-Treatable / Non Heat-Treatable
2. อลูมิเนียมผสมอัลลอย (Wrought Alloys) แบ่งหมวดย่อย Heat-Treatable / Non Heat-Treatable
ประมาณ 85% ของอลูมิเนียมใช้ทำแผ่นรีดฟอยล์ และบีดอัดเป็นท่อน (Extrusions) อลูมิเนียมผสมอัลลอย(Casting Alloys) เป็นผลิตภัณฑ์ที่คุ้มค่าใช้จ่ายเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ แต่โดยปกติจะมีความแข็งแรงน้อยกว่า อลูมิเนียมผสมอัลลอย (Wrought Alloys) และที่สำคัญที่สุดของระบบผสมอัลลอยคือ ปริมาณของอลูมิเนียม (Al) ซิลิกอน (Si) ที่ระดับสูงของซิลิกอน (4.0% ถึง 13%) นำไปสู่การหล่ออลูมิเนียมที่มีคุณภาพดี โดยมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมโครงสร้าง และชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่ต้องการ ความทนทานต่อการกัดกร่อน รวมถึงน้ำหนักเบา
อัลลอยโลหะผสมส่วนใหญ่ใช้ประโยชน์จาก โลหะที่น้ำหนักเบา 2 ชนิด คือ อลูมิเนียม และแมกนีเซียมอัลลอยที่มีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (Aerospace Manufacturing) เนื่องจาก อลูมิเนียม-แมกนีเซียมเป็นอัลลอยโลหะผสมที่มีทั้งเบากว่าโลหะผสมอลูมิเนียม อื่นๆ และทำปฏิกิริยากับไฟน้อยกว่าโลหะผสมชนิดอื่นที่มีแมกนีเซียมผสมอยู่ในปริมาณ สูงมากๆ พื้นผิวของอลูมิเนียมผสมอัลลอย(Aluminum Alloy Surfaces) มีความเงางามชัดเจนแม้ในสภาพแวดล้อมที่แห้งเนื่องจากการก่อตัวของผิวเคลือบ ที่ป้องกันอลูมิเนียมออกไซด์ ในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นการกัดกร่อนของกรดทางเคมีและปฎิกิริยาทางไฟฟ้า จะเกิดขึ้นเมื่อโลหะผสมอลูมิเนียมถูกใช้เป็นสื่อผ่านของกระแสไฟฟ้ากับโลหะ อื่นๆ ที่มีศักยภาพเชิงลบมากกว่าการกัดกร่อนก็จะเกิดขึ้นมากกว่าอลูมิเนียมทั่วไป
อลูมิเนียมผสมอัลลอย(Aluminum Alloys) ที่มีคุณสมบัติที่หลากหลายสามารถนำมาใช้ในงานวิศวกรรมโครงสร้างต่างๆ โดยมีการใช้มาตรฐานเทียบของอเมริกา (ANSI), เยอรมัน/ยุโรป (DIN), นานาชาติ (UNS/ISO) เป็นต้น การคัดเลือกอัลลอยให้ถูกต้องตามลักษณะการใช้งานปรกติจะพิจารณาระดับ ความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength), ความหนาแน่น (Density), ความเหนียว (Ductility), ความสามารถในการขึ้นรูป (Formability), ความสามารถในการทำงาน (Workability), ความสามารถในการเชื่อม (Weldability), ความทนทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) เป็นต้น ปัจจุบันมีการใช้อลูมิเนียมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแกร่งต่อน้ำหนักที่เหมาะสม ในขณะที่ อลูมิเนียมบริสุทธิ์อ่อนเกินไปสำหรับการใช้งาน และขาดความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength) ที่จำเป็นสำหรับ เครื่องบิน และเฮลิคอปเตอร์
อลูมิเนียมผสมอัลลอยกับประเภทของเหล็ก (Aluminum Alloys versus Type of Steels)
อลูมิเนียมผสมอัลลอยโดยทั่วไปมักจะมีค่า ยืดหยุ่นโมดูลัส (Elastic Modulus) ประมาณ 70 GPa ซึ่งประมาณหนึ่งในสามของเหล็กและเหล็กอัลลอยในตลาดก็มีค่ายืดหยุ่นโมดูลัส ที่ผ่านองค์ประกอบนี้ ดังนั้น ชิ้นส่วนอุปกรณ์ทีทำจากอลูมิเนียมผสมอัลลอยมีโอกาสยืดตัวจนเสียรูปร่างได้ มากกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนทีทำจากเหล็กกล้าที่มีขนาดและรูปร่างเดียวกัน แม้จะมีอลูมิเนียมผสมอัลลอยบางชนิดที่มีค่าความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength) ที่สูงกว่าเหล็กกล้าบางชนิดและถูกใช้ทดแทนก็ตาม ผลิตภัณฑ์โลหะใหม่ได้ถูกเลือกออกแบบด้วยการเลือกใช้เทคโนโลยีการผลิตที่เหมาะสม
การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่ม อลูมิเนียม (Aluminum/Al), แมงกานีส (Manganese/Mg), ซิลิกอน (Silicon/Si) สามารถผ่านกระบวนการบีบอัด (extruded) เพื่อสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนได้
โดยทั่วไป การออกแบบโลหะที่แข็ง และเบาสามารถเกิดขึ้นได้กับอลูมิเนียมผสมอัลลอยมากกว่าจะเกิดขึ้นกับเหล็ก เช่น การดัดท่อผนังที่บาง ความเครียดจะลดลงสำหรับขนาดที่ใหญ่ขึ้น การเพิ่มสัดส่วนและรัศมีความหนาของผนังจะเป็นการเพิ่มรัศมี (และน้ำหนัก) โดย 26% เพื่อสามารถลดความเครียดผนัง ด้วยเหตุนี้ โครงจักรยานที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยจะใช้ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาด ใหญ่กว่าท่อเหล็ก หรือไททาเนียมเพื่อให้ได้ความเหนียวและความแข็งแรง ใน งานวิศวกรรมยานยนต์, รถที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยใช้ตัวถังที่ทำจากวัสดุที่ใช้ในยานอวกาศ ที่ผ่านการบีบอัดโครงสร้างเพื่อให้มั่นใจด้านความแข็งแกร่ง ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงวิธีการออกแบบรถเหล็กปัจจุบันขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของ ตัวถังที่ถูกออกแบบเป็นชิ้นเดียว
อลูมิเนียมอัลลอยถูกใช้อย่างแพร่หลายใน วิศวกรรมเครื่องยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บล็อกเครื่องยนต์ (Cylinder Blocks) และ ห้องจุดระเบิด (Crankcases) เนื่องจากสามารถลดน้ำหนักได้จริง เนื่องจากอลูมิเนียมอัลลอยถูกตั้งข้อสงสัยเกี่ยวกับความทนทานต่อการงอที่ อุณหภูมิสูง ระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นสิ่งสำคัญ เทคนิคในการผลิตและความก้าวหน้าโลหะถูกนำออกมาใช้และประสบความสำเร็จอย่าง สูงในอุตสาหกรรมรถยนต์ ไม่ว่าจะเป็น หัวสูบ (Cylinder Heads) และ ห้องจุดระเบิด (Crankcases) ข้อ จำกัดทางโครงสร้างที่สำคัญของอลูมิเนียมอัลลอย คือ ความทนทานต่อการล้าต่ำเมื่อเทียบกับเหล็ก ในสภาพห้องปฏิบัติการควบคุมเหล็กแสดงอาการล้า ซึ่งเป็นระดับความเครียดต่ำโดยไม่มีความผิดพลาดเกิดขึ้น อลูมิเนียมอัลลอย จึงถูกใช้อย่างระมัดระวังเฉพาะในส่วนที่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการล้าได้อย่างแน่นอน
ประเภทของอลูมิเนียมอัลลอย (Aluminum Alloys)
1. กลุ่มไม่สามารถทำ Heat Treatment (Non-Heat-Treatable Aluminum Alloys)
- 1050/1080/1200 - อลูมิเนียมบริสุทธิ์ (Pure Aluminum) ที่ใช้ทั่วไป ทนทานต่อสารเคมีและสภาพอากาศ สามารถใช้งานและเชื่อมได้ง่าย แต่เป็นเกรดที่มีความแข็งต่ำที่สุด เหมาะสำหรับเครื่องอุปกรณ์ทางเคมี งานที่ต้องการความสะอาดบริสุทธิ์ หรือเครื่องอัดต่างๆ
- 1350 - เป็น Electrical Quality Alloy ใช้กับงานไฟฟ้า
- 3003/3103 (Aluminum Sheets and Plates) - ทนทานต่อการกัดกร่อน และเชื่อมได้ มีความแข็งแรง เหมาะทำเป็น ถังกักเก็บ (Storage tanks), อุปกรณ์ทางเคมี (Chemical equipment), งานเชื่อมต่างๆ (Brazing Applications), ตัวถังรถตู้ และ การใช้งานในอุณหภูมิต่ำ (Cryogenic)
- 5005 - เหมาะกับงานเคลือบสี (Anodised Coating) ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่า 3003/3103 ใช้ได้ดีกับงานละเอียดซับซ้อน งานออกแบบตกแต่ง งานออกแบบโครงสร้าง และอุปโภคบริโภคทั่วไป
- 5052 (2.5% Mag common in USA)/5251 (2% Mag for UK only) / 5754 (3% Mag an EU standard) - อยู่ในสภาพพร้อมอบคืนไฟ ทนทานต่อการกัดกร่อน และเชื่อมได้ดี เหมาะกับงานทนแรงดันของเรือ (Pressure Vessels), ถัง (Tanks), อุปกรณ์เชื่อมต่อ (Fittings), งานที่ต้องการความแข็งแรง เช่น เรือลากจูง ตัวถังรถยนต์
- 5083 (Similar to 5154) - เหมาะกับงานเชื่อมที่ต้องการความแข็งแรงของจุดเชื่อม เช่น รางขนถ่าย อุปกรณ์ชิ้นส่วนในเรือ สะพาน การใช้งานในอุณหภูมิต่ำ(Cryogenic) เครน(Cranes) สามารถเชื่อม(Weldability) ทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม ไม่เหมาะกับงานที่อยู่ในอุณหภูมิต่ำกว่า 65.5?C
- 5086 (Common in USA) - เหมาะกับงานเชื่อมโครงสร้าง เรือลากจูง โครงสร้างขนาดมหึมา รถบรรทุก สามารถทนแรงดันของเรือ อุปกรณ์และโครงสร้างเรือใช้งานในอุณหภูมิต่ำ (Cryogenic Vessels) ที่ต้องทนต่อการสั่นสะเทือน (Energy Absorption) ไม่เหมาะกับงานที่อยู่ในอุณหภูมิต่ำกว่า 65.5?C
- 5454 - เหมาะกับงานเชื่อมโครงสร้าง ผ่าน ASME Approved เพื่อใช้งานทีอุณหภูมิสูงถึง 204.4?C เช่น รถบรรทุกยางมะตอ ยร้อนเพื่อทำถนน (Hot Asphalt Road Tankers), ตัวถังรถขนถ่าย (Dump Body) สามารถทนแรงดันของเรือ (Pressure Vessels) และโครงสร้างกลางทะเล
2. กลุ่มสามารถทำ Heat Treatment (Heat-Treatable Aluminum Alloys)
- 2014/2024 - เป็น High Strength Alloys สามารถตัดแต่งชิ้นงานได้ดีเยี่ยม เพื่อทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ในเครื่องบิน (Aircraft) มีข้อจำกัดด้านการขึ้นรูป และทนการกัดกร่อนในอุณหภูมิสูงได้บ้างเท่านั้น ไม่แนะนำให้เชื่อมด้วยวิธี Fusion Welding เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูงเช่น เครื่องบิน และเครื่องจักรม เฟือง ข้อต่อ ตัวถังรถยนต์ เป็นต้น
- 6082 (สภาพจำหน่ายเป็น Heat Treated)/6061 (Common in USA) - ใช้กับงานโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรง น้อย-ปานกลาง สามารถขึ้นรูป/เชื่อม/ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี มีความแข็งหลังทำ Heat Treatment เนื่องจากสูณเสียความแข็งระหว่างการเชื่อม
- 7020 - สามารถตัดแต่งได้ดี เหมาะกับการใช้งานบนพื้นดิน
- 7075 (Aircraft Alloy) - แข็งแรง สามารถตัดแต่งดี ไม่เหมาะกับงานเชื่อม/สภาวะกัดกร่อน
3. กลุ่ม Tooling Plate
- Cast Plate - ผ่านการอบคลายเครียส (Thermal Stress Relieved) มาแล้ว เหมาะกับงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง (Precision Applications) เช่น แผ่นยึดอุปกรณ์ต่างๆ สามารถเชื่อม/เคลือบสีและมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เหมาะกับการขึ้นรูป (No Forming)
- Rolled Plate - คือ 5000 series เป็นเกรด Super Annealed มีความเสถียรและความเที่ยงตรงสูง
- 5558 - ถูกออกแบบเพื่อใช้เป็นงานเครื่องมือ โดยเฉพาะฐานเครื่องจักร สามารถเชื่อม ขัดเงา เคลือบสี
- Mould Plate - คือ Rolled Tooling Plate สำหรับเครื่องรีดต่างๆ มีความทนทานเหมาะทำเป็นชิ้นส่วนเครื่องจักร เหมาะใช้ทำแม่พิมพิ์พลาสติก
ปัจจุบัน
คาร์ไบด์ (Carbide หรือ Cemented Carbide/Sintered Carbide) มีดเล็บคาร์ไบด์ (Carbide cutting tool) ทำขึ้นจากผงโลหะของทังสเตนคาร์ไบด์ และโคบอลต์ ซึ่งถูกอัดให้มีรูปร่างตามต้องการแล้วนำเข้าสู่กระบวนการกึ่งยึดเหนี่ยวใน เตาซึ่งมีบรรยากาศของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 1550 องศา จากนั้นจึงทำผิวสำเร็จโดยการเจียรนัย เครื่องมือคาร์ไบด์นี้มีส่วนผสมของทังสเตนคาร์ไบด์ประมาณ 94 % และโคบอลต์ 6 % เหมาะสมกับการตัดปาดเหล็กหล่อและวัสดุอื่นๆจำนวนมากยกเว้นเหล็กกล้า เนื่องจากเศษตัดจะยึดติดหรือเชื่อมตัวเข้ากับผิวหน้าคาร์ไบด์และผังตัวลงใน เครื่องมือตัดอย่างเร็ว อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องนี้อาจแก้ไขได้โดยการเติมไททาเนียมและแทนทาลัมคาร์ไบ ด์ เข้าผสมพร้องกันกับเพิ่มปริมาณของโคบอลต์ ซึ่งในเครื่องมือตัดของคาร์ไบด์ที่เหมาะแก่การปฏิบัติสำหรับเหล็กล้าจะ ประกอบไปด้วย ทังสเตนคาร์ไบด์ 82% ไททาเนี่ยมคาร์ไบด์ 10% และโคบอลต์ 8% มีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำเหมาะสมกับการปฏิบัติการทั่วไป
เซรามิคส์ (Ceramic) เป็น ส่วนผสมของผงอลูมินัมออกไซด์และสารตัวเดิมจำพวก ไททาเนียม (Titanium) แมกนีเซียม (Magnesium) หรือโครเมี่ยมออกไซด์ (Chromium oxide) รวมตัวประสานที่นำผ่านเข้าขบวนการทำมีดเล็ก (Cutting tool insert) ตัวมีดเล็บที่ได้อาจยึดเข้ากับฐานมีดได้ทั้งโดยการใช้ตัวบีบจับ (Clamp) หรือการใช้อีพอกซีเรซิน (Epoxy resin) โดยสมบัติของมีดเล็บคือมีความแข็งแรงในด้านการรับแรงอัดสูงเป็นอย่างยิ่งแต่ ค่อนข้างเปราะ ดังนั้นมีดเล็บจึงต้องมีค่ามุมคายเป็นลบในช่วง 5-7 องศา เพื่อความแข็งแรงเช่นเดียวกับฐานการรองรับซึ่งต้องทำอย่างแน่นหนาเครื่องมือ ตัดซิลิกอนไนไตรด์ (Silicon Nitride) ซึ่งมีชื่อรหัสเป็น S-8 จะใช้ในการตัดปาดเหล็กหล่อวัสดุจากเซรามิกส์ชนิดนี้มีอายุการใช้งานถึง 1,500 ชิ้นงานเหล็กหล่อในขณะที่เครื่องมือทังสเตนคาร์ไบด์เคลือบผิวมีอายุงานเพียง 250 ชิ้นงาน