น้ำมันอุตสาหกรรม

คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ เมื่อผสมลงไปในเหล็ก (Composition of Elements)

คาร์บอน (Carbon) - สัญลักษณ์ทางเคมี คือ C

เป็นธาตุ ที่สำคัญที่สุด จะต้องมีผสมอยู่ในเนื้อเหล็ก มีคุณสมบัติทำให้เหล็กแข็งเพิ่มขึ้น หลังจากนำไปอบชุบ (Heat Treatment) โดยรวมตัวกับเนื้อเหล็ก เป็นสารที่เรียกว่า มาร์เทนไซต์ (Martensite) และซีเมนไตด์ (Cementite) นอกจากนั้น คาร์บอนยังสามารถรวมตัวกับเหล็ก และธาตุอื่น ๆ กลายเป็นคาร์ไบด์ (Carbide) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอของเหล็ก อย่างไรก็ตาม คาร์บอนจะลดความยืดหยุ่น (Elasticity) ความสามารถในการตีขึ้นรูป (Forging) และความสามารถในการเชื่อม (Welding) และไม่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน

อลูมิเนียม (Aluminium) - สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Al

เป็นธาตุ ที่นิยมใช้เป็นตัวไล่แก็สออกซิเจน และไนโตรเจน (Deoxidizer และ Denitrizer) มากที่สุด ซึ่งผสมอยู่เล็กน้อยในเหล็ก จะมีผลทำให้เนื้อละเอียดขึ้น เมื่อใช้ผสมลงในเหล็กที่จะนำไปผ่านกระบวนการอบชุบแข็ง โดยวิธีไนไตรดิ้ง (Nitriding) ทั้งนี้เนื่องจากอลูมิเนียมสามารถรวมตัวกับไนโตรเจน เป็นสารที่แข็งมาก ใช้ผสมลงในเหล็กทนความร้อนบางชนิด เพื่อให้ต้านทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ได้ดีขึ้น

โบรอน (Boron) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ B

ช่วยเพิ่ม ความสามารถชุบแข็งแก่เหล็ก ที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องจักรทั่วไป จึงทำให้ใจกลางของงานที่ทำด้วยเหล็กชุบผิวแข็ง มีความแข็งสูงขึ้น โบรอนสามารถดูดกลืนนิวตรอนได้สูง จึงนิยมเติมในเหล็กที่ใช้ทำฉากกั้นอุปกรณ์นิวเคลียร์

เบริลเลียม (Beryllium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Be

สปริง นาฬิกาซึ่งต้องต่อต้านอำนาจแม่เหล็ก และรับแรงแปรอยู่ตลอดเวลานั้น ทำจากทองแดงผสมเบริลเลียม (Beryllium-Coppers Alloys) โลหะผสมนิกเกิล-เบริลเลียม (Ni-Be Alloys) แข็งมาก ทนการกัดกร่อนได้ดี ใช้ทำเครื่องมือผ่าตัด

แคลเซียม (Calcium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ca

แคลเซียม จะใช้ในลักษณะแคลเซียมซิลิไซด์ (CaSi) เพื่อลดออกซิเดชั่น (Deoxidation) นอกจากนั้น แคลเซียม ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดสเกลของวัสดุที่ใช้เป็นตัวนำความร้อน

ซีเรียม (Cerium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ce

เป็นตัวลด ออกซิเจนและกำมะถันได้ดี ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้าน Hot Working ของเหล็กกล้า และปรับปรุงความต้านทานการเกิดสเกลของเหล็กทนความร้อน

โคบอลต์ (Cobalt) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Co

ไม่ทำให้ เกิดคาร์ไบด์ แต่สามารถป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น จึงช่วยปรับปรุงให้เหล็กมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้ จึงใช้ผสมในเหล็กขึ้นรูปงานร้อน เหล็กทนความร้อน และเหล็กไฮสปีด ธาตุโคบอลต์เมื่อได้รับรังสีนิวตรอนจะเกิดเป็น โคบอลต์ 60 ซึ่งเป็นสารกัมมันตภาพรังสีอย่างรุนแรง ดังนั้น จึงไม่ควรเติมโคบอลต์ลงในเหล็กที่ใช้ทำเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

โครเมียม (Chromium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cr

ทำให้ เหล็กอบชุบได้ง่ายขึ้น เพราะลดอัตราการเย็นตัววิกฤตลงอย่างมาก สามารถชุบในน้ำมันหรืออากาศได้ (Oil or Air Quenching) เพิ่มความแข็งให้เหล็ก แต่ลดความทนทานต่อแรงกระแทก (Impact) ลง โครเมียมที่ผสมในเหล็กจะรวมตัวกับคาร์บอน เป็นสารประกอบพวกคาร์ไบด์ ซึ่งแข็งมาก ดังนั้น จึงทำให้เหล็กทนทานต่อแรงเสียดสี และบริเวณที่เป็นรอยคมหรือความคมไม่ลบง่าย ทำให้เหล็กเป็นสนิมได้ยาก เพิ่มความแข็งแรงของเหล็กที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูง เพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารต่าง ๆ ได้ดีขึ้น

ทองแดง (Copper) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cu

เพิ่มความ แข็งแรง ถ้ามีทองแดงผสมอยู่ในเหล็กแม้เพียงเล็กน้อย เหล็กจะไม่เกิดสนิมเมื่อใช้งานในบรรยากาศ ทองแดงจะไม่มีผลเสียต่อความสามารถในการเชื่อมของเหล็กแต่อย่างไร

แมงกานีส (Manganese) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mn

ใช้เป็น ตัวไล่กำมะถัน (S) ซึ่งเป็นตัวที่ไม่ต้องการในเนื้อเหล็ก จะถูกกำจัดออกในขณะหลอม ทำให้เหล็กอบชุบแข็งง่ายขึ้น เนื่องจากเป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต (Critical Cooling Rate) ทำให้เหล็กทนทานต่อแรงดึงได้มากขึ้น เพิ่มสัมประสิทธิ์การขยายตัวของเหล็กเมื่อถูกความร้อน แต่จะลดคุณสมบัติในการเป็นตัวนำไฟฟ้า และความร้อน นอกจากนั้น แมงกานีสยังมีอิทธิพลต่อการขึ้นรูปหรือเชื่อม เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณแมงกานีสเพิ่มขึ้น จะทนต่อการเสียดสีได้ดีขึ้นมาก

โมลิบดีนัม (Molybdenum) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mo

ปกติจะใช้ ผสมรวมกับธาตุอื่น ๆ เป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต ทำให้อบชุบง่ายขึ้น ป้องกันการเปราะขณะอบคืนตัว (Temper Brittleness) ทำให้เหล็กมีเนื้อละเอียด เพิ่มความทนทานต่อแรงดึงแก่เหล็กมากขึ้น สามารถรวมตัวกับคาร์บอนเป็นคาร์ไบด์ได้ง่ายมาก ดังนั้น จึงปรับปรุงคุณสมบัติในการตัดโลหะ (Cutting) ของเหล็กไฮสปีดได้ดีขึ้น เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) แก่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เหล็กที่มีโมลิบดินั่มสูงจะตีขึ้นรูปยาก

ไนโตรเจน (Nitrogen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ N

ขณะทำไน ไตรดิ้ง (Nitriding) ไนโตรเจนจะรวมตัวกับธาตุบางชนิดในเหล็ก เกิดเป็นสารประกอบไนไตรด์ ซึ่งทำให้ผิวงานมีความแข็งสูงมาก ต้านทานการสึกหรอได้ดีเยี่ยม

นิกเกิล (Nickel) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ni

เป็นตัว ที่เพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกของเหล็ก ดังนั้น จึงใช้ผสมในเหล็กที่จะนำไปชุบแข็งที่ผิว ใช้ผสมกับโครเมียม ทำให้เหล็กทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เป็นสนิมง่าย ทนความร้อน

ออกซิเจน (Oxigen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ O

ออกซิเจน เป็นอันตรายต่อเหล็ก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ชนิด ส่วนผสม รูปร่าง และการกระจายตัวของสารประกอบที่เกิดจากออกซิเจนนั้น ออกซิเจนทำให้คุณสมบัติเชิงกล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความต้านทานแรงกระแทกลดลง (ตามแนวขวาง) และเปราะยิ่งขึ้น

ตะกั่ว (Lead) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Pb

เหล็กฟรี แมชชีนนิ่ง (Free-Machining Steel) มีตะกั่วผสมอยู่ประมาณ 0.20 - 0.50 % โดยตะกั่วจะเป็นอนุภาคละเอียด กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในเนื้อเหล็ก เมื่อนำไปกลึง หรือตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงทำให้ตัดแต่งได้ง่าย ตะกั่วไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก

ฟอสฟอรัส (Phosphorus) และกำมะถัน (Sulphur) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ P และ S ตามลำดับ

เป็นตัว ทำลายคุณสมบัติของเหล็ก แต่มักผสมอยู่ในเนื้อเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ ต้องพยายามให้มีน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มักจะเรียกสารเหล่านี้ว่า สารมลทิน (Impurities) เหล็กเกรดสูงจะต้องมีฟอสฟอรัสไม่เกิน 0.03 - 0.05 % ส่วนกำมะถันจะทำให้เหล็กเกิด Red Shortness จึงแตกเปราะง่าย โดยทั่วไปจึงจำกัดปริมาณกำมะถันในเหล็กไม่เกิน 0.025 หรือ 0.03 % ยกเว้น เหล็กฟรีแมชชีนนิ่ง (Free Machining) ที่เติมกำมะถันถึง 0.30 % เพื่อให้เกิดซัลไฟด์ขนาดเล็กกระจายทั่วเนื้อเหล็ก ทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลได้ง่าย

ซิลิคอน (Silicon) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Si

ซิลคอนจะ ปรากฏในเหล็กทุกชนิด เนื่องจากสินแร่เหล็กมักมีซิลิคอนผสมอยู่ด้วยเสมอ ซิลิคอนไม่ใช่โลหะ แต่มีสภาพเหมือนโลหะ ใช้เป็นตัวทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิ่ง (Oxidizing) ทำให้เหล็กแข็งแรงและทนทานต่อการเสียดสีได้ดีขึ้น เพิ่มค่าแรงดึงที่จุดคราก (Yield Point) ของเหล็กให้สูงขึ้นมาก ดังนั้น จึงใช้ผสมในการทำเหล็กสปริง (Spring Steels) ช่วยทำให้เหล็กทนทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ที่อุณหภูมิสูงได้ดี จึงใช้ผสมในเหล็กทนความร้อน เหล็กกล้าที่มีซิลิคอนสูงจะมีเกรนหยาบ

ไทเทเนียม (Titanium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ti

ไทเทเนียม เป็นโลหะที่แข็งมาก ทำให้เกิดคาร์ไบด์ได้ดี เป็นธาตุผสมที่สำคัญในเหล็กสเตนเลส เพื่อป้องกันการผุกร่อนตามขอบเกรน นอกจากนั้น ไทเทเนียมยังช่วยทำให้เหล็กมีเกรนละเอียด

วาเนเดียม (Vanadium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ V

ทำให้ เหล็กทนต่อความร้อนได้ดี เพิ่มความแข็งแรงให้กับเหล็ก โดยไม่ทำให้คุณสมบัติในการเชื่อม และการดึงเสียไป ทำให้เหล็กมีเนื้อละเอียด รวมตัวกับคาร์บอนที่เป็นคาร์ไบด์ได้ง่าย จึงทำให้ทนทานต่อการสึกกร่อน มักจะผสมในเหล็กขึ้นรูปร้อน (Hot Working Steels) และเหล็กไฮสปีด

ทังสเตน (Tungsten) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ W

สามารถรวมตัว กับคาร์บอนเป็น คาร์ไบด์ ที่แข็งมาก จึงทำให้เหล็กที่ผสมทังสเตนมีความแข็งมาก หลังจากผ่านการอบชุบ จึงใช้ทำพวกเครื่องมือคม (Cutting Tools) ต่าง ๆ ทำให้เหล็กเหนียวขึ้น และป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบ เนื่องจากการที่เกรนขยายตัว เพิ่มความทนทานต่อการเสียดสีของเหล็ก ดังนั้น จึงนิยมเติมทังสเตนในเหล็กไฮสปีด (Hi-Speed) และเหล็กที่ต้องอบชุบแข็งโดยทั่วไป

ทองแดงและทองแดงผสมอัลลอย (Coppers and Copper Alloys)

เป็นโลหะชนิดแรกทีถูกค้นพบและนำมาใช้ประโยชน์มากที่สุดของมนุษยชาติ ทองแดงที่มีสีเหลือง-แดงเป็นสุดยอดวัสดุ ที่มีความเหนียว (Extremely Ductile) ทีมีโครงสร้างผลึก (Crystal Structure) รู้จักในนาม ลูกบาศก์แบบเฟซเซ็นเตอร์ (Face-Center-Cubic หรือ FCC) มีค่าสื่อนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity) ที่ 97% ดีสุดเป็นอันดับสองรองจากโลหะ เงิน (Silver) มีค่าสื่อนำความร้อน (Thermal Conductivity) ที่สูงมากใกล้เคียง เงิน และทองคำ (Gold) ปัจจุบันมีทองแดงผสมอัลลอยต่างๆ เกือบ 400 ชนิดขึ้นอยู่กับ ลักษณะการใช้งาน เช่น เส้น (Rods), แผ่นหนา/บาง/เส้น (Plates/Sheets/Strips), ท่อหนา/บาง (Tubes/Pipes), ชนิดที่ผ่านกระบวนการบีบอัด (Extrusions), แผ่นฟอยล์ (Foils), ชนิดที่ผ่านกระบวนการทุบขณะร้อน (Forgings), แบบเส้นลวด (Wires) และการหล่อ (Casting) จากโรงงานหล่อโลหะต่างๆ ทองแดงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลักๆ 1. ทองแดงหล่อผสมอัลลอย (Cast Copper Alloys) มีรหัส UNS C80000 ถึง C99999 ปรกติจะมีส่วนผสมของธาตุต่างๆ มากกว่า 2. ทองแดงผสมอัลลอย ทองแดงผสมอัลลอย (Wrought Copper Alloys) มีรหัส UNS C10000 ถึง C79999 สามารถผลิตด้วยกรรมวิธีที่หลากหลาย เช่น การอบอ่อน (Annealed), การขึ้นรูปเย็น (Cold Worked), การชุบแข็งด้วยการอบคืนไฟ (Hardened by Heat Treatments), การคลายความเค้น (Stress Relieved) การจัดกลุ่มประเภทของทองแดงและทองแดงผสมอัลลอย กลุ่ม (Family) ส่วนผสมธาตุหลัก (Principal Alloying Element) UNS Numbers Copper Alloys, Brass Zinc (Zn) C1xxxx?C4xxxx,C66400?C69800 Phosphor Bronzes Tin (Sn) C5xxxx Aluminium Bronzes Aluminium (Al) C60600?C64200 Silicon Bronzes Silicon (Si) C64700?C66100 Copper Nickel, Nickel Silvers Nickel (Ni) C7xxxx การแยกประเภทอัลลอยผสม (Wrought Alloys) และอัลลอยหล่อผสม (Cast Alloys) UNS Numbers Types Alloy Names C10000 - C19999 Wrought Coppers, High-Copper Alloys C20000 - C49999 Wrought Brasses C50000 - C59999 Wrought Phosphor Bronzes C60600 - C64200 Wrought Aluminum Bronzes C64700 - C66100 Wrought Silicon Bronzes C66400 - C69800 Wrought Brasses C70000 - C79999 Wrought Copper Nickels, Nickels Silvers C80000 - C82800 Cast Coppers, High-Copper Alloys C83300 - C85800 Cast Brasses C86100 - C86800 Cast Manganese Bronzes C87200 - C87900 Cast Silicon Bronzes and Brasses C90200 - C94800 Cast Tin Bronzes C95200 - C95800 Cast Aluminum Bronzes C96200 - C97800 Cast Copper Nickels, Nickel Silvers C98200 - C98800 Cast Leaded Copper C99300 - C99750 Cast Special Alloys ทองแดงและทองแดงผสมอัลลอยมีส่วนผสมดังต่อไปนี้ (Copper and Copper Alloys Composition) ทองแดงบริสุทธิ์ (Coppers) เป็นโลหะที่มีธาตุทองแดงผสมอยู่อย่างน้อย 99.3% หรือมากกว่า ทองแดงผสมอัลลอยที่ปริมาณสูง (High-Copper Alloys) ปรกติทองแดงผสมอัลลอย (Wrought-Copper Alloys) จะมีปริมาณธาตุทองแดงผสมอยู่ระหว่าง 99.3 - 96% ในขณะที่ ทองแดงหล่อผสม (Cast-Copper Alloys) มีปริมาณทองแดงผสมอยู่เกิน 94% และผสมธาตุเงินเข้าไป ทองเหลือง (Brasses) ทองเหลืองเป็นอัลลอยที่มี Zinc เป็นส่วนผสมหลัก (ไม่ว่าจะมี Iron, Aluminum, Nickel หรือ Silicon ผสมหรือไม่ก็ตาม) ทองเหลืองผสมอัลลอย (Wrought Alloys) สามารถแบ่งได้เป็น 3 กลุ่มดังนี้ 1. Copper-Zinc Alloys 2. Copper-Zinc-Lead Alloys (Leaded Brasses) 3. Copper-Zinc-Tin Alloys (Tin Brasses) ทองเหลืองหล่อผสมอัลลอย (Cast Alloys) สามารถแบ่งได้เป็น 4 กลุ่มดังนี้ 1. Copper-Tin-Zinc Alloys (Red, Semi-Red, Yellow Brasses) 2. Manganese Bronze Alloys (High Strength Yellow Brasses) 3. Leaded "Manganese Bronze" Alloys (Leaded High Strength Yellow Brasses); Copper-Zinc-Silicon Alloys (Silicon Brasses and Bronzes) 4. Cast Copper-Bismuth and Copper-Bismuth-Selenium Alloys ส่วนที่เหลือจะถูกนำไปพัฒนาเพื่อหล่อทองเหลืองผสมอัลลอย เกรดพิเศษต่างๆ ทองสัมฤทธิ์ (Bronzes) ในอดีต ทองสัมฤทธิ์ หมายถึง ทองแดงผสมอัลลอยที่เป็นธาตุดีบุด (Tin) เป็นหลัก โดยไม่มีการผสมธาตุ Zinc หรือ Nickel ปัจจุบัน นิยามดังกล่าวถูกเปลี่ยนไป เช่น ทองสัมฤทธิ์ ผสมอัลลอย (Wrought Alloys) สามารถแบ่งได้เป็น 4 กลุ่มดังนี้ 1. Copper-Tin-Phosphorous Alloys (Phosphor Bronzes) 2. Copper-Tin-Lead-Phosphorus Alloys (Leaded Phosphor Bronzes) 3. Copper-Aluminum Alloys (Aluminum Bronzes) 4. Copper-Silicon Alloys (Silicon Bronzes) ทองสัมฤทธิ์ ผสมอัลลอย (Cast Alloys) สามารถแบ่งได้เป็น 4 กลุ่มดังนี้ 1. Copper-Tin-Alloys (Tin Bronzes) 2. Copper-Tin-Lead Alloys (Leaded and High Leaded Tin Bronzes) 3. Copper-Tin-Nickel Alloys (Nickel-Tin Bronzes) 4. Copper-Aluminum Alloys (Aluminum Bronzes) ในส่วนของ "Manganese Bronzes" ที่มีธาตุ Zinc เป็นส่วนผสมหลักจะถูกรวมอยู่ในกลุ่มของทองเหลือง ทองแดงผสมนิกเกิ้ล (Copper-Nickels) เป็นกลุ่มทองแดงอัลลอยที่มีส่วนผสมของ Nickel เป็นหลัก ทองแดงผสมนิกเกิ้ล-สังกะสี (Copper-Nickels-Zinc) รู้จักในนาม "Nickel Silvers" ที่มีส่วนผสมของ Zinc เป็นหลัก และรองลงมาคือ Nickel ตะกั่วผสมทองแดง (Leaded Coppers) เป็นกลุ่ม อัลลอยหล่อที่มีส่วนผสมของ ทองแดง และตะกั่ว 20% ขึ้นไป และอาจมีธาตุเงินผสมเล็กน้อย แต่จะไม่ผสม ดีบุก (Tin) หรือ สังกะสี (Zinc) อัลลอยพิเศษ (Special Alloys) คือกลุ่มอัลลอยที่อยู่นอกเหนือทั้งหมด Wrought Copper Alloys Designation Type Generic Name Major Composition UNS Designation Coppers Coppers High-Copper Alloys >= 99.3% Cu > 96% Cu but <99.3% Cu C10100 - C15999 C16000 - C19999 Brasses Yellow Brasses Leaded Red Brasses Tin Brasses Cu-Zn Cu-Zn-Pb Cu-Zn-Sn-Pb C21000 - C28999 C30000 - C39999 C40000 - C49999 Bronzes Phosphor Bronzes Leaded-Phosphor Bronzes Copper-Phosphorous Alloys Copper-Silver-Zinc Alloys Aluminum Bronzes Silicon Bronzes and Silicon Brasses C64700 - C66199 Cu-Sn-P Cu-Sn-Pb-P Cu-P; Cu-P-Ag Cu-Ag-Zn Cu-Al-Ni-Fe-Si-Sn Cu-Si-Sn Cu-Zn C50000 - C52999 C53000 - C54999 C55000 - C55299 C55300 - C60799 C60800 - C64699 C64700 - C66199 C66200 - C69999 Copper-Nickels Copper-nickel-Iron Alloys / Spinodal Bronzes Cu-Ni-Fe / Cu-Ni-Sn C70000 - C73499 Nickel Silvers - Cu-Ni-Zn C73500 - C79999 Cast Copper Alloys Designation Type Generic Name Major Composition UNS Designation Coppers Coppers High-Copper Alloys >= 99.3% Cu > 96% Cu but <99.3% Cu C80000 - C81399 C81400 - C83299 Brasses Red Brasses and Leaded Red Brasses Yellow Brasses Cu-Sn-Zn / Cu-Sn-Zn-Pb Cu-Zn C83300 - C84999 C85000 - C85999 Bronzes Manganese Bronzes and Leaded Manganese Bronzes Silicon Bronzes and Silicon Brasses Copper-Bismuth and Copper-Bismuth-Selenium Alloys Tin Bronzes and Leaded-Tin Bronzes Nickel-Tin Bronzes Aluminum Bronzes Cu-Zn-Mn-Fe-Pb Cu-Zn-Si Cu-Bi / Cu-Bi-Se Cu-Sn-Zn / Cu-Sn-Zn-Pb Cu-ni-Sn-Zn-Pb Cu-Al-Ni-Fe C86000 - C86999 C87000 - C87999 C88000 - C89999 C90000 - C94500 C94600 - C94999 C95000 - C95999 Copper-Nickels Copper-nickel-Iron Alloys / Spinodal Bronzes Cu-Ni-Fe / Cu-Ni-Sn C96000 - C96999 Nickel Silvers - Cu-Ni-Zn-Pb-Sn C97000 - C97999 Copper-Lead Alloys - Cu-Pb C98000 - C98999 Special Alloys - Cu-Others C99000 - C99999

อลูมิเนียมอัลลอย (Aluminum Alloys)

เป็นโลหะ ผสมที่ประกอบด้วยธาตุ ทองแดง (Copper/Cu), แมกนีเซียม (Magnesium/Mn), แมงกานีส (Manganese/Mg), ซิลิกอน (Silicon/Si) และสังกะสี (Zinc/Zi) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มหลักดังนี้

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

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel)

คือ เหล็กกล้าประสมพิเศษ (Special Alloy Steel) ถูกพัฒนาให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อน โดยมีการเพิ่มธาตุโครเมี่ยม (Chromium) ขั้นต่ำ 11%

ข้อแตกแต่ระหว่าง "เหล็กกล้าไร้สนิม" (Stainless Steel) กับ "เหล็ก" (Steel)
ถ้า เปลียนจากการเพิ่มธาตุโครเมี่ยม (Chromium) เป็น นิกเกิ้ล (Nickel), โมบิลินั่ม (Molybdenum), ไทเทเนียม(Titanium) และ ไนโอเบี่ยม (Niobium) จะทำให้คุณสมบัติทางกล และคุณสมบัติกายภาพ เปลี่ยนเป็น เหล็ก

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) แบ่งออกเป็น 5 ประเภท

1. Ferritic Stainless Steel (รู้จักกันในนาม Plain Chromium Steel) มีการเพิ่มธาตุโครเมี่ยม (Chromium) ประมาณ 12-18% และมีปริมาณคาร์บอนต่ำมาก (Very Low Carbon) ที่นิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 430 - ราคาถูกที่สุด
• เกรด 409 - ใช้ทำ ท่อไอเสียรถยนต์ เนื่องจาก ราคาถูก ทนต่อการกัดกร่อน และสามารถขึ้นรูปได้ง่าย (Excellent Formability)

ลักษณะเด่นของ Ferritic Stainless Steelนิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 430 - ราคาถูกที่สุด
• แม่เหล็กดูดติดได้ (Magnetic)
• ไม่สามารถทำHeat Treatment เพิ่มได้
• ทำได้เพียงการอบอ่อน (Annealing)
• เชื่อมได้ไม่ดี (Poor Weldability)
• ทนต่อการกัดกร่อนปานกลาง (Moderate Corrosion Resistance)

2. Austenitic Stainless Steel (รู้จักกันในนาม "18/8" มาจากส่วนผสม Chromium 18% และ Nickel 8%) มีการเพิ่มธาตุนิกเกิ้ล (Nickel) ทำให้เปลี่ยนโครงสร้างทางจุลภาค (Micro-structure) เรียกว่า "Austenite" ซึ่งจากปริมาณเหล็กกล้าที่ใช้ทั่วไปประมาณ 70% คือ Austenite ที่นิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 304 นิยมใช้มากที่สุด มีชื่อเสียงในด้าน "Marine Grade"
• เกรด 316 ใช้กับงานกลึงเหล็กท่อน (Machining Bar Grade)
• เกรด 303 สำหรับงานท่วไป

*หมายเหตุ: 304 (1.4301) คือเกรดที่นิยมใช้มาที่สุด และมีการใช้ 50% จากปริมาณการใช้ทั่วโลก ทำให้เมื่อพูดถึง Austenitic Stainless Steel ที่มีส่วนผสมที่ต่างออกไป ก็ยังจะนึกถึง 304 เป็นอันดับแรก

ลักษณะเด่นของ Austenitic Stainless Steel

• เชื่อมได้ดีเยี่ยม
• สามารถดัดและขึ้นรูปได้
• ไม่สามารถทำ Heat Treatment เพิ่มได้
• การขึ้นรูปเย็น (Cold Work) จะทำให้เหล็กแข็งขึ้น
• มีสมรรถนะ "ดีเยี่ยม" ที่อุณหภูมิต่ำ (Low Temperature)
• มีสมรรถนะ "ดี" (Good) ที่อุณหภูมิสูง (High Temperature)
• ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม (Excellent Corrosion Resistance)
• แม่เหล็กดูดไม่ติด (Non-Magnetic) หลังการอบอ่อน (Annealing)
• สามารถทำความสะอาดได้ดี (Excellent Cleanability) ถูกตามสุขลักษณะ (Hygienic)
  
  

3. Martensitic Stainless Steel (มีปริมาณคาร์บอนสูง (High Carbon) ประมาณ 0.1-1.2% คล้ายกับ Ferritic Stainless Steel หรือ Plain Chromium Steel ตรงที่มีส่วนผสมของโครเมี่ยม (Chromium) ประมาณ12-18%) เป็นเหล็กสแตนเลสชนิดแรก ที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้ใช้ในงานทั่วไป เช่น อุปกรณ์ตัด เกรดที่นิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 420 นิยมใช้ในงานวิศวกรรมต่างๆ
• เกรด 440C มีความแข็งที่สุด ทนทานต่อการเสียดสีได้ดี

ลักษณะเด่นของ Martensitic Stainless Steel

• แม่เหล็กดูดติดได้ (Magnetic)
• สามารถทำ Heat Treatment เพิ่มได้
• ไม่สามารถ (Inability) ขึ้นรูปเย็น (Cold Work)
• เชื่อมได้ไม่ดี (Poor Weldability)
• ทนต่อการกัดกร่อนปานกลาง (Moderate Corrosion Resistance)
  
  

4. Duplex Stainless Steel (มีโครงสร้างทางจุลภาคคล้ายทั้ง Ferritic และ Austenitic Stainless Steel ที่มีปริมาณโครเมี่ยมสูง (High Chromium) ระหว่าง 18-28%, นิกเกิ้ล (Nickel) มีปริมาณปานกลางที่ 4.5-8% ซึ่งปริมาณนิกเกิ้ล (Nickel) ที่ต่ำนี้ ไม่สามารถเปลี่ยนโครงสร้างเป็น Austenitic อย่างเต็มรูปแบบ แต่พิเศษกว่าตรงที่มีการใส่โมบิลินั่ม (Molybdenum) ประมาณ 2.5-4% เกรดที่นิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 2205 มีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม
• เหมาะสำหรับใช้ทำ ตัวคลายอุณหภูมิ (Heat Exchangers), ถังบรรจุสารเคมี (Chemical Tanks), โรงกลั่นต่างๆ (Refinery)

ลักษณะเด่นของ Duplex Stainless Steel

• เชื่อมได้ดี
• สามารถขึ้นรูปได้ดี
• ทนทานต่อกรด Chloride เป็นพิเศษ
• ทนทานได้ดีต่อความเครียสจากการถูกกัดกร่อน
• มีความแข็งกว่าทั้ง Ferritic และ Austenitic Stainless Steel
• ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม (Excellent Corrosion Resistance)
  
  

5. Precipitation (Hardening Grade) Stainless Steel มีค่าความแข็งแปรผัน (Precipitation Hardening) คล้ายกับ Martensitic, Semi-Austenitic หรือ Austenitic Stainless Steels ที่นำจุดเด่นของทั้ง Austenitic คือความทนทานต่อการกัดกร่อน และ Martensitic คือความสามารถในการทำ Heat Treatment เพิ่มได้มารวมไว้ด้วยกัน เกรดที่นิยมใช้ทั่วไป คือ

• เกรด 17-4 PH (รู้จักกันในนาม 630) ผ่านการอบอ่อน (Annealing/Solution Treated) มาแล้ว สามารถขึ้นรูป ก่อนนำไปชุบแข็ง (Hardening) ได้เพียงครั้งเดียว ที่อุณหภูมิต่ำอย่างช้าๆ (Low Temperature Ageing)

ลักษณะเด่นของ Precipitation Stainless Steel

• แม่เหล็กดูดติดได้ (Magnetic)
• เชื่อมได้ดี (Good Weldability)
• มีความแข็งสูงมาก (Very High Strength)
• ทนต่อการกัดกร่อนปานกลาง (Moderate Corrosion Resistance)

คุณสมบัติทางกายภาพ (Physical Properties)

• ความแข็งแรง (High Strength)
• อายุการใช้งาน (Long Life Cycle)
• ความสวยงาม (Aesthetic Appeal)
• ความสะดวกในการขึ้นรูป (Ease of Fabrication)
• ค่าความเป็นแม่เหล็ก (Low Magnetic Permeability)
• ความสะอาดตามสุขลักษณะ (Hygiene and Ease of Cleaning)
• ความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ (Recyclable~50-80%)
• ความทนทานต่อการกัดกร่อนดี (Corrosion Resistance)

1. Low Alloy ทนทานต่อการกัดกร่อนปรกติ

2. High Alloy ทนทานต่อการกัดกร่อนของ กรดทั่วไป (Acids), กรดอัลคาไลด์ (Alkaline Solutions) และกรดคลอไรด์ (Chloride)

• ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง/ต่ำ (Extreme Temperature Resistance)

เหล็กกล้าเครื่องมือ (Tool Steels)

เป็น เหล็กกล้าที่มีธาตุคาร์บอน (Carbon) และธาตุผสมอื่นๆ ในปริมาณสูง เพื่อให้มีความสามารถในการชุบแข็งสูง และเพื่อสร้างคาร์ไบด์ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติแข็งแกร่งและทนทานการสึกหรอ เพื่อให้เหมาะสำหรับทำเครื่องมือขึ้นรูป เช่น แม่พิมพ์ (Moulds) ในกระบวนการอัด-ฉีด แม่พิมพ์สำหรับตีขึ้นรูป หรือเครื่องมือตัดวัสดุ (Dies) ต่างๆ ซึ่งรวมถึงเหล็ก โลหะนอกกลุ่มเหล็ก และพลาสติก เป็นต้น

คุณสมบัติที่สำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือ

• ความสามารถในการชุบแข็ง (Harden-Ability) โดยใช้โคบอลต์ (Cobalt) เป็นธาตุที่ควบคุมความแข็ง
• ความเหนียว (Toughness) คือ กลุ่มที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ-ปานกลาง เหมาะกับงานที่ต้องรับแรงกระแทก
• ความทนต่อการเสียดสี (Wear Resistance) คือ การใช้คาร์ไบด์ที่ไม่สลายตัวในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง
• การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (Red-Hardness) สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 480?C
• ความสามารถในการกลึงไส (Machine-ability) คือ สามารถตัดแต่งขึ้นรูปชิ้นงาน และมีผิวที่เรียบ
• ความต้านทานการสูญเสียคาร์บอน (Decarburization Resistance) จะมีธาตุคาร์บอนในปริมาณสูง
• การไม่เปลี่ยนรูปร่างหรือขนาด (Non Deformation Properties) โดยทั่วไป

o การชุบแข็งได้ด้วยลม (Air) จะมีการบิดตัวน้อยที่สุด
o การชุบแข็งด้วยน้ำมัน (Oil) ทำให้เกิดการบิดตัวปานกลาง
o การชุบแข็งด้วยน้ำ (Water) ทำให้เกิดการบิดตัวสูงที่สุด

อิทธิพลของธาตุผสมต่อคุณสมบัติของเหล็กกล้าเครื่องมือ

• คาร์บอน (C) ช่วยเพิ่มความแข็ง ความเค้น ทนแรงดึง ความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะลดความเหนียว และการยืดตัวของเหล็ก การรวมตัวกับธาตุผสมตัวอื่น เช่น โครเมียม โมลิบดินั่ม ทังสเตน จะฟอร์มตัวเป็นคาร์ไบด์ ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติเช่น ความสามารถในการชุบแข็ง ทนต่อการเสียดสี การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงได้ดี เป็นต้น
• ซิลิกอน (Si) โดยปกติจะใช้เพื่อไล่แก๊สออกซิเจน และจะมีการใช้ในปริมาณ 0.2-0.3% เพื่อช่วยให้คาร์บอนรวมตัวเป็นกราไฟต์ ซึ่งทำให้เกิดความลื่นเมื่อใช้ทำแม่พิมพ์ ลดปัญหาการติดของโลหะในขณะทำการขึ้นรูป ธาตุนี้จะไม่ใช้ตามลำพัง แต่จะผสมร่วมกับโมลิบดินั่ม หรือวานาเดียม ในการลดการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูง ช่วยให้ชุบแข็งง่าย และช่วยให้คงความแข็งไว้ได้ดีในขณะอบคืนตัว (tempering)
• แมงกานีส (Mn) เป็นธาตุที่ใช้กำจัดแก๊ส และรวมตัวกับกำมะถัน (S) ช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะเปราะหลังจากอบคืนตัวในช่วงอุณหภูมิ 400-600?C จึงมักผสมแมงกานีสจะผสมร่วมกับโครเมียม (Cr) และโมลิบดินั่ม (Mo) ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งได้มากขึ้น กว่าการผสมแมงกานีสเพียงธาตุเดียว
• โครเมียม (Cr) เป็นธาตุผสมเพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง ทนต่อการเสียดสี เพิ่มความเหนียว หากใช้งานที่อุณหภูมิสูงคาร์ไบด์อาจละลาย แต่สามารถแก้ไขด้วยการผสมวานาเดียมเพื่อชะลอการขยายตัวของเกรน
• โมลิบดินั่ม (Mo) ส่วนใหญ่เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อน และงานความเร็วสูงจะผสมโมลิบดินั่มเพื่อผลในการชุบแข็ง และรักษาความแข็งของมาร์เทนไซต์ที่อุณหภูมิสูงถึง 500?C แต่จะเกิดออกไซด์ที่อุณหภูมิ 1000-1100?C และมีแนวโน้มทำให้สูญเสียคาร์บอนที่ผิวได้ง่าย จึงมักเติมซิลิกอนเพื่อปรับปรุงข้อบกพร่องนี้
• ทังสเตน (W) เป็นธาตุที่ควบคุมคาร์ไบด์ให้มีเสถียรภาพสูงที่อุณหภูมิสูง ทนทานต่อการสึกหรอ-การเสียดสี และทนความร้อน หากผสมทังสเตนสูงถึง 18% จะช่วยรักษาความแข็ง และความคมในการตัดที่อุณหภูมิสูง
• โคบอลท์ (Co) เป็นธาตุเดียวที่ลดความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะมีบทบาทอย่างมากที่จะช่วยให้เหล็กมีความคม ตัดโลหะได้ดี (High cutting ability) และสามารถรักษาความแข็งได้จนถึงอุณหภูมิสูง จึงพบว่าเหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง (high speed tool steel) จะผสมโคบอลท์อยู่ด้วย
• วานาเดียม (V) เป็นธาตุผสมทำให้คาร์ไบด์แข็ง เสถียร มีขนาดละเอียด และกระจัดกระจาย จึงมีผลทำให้ได้โครงสร้างเกรนที่ละเอียด สามารถใช้เพิ่มความแข็งแรง และความเหนียวให้กับชิ้นงานได้

การแบ่งกลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือ

1. เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ เป็นเหล็กกล้าคาร์บอน ที่ผสมคาร์บอน ตั้งแต่ 0.60-1.40% อาจมีการผสมโครเมียม หรือวานาเดียมเพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง และทนต่อการเสียดสี มีราคาถูก สามารถตัดแต่งชิ้นงานได้ง่าย สูญเสียคาร์บอนที่ผิวยาก แต่อาจทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยวได้ และไม่สามารถทนต่อความร้อน จึงไม่สามารถใช้สำหรับงานตัดที่รุนแรง หรือใช้งานซ้ำๆจนเกิดความร้อน จึงควรใช้งานสำหรับทำเครื่องมือตัดที่ใช้ความเร็วต่ำ ตัดด้วยแรงเบาๆ เช่น ไม้ อะลูมิเนียม แม่พิมพ์สำหรับทุบหัวขึ้นรูปเย็น

2. เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น (Cold Work Tool Steels) เป็นกลุ่มที่ใช้ผลิตเครื่องมือสำหรับนำไปใช้ในงานแปรรูปโลหะที่ไม่ได้ให้ ความร้อนก่อนการแปรรูป เช่น แม่พิมพ์ตัดแผ่นโลหะเย็น ใบมีดตัดกระดาษ เฟืองกัดไม้ คัดเตอร์ เป็นต้น คุณสมบัติสำคัญที่ต้องการสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้ คือ สามารถกลึงไสดี รักษาขนาดน้อยหลังการชุบแข็งในน้ำมัน หรือเย็นตัวในอากาศ ทนทานต่อการสึกหรอสูง มีความเหนียวทนแรงอัดกระแทกได้ดี เช่น

o เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยน้ำมัน มีปริมาณคาร์บอนสูงและคาร์ไบด์ขนาดเล็กที่มีอยู่อย่างกระจัดกระจาย ธาตุผสมของโครเมียม โมลิบดินั่ม และทังสเตน ทำให้สามารถชุบแข็งได้ด้วยน้ำมัน เป็นกลุ่มที่มีคุณสมบัติ ทนทานต่อการสึกหรอ มีความแข็งสูง ทำให้ชิ้นงานบิดตัว และแตกน้อย
o เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยลม มีปริมาณคาร์บอนสูงและธาตุผสมสูงปานกลาง ทำให้สามารถชุบแข็งได้ดี และมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์ ชิ้นงานบิดเบี้ยวและแตกหักน้อย รักษารูปร่างและขนาดได้ดีเยี่ยม ในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ทนต่อการเสียดสีดี สามารถชุบแข็งได้

o เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทคาร์บอนสูงและโครเมียมสูง มีธาตุผสมหลักคือ คาร์บอน โครเมียม และโมลิบดินั่ม มีความทนทานต่อการสึกหรอ ทนการเสียดสีดีเยี่ยม สามารถรักษาความคมจากการมีปริมาณคาร์ไบด์ในระดับสูงและโครงสร้างเท มเปอร์มาร์เทนไซต์หลังการชุบแข็งและอบคืนตัว

3. เหล็กกล้าเครื่องมือทนต่อแรงกระแทก (Shock Resisting Tool Steels) ได้รับการพัฒนาให้มีความเหนียว ความแข็งแรง และทนทานต่อการสึกหรอสูง เพื่อรองรับแรงกระแทกซ้ำๆ โดยมีปริมาณคาร์บอนในระดับปานกลาง และทำให้ภายหลังการอุบความร้อนที่เป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์ และมีคาร์ไบด์ละเอียดที่กระจัดกระจาย ธาตุแมงกานีส โครเมียม โมลิบดินั่ม ช่วยให้สามารถชุบแข็ง และรักษาความแข็งได้ดี

4. เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อน (Hot Work Tool Steels) ในงานบางประเภทที่ต้องใช้อาศัยอุณหภูมิสูงในการแปรรูป สามารถรักษาความแข็งที่อุณหภูมิสูงได้ดี ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal Shock), ทนทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูงและมีความเหนียวที่ดี ธาตุผสมสำคัญ ได้แก่ โครเมียม โมลิบดินั่ม และทังสเตน ซึ่งผลรวมของธาตุเหล่านี้จะต้องมีปริมาณอย่างน้อย 5% เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อนที่มีการใช้งาน ได้แก่

o เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อนที่มีโครเมียมเป็นส่วนผสมหลัก จะมีโครเมียม 3.25% ขึ้นไป และธาตุผสมอื่น เช่น วานาเดียม ทังสเตน โมลิบดินั่ม มีปริมาณคาร์บอนปานกลางช่วยเพิ่มความเหนียว คาร์ไบด์ ทำให้คงความแข็งที่อุณหภูมิสูง จึงเหมาะกับงานขึ้นรูปร้อน และงานหล่อแบบฉีด สามารถชุบแข็งได้
o เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อนที่มีทังสเตนเป็นส่วนผสมหลัก มีความทนทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง มีความเหนียว แต่มีราคาสูงเนื่องจากทังสเตนที่เป็นส่วนผสม
o เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อนที่มีโมลิบดินั่มเป็นส่วนผสมหลัก มีทังสเตนเป็นส่วนผสมหลัก ทำให้ราคาถูก และทนทานต่อการแตกร้าว (Heat Cracking) ในขณะใช้งานลักษณะร้อนเย็นสลับกัน

5. เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง (High Speed Tool Steels) เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ใช้เป็นวัสดุในการตัดโลหะด้วยความเร็วสูง สามารถรักษาความแข็งของคมตัดที่อุณหภูมิสูง สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม คือ

o เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงที่มีทังสเตนเป็นส่วนผสมหลัก มีปริมาณทังสเตนสูง สามารถรักษาความแข็งได้ที่อุณหภูมิสูง สามารถชุบแข็งได้ดี และมีคาร์ไบด์ที่มีเสถียรภาพสูง ทำให้ทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม
o เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงที่มีโมลิบดินั่มเป็นส่วนผสมหลัก สามารถรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการเสียดสี มีความเหนียว นอกจากนี้ได้มีการพัฒนาเติมธาตุโคบอลต์กว่า 10% ทำให้ได้ Super High-Speed Tool Steels แต่ควรหลีกเลี่ยงการสั่นและกระแทกแรงๆ เนื่องจากเปราะมาก

6. เหล็กกล้าเครื่องมือสำหรับทำแม่พิมพ์พลาสติก (Plastic Mold Steels) สามารถกลึงไส ทนทานต่อแรงอัด มีความแข็งที่ผิวและที่แกนสูง สามารถขัดผิวให้เรียบ ทนทานต่อการกัดกร่อนที่ผิว ใช้ผลิตแม่พิมพ์งานหล่อแบบฉีดสำหรับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น สังกะสี และตะกั่ว สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

o เหล็กกล้าเครื่องมือสำหรับทำแม่พิมพ์พลาสติกกลุ่ม (Pre-Hardened Steels) มีคาร์บอน 0.20-0.30% มีโครเมียม นิเกิล และโมลิบดินั่มผสมในระดับปานกลาง สามารถกลึงไสดีมาก แต่ไม่สามารถกัดกรดได้ ภายหลังทำเป็นแม่พิมพ์แล้วก็ไม่จำเป็นต้องชุบแข็งอีกทนนทานต่อการสึกหรอ
o เหล็กกล้าเครื่องมือสำหรับทำแม่พิมพ์พลาสติกกลุ่ม (Case Hardening Steels) มีคาร์บอน 0.07-0.10% สามารถการกัดกรดได้ โดยทำการอบอ่อนก่อนการกัด แล้วจึงนำไปชุบผิวแข็ง ซึ่งอาจทำด้วยกระบวนการคาร์บูไรซิ่ง หรือไนตรายดิ้ง นิยมเคลือบด้วยโครเมียมเพื่อเพิ่มความทนทานการกัดกร่อน
o เหล็กกล้าเครื่องมือสำหรับทำแม่พิมพ์พลาสติกที่ทนการกัดกร่อนสูง ทนต่อการกัดกร่อนสูงสามารถทำได้โดยการชุบผิวด้วยโครเมียม เหมาะกับงานที่มีความชื้นสูง ต้องการผิวงานที่สวยงาม ทนทานการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูง และคงรูปจากการอบชุบความร้อนได้ดี แข็งแรง และสามารถในการขัดผิวให้เรียบได้ดี

ตัวอย่างการใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือ

กลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือและสัญลักษณ์ตาม AISI
- Water-Hardening Tool Steels (W) = เหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งด้วยน้ำ
- Shock-Resisting Tool Steels (S) = เหล็กกล้าเครื่องมือทนแรงกระแทก
- Oil-Hardening Cold-Work Tool Steels (O) = เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นที่ชุบแข็งด้วยน้ำมัน
- Air-Hardening, Medium-Alloy Cold-Work Tool Steels (A) = เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นที่ชุบแข็งด้วยลม
- High-Carbon, High-Chromium Cold-Work Tool Steels (D) = เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นผสมโครเมี่ยมและคาร์บอนสูง
- Mold Steels (P) = เหล็กทำแม่พิมพ์
- Hot-Work Tool Steels, Chromium, Tungsten, And Molybdenum (H) = เหล็กกล้าเครื่องมืองานร้อน
- Tungsten High-Speed Tool Steels (T) = เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงผสม W
- Molybdenum High-Speed Tool Steels (M) = เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงผสม Mo

มาตรฐานเปรียบเทียบของเหล็กกล้าเครื่องมือ

กระบวนการ	คุณสมบัติที่ต้องการ	ชนิดเหล็กกล้าเครื่องมือที่เลือกใช้
หล่อแบบฉีด (Die Casting)	รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal Shock), ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง, การบิดเบี้ยวต่ำ, ความสามารถในการกลึงไสสูง, ความแน่นอนของขนาดภายหลังการชุบแข็ง	H13, P20
แม่พิมพ์สำหรับพลาสติกและยาง	ความต้านทานแรงอัด, ความแข็งที่ผิวสูง, ความแข็งแรงที่แกนสูง, ความสามารถในการกลึงไส, ความแน่นอนของขนาดภายหลังการชุบแข็ง, ความสามารถในการขัดผิวให้เรียบ, ความต้านทานการกัดกร่อนที่ผิว (เฉพาะกรณีที่ใช้งานในสภาวะที่มีกัดกร่อนสูง)	S1, O1, A2, D2, P6, P20, P21, H13
ทุบขึ้นรูปร้อน (Hot Forging)	ความเหนียว, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal Shock), ทนการสึกหรอ	H11, H12
อัดขึ้นรูปร้อน (Hot Extrusion)	ความเหนียว, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal Shock), ทนการสึกหรอ	H11, H12, H13
ทุบหัวเย็น (Cold Heading)	ความเหนียว, ความแข็ง, ทนการสึกหรอ, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง จากการแปรรูป , ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง	W1, W2, M1, M2, D2
หัวกดอัดขึ้นรูปเย็น(Cold Extrusion Punch)	ความแข็ง, ทนการสึกหรอ, ทนการเสียดสี, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง) , ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง จากการแปรรูป	A2, D2, M2, M4
แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปเย็น (Cold Extrusion Die)	ความเหนียว, ทนการสึกหรอ	O1, W1, A2, D2
ลูกรีดขึ้นเกลียว (Thread Rolling Die)	ความแข็ง, ทนการสึกหรอ, ความเหนียว, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง) , ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง)	A2, D2, M2
Shear Spinning	ความแข็ง, ทนการสึกหรอ, ความเหนียว, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง) , ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง (ถ้ามีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง)	A2, D2, M2
ตัดโลหะร้อน (Hot Shearing)	ความเหนียว, สามารถรักษาคมตัดได้ดี, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง, สามารถรับแรงกระแทกซ้ำๆ ได้, ทนการสึกหรอ, ต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal Shock)	H11, H12, H13
ตัดโลหะเย็น (Cold Shearing)	ความแข็ง, ความเหนียว, สามารถรักษาคมตัดได้ดี, สามารถรับแรงกระแทกซ้ำๆ ได้	D2, A2, S2, S5, S7
แม่พิมพ์ลากขึ้นรูป (Drawing)	ความแข็ง, ความเหนียว, ทนต่อการสึกหรอ	W1, O1, A2, D2
เครื่องมือเจาะหรือคว้าน (Boring Tools)	สามารถ รักษาความแข็งคมตัดได้ดีมาก, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ความแข็งสูง, ทนต่อการเสียดสี, ทนต่อการสึกหรอ	M2, T1, T4
สว่าน (Drills)	สามารถ รักษาความแข็งคมตัดได้ดีมาก, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ความแข็งสูง, ทนต่อการเสียดสี, ทนต่อการสึกหรอ	M2, T1
Milling Cutters	สามารถ รักษาความแข็งคมตัดได้ดีมาก, รักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง, ความแข็งสูง, ทนต่อการเสียดสี, ทนต่อการสึกหรอ	T1, T4