การหาคุณลักษณะของเหล็กกล้าเครื่องมือ H13 ที่ทำไนตรายดิงแบบพลาสมา

Abstract

เหล็กกล้าเครื่องมือ AISI H13 เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแต่อย่างไรก็ตามเหล็กกล้าชนิดนี้ยังจำเป็นต้องทำกระบวนการเพิ่มความแข็งผิว เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเหล็กกล้าชนิดนี้ ดังนั้น ในการศึกษาครั้งนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อหาคุณลักษณะของเหล็กกล้าเครื่องมือ H13 ที่ทำไนตรายดิงแบบพลาสมา โดยชิ้นงานทดลองถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือ H13 ปกติ และกลุ่มของเหล็กกล้าเครื่องมือ H13 ที่มีการสูญเสียคาร์บอนก่อนทำไนตรายดิงแบบพลาสมา ชิ้นงานทั้งสองกลุ่มถูกทำไนตรายดิงแบบพลาสมาที่อุณหภูมิ 773 และ 823 K เป็นเวลา 10 และ 20 ชั่วโมง ดังนั้นในแต่ละกลุ่มจึงมีชิ้นงานกลุ่มละ 4 ชิ้นงาน ทำการหาคุณลักษณะของชิ้นงานทั้งหมดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แสง เครื่อง XRD แบบ GAXD มุม 1 และ 5 องศา และแบบ [theta] = 2[theta], EDS, EPMA และทดสอบความแข็งด้วยเครื่องทดสอบความแข็งแบบไมโครวิกเกอร์จากการตรวจสอบพบว่าเวลาและอุณหภูมิมีผลต่อการเพิ่มขึ้นของความหนาของชั้นไนตรายด์ที่เกิดขึ้น คือ เมื่อเวลา หรืออุณหภูมิอย่างใดอย่างหนึ่งเพิ่มขึ้น ต่างทำให้ชั้นไนตรายด์หนาขึ้น โครงสร้างจุลภาคของชั้นไนตรายด์ของชิ้นงานปกติประกอบด้วยเฟส Fe[subscript 4]N, Fe[subscript 3]N และ CrN ทั่วทั้งชั้น ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างจุลภาคของชั้นไนตรายด์ของชิ้นงานที่มีการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวที่สามารถแบ่งได้เป็นสองบริเวณคือ บริเวณใกล้กับผิวโครงสร้างจุลภาคเป็นสีขาว ประกอบด้วยเฟส Fe[subscript 4]N, Fe[subscript 3]N และบริเวณต่อมาเป็นบริเวณที่มีสีเทาดำ ประกอบด้วยเฟส Fe[subscript 4]N, Fe[subscript 3]N และ CrN บริเวณที่พบ CrN เป็นบริเวณที่มีโครเมียมคาร์ไบด์อยู่ก่อนการทำไนตรายดิงแบบพลาสมาจึงเป็นไปได้ว่า CrN เกิดจากการที่อะตอมไนโตรเจนเข้าไปแทนที่อะตอมคาร์บอนในโครเมียมคาร์ไบด์ นอกจากนี้ชั้นไนตรายด์ที่ได้สามารถเพิ่มความแข็งผิวแก่ชิ้นงานได้ โดยทั้งเวลา อุณหภูมิ และการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวต่างมีผลต่อค่าความแข็งของชั้นไนตรายด์ทั้งสิ้น นั่นคือ เมื่อเวลา หรืออุณหภูมิ อย่างใดอย่างหนึ่งเพิ่มขึ้น ความแข็งชั้นไนตรายด์จะลดลง และชิ้นงานที่มีการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวทำไนตรายดิงแบบพลาสมาที่ 773K จะให้ค่าความแข็งผิวของชั้นไนตรายด์ต่ำกว่าในชิ้นงานปกติ แต่ชิ้นงานที่มีการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวทำไนตรายดิงแบบพลาสมาที่ 823K จะให้ค่าความแข็งผิวของชั้นไนตรายด์สูงกว่าในชิ้นงานปกติ