การปรับปรุงสมบัติเชิงกลของใบมีดพรวนดินโดยใช้การบำบัดด้วยความร้อน

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาสมบัติเชิงกลและศึกษาความสัมพันธ์ของโครงสร้างจุลภาคต่อสมบัติเชิงกลของใบมีดพรวนดินที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนแบบวัฏจักรโดยได้ทำการปรับปรุงความแข็งของใบมีดพรวนดินด้วยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคด้วยการบำบัดด้วยความร้อน ตลอดจนศึกษาการความต้านทานการสึกกร่อนของใบมีดพรวนดินก่อนและหลังการบำบัดด้วยความร้อน ทั้งนี้เพื่อที่จะสามารถประยุกต์ความรู้สำหรับการออกแบบกระบวนการทางโลหะวิทยาเพื่อให้ได้โลหะที่มีสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งาน โดยงานนี้แบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ การศึกษาส่วนประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาคของใบมีดพรวนดินก่อนการบำบัดด้วยความร้อนแบบวัฏจักร การศึกษาผลของการบำบัดด้วยความร้อนแบบวัฏจักรและแบบอุณหภูมิคงที่ต่อโครงสร้างจุลภาคของใบมีดพรวนดิน และการศึกษาสมบัติเชิงกลของใบมีดพรวนดินก่อนและหลังการบำบัดด้วยความร้อน การวิเคราะห์ธาตุองค์ประกอบของใบมีดพรวนดินก่อนการบำบัดด้วยความร้อนพบปริมาณคาร์บอน 0.581 ร้อยละโดยน้ำหนัก ซึ่งเป็นเหล็กกล้าไฮโปยูเทคตอยด์ การศึกษาโครงสร้างจุลภาคด้วยเทคนิคจุลทรรศนศาสตร์แสง และจุลทรรศนศาสตร์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ พบโครงสร้างเบนไนต์ที่เกิดที่อุณหภูมิสูง การศึกษาผลของการบำบัดด้วยความร้อนแบบวัฏจักรต่อโครงสร้างจุลภาคของใบมีดพรวนดินด้วยอุณหภูมิ 950 องศาเซลเซียส จำนวน 5 วัฏจักร โดยแต่ละวัฏจักรใช้เวลา 5 นาทีและทำให้เย็นตัวในอากาศที่มีลมพัดผ่าน พบโครงสร้างเบนไนต์ที่มีขอบเขตค่อนข้างกลมและพบวัฏภาคของเฟอร์ไรต์อยู่ตำแหน่งขอบเกรนของโครงสร้างเบนไนต์ โดยปริมาณของเบนไนต์มีแนวโน้มลดลงส่วนปริมาณของเฟอร์ไรต์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามจำนวนวัฏจักร สำหรับผลของการบำบัดด้วยความร้อนแบบอุณหภูมิคงที่ ด้วยอุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส โดยใช้เวลาที่แตกต่างกัน ได้แก่ 5 10 15 และ 60 นาทีและทำให้เย็นตัวในน้ำมันซิลิโคน พบโครงสร้างเบนไนต์และมาร์เทนไซต์ เมื่อเวลาเพิ่มขึ้นโครงสร้างมาร์เทนไซต์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นและพบโครงสร้างเบนไนต์มีแนวโน้มลดลง และที่เวลาเป็น 60 นาที พบการสลายตัวของโครงสร้างเบนไนต์ และเกิดการตกผลึกของวัฏภาคคาร์ไบด์อยู่ด้านในของเบนไนต์เกรน การศึกษาสมบัติเชิงกลของใบมีดพรวนดินก่อนและหลังการบำบัดด้วยความร้อนแบบวัฏจักร พบค่าความแข็งและความต้านทานการสึกกกร่อนมีค่าต่ำกว่าใบมีดพรวนดินก่อนการบำบัดด้วยความร้อน และมีแนวโน้มลดลงเมื่อจำนวนรอบของการบำบัดด้วยความร้อนเพิ่มขึ้น ซึ่งแสดงถึงการมีความความยืดหยุ่นดีขึ้น ดังนั้นจึงปรับปรุงกระบวนการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อปรับปรุงค่าความแข็ง โดยทำการบำบัดด้วยความร้อนในสภาวะอุณหภูมิคงที่โดยใช้การเปลี่ยนแปลงเวลา พบค่าความแข็งของใบมีดพรวนดินที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนมีแนวโน้มสูงขึ้นตามเวลาที่ใช้ตั้งแต่ 5 ถึง 15 นาที จากนั้นมีค่าลดลงเมื่อใช้เวลา 60 นาที สำหรับค่าความต้านทานการสึกกร่อนของตัวอย่างที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน 5 นาทีมีค่าเพิ่มขึ้นจากชิ้นงานที่ผ่านการทำออสเตนไนต์ และมีแนวโน้มลดลงเมื่อใช้เวลาในการบำบัดด้วยความร้อนเพิ่มขึ้น

The aims of this research are to improve mechanical property and study the relationship of the microstructure and the mechanical properties of the cyclic heat-treated rotary blades. Moreover, the hardness of the rotary blade by microstructure change using heat treatment was improved. Wear resistance of the new and the heat-treated rotary blades was studied, which lead to be applied to the metallurgical process for optimising the properties. This work combined with three parts. The first part was the study of the chemical composition and microstructure of the new rotary blades. The second part was the study the effect of cyclic heat treatment and isothermal heat treatment on microstructure of the heat-treated rotary blades, and the third part was the study the mechanical properties of the new and the heat-treated rotary blades. The blade was chemical analysed by spark atomic emission spectrometry, the results have shown that the steel contains 0.581 %wt of carbon, which was the hypoeutectoid steel. The microstructure was investigated using light microscopy, scanning electron microscopy. The crystal structure was studies using X-ray diffractometry technique. The microstructure of the new rotary blade presented upper bainite structure. The study of the effect of cyclic heat treatment on the microstructure of the rotary blade was heat treated at 950 ?C for 5 minutes for 5 cycles followed using air flow cooling. The microstructure shown the round-like shape of bainite structure and ferrite phase situated at the bainite grain boundaries. The content of bainite trend to reduce, but that of ferrite was opposite with the number of the heat treatment cycles. In the case of isothermal heat treatment, the rotary blade was heat treated at 700 ?C for 5, 10, 15, and 60 minutes followed by silicone oil quenching. The microstructure of the heat-treated rotary blade presented bainite and martensite structures. The content of martensite trend to increase, but that of bainite trend to reduce with the increasing of holding time. Moreover, the bainite structure was decomposed and formed the carbide precipitate inside the bainite grain. The study of the mechanical properties of the new and the cyclic heat-treated rotary blades, hardness and wear resistance of the heat treated samples were lower than that of the new one, and trend to reduce with increasing the cyclic number, that mean the toughness and ductility of the rotary blade were increased. Therefore, the heat treatment process was improved to the hardness improvement. The isothermal heat treatment process with the holding time varying was study. The hardness was increased with the holding time increasing from 5 to 15 minutes, but it was reduced by using the 60 minutes of the holding time. Wear resistance of the heat-treated rotary blade for 5 minutes was higher that of the austenitised sample, and trend to reduce with the holding time.