กรณีตัวอย่าง: การแตกหักของก้านทองเหลือง (broken of brass fasterner)

บ่อยครั้งเราจะพบว่าชิ้นส่วนที่ผ่านการหล่อมักเกิดการแตกหักได้ง่าย เนื่องมาจากจุดบกพร่องที่เกิดจากการขึ้นรูป เช่น ฟองอากาศ โพรงหดตัว หรือการแยกตัวตกตะกอนของธาตุโลหะผสม เป็นต้น สำหรับกรณีตัวอย่างที่ผมจะนำเสนอนี้ก็เช่นเดียวกัน เป็นกรณีของก้านทองเหลือง ซึ่งเป็นชิ้นส่วนข้อต่อสวมเร็วสำหรับดับเพลิง โดยชิ้นส่วนดังกล่าวผลิตจากโลหะทองเหลืองหล่อขึ้นรูปจากการหล่อด้วยแบบทราย(Sand Mold Casting) ภายหลังการประกอบและทดสอบการใช้งานพบการแตกหักของชิ้นส่วนดังแสดงในรูปที่1

รูปที่ 1 ก้านทองเหลืองที่แตกหัก

เป็นที่ทราบกันดีว่า ชิ้นส่วนที่เสียหายด้วยกลไกการแตกหัก หัวข้อการทดสอบอย่างหนึ่งที่เราต้องดำเนินการ คือ การวิเคราะห์หน้าแตกหัก (Fracture surface analysis) เมื่อนำผิวหน้าแตกหักของก้านทองเหลืองไปตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน พบจุดบกพร่องจากการขึ้นรูปดังแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งน่าจะเป็นโพรงที่เกิดจากการหดตัว (Shrinkage porosity) ในระหว่างขั้นตอน solidification นอกจากนั้นยังพบอนุภาคของเม็ดทราย มีลักษณะเป็นก้อนผลึกกระจายตัวอยู่ทั่วไปบนผิวหน้าชิ้นงาน

จุกพร่องบนผิวหน้าแตกหัก

ภาพขยายบริเวณจุดบกพร่อง

รูปที่ 2 ภาพถ่าย SEM แสดงลักษณะโพรงหดตัวจากการหล่อทองเหลืองบนผิวหน้าแตกหัก

เพื่อตรวจสอบและยืนยันว่าจุดบกพร่องดังกล่าวนำมาสู่ปัญหาการแตกหัก จึงได้มีการตรวจสอบเพิ่มเติมโดยการตรวจสอบภาคตัดขวางผ่านผิวหน้าแตกหัก จากการตรวจสอบพบโพรงอากาศขนาดใหญ่อยู่บริเวณผิวรอบนอกนอกของก้านทองเหลืองดังแสดงในรูปที่3

จุดบกพร่องที่ผิวด้านนอกของก้าน

ลักษณะของจุดบกพร่องที่กำลังขยายสูงที่ผิวด้านนอก

จุดบกพร่องที่พบภายในเนื้อวัสดุ

รูปที่ 3 ลักษณะจุดบกพร่องที่ตรวจพบใกล้บริเวณผิวหน้าแตกหัก

ดังนั้นจากความเสียหายที่เกิดขึ้นน่าจะเกิดจากการที่ภายในชิ้นงานมีจุดบกพร่องประเภทโพรงอากาศแทรกตัวอยู่ใกล้จุดเริ่มต้นการแตกหักและภายในเนื้อโลหะ ทำให้บริเวณดังกล่าวเป็นจุดรวมความเค้น (Stress concentrator) เมื่อได้รับความเค้นจากแรงดึงจากการขันก้านทำให้ชิ้นงานไม่สามารถคงรูปอยู่ได้จึงแตกหักออกจากกัน