ข้อมูลเบื้องต้น
ใบมีดกลึงคาร์ไบด์ (Carbide Blade) ซึ่งทำหน้าที่ตัดเฉือนวัสดุที่เป็นโลหะ
ผ่านการขึ้นรูปจากโลหะผงของทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) ได้แตกหักระหว่างขั้นตอนการกลึงผิวของใบมีดเพื่อให้เกิดคมเฉือน
ส่วนของใบมีดดังกล่าวได้ถูกเชื่อมติดกับชุดเฟืองของใบตัดด้วยการบัดกรีแข็ง (Brazing)
กับทองเหลือง การแตกหักเกิดขึ้นบริเวณส่วนปลายของใบมีด (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 ชิ้นงานที่ใช้วิเคราะห์และทดสอบ
การตรวจสอบลักษณะทางกายภาพและผิวหน้าแตกหัก
จากการตรวจสอบด้วยตาเปล่า พบว่า
ใบมีดเกิดการแตกหักบริเวณส่วนปลายของใบมีด ซึ่งเป็นบริเวณที่เริ่มกลึงคมใบมีด
ทำให้เกิดการกะเทาะออกของชิ้นส่วน เมื่อตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก (รูปที่ 2)
ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง พบว่า รอยแตกมีจุดเริ่มต้น (ลูกศรสีเหลือง) จากผิวหน้าของใบมีดที่เชื่อมติดกับทองเหลือง
มีการขยายตัวของรอยแตกอย่างรวดเร็ว (Fast Fracture) ซึ่งแสดงให้เห็นด้วย
Radial Marks และจากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน
พบว่าเกิดการแตกหักตามรอยต่อระหว่างอนุภาคของผงโลหะดังแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 2 ผิวหน้าแตกหักของใบมีดกลึง
รูปที่ 3 ชิ้นงานแตกหักที่แสดงผิวหน้าชิ้นงานเกิดความเสียหาย
การตรวจสอบภาคตัดขวาง
จากการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน
พบว่าใบมีดตัดที่แตกหักผ่านการขึ้นรูปด้วยโลหะผง (Powder Metallurgy) ที่มีขนาดอนุภาคและขนาดของช่องว่าง ใหญ่กว่าที่ปรากฏในใบมีดที่ไม่เสียหาย
(รูปที่ 4-5)
รูปที่ 4 ภาคตัดขวางของชิ้นงานที่ไม่แตกหัก
รูปที่ 5 ภาคตัดขวางของชิ้นงานที่แตกหัก
การทดสอบความแข็ง
นำชิ้นงานใบมีดกลึงที่เสียหายและไม่เสียหาย
ไปทดสอบความแข็งตามมาตรฐาน ASTM E18 C2001 ด้วยน้ำหนักกดขนาด
60 กิโลกรัม ในหน่วยร็อคเวล สเกลเอ (HRA) ผลการทดสอบพบว่าชิ้นงานที่ไม่แตกหักมีความแข็งสูงกว่าชิ้นงานที่แตกหัก
การทดสอบการดัดโค้ง
(Bending
Test)
นำชิ้นงานใบมีดกลึงที่เสียหายและไม่เสียหาย
ไปทดสอบความต้านทานต่อการดัดโค้งแบบ 3 จุด (3 Points Bending
Test) เพื่อศึกษาสมบัติต่างๆ ได้แก่ ค่าความเค้น ณ จุดแตกหัก (Stress
at Rupture) และโมดูลัส (Modulus) ผลที่ได้จากการทดสอบแสดงในตารางที่
1
ตารางที่
1
ค่าความเค้น ณ จุดแตกหักและโมดูลัสที่ได้จากการทดสอบการดัดโค้ง
|
ชิ้นงานทดสอบ
|
ความเค้น ณ
จุดแตกหัก (MPa)
|
โมดูลัส
|
|
ใบมีดที่ไม่เสียหาย
|
1,958.5
|
477,095
|
|
ใบมีดที่เสียหาย
|
1,260.6
|
436,294
|
จากตารางจะเห็นได้ว่า
ใบมีดที่เสียหายมีความแข็งแรงของพันธะที่เกิดจากการยึดติดกันของอนุภาคโลหะมากกว่าใบมีดที่ไม่เสียหาย
ซึ่งสามารถอธิบายได้ว่า ใบมีดที่ผ่านการอัดขึ้นรูปด้วยอนุภาคของผงโลหะขนาดเล็ก
ย่อมมีพื้นที่สัมผัสกันของแต่ละอนุภาคหลังการอัดขึ้นรูป
และนำไปสู่การสร้างพันธะติดกันหลังการซินเทอริงได้ดีกว่าผงโลหะที่มีขนาดใหญ่
การทดสอบความหนาแน่นที่ปรากฏ
(Apparent
density)
เตรียมชิ้นงานโดยการตัดใบมีดกลึงที่เสียหายและไม่เสียหาย
ให้มีมิติ (Dimension) เท่ากัน
จากนั้นนำไปทดสอบความหนาแน่นที่ปรากฏ
โดยนำตัวอย่างไปชั่งน้ำหนักในบรรยากาศและชั่งน้ำหนักในน้ำที่อุณหภูมิ 24 องศาเซลเซียส ด้วยเครื่องชั่งที่มีความละเอียดที่ทศนิยม 3 ตำแหน่ง ค่าสัดส่วนระหว่างน้ำหนักที่ชั่งในอากาศและ น้ำคือค่าความแน่นที่ปรากฏของชิ้นงานแต่ละชิ้น
ผลที่ได้จากการทดสอบแสดงในตารางที่ 2
ตารางที่
2
ความหนาแน่นที่ปรากฏของชิ้นงานที่เสียหายและไม่เสียหาย
|
ตัวอย่าง
|
น้ำหนักในบรรยากาศ (g)
|
น้ำหนักในน้ำ (g)
|
ความหนาแน่น (g/cm3)
|
|
ใบมีดที่เสียหาย
|
5.893
|
0.414
|
14.27
|
|
ใบมีดที่ไม่เสียหาย
|
6.101
|
0.420
|
14.53
|
จากตารางจะเห็นได้ว่าใบมีดที่เสียหายมีความหนาแน่นที่ปรากฏ
(Apparent
density) ต่ำกว่าใบมีดที่ไม่เสียหาย ผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า
ใบมีดที่เสียหายมีช่องว่างหรือโพรงอากาศมากกว่า หรือมีเปอร์เซ็นต์การอัดแน่นต่ำกว่าใบมีดที่ไม่เสียหาย
วิจารณ์ผล
จากผลการวิเคราะห์ใบมีดกลึงที่แตกหักด้วยตาเปล่าพบว่าชิ้นงานเกิดการแตกหักบริเวณจุดเริ่มต้นในการกลึงคมใบมีด
และเมื่อตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก พบจุดเริ่มต้นรอยแตกบริเวณรอยเชื่อมต่อระหว่างใบมีดกลึงกับแผ่นทองเหลือง
ซึ่งยึดติดกับชุดใบตัด (Cutting
Body) มีการขยายตัวของรอยแตกอย่างรวดเร็ว ซึ่งบ่งชี้ให้เห็นว่าชิ้นงานอาจเกิดการแตกหักจากแรงภายนอกที่มากระทำในปริมาณสูง
หรือเกิดจากคุณภาพของชิ้นงานไม่ได้มาตรฐาน อย่างไรก็ตามจากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหักที่กำลังขยายสูง
แสดงให้เห็นว่าอนุภาคของผงโลหะมีการยึดติดกันเป็นพันธะที่ไม่สมบูรณ์ (Poor Bonding)
โดยสังเกตได้จากรอยแตกที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคของผงโลหะ คือแตกระหว่างผิวหน้าสัมผัสของอนุภาคผงโลหะ
ซึ่งอาจจะเกิดจากขั้นตอนการอัดขึ้นรูป (Compaction)
ที่ใช้แรงในการอัดไม่เพียงพอ
ทำให้อนุภาคภาคของผงโลหะเกาะกันในลักษณะที่หลวม ไม่แน่น
และขั้นตอนการเผาเพื่อให้เกิดการยึดติดกันของอนุภาคโลหะผงหรือซินเทอริง (Sintering)
ไม่ได้คุณภาพ กล่าวคือ อุณหภูมิและเวลาอาจไม่เพียงพอ เป็นต้น
ผลการตรวจสอบภาคตัดขวางของใบมีดที่เสียหายและไม่เสียหาย
ชี้ให้เห็นว่า ชิ้นงานผ่านการอัดขึ้นรูปด้วยขนาดอนุภาค (Particle
Size) ที่ต่างกัน
คือใบมีดกลึงที่เสียหายมีขนาดอนุภาคและช่องว่างใหญ่กว่า
ผลดังกล่าวมีความสอดคล้องกับผลการทดสอบความแข็ง
คือใบมีดกลึงที่เสียหายมีความแข็งต่ำกว่าใบมีดกลึงที่ไม่เสียหาย
ส่วนการทดสอบการดัดโค้ง ชี้ให้เห็นว่า
ชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยขนาดอนุภาคของโลหะผงที่มีขนาดเล็กกว่า
มีพื้นที่ในการสร้างพันธะและความแข็งแรงของพันธะ (Bonding Strength) ที่เกิดขึ้นโดยรวมมากกว่า
จึงมีความต้านทานต่อการแตกหักและโมดูลัสมากกว่าชิ้นงานที่ขึ้นรูปจากโลหะผงที่มีขนาดของอนุภาคใหญ่กว่า
นอกจากนั้นผลการทดสอบต่างๆ ที่กล่าวมายังสอดคล้องกับผลการทดสอบความหนาแน่นที่ปรากฏ
ดังนั้นการแตกหักของใบมีดกลึงดังกล่าวน่าจะเกิดจากปัจจัยทางด้านคุณภาพของวัสดุมากกว่าปัจจัยด้านแรงที่มากระทำ
เพราะเงื่อนไข (condition) และวิธีการในการกลึงคมใบมีดมีลักษณะเหมือนเดิม
สรุปผล
จากการตรวจสอบและวิเคราะห์ผลด้วยวิธีต่างๆ
ได้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกัน
ดังนั้นจึงสามารถสรุปความน่าจะเป็นของการแตกหักของใบมีดกลึงได้ว่า
น่าจะเกิดจากคุณภาพในการขึ้นรูปใบมีดกลึงจากโลหะผงไม่ได้คุณภาพ (ทั้งกระบวนการ compacting และ sintering) ทำให้มีความสามารถต่อการรับแรงได้ต่ำ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น