การเตรียมตัวอย่างสำหรับการตรวจสอบทางโลหะวิทยา (Metallographic Specimen Preparation)

เนื่องจากนักตรวจสอบทางโลหะวิทยาอาจไม่สามารถทำนายล่วงหน้าได้ว่าโครงสร้างจุลภาคที่ได้จากการตรวจสอบจะมีลักษณะเป็นอย่างไร ดังนั้นการเตรียมตัวอย่างสำหรับการตรวจสอบจึงต้องสมบูรณ์ที่สุด มิฉะนั้นแล้วข้อมูลที่สำคัญต่างๆ อาจหลุดหายไปง่ายๆ ความจริงพื้นฐานเหล่านี้ถูกพิสูจน์มายาวนานแล้ว แต่ก็ยังมีคนฝ่าฝืน ดังนั้น ขั้นตอนในการเตรียมตัวอย่างและตัวอย่างที่เตรียมเสร็จแล้วต้องมีลักษณะดังต่อไปนี้


• ต้องไม่มีการเสียรูปจากการตัด ขัดหยาบและขัดละเอียด หรือมีความลึกที่สามารถกำจัดได้โดยสารละลายกัดผิวหน้า (Etchant)

• ต้องไม่มีรอยขีดข่วนจากการขัดหยาบ หรือแม้แต่รอยขีดข่วนขนาดเล็กจากการขัดละเอียดไม่ควรปรากฏในการตรวจสอบชิ้นส่วนที่เสียหาย

• ควรหลีกเลี่ยงชิ้นส่วนที่เหลือค้างจากการตัดเฉือนหรือจากการขัดรุนแรงเกินไป รูเข็ม รอยแตกร้าวจากอนุภาคแข็ง รอยเสียดสีและจุดบกพร่องต่างๆที่เกิดจากการเตรียมชิ้นงาน

• ควรลดความแตกต่างที่เกิดจากความสูงต่ำของผิวหน้าหรือมีความแข็งต่างกัน เนื่องจากบริเวณที่ถ่ายภาพอาจไม่มีความคมชัดเมื่อถ่ายภาพที่กำลังขยายสูง การวิเคราะห์จากภาพอาจมีความคลาดเคลื่อน และเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ในการตรวจสอบส่วนผสมทางเคมีด้วย wavelength-dispersive

• ผิวหน้าต้องราบเรียบรวมทั้งบริเวณขอบด้วย (ถ้าจำเป็นต้องตรวจสอบ) การรักษาสภาพบริเวณขอบถือว่าเป็นสิ่งที่สำคัญในการวิเคราะห์ความเสียหาย เนื่องจากความเสียหายโดยส่วนใหญ่มักเกิดที่ผิวด้านนอกของชิ้นส่วน

• การชุบหรือการเคลือบผิวหน้าต้องทำให้ผิวราบเรียบถ้าต้องตรวจสอบ วิเคราะห์ วัดค่าหรือถ่ายภาพบริเวณดังกล่าว

• สารละลายที่ใช้กัดผิวหน้าควรเลือกประเภทที่ปรากฏให้เห็นโครงสร้างจุลภาคทั้งหมดก่อน หลังจากนั้นค่อยให้สารละลายที่ศึกษาเฉพาะโครงสร้างหรือเฟสนั้นๆ หรืออย่างน้อยที่สุดต้องสามารถเห็นความแตกต่างของโครงสร้างหรือเฟส 2-3 ชนิดได้อย่างชัดเจน เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดโครงสร้างทางจุลภาคหรือปรากฏให้เฟสที่ไม่พึงประสงค์ได้ดียิ่งขึ้น

ถ้าการเตรียมชิ้นส่วนมีลักษณะเฉพาะเหล่านี้ครบถ้วนแล้ว การตรวจสอบจะแสดงให้เห็นถึงโครงสร้างที่แท้จริงและสามารถนำไปแปรผล วัดค่า วิเคราะห์ผลและบันทึกได้ วิธีการในการเตรียมชิ้นงานควรเป็นอย่างง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้ มีความสอดคล้องกัน ได้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูงในระยะเวลาที่สั้นที่สุดและค่าใช้จ่ายต่ำสุด และจะต้องนำมาตรวจสอบซ้ำได้

โดยทั่วไปแล้วการเตรียมชิ้นส่วนเพื่อตรวจสอบทางโลหะวิทยามีขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง 5 ขั้นตอน (ดูรูปด้านล่างประกอบ) คือ การตัดชิ้นงาน (Sectioning) การขึ้นเรือน (Mounting) การขัดหยาบ (Grinding) การขัดละเอียด (Polishing) และการกัดกรด (Etching) โดยขั้นตอนการขึ้นเรือนเย็นและกัดกรดอาจหลีกเลี่ยงได้ในบางกรณี ซึ่งรายละเอียดของแต่ละขั้นตอนจะได้กล่าวในลำดับถัดไป

วัตถุประสงค์ของการตรวจสอบโดยไม่ทำลาย

(1) เพื่อเพิ่มความเชื่อมั่นของผลิตภัณฑ์


อุปกรณ์และโครงสร้างต่างๆ นั้น จะต้องมีความปลอดภัยในขณะที่ใช้งาน ถ้าไม่มีรอย บกพร่องอยู่เลยก็จะมีความแข็งแรงทางกลเท่าเทียมกับวัสดุที่ไม่มีรอยบกพร่อง ซึ่งตามความเป็นจริงแล้วการที่จะให้มีวัสดุที่ไม่มีรอยบกพร่องเลยย่อมเป็นไปไม่ได้ ทำนองเดียวกันวิธีการผลิตที่จะไม่ก่อให้เกิดรอยบกพร่องเลยก็เป็นไปไม่ได้

ดังนั้น ที่ตัวชิ้นส่วนหรือบริเวณรอยเชื่อมนั้นมีรอยบกพร่องอยู่เท่าใดจะประเมินได้โดย การตรวจสอบอุปกรณ์หรือโครงสร้างจริงที่จะใช้งาน แล้วตัดสินว่ารอยบกพร่องที่มีนั้นมีความปลอดภัยเพียงพอ สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ในการใช้งานหรือไม่ ข้อมูลที่จะใช้ในการตัดสินใจดังกล่าวจะได้จากการทดสอบโดยไม่ทำลายนั่นเอง

โดยการใช้วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายอย่างเหมาะสม จะสามารถตรวจสอบให้แน่ใจ ถึงความปลอดภัยและเพิ่มความเชื่อมั่นขึ้นได้ ซึ่งก็เป็นวัตถุประสงค์ที่สำคัญประการหนึ่ง ของการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย

(2) เพื่อการปรับปรุงเทคนิคการผลิต

ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบจุดบกพร่องของชิ้นส่วนโลหะที่ผ่านการขึ้นรูปแบบหล่อ เช่น ล้อแมก ที่มักเกิดโพรงอากาศในบริเวณที่บางและมีโอกาสเกิดการไหลของน้ำโลหะแบบปั่นป่วน (Turbulent Flow) โดยการฉายภาพด้วยรังสี ซึ่งสามารถบอกตำแหน่งที่เกิดและลักษณะรูปร่างของจุดบกพร่องได้ เพื่อนำไปสู่การปรับปรุงกระบวนการผลิต และเพื่อกำหนดวิธีการเชื่อมที่เหมาะสม จะทำการวางแผนการเชื่อมต่างๆ แล้ว สร้างแผ่นทดสอบโดยเชื่อมตามแผนที่วางไว้ จากนั้นก็ทำการทดสอบโดยไม่ทำลายโดยวิธีการต่างๆ เริ่มตั้งแต่การทดสอบด้วยรังสีจากผลการทดสอบก็จะนำมาแก้ไขปรับปรุงวิธีการเชื่อม แล้วตัดสินใจเลือกวิธีการเชื่อมที่จะได้รอยเชื่อมที่มีคุณภาพตามต้องการ ซึ่งวิธีการทดสอบโดยไม่ทำลายก็มีส่วนช่วยในการปรับปรุงเทคนิคในการเชื่อมได้

ปัจจุบันนี้ การทดสอบแบบไม่ทำลายได้มีส่วนช่วยในการปรับปรุงเทคนิคการผลิตต่างๆ เป็นอย่างมากเริ่มจากเทคนิคในการเชื่อมเป็นประการแรก ต่อไปในอนาคตการทดสอบโดยไม่ทำลายก็จะยิ่งมีบทบาทสำคัญ โดยขาดเสียมิได้ในการช่วยพัฒนาปรับปรุงเทคนิคการผลิตต่างๆ มากยิ่งขึ้น

(3) เพื่อลดต้นทุนการผลิต

ในการทำการทดสอบแบบไม่ทำลายนั้น จะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการทดสอบขึ้น และอาจคิดว่าค่าใช้จ่ายในการผลิตจะเพิ่มขึ้น แต่ถ้าทำการทดสอบโดยไม่ทำลายในระหว่างกระบวนการผลิตอย่างเคร่งครัด จะทำให้ไม่มีการส่งผ่านผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเสียไปยังกระบวนการต่อไปโดยไม่รู้ล่วงหน้า ลดการสูญเสียในขั้นตอนต่อๆ ไปได้ซึ่งทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตโดยรวมลงไป

อุปมาเหมือนกับการเจ็บไข้ได้ป่วย ถ้ารู้อาการล่วงหน้าได้ยิ่งเร็วเท่าใด ก็สามารถรักษาให้หายได้เร็วขึ้นเท่านั้น ทำนองเดียวกันถ้าได้ประยุกต์การทดสอบโดยไม่ทำลายตั้งแต่ขั้นต้นๆ ของกระบวนการผลิต ประหยัดกระบวนการและค่าใช้จ่ายโดยรวมไปได้ ซึ่งเท่ากับเป็นการลดต้นทุนการผลิตลง

รอยแตกปฐมภูมิและทุติยภูมิ (primary and secondary crack)

หลายท่านเมื่อเจอการแตกหักของวัสดุอาจไม่สามารถแยกแยะได้ว่า รอยแตกอันไหนเป็นรอยแตกปฐมภูมิ (primary crack) และรอยแตกอันไหนเป็นรอยแตกทุติยภูมิ (secondary crack) ดังนั้น ผมจึงนำภาพจำลองมาให้ดู หวังว่าท่านผู้อ่านคงสามารถจำแนกได้แล้วนะครับ....ทีนี้

ประวัติความเป็นมาของศาสตร์แห่งการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก (The history of fractography)

มนุษย์ตั้งแต่ยุคหิน (Stone Age) ได้มีการนำความรู้เรื่องการแตกหักมาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน


นักโบราณคดีได้ค้นพบ อุปกรณ์เครื่องใช้ อาวุธยุทธภัณฑ์ และเครื่องมือที่ขึ้นรูปจากหิน โดยการควบคุมการแตกหักให้เป็นไปตามทิศทางที่ต้องการ ชี้ให้เห็นว่ามนุษย์รู้จักการเลือกหินโดยพิจารณาจากพฤติกรรมการแตกหัก

ในปี 1722 ได้มีการประยุกต์ใช้ลักษณะทางมหภาคของผิวหน้าแตกหักมาใช้ในการกำหนดคุณภาพของวัสดุโลหะ (metallic materials) ซึ่งศึกษาโดย Reaumur

ประมาณปี 1943 ได้มีการตรวจสอบที่กำลังขยายสูงด้วย OM กำลังขยายไม่เกิน 1,000 เท่า

จนกระทั่งได้มีการตรวจสอบกำลังขยายสูงด้วย scanning electron microscope (SEM)

การบัญญัติศัพท์ของคำว่า fractography ก็คล้ายกับการเริ่มใช้คำว่า metallography นั่นคือ คำว่า fracto มาจากภาษาลาติน คือ fractus หมายถึง การแตกหัก และคำว่า graphy มาจากภาษากรีก คือ grapho หมายถึง การอธิบายหรือพรรณนา

Fractography หมายถึง การอธิบายผลที่ได้จากการตรวจสอบผิวหน้าแตกหักของวัสดุจากภาพถ่าย

ได้มีการบัญญัติในปี 1944 โดย Carl A. Zapffe หลังจากเขาค้นพบวิธีในการหาตำแหน่งที่เหมาะสมของเลนส์กล้องจุลทรรศน์ เพื่อให้มีระยะใกล้กับวัตถุเพียงพอ จนสามารถมองเห็นผิวหน้าแตกได้อย่างชัดเจน

ความสำคัญของการตรวจสอบโดยไม่ทำลาย

ในการออกแบบชิ้นงานทางด้านวิศวกรรม นอกจากต้องออกแบบองค์ประกอบของการทำงานของชิ้นงานนั้นแล้ว ยังต้องออกแบบให้มีความแข็งแรงและอายุการใช้งานเหมาะสมตามความต้องการของการใช้งานชิ้นงานนั้น การเสียหายของชิ้นงานก่อนเวลาอันสมควรไม่ควรเกิดขึ้นจากการใช้งานตามปกติ แต่ในกรณีที่ชิ้นงานนั้นมีความไม่ต่อเนื่องเกิดขึ้น ความไม่ต่อเนื่องนี้ทำให้ความแข็งแรงของชิ้นงานต่ำกว่าที่ได้ออกแบบไว้ ซึ่งก็มีวิธีการแก้ไขโดยการใช้ตัวประกอบความปลอดภัย (Safety Factor) ที่สูงขึ้น เพื่อชดเชยไว้หากเกิดความไม่ต่อเนื่องดังกล่าว วิธีการนี้มีข้อเสียคือชิ้นงานต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นจึงสิ้นเปลืองวัสดุและทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้นตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้การตรวจสอบโดยไม่ทำลายจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญ ในการค้นหาความไม่ต่อเนื่องก่อนการนำไปใช้งาน ดังนั้นจึงสามารถลดตัวประกอบความปลอดภัยในส่วนเผื่อของการเกิดความไม่ต่อเนื่องลงได้

เทคนิคทางโลหะวิทยาในงานวิเคราะห์ความเสียหาย ตอนที่ 1 (Metallographic Technique in Failure Analysis)

การตรวจสอบทางโลหะวิทยา (Metallographic Examination) เป็นขั้นตอนหนึ่งที่สำคัญมากที่นักโลหะวิทยานิยมใช้ในงานวิเคราะห์ความเสียหาย จากประสบการณ์ของผู้เขียนแล้วการตรวจสอบทาโลหะวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งขั้นตอนการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคมักถูกนำมาใช้งานในการวิเคราะห์ความเสียหายเกือบทุกกรณี แม้ว่าได้มีการพัฒนาเครื่องมือชนิดอิเล็กตรอนเพื่อตรวจสอบทางโลหะวิทยาที่มีศักยภาพสูง เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน แต่ก็ไม่ลดความสำคัญของกล้องจุลทรรศน์แบบแสง โดยพื้นฐานแล้ว กล้องจุลทรรศน์แบบแสงจะใช้ในการตรวจสอบลักษณะของโครงสร้างจุลภาคและสิ่งที่ส่งผลกระทบต่อกลไกของการเสียหาย จุดประสงค์ของการประยุกต์ใช้กล้องจุลทรรศน์แบบแสงสามารถจำแนกได้ 2 แนวทาง คือ

1) อาจใช้ในการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและทิศทางการแตกร้าว (ในกรณีของการเสียหายที่เกิดการแตกหัก) และ/หรือศึกษาลักษณะของการเสียหายจากการกัดกร่อนหรือการสึกหรอ และ

2) ใช้ในการตรวจสอบว่าสภาวะที่นำไปสู่การเกิดโครงสร้างจุลภาคที่ไม่เหมาะสมเกิดจากเงื่อนไขการผลิตหรือสภาวะการใช้งานที่ส่งเสริมให้เกิดความเสียหาย เช่น ความผิดปกติจากคุณภาพของวัสดุ การประกอบติดตั้ง กระบวนการทางความร้อน และสภาวะการใช้งาน


การดำเนินการวิเคราะห์ความเสียหายของวัสดุ กิจกรรมทั่วไปสำหรับนักโลหะวิทยาหลายๆ คนต้องการการวางแผนอย่างรอบคอบในแต่ละขั้นตอนเพื่อหาสาเหตุของการเสียหาย การใช้งานกล้องจุลทรรศน์แบบแสงอย่างถูกต้องเหมาะสมเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์ความเสียหาย การตรวจสอบทางโลหะวิทยามักดำเนินการหลังจากขั้นตอนการทดสอบแบบไม่ทำลายและการตรวจสอบทางมหภาค หลังจากนั้นจึงทำการตรวจสอบด้วยเทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

การตรวจสอบชิ้นส่วนที่เสียหายควรเริ่มต้นด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบแสงชนิดสเตอริโอ สำหรับการตรวจสอบในภาคสนามก็สามารถเลือกแว่นขยายแบบพกพาได้ ซึ่งนิยมใช้กันอย่างกว้างขวาง ในกรณีที่กล้องจุลทรรศน์แบบแสงมีข้อจำกัดในการศึกษาผิวหน้าแตกหักโดยตรง เราสามารถทำการทดสอบทางอ้อมได้โดยการตรวจสอบรูปร่างของรอยแตก (Fracture Profile) และรอยแตกร้าวทุติยภูมิ (Secondary Cracking)

รายละเอียดของการตรวจสอบผิวหน้าแตกหักที่ให้ผลที่ดีที่สุด คือ การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) หรือการศึกษาจากตัวอย่างแผ่นบางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่องผ่าน (TEM) อย่างไรก็ตาม แม้ไม่ได้ทำการตรวจสอบด้วย SEM หรือ TEM ก็ไม่ได้เป็นอุปสรรคต่อการวิเคราะห์ความเสียหายเท่าใดนัก เนื่องจากงานดังกล่าวได้ดำเนินมาก่อนที่จะมีการพัฒนาเครื่องมือทั้งสองขึ้นมา ในหลายๆ กรณีศึกษาพบว่าไม่มีความจำเป็นต้องใช้เครื่องมือทั้งสอง แต่ในบางกรณีจำเป็นต้องใช้อย่างยิ่ง โดยเฉพาะในกรณีที่ต้องการผลการตรวจสอบที่แม่นยำ ยกตัวอย่างเช่น การตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก บางครั้งไม่สามารถตรวจสอบ Beach Mark ซึ่งเป็นลักษณะทางมหภาคของการแตกแบบล้า (Fatigue Fracture) ด้วยตาเปล่าหรือกล้องจุลทรรศน์แบบแสงได้ แต่เมื่อตรวจสอบผิวหน้าแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนอาจตรวจพบแนวการขยายตัวรอยร้าวล้าแบบจุลภาค (Striation) ได้ เป็นต้น

กล้องจุลทรรศน์แบบแสงถือว่าเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในงานวิเคราะห์ความเสียหาย สำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM และ TEM) จะนำมาใช้ในการตรวจสอบทางจุลภาคเมื่อต้องการข้อมูลที่กำลังขยายสูงและมีความคมชัดมากกว่าจากการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบแสง ซึ่งโดยส่วนใหญ่มักมีกำลังขยายสูงสุดประมาณ 1,000 เท่า แต่เครื่องมืออันแรกที่เราเลือกใช้สำหรับการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคและการชี้ชัดลักษณะที่ปรากฏอื่นๆ คือกล้องจุลทรรศน์แบบแสง แต่เครื่องมือทั้งสองสามารถใช้ในการเพื่อให้เกิดความสมบูรณ์ของข้อมูล การตรวจสอบโครงสร้างทางจุลภาคสามารถดำเนินการโดยใช้ SEM ในช่วงกำลังขยายที่สูงกว่า OM ซึ่งจะมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า กลไกในการแสดงความแตกต่างระหว่างส่วนที่สว่างที่สุดกับส่วนที่มืดที่สุด (Contrast Mechanism) เพื่อแสดงให้ภาพโครงสร้างจุลภาคจะแตกต่างกันระหว่าง LM กับ SEM โครงสร้างจุลภาคของบางกรณี ยกตัวอย่างเช่น โครงสร้างเทมเปอร์มารเทนไซต์ (Tempered Martensite) จะให้ความชัดของภาพที่ไม่ดีนักเมื่อตรวจสอบด้วย SEM แต่จะให้รายละเอียดที่ชัดเจนเมื่อใช้ LM เมื่อ atomic number contrast หรือ topographic contrast มีค่าสูง การตรวจสอบด้วย SEM จะให้ภาพโครงสร้างที่ดีมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กำลังขยายสูงกว่า 500 เท่า อย่างไรก็ตาม เครื่องมือทั้งสองมีข้อจำกัดและข้อดีที่แตกต่างกัน จึงเป็นเทคนิคที่เติมเต็มซึ่งกันและกันมากกว่าที่จะเป็นคูแข่งกัน การศึกษาโครงสร้างจุลภาคและผิวหน้าแตกทั้งหมดควรเริ่มที่กำลังขยายต่ำ ตั้งแต่ตาเปล่า แว่นขยาย กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายต่ำไปจนถึง SEM การตรวจสอบผิวหน้าแตกจะเริ่มต้นด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสงชนิดสเตอริโอและใช้กล้องจุลทรรศน์แบบแสงชนิดสะท้อนแสงในการตรวจสอบลักษณะและการขยายตัวของรอยแตกและโครงสร้างจุลภาคก่อนที่จะใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในการตรวจสอบทางโลหะวิทยา

โปรดติดตามตอนต่อไป...................................

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 19) : เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์ (Duplex Stainless Steel)

ต่อจากตอนที่ 18 นะครับ หลังจากที่ทิ้งช่วงมานาน...........................

เป็นที่ทราบกันทั่วไปว่าเฟสทั้งสองที่ปรากฏในเหล็กกล้าขึ้นอยู่กับส่วนผสมทางเคมี โดยเฉพาะธาตุผสมทั้งสามที่กล่าวมานั้น (โครเมียมและโมลิบดีนัมส่งเสริมให้เกิดเฟอร์ไรต์ ในขณะที่ไนโตรเจนส่งเสริมให้เกิดออสเตนไนต์) จะส่งผลให้วัสดุมีความต้านทานการกัดกร่อนต่างกันด้วย แต่โดยรวมแล้วธาตุทั้งสามจะเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มในสารละลายที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ [121] เช่น การจุ่มแช่เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ในสารละลายกรดไนตริกและไฮโดรคลอริกสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการกัดกร่อนแบบกัลวานิกได้ โดยแต่ละเฟสจะแสดงตัวเป็นได้ทั้งบริเวณที่สูญเสียอิเล็กตรอน (แอโนด) หรือรับอิเล็กตรอน (แคโทด) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารละลายที่สัมผัส [122]

การอบอ่อน (Annealing Treatment) เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลกระทบต่อความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์ [114] กล่าวคือ ถ้าอบที่อุณหภูมิต่างกัน จะได้สัดส่วนของเฟสเฟอร์ไรต์และออสเตนไนต์ที่ต่างกัน (ที่ส่วนผสมเดียวกัน) และการกระจายตัวของธาตุผสมในเฟสทั้งสองที่เกิดขึ้นหลังการอบอ่อน จะส่งผลให้แต่ละเฟสมีความต้านทานการกัดกร่อนต่างกันไปด้วย ในทางกลับกัน ถ้าผ่านกระบวนการทางความร้อนที่ไม่เหมาะสมสามารถส่งเสริมให้เกิดเฟสที่สอง (Second Phase) ได้เช่นกัน การตกตะกอนดังกล่าวจะลดสมบัติของวัสดุทั้งความแกร่งและความต้านทานการกัดกร่อน

โครงสร้างแบบผสม 2 เฟสทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มีความแกร่งและความเหนียวดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติก และมีความต้านทานการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติก ซึ่งอธิบายได้ว่า เฟสออสเตนไนต์ซึ่งมีความไวต่อการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน จะถูกป้องกันแบบคาโธดิก (Cathodic Protection) จากเฟสเฟอร์ไรต์ที่เชื่อว่าอยู่ภายใต้ความเค้นแรงอัดจาก “Keying Effect [113]” ในโครงสร้างแบบผสม 2 เฟส (ซึ่ง SCC ต้องใช้ความเค้นแรงดึงในการขยายตัวรอยแตกร้าว) จึงสามารถป้องกันการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนได้ ความจริงแล้ว การปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนจากคลอไรด์ ถูกค้นพบจากการศึกษาเนื้อโลหะบริเวณที่ผ่านการเชื่อม (Weld Metal Region) ของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก ซึ่งพบว่ามีเฟอร์ไรต์ตกค้าง (Retained Ferrite) ประมาณ 5-10% ปรากฏการณ์ดังกล่าวส่งผลให้แนวเชื่อมมีความต้านทานการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนเป็นอย่างมาก เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์จึงมีอัตราการประยุกต์ใช้งานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมผลิตสารเคมี โรงกลั่นน้ำมัน นิวเคลียร์ อุปกรณ์ใช้งานในทะเล ปิโตรเคมี ปุ๋ยเคมี ผลิตอาหาร เยื่อและกระดาษ ควบคุมมลภาวะ เรือดำน้ำ และการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไป [123-124] เป็นต้น

โดยทั่วไป การเสื่อมสภาพของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์มักเกิดจากการสัมผัสกับสภาวะอุณหภูมิสูง ทั้งจากกระบวนการผลิตและระหว่างการใช้งาน โดยการตกตะกอนของเฟสที่สอง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับช่วงอุณหภูมิและระยะเวลาที่วัสดุได้รับ [125-126] เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มดูเพล็กซ์มีปริมาณโครเมียมและโมลิบดีนัมผสมในปริมาณสูง และธาตุทั้งสองสามารถละลายในเฟสเฟอร์ไรต์ได้มาก จึงส่งผลให้วัสดุมีความไวต่อการฟอร์มเฟสที่สองได้ง่ายในระหว่างการสัมผัสอุณหภูมิในช่วง 280-1000 องศาเซลเซียส เช่น เฟสซิกมา (-phase) เฟสไช (-phase) เฟสออสเตนไนต์ทุติยภูมิ (Secondary Austenite Phase) คาร์ไบด์ (เช่น M23C6) โครเมียมไนไตรด์ (Cr2N) เฟสแอลฟ่าไพร์ม (’) และเฟสอื่นๆ

โปรดติดตามตอนต่อไป...........................ดูเพล็กซ์ยังไม่จบนะครับ

เอกสารอ้างอิง:
[121] K.L Weng, H.R Chen, J.R Yang. The low-temperature aging embrittlement in a 2205 duplex stainless steel. Materials Science and Engineering: A 2004; 379(1-2): pp. 119-32.

[122] Tahar Sahraoui, Mohamed Hadji, Mostepha Yahi. Design and deformation behavior of high strength Fe–Mn–Al–Cr–C duplex steel. Materials Science and Engineering: A 2009; 523(1-2): pp. 271-6.

[123] Wen-Ta Tsai, Jhen-Rong Chen. Galvanic corrosion between the constituent phases in duplex stainless steel. Corrosion Science 2007; 49(9): pp. 3659-68.

[124] Chuan-Ming Tseng, Horng-Yih Liou, Wen-Ta Tsai. The influence of nitrogen content on corrosion fatigue crack growth behavior of duplex stainless steel. Materials Science and Engineering A 2003; 344(1-2): pp. 190-200.

[125] Horng-Yih Liou, Rong-Iuan Hsieh, Wen-Ta Tsai. Microstructure and pitting corrosion in simulated heat-affected zones of duplex stainless steels. Materials Chemistry and Physics 2002; 74(1): pp. 33-42.

[126] J.K. Sahu, U. Krupp, R.N. Ghosh, H.-J. Christ. Effect of 475 °C embrittlement on the mechanical properties of duplex stainless steel. Materials Science and Engineering: A 2009; 508(1-2): pp. 1-14.