รูปแบบการเสียหายของวัสดุ (Material Failure Modes) ตอนที่ 1

บทความเรื่องรูปแบบการเสียหายของวัสดุมีเนื้อหาค่อนข้างเยอะ ดังนั้นผมจะทยอยนำมาลงเรื่อยๆ ก็คอยติดตามอ่านกันเรื่อยๆ นะครับ สำหรับตอนแรกที่จะนำเสนอนี้เป็นบทนำก่อนนะครับ..

ความเสียหายของวัสดุ (Materials Failure) เป็นศาสตร์ที่วิศวกรออกแบบและนักวิเคราะห์ความเสียหายต้องมีความรู้เป็นพื้นฐาน บุคคลทั้งสองกลุ่มจะต้องมีความรู้เกี่ยวกับชนิดและสมบัติต่างๆ ของโลหะ รวมทั้งความสามารถในการใช้งานโลหะที่สภาวะต่างๆ เป็นอย่างดี การเลือกโลหะเพื่อใช้ในงานต่างๆ เป็นหน้าที่ของวิศวกรวัสดุ (Material Engineer) ส่วนนักออกแบบ (Designer) จะมีหน้าที่ในการตัดสินใจว่ามีสิ่งแวดล้อมและเงื่อนไขในการปฏิบัติการอะไรบ้างที่มีผลต่อวัสดุในระหว่างการใช้งาน และนักวิเคราะห์ความเสียหายจะมีหน้าที่ตอบคำถามว่า ระบบและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องจะเกิดความเสียหายด้วยสาเหตุและรูปแบบใดได้บ้าง ดังนั้นเพื่อป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้น นักออกแบบควรตรวจสอบและตอบคำถามเหล่านั้นเช่นกัน ขั้นตอนแรกที่สามารถป้องกันการเสียหายได้คือ ต้องรู้และเข้าใจว่า ความเสียหายน่าจะเกิดในรูปแบบใดได้บ้าง (เป็นการคาดการณ์จากความรู้และประสบการณ์)

ถ้าวัสดุสามารถต้านทานความเสียหายในรูปแบบต่างๆ และใช้งานในสิ่งแวดล้อมได้ทุกรูปแบบแล้ว ในทางทฤษฎีสามารถกล่าวได้ว่าระบบหรือชิ้นส่วนที่ผลิตจากวัสดุนั้นๆ จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่ในความเป็นจริงเป็นไปได้ยากมาก เพราะว่าวัสดุต่างๆ มีโอกาสเกิดความเสียหายได้ทั้งนั้น เนื่องจากไม่มีวัสดุชนิดใดที่มีความสมบูรณ์แบบโดยปราศจากจุดบกพร่อง ในบางครั้งวัสดุทางวิศวกรรมที่เราเลือกและคิดว่าดีที่สุดก็มีโอกาสเสียหายและก่อให้เกิดสภาวะการทำงานที่ไม่ปลอดภัยได้ หน้าที่ของวิศวกรออกแบบอีกอย่างหนึ่งคือ ต้องทำให้มีราคาหรือต้นทุนต่ำที่สุดและสามารถใช้งานได้ในระยะเวลาที่ยาวนาน โดยไม่มีการถอดเปลี่ยนหรือหยุดซ่อมบำรุงก่อนเวลาอันควร ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับนักออกแบบที่จะต้องตระหนักและมีความเข้าใจว่าวัสดุแต่ละชนิดสามารถเสียหายในรูปแบบใดได้บ้างและเกิดได้อย่างไร เพื่อป้องกันปัญหาความเสียหายในรูปแบบต่างๆ ที่จะเกิดขึ้น

ความเสียหายของวัสดุไม่ได้มีความหมายเฉพาะการแตกหักหรือการแยกออกจากกันเท่านั้น แต่ยังหมายรวมถึงการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง การสูญเสียเนื้อโลหะหรือการเปลี่ยนสมบัติทางกล เมื่อชิ้นส่วนไม่สามารถใช้งานตามที่ออกแบบไว้ หรือเปลี่ยนหน้าที่และรูปร่างไปจากตอนเริ่มต้น เมื่อนั้นแสดงว่าชิ้นส่วนเกิดความเสียหายดังที่กล่าวนิยามมาแล้วก่อนหน้านี้

สภาวะแวดล้อมในการใช้งานและแรงกระทำระหว่างการปฏิบัติการ มักเป็นสาเหตุแรกเริ่มที่นำไปสู่การเสียหายของวัสดุโดยเฉพาะประเภทโลหะ ยกตัวอย่างเช่น สิ่งแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และอุณหภูมิการใช้งานสูง นอกจากนั้น ความเค้น แรงกระแทก และแรงจากการเสียดสี ก็เป็นตัวอย่างของสภาวะการรับแรงที่นำไปสู่ความเสียหายของวัสดุค่อนข้างบ่อย โดยเฉพาะปัจจัยที่เกิดร่วมกันระหว่างสิ่งแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและแรงทางกล มักนำไปสู่การสึกหรอและการเสียหายของชิ้นส่วนโลหะในอัตราที่เร็วยิ่งขึ้น

มีวิธีการป้องกันความเสียหายหลายอย่างที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ โดยขั้นตอนแรก คือ การเลือกใช้โลหะที่ถูกต้องเหมาะสมหรือ ซึ่งรวมถึงตัวแปรการผลิตอื่นๆ เช่น การเคลือบผิว การขึ้นรูปเย็นและอื่นๆ ที่สามารถประยุกต์ใช้ตามวัตถุประสงค์การใช้งานได้ นอกจากนั้นควรศึกษาสภาวะแวดล้อมของระบบปฏิบัติการ การรับแรงทางกล รูปแบบการเสียหายที่เกิดเป็นประจำและมีผลต่อการทำงานของระบบอย่างไรบ้าง

โปรดติดตามตอนต่อไป.........