กระบวนการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation of material)

กระบวนการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation of material) ก็คือขบวนการในการ เปลี่ยนแปลง ขนาดลักษณะ ต่าง ๆ ภายใต้แรงที่มากระทำต่อวัสดุนั้น ๆอาทิเช่น

ความเค้นแรงดึง (Tensile Stress)

ความเค้นแรงกดหรือความเค้นแรงอัด (Compressive Stress)

ความเค้นแรงดัด (Bending Stress)

ความเค้นแรงเฉือน (Shear Stress)

ความเค้นแรงบิด (Torsion Stress) เป็นต้น

ประเภทของการเปลี่ยนรูป
โดยทั่วไปจะแบ่งประเภทของการเปลี่ยนรูปของโลหะหรือของวัสดุออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้

1.        การ เปลี่ยนรูปแบบอีลาสติก (Elastic Deformation) เป็นขบวนการเปลี่ยนรูป หรือการแปรรูป แบบยืดหยุ่น คือวัสดุเมื่อมีแรงมากระทำในช่วง ๆ หนึ่งที่วัสดุนั้น ๆ สามารถทนอยู่ได้ โดยเมื่อเราเอา แรงหรือปลดแรงนั้นออก วัสดุนั้น ๆ ก็จะสามารถกลับคืนรูปให้อยู่ในสภาพเดิมได้

2.        การ เปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (Plastic Deformation) เป็นขบวนการเปลี่ยนรูป หรือการแปรรูป แบบถาวร คือวัสดุเมื่อมีแรงมากระทำจนถึงจุดเกินพิกัดที่จะสามารถทนอยู่ในสภาพนั้น ๆ ได้อีกจน ถึงขนาดเกิดการเปลี่ยนแปลง ขนาดและรูปร่างไปอย่างถาวร จนไม่อาจจะกลับคืนสู่สภาพเดิม ๆ ได้

กลไกในขบวนการเปลี่ยนรูป ส่วนใหญ่แล้วจะเป็นการเปลี่ยนรูปแบบถาวร (Permanent Deformation) ซึ่งมักจะเกิดจากการที่ วัสดุได้รับแรงมากระทำจนเกิดการเปลี่ยนแปลงชนิดรุนแรง ถึงแม้ว่าเราจะเอาแรงนั้นออกแล้วก็ตาม มันก็ไม่สามารถจะกลับคืนสู่ในสภาพเดิมได้

 

1.        สลิป (Slip Deformation) คือ การเลื่อนตัว หรือการเลื่อนผ่านกันระหว่างผลึกในแนวของอะตอม (Atom) ในระนาบ (Planes) ของผลึก โดยเป็นการเคลื่อนย้ายชนิดแบบถาวร โดยที่ถึงแม้ว่าจะไม่มี ความเค้นใดๆ แต่ผลึกนั้นๆ ก็จะไม่สามารถเคลื่อนกลับมาให้อยู่ในสภาพดังเดิมได้อีกเลย

2.        ทวินนิ่ง (Twinning Deformation) หมายถึงขบวนการในการเปลี่ยนรูป อันเนื่องมาจากระยะหรือ แนวของผลึกเกิดการถูกเฉือน ให้แบ่งแยกออกเป็น 2 ส่วนที่มีลักษณะคล้ายกัน หรือเหมือนกันโดยที่ ทิศทางในการหักเหจะเป็นไปทั้งระนาบเลยทีเดียว

3.        ดิสโลเคชั่น (Dislocation) คือขบวนการที่เกิดการคลาดเคลื่อนของวัสดุเมื่อเกิดมีแรงหรือได้รับแรง มาจากภายนอกเข้ามากระทำจนกระทั่งอะตอมเกิดอาการเลื่อนตัวขึ้นนั่นเอง

การขึ้นรูปแบบร้อน
การขึ้นรูปแบบร้อน (Hot Working) หมายถึง ขบวนการที่ทำให้โลหะหรือวัสดุได้รับแรงในทางกล (Mechanical Working) ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิในการเกิดผลึกใหม่ (Recrystallization) แต่จะต่ำหรือน้อยกว่าอุณหภูมิในการทำให้เกิดการหลอม (Melting Point) ของโลหะหรือวัสดุนั้น ๆ ดังตัวอย่างเช่น การตีเหล็ก (Forging) การรีดแบบร้อน (Hot Rolling) เป็นต้น

ขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน ประกอบไปด้วย

1.        การตีขึ้นรูป (Forging)

2.        การรีดร้อน (Hot Rolling)

3.        การดึงและกดขึ้นรูป (Drawing & Cupping)

4.        การเชื่อมต่อท่อ (Pipe Welding)

5.        การแทงขึ้นรูป (Piercing)

6.        การเคลื่อนไหลขึ้นรูป (Extruding)

7.        การหมุนขึ้นรูป (Spinning)

ข้อดีของขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน

1.        สารมลทิน (Impurity) จะแตกตัวกระจัดกระจาย

2.        กำจัดรูพรุน (Porosity) ได้ดียิ่งขึ้น

3.        ปรับปรุงคุณสมบัติทางกล อาทิเช่น Strength’ Formability’ Rigidity’ Toughness และ Durability

4.        เกรนที่ยาว (Elongated Grain), เกรนที่หยาบ (Course Grain) จะมีความละเอียดของเกรนมากขึ้น

ข้อเสียของขบวนการขึ้นรูปแบบร้อน

1.        เกิดออกไซด์ที่บริเวณผิวชิ้นงาน

2.        เกิดสะเก็ดกับผิวชิ้นงานจนทำให้ได้ผิวออกมาไม่สวย

3.        ไม่สามารถควบคุมขนาดของชิ้นงานได้ สาเหตุอันเนื่องมาจากการขยายตัวและการหดตัวของโลหะเมื่อได้รับความร้อน

การขึ้นรูปแบบเย็น การขึ้นรูปแบบเย็น (Cold Working) หมายถึง ขบวนการรีดขึ้นรูปเพื่อให้วัสดุหรือโลหะเกิดการเปลี่ยน แปลง รูปร่างชนิดถาวรในที่ ๆ อุณหภูมิต่ำ ๆ ทั้งนี้โดยไม่ทำให้เกิดผลึกใหม่ขึ้น ขบวนการขึ้นรูปแบบเย็น จะประกอบไปด้วย

1.        การดัดงอ (Bending)

2.        การรีดเย็น (Cold Rolling)

3.        การอัดรีด (Extruding)

4.        การบิดงอ (Squeezing)

5.        การรีดขึ้นรูป (Shear Spinning)

6.        การตัดยึด (Stretching)

7.        การงอตรง (Straight Bending)

picture credit: https://youtu.be/pbb7_6Z-E0U