การปรับปรุงสมบัติทางกลท่อรับแรงดันด้วยการชุบแข็งแบบกระแสเหนี่ยวนำ

Abstract

ความเสียหายของท่อรับแรงดันระหว่างการใช้งานเกิดจากบริเวณปลายท่อทั้งสองด้านได้รับภาระกรรมที่มากระทำสูงกว่าค่าความแข็งแรงของเนื้อวัสดุ แต่ด้วยข้อจำกัดของรูปร่างท่อรับแรงดัน จึงไม่สามารถเพิ่มความแข็งแรงจากการชุบแข็งด้วยเตาไฟฟ้าแบบดั้งเดิมได้ จึงต้องการศึกษาวิธีการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำ ที่สามารถทำกรรมวิธีทางความร้อนเฉพาะบริเวณได้ งานวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำที่มีต่อคุณสมบัติของท่อเหล็กกล้าผสม AISI 4130 ที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยวิธีการขึ้นรูปโดยการไหล (Flow Forming) เพื่อเป็นแนวทางการนำไปประยุกต์ใช้เพิ่มความแข็งแรงให้แก่ท่อรับแรงดัน การทดลองเริ่มจากนำข้อมูล และตัวแปรต่าง ๆ ในกระบวนการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำมาทำการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์คาดการณ์ผลที่จะเกิดกับชิ้นงาน จากนั้นจึงนำท่อตัวอย่างมาทำการเหนี่ยวนำความร้อนด้วยชุดอุปกรณ์เหนี่ยวนำความร้อนชนิดความถี่กลาง 15 kHz ในลักษณะการทำให้เป็นออสเทนไนท์ แล้วจึงทำให้เย็นตัวอย่างยิ่งยวดด้วยการฉีดน้ำบริเวณผิวชิ้นงานโดยรอบ หลังการชุบแข็งนำชิ้นงานมาตัดเป็นชิ้นตัวอย่างทำการศึกษาเปรียบเทียบโครงสร้างจุลภาคทดสอบความแข็งจุลภาค และทดสอบความต้านทานแรงดึง ระหว่างบริเวณที่ไม่ได้ทำการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำ (Non-Hardening Zone: NHZ) กับบริเวณที่ทำการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำ (Hardening Zone: HZ) ก่อนการอบชุบท่อมีความแข็ง 284.65 วิกเกอร์ ค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุด และค่าความเค้น ณ จุดคราก เท่ากับ 749.39 และ 685.17 เมกะปาสคาล ตามลำดับ จากการทดลองพบว่า การชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคจากโครงสร้างงานรีดเป็นมาร์เทนไซต์แบบแผงที่มีออสเทนไนท์เหลือค้างผสมอยู่ สำหรับความแข็งจุลภาคและความต้านทานแรงดึงมีค่าเพิ่มขึ้นจากเดิมเป็น 2 เท่า ในส่วนของผลการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ได้มีความใกล้เคียงกับผลจากการทดลอง ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่าการชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำส่งผลให้ชิ้นงานเหล็กกล้า AISI 4130 มีโครงสร้างจุลภาคและความแข็งแรงที่เปลี่ยนไป สามารถนำวิธีการดังกล่าวไปประยุกต์ใช้ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลให้กับท่อรับแรงดันให้มีความแข็งแรงตอบสนองต่อการใช้งานได้อีกทั้งเป็นการยืนยันได้ว่าสามารถใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์มาช่วยในการออกแบบกระบวนการได้อย่างมีประโยชน์