เหล็กเครื่องมือ ( Tool Steel )

 คุณสมบัติของเหล็กกล้าเครื่องมือและการเลือกใช้เหล็กเครื่องมือ
การเลือกใช้เหล็กเครื่องมือที่เหมาะสมและถูกต้องนั้นเป็นงานที่ยากมากวิธีที่ดีที่สุดคือ ใช้คุณสมบัติด้านโลหะวิทยาของเหล็กกล้าเครื่องมือเหล่านั้น
เพื่อทำเครื่องมือใช้งานตามคุณลักษณะที่ต้องการ การเลือกใช้งานส่วนมากจะไม่มีข้อจำกัดที่ต้องเลือกเหล็กเพียงเกรดเดียวหรือเกรดใดเกรด
หนึ่งเท่านั้นถึงแม้ว่าเหล็กกล้าเครื่องมือจำนวนมาก สามารถใช้งานได้หลายลักษณะหรือใช้งานได้
หลายประเภท แต่กฎเกณฑ์ในการตัดสินใจเลือกใช้เหล็กเกรดใดควรขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต ความง่าย สะดวก ในการประกอบติดตั้ง ราคาและ
ขั้นตอนสุดท้ายในการวิเคราะห์คือค่าใช้จ่ายใน
การผลิตต่อชิ้นที่ถูกที่สุดเมื่อใช้เครื่องมือหรือเหล็กเกรดนั้น
โดยปกติสามารถพิจารณาจากองค์ประกอบอื่นๆ ด้วยเพื่อนำมา ช่วยในการตัดสินใจเลือกใช้ ซึ่งส่วนมากเหล็กเครื่องมือนอกจากจะนำไปใช้ทำเป็นส่วน
ประกอบของเครื่องจักรแล้ว ยังจะนำไปใช้งานลักษณะอื่นอีก ดังนี้ คือ
- เครื่องมือตัดแต่งโลหะ (Cutting Tools) ลักษณะของการใช้งานนี้เป็นการทำเครื่องมือที่มี คมตัดซึ่งอาจเป็นมุมเดียวหรือคมเดียวที่ต้องตัดโลหะต่อเนื่อง
ตลอดกาล เช่น มีดกลึงหรือ มีดไส บางชนิดอาจมีคมตัดเป็นสองหรือมากกว่าก็ได้ เช่น ดอกสว่าน ดอกกัด และดอกต็าป เป็นต้น ดังนั้นเมื่อพิจารณาจาก
การใช้งานก็สามารถทำให้ทราบว่าเหล็กเครื่องมือที่จะนำมาใช้ควรมีคุณสมบัติทางด้านความแข็งสูง ทนความร้อนและทนต่อการสึกหรอได้ดี
- เครื่องมือตัดเฉีอน (Shearing Tools) เครื่องมือชนิดนี้จะถูกนำไปใช้งานตัดเฉือน เช่น ใบมีดตัด ชุดแม่พิมพ์ตัดเจาะ เป็นต้น ดังนั้นเหล็กเครื่องมือที่จะนำ
มาใช้ทำเป็นเครื่องมือตัดเฉือนควรจะทนต่อการสึกหรอสูง และมีความเหนียวพอสมควร คุณสมบัติเหล่านี้จะต้องมีความสมดุลย์กัน ความหนาของชิ้น
งานและอุณหภูมิระหว่างตัดด้วย
- เครื่องมือปั๊มขึ้นรูป (Forming Tools) เครื่องมือชนิดนี้จะนำไปใช้งาน อัดขึ้นรูปหรือตีขึ้นรูป ทั้งแบบการทำงานขึ้นรูปร้อนหรือการทำงานเย็นนั้นขึ้นอยู่กับ
ว่าจะใช้งานแบบใด ซึ่งรวมทั้ง แบบพิมพ์สำหรับหล่อ พลาสติคหรือโลหะ วิธีการก็คืออัดโลหะที่หลอมละลายแล้วหรือเกือบ หลอมเข้าไปในแบบ ดังนั้น
เหล็กเครื่องมือที่จะนำมาใช้ทำเป็นเครื่องมือขึ้นรูปควรจะมีความ เหนียวดี ความแข็งแรงสูง และสามารถรักษาความแข็งไว้ได้ถึงแม้จะใช้งานที่อุณหภูมิ
สูงก็ตาม
- เครื่องมือกระทุ้ง (Battering Tools) เครื่องมือชนิดนี้จะถูกนำไปใช้งานใน ลักษณะกระทุ้งหรือทุบเป็นจังหวะ เช่น ค้อนลม สกัดลม และประแจลม และ
เครื่องมือที่ใช้ งานที่มีการ กระแทกหนักทั้งหลาย ดังนั้นเหล็กเครื่องมือที่จะนำมาใช้ทำเป็นเครื่องมือกระทุ้งนี้ ควรจะมีความเหนียวแน่นสูงพอที่จะต้าน
ทานการแตกหักภายใต้แรงกระแทก
- แม่พิมพ์ (Molding Tool) ได้แก่แม่พิมพ์งานพลาสติก แบบหล่ออัดฉีด และแบบถาวรสำหรับงานสังกะสี อลูมิเนียม และทองแดงผสม ตลอดจนเครื่อง
มือขึ้นรูป เครื่องมือที่ทำด้วยผง โลหะ (Powder Metallurgy) อิฐ เซรามิก
- เครื่องมืออื่น ๆ ชิ้นส่วนที่ต้องเกิดการเสียดสีขณะใช้งาน ต้องการความต้านทานการเสียดสีสูง เช่น Sand Slinger Plate และ Milling and Grinding
Plate ชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกระแทกต้องมีความเหนียวสูง และ เกจต่าง ๆ ต้องการความแข็งสูง ผิวเรียบและมีขนาดแน่นอน

จากการที่ได้กล่าวเป็นแนวทางไว้ข้างต้นนี้พอสรุปได้ว่า การพิจารณาเลือกใช้เหล็กเครื่องมือควรพิจารณาคุณสมบัติเด่น ๆ ดังนี้
1 ความสามารถในการชุบแข็งหรือความลึกในการชุบแข็ง ( Hardenability / Depth of Hardening)
ความสามารถในการชุบแข็งนี้ให้เป็นไปตามสารชุบที่แนะนำให้ใช้เหล็กกล้าเครื่องมือที่ชุบแข็งได้ตื้นความสามารถในการชุบแข็งจะสูงขึ้นถ้ามีธาตุผสม
มากขึ้นแต่มีธาตุผสมเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ทำให้ความสามารถในการชุบแข็งลดลงคือธาตุโคบอลต์ดังนั้นการที่จะได้ชิ้นงานที่มีความแข็งสูงตลอดทั้ง
ชิ้นงานจึงควรเลือกใช้เหล็กกล้าที่มีส่วนผสมสูง
2 ความเหนียวหรือทัฟเนส (Toughness)
ความหมายของทัฟเนสที่เกี่ยวข้องกับเหล็กเครื่องมือจะหมายถึงความสามารถทนต่อการแตกหักมากกว่าในความหมายการรับพลังงานไว้ได้ใน
ระหว่างการเปลี่ยนรูป เครื่องมือส่วนมากจะมีความแข็งแกร่ง ถ้ามีเหล็กเครื่องมือที่ถือว่ามีคุณสมบัติชนิดด้านทัฟเนฟที่ดีคือ พวกกรุ๊ปที่มีปริมาณ
คาร์บอนต่ำและปานกลาง
3. ทนการเสียดสี (Wear Resistance)
คุณสมบัติทนการเสียดสีจะบ่งบอกถึงความสามารถทนต่อการถูกขัดสี หรือทนต่อการสูญเสียขนาดพิกัดไปเมื่อถูกขัดสี การทนต่อการขัดสีนี้รวมถึง
การเสียดสีที่เป็นทั้งของคมตัดคมเดียวและพื้นที่เสียดสีทั้งหมดด้วย โดยทั่วไปนี้คุณสมบัตินี้จะเกี่ยวข้องกัน 3 อย่างคือ ความแข็งสูงก็ทนการเสียดสีได้
ดีคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย ถ้ามีมากขึ้นก็จะส่งผลให้ทนการเสียดสีได้สูงขึ้น
4. คงความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิร้อนแดง (RED-Hardness)
คุณสมบัตินี้บางครั้งก็เรียกว่า Hot- Hardness ซึ่งจะหมายถึงจะไม่ทำให้เหล็กมีคุณสมบัติอ่อนลงอันเนื่องมาจากผลของความร้อนและมองไปถึงผล
ของการใช้อุณหภูมิสูงในการอบคืนไฟหลังจากผ่านการชุบแข็งมาแล้ว คุณสมบัตินี้มีความสำคัญต่อการเลือกใช้เหล็กไฮสปีด และเหล็กงานร้อนคุณ
สมบัตินี้มีความจำเป็นมากสำหรับเครื่องมือที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูงมากกว่า480 ฐC ธาตุผสมที่ทำให้เกิดความแข็งและคาร์ไบด์ที่เสถียรจะช่วยปรับปรุง
คุณสมบัตินี้ให้ใช้งานที่อุณหภูมิสูงขึ้น เหล็กเครื่องมือที่มีคุณสมบัติเด่นในด้านนี้มักจะผสมธาตุ ทังสเตน โครเมียมและโมลิบดินัม ในปริมาณที่มากพอ
สมควร
5.  ความสามารถในการกลึงตกแต่ง ( Machinability )
ความสามารถในการกลึงตกแต่ง เป็นคุณสมบัติของโลหะที่จะถูกกลึงตกแต่งได้ง่ายและผิวเรียบ องค์ประกอบที่ทำให้อัตราของความสามารถ ในการ
กลึงตกแต่งที่แตกต่างกันไปคือ ความแข็งของเหล็กในสภาพที่อบอ่อน โครงสร้างจุลภาคของเหล็ก ปริมาณคาร์ไบด์แข็งที่มีอยู่เกิน
เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าผสมชนิดธรรมดาแล้ว เหล็กกล้าเครื่องมือจะทำการกลึงแต่งค่อนข้างยากกว่า ความสามารถในการกลึงแต่งจะมีค่าลด
ลงเมื่อปริมาณคาร์บอนและธาตุผสมมีมากขึ้น ธาตุที่รวมตัวคาร์บอนเป็นคาร์ไบด์ได้ง่าย เช่น วาเนเดียม โครเมียม และ โมลิบดีนัม และเป็นสาเหตุทำ
ให้ความสามารถในการกลึงแต่งมีค่าลดลงอันเนื่องมาจากคาร์ไบด์ที่แข็งเหล่านี้ไม่ละลายตัวหลังจากการอบอ่อนแล้ว
6.  ความต้านทานการสูญเสียคาร์บอน ( Resistance ะo Decarburization )
คุณสมบัติทื่สำคัญอันหนึ่งที่เลือกใช้เตาที่ทำการอบชุบที่จะไม่ทำให้เกิดการสูญเสียคาร์บอนที่ผิวเหล็ก การสูญเสียคาร์บอนจะเกิดขึ้นเมื่ออบเหล็กให
้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงกว่า 700ฐ ซ นอกเสียจากจะมีวิธีป้องกัน เช่น มีอุปกรณ์ป้องกันหรือควบคุมบรรยากาศ ถ้าไม่เช่นนั้นแล้วจะเกิดการสูญเสียคาร์บอน
ที่ผิวไป ซึ่งเป็นผลทำให้ได้ความแข็งต่ำลงกว่าที่ควรจะเป็นหลังจากทำการชุบแข็งแล้ว เหล็กเครื่องมือที่มีคาร์บอนเป็นธาตุหลักเช่น เกรด W จะสูญเสีย
คาร์บอนน้อยที่สุดหรือมี คุณเด่นในการต้านทานการสูญเสียคาร์บอนส่วนเหล็กในหมวดทนต่อการกระแทกใน เกรด S จะมีคุณสมบัติในด้านนี้ต่ำกว่า
เกรด W
7.  การไม่เปลี่ยนรูปหรือขนาด ( Non Deformation Properties )
ในการอบชุบจะมีการอบเหล็กให้ร้อนแล้วจึงทำการอบชุบให้เย็นตัวลงมาทำให้เหล็กมีการลดและขยายตัว บิดงอเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ง่าย ในการออก
แบบเลือกเหล็กทำเครื่องมือต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วย โดยทั่วไปแล้วเหล็กกล้าที่สามารถชุบด้วยลมได้จะมีการบิดตัวน้อยมาก เมื่อทำการชุบด้วยลม และ
จะมีการบิดตัวปานกลางเมื่อชุบด้วยน้ำมัน และมีการบิดตัวสูงมากเมื่อทำการชุบด้วยน้ำ