การขึ้นรูปแบบร้อน

การแปรรูปหรือการขึ้นรูปแบบร้อน

เป็นการแปรรูปโลหะในขณะที่โลหะถูกเผาให้ร้อน เพราะโลหะเมื่อถูกเผาให้ร้อนแดงจะมีลักษณะอ่อนนิ่มง่ายต่อการขึ้นรูป กล่าวคือ ใช้พลังงานน้อยและสามารถแปรรูปได้มาก โดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก แต่การขึ้นรูปร้อนมีข้อเสียอยู่ตรงที่ว่าขนาดของโลหะภายหลังขึ้นรูปจะควบคุมให้ได้ใกล้เคียงที่ต้องการยาก เพราะจะมีการหดตัวเมื่อโลหะเย็นลง และที่ผิวโลหะมักเกิดสเกล (สนิม) เพราะที่อุณหภูมิสูง โลหะจะเกิดออกซิเดชันได้ดี

การขึ้นรูปร้อนมีหลายกรรมวิธีที่สำคัญคือ
1.การรีดร้อน (Hot Rolling) มี 2 ลักษณะคือ

การขึ้นรูปโลหะแบบร้อน

1.1 การรีดผลิตภัณฑ์ยาว (Long Products หรือ Shape Products)อาศัยลูกรีด (Roll) สองตัวหมุนในทิศทางต่างกัน ลูกรีดแต่ละตัวจะมีร่องเป็นลักษณะต่าง ๆ ตามที่ต้องการ เอาโลหะที่เผาจนร้อนแดง ส่งผ่านให้ลูกรีดตามร่องต่าง ๆ โลหะจะถูกบีบให้มีรูปร่างตามช่องว่างระหว่างลูกรีดและเคลื่อนที่ออกมาอีกด้านหนึ่ง เช่น การรีดเหล็กหน้าตัดสำหรับงานโครงสร้าง (เช่น พวก H-beam, L-beam เป็นต้น), เหล็กรางรถไฟ, เหล็กเส้นก่อสร้าง, Bars, Tubes และ Seamless Pipes เป็นต้น
1.2 การรีดผลิตภัณฑ์แผ่น (Flat Products) ลูกรีดมีลักษณะเรียบ (เป็นทรงกระบอก) ผลิตภัณฑ์จะเป็นพวกโลหะแผ่นขนาดความหนาต่าง ๆ กัน (เรียกว่า Strip, Plate, Sheet, Coil)

ในการรีดโลหะเช่นเหล็กจะเริ่มตั้งแต่เหล็กแท่งขนาดใหญ่ (Slab, Bloom หรือ Billet) ซึ่งได้มาจากเตาหลอม จากนั้นก็จะรีดให้มีขนาดเล็กลง มีแท่นรีดหลายแท่น (หรือใช้แท่นเดียวกันในบางกรณี) รีดชิ้นงานหลาย ๆ ครั้ง โดยในการรีด Long Products จะค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงรูปร่างภาคตัดขวางของชิ้นงานไปทีละน้อยในแต่ละขั้นตอนการรีด จนได้รูปร่างที่ต้องการในการรีดขั้นสุดท้าย ส่วนในการรีด Flat Products ก็เป็นไปในทำนองเดียวกัน คือ จะค่อย ๆ ลดความหนาของชิ้นงานลง จนได้ความหนาที่ต้องการในการรีดที่แท่นรีดสุดท้าย



2 การตีขึ้นรูป (Forging)
เป็นกรรมวิธีที่ใช้กันมานาน โดยการเผาโลหะให้ร้อนแดง ใช้ค้อนตีบนแท่งเหล็กให้โลหะเปลี่ยนรูปไปตามต้องการ ซึ่งเรียกกรรมวิธีนี้ว่า Hammer หรือ Smith Forging แต่ในปัจจุบันการตีขึ้นรูปร้อนได้วิวัฒนาการมามาก โดยการใช้แบบ (Die) สองชิ้น ซึ่งจะแกะให้มีช่องว่างระหว่างแบบ เมื่อเอาแบบทั้งสองมาประกบกันก็จะเกิดช่องว่างมีรูปร่างเป็นของที่ต้องการจะตีขึ้นรูป และการตีขึ้นรูปจะใช้แรงกระแทกอย่างแรง โดยยกตัวแบบด้านหนึ่งขึ้นสูงและปล่อยให้ตกลงมากระแทกกับแบบอีกด้านหนึ่งซึ่งอยู่กับที่ เรียกกรรมวิธีนี้ว่า Drop Forging ถ้าแรงที่กดให้โลหะเปลี่ยนรูป เป็นแบบอื่นชื่อก็จะเปลี่ยนไปเช่น Press Forging และ Upset Forging การตีขึ้นรูปในลักษณะนี้ก็เช่นเดียวกันอาจต้องทำเป็นขั้น ๆ จนกว่าจะได้รูปร่างของโลหะสุดท้ายตามต้องการ

3 การอัดขึ้นรูป (Extrusion)
เป็นกรรมวิธีที่ใช้มากในปัจจุบัน ใช้กับโลหะที่มีความเหนียว (Ductility) สูง โดยวิธีอัดโลหะภายในแบบ (Container) ด้วยความดันสูง และให้โลหะเคลื่อนที่ (Flow) ออกไปทางช่องว่างระหว่าง Die ซึ่งจะเป็นรูปร่างตามที่ออกแบบไว้ วิธีการอัดขึ้นรูปมีสองลักษณะคือ Direct Extrusion และ Indirect Extrusion
หมายเหตุ โรงงานทำ Extrusion ในไทย โดยทั่วไปจะเรียกกรรมวิธีนี้ว่า การรีด ซึ่งจะไปซ้ำกับคำว่าการรีด ที่หมายถึงกรรมวิธี Rolling

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