ประโยชน์ของโลหะวิทยาในภาคอุตสาหกรรม

ความรู้ที่ได้จากการศึกษาโลหะวิทยา สามารถนำมาแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในชิ้นงาน ในภาคอุตสาหกรรมได้

เฟือง (Gear)

ปัญหา : เฟือง (Gear)
ทำหน้าที่ส่งกำลังในเครื่องจักรกล เครื่องจักรบางเครื่องต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง เดินเครื่องเป็นเวลายาวนาน ทำให้การหมุนของเฟืองจะถูกแรงกระทำอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา และหมุนขบกันอย่างรวดเร็วนานวันไปก็จะเกิดการสึกหรอ
เมื่อมีการใช้งานที่หนัก วัสดุที่นำมาใช้ทำฟันเฟืองต้องมีความสามารถทนทานต่อการสึกหรอ (Wear) ถ้าสามารถหาวัสดุแข็งที่ทนการสึกหรอมาทำเฟืองได้แต่ก็เกิดปัญหาที่ว่าวัสดุแข็งจะเกิด การเปราะ (Brittle) ขึ้น และเมื่อใช้งานไปนาน ๆ และมีแรงกระทำซ้ำ ๆ กันเกิดขึ้น ก็จะเกิด รอยร้าว (Crack) ขึ้นเล็ก ๆ ที่เฟือง

วิธีการแก้ปัญหา
ปัญหาให้นำกระบวนการทางโลหะวิทยามาใช้ที่เราเรียกกันว่า การทำให้แข็ง (Hardening) เมื่อโลหะที่ทำเฟืองผ่านกระบวนการนี้แล้ว เฟืองจะมีความแข็งที่ผิวโลหะในส่วนที่มีการขบกัน การทำด้วยกระบวนการนี้ตัวเฟืองจะยังคงความเหนียวเอาไว้ ส่วนบริเวณฟันเฟืองจะเกิดความแข็งแกร่งขึ้น (สามารถใช้งานได้โดยไม่เกิดการเปราะของโลหะ)

ชิ้นงานปั๊ม

ปัญหา : งานปั๊ม (Punching)
เจาะรู ชิ้นงานเล็ก ๆ ที่เรียงติดกันจะเกิดปัญหาขึ้น ระยะช่องว่างระหว่างรูควรจะมีไม่น้อยกว่า ± 0.025 มิลลิเมตร เมื่อนำแผ่นโลหะมาเจาะรูอาจเกิดปัญหาของการบิดตัวของแผ่นโลหะมันอาจเกิดขึ้นทันที หรือเกิดขึ้นมาในภายหลังการใช้งาน ขึ้นอยู่กับสภาพของการนำไปใช้งาน การบิดเบี้ยวตัวของแผ่นโลหะสาเหตุหลักอาจเนื่องมาจากความเสียดทานระหว่างตัวเจาะ และแม่พิมพ์ (Die) ด้านล่าง

วิธีการแก้ปัญหา
การแก้ปัญหาโดยใช้กระบวนการทางโลหะวิทยาที่เรียกกันว่า กระบวนการอบอ่อน (Process Annealing) กระบวนการอบอ่อนนี้เป็นวิธีการรักษาความร้อนในตัวโลหะแล้วให้ค่อย ๆ เย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ในเตาอบ หรือเตาหลอม เพื่อให้โลหะค่อย ๆ ผ่อนคลายความเครียดภายในตัวของมันเอง วัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดความเค้นภายในลดลง ในกรณีศึกษานี้แผ่นโลหะที่จะใช้ในงานปั๊มเจาะรู จะถูกนำไปเข้าสู่กระบวนการอบอ่อนเมื่อผ่านกระบวนการนี้แล้ว การบิดตัวของโลหะแผ่นจะมีน้อยลง หรือไม่เกิดขึ้นเลย จากนั้นแล้วถึงจะส่งชิ้นงานไปสู่กระบวนการต่อไป

มีดกลึงตัดโลหะ

ปัญหา: วัสดุมีดกลึงตัดโลหะ
ไปใช้ในงานหนัก ขณะที่มันยังมีความคม มันจะสามารถตัดโลหะได้ผิวโลหะที่สะอาด และมีความละเอียดที่พื้นผิว เมื่อใช้งานไประยะเวลาหนึ่ง มีดกลึงจะหมดความคม และจะเกิดการสึกหรอไปอย่างรวดเร็ว ทำให้การตัดกลึงโลหะจะไม่ดีผิวงานไม่สวย งานเสียได้ง่าย

วิธีการแก้ปัญหา
นำความรู้ทางโลหะวิทยามาใช้แก้ปัญหาอีกครั้งหนึ่ง โดยการทำให้มีดกลึงผ่านกระบวนการที่เรียกกว่า การอบคืนตัว (Tempering) จะทำให้มีดกลึงสามารถทำงานได้ดียิ่งขึ้น ทนทานยิ่งขึ้น สึกหรอได้ยากขึ้น
การอบคืนตัว คือ การนำชิ้นงานโลหะมาให้ความร้อนอีกครั้งหนึ่งเพื่อทำให้โลหะเกิดการอ่อนตัวลงเล็กน้อย กระบวนการนี้จะทำให้โลหะมีความผ่อนคลายทางด้านความเค้น, มีความผ่อนคลายทางด้านการเสียรูป และมีความผ่อนคลายเพื่อลดรอยแตกร้าว

ใบมีดตัดกระดาษ

ปัญหา: ใบมีดตัดกระดาษ
ที่มีความคมเหมือนมีดโกน ในการติดตั้งต้องแน่นหนา และให้แข็งแรงเพื่อใช้ในงานตัดกระดาษ ปัญหาเกิดขึ้นก็คือเมื่อใบมีดไม่คอยคม มีรอยบิ่น การตัดกระดาษจะไม่เรียบเป็นขุย

วิธีการแก้ปัญหา
กระบวนการทางโลหะวิทยาที่เรียกว่า การชุบแข็ง (Quenching) ก็คือการนำเอาวัสดุมีดที่ร้อนที่อยู่ในเตาอบเมื่อถึงอุณหภูมิหนึ่งนำไปจุ่มกับของไหล เช่น น้ำ, น้ำมัน, อากาศ หรืออื่น ๆ จะให้โครงสร้างมีดมีการเปลี่ยนแปลง เพื่อทำให้ใบมีดสามารถใช้งานหนักได้ และมีความแข็งแกร่งขึ้นมาก ถึงอย่างไรก็ตามการชุบแข็งในน้ำ ถ้าเป็นมีดตัดกระดาษที่มีความบางเกินไป เมื่อชุบแข็งแล้วจะเกิดการบิดตัวของมีด ถ้าเป็นเช่นนี้ก็จะทำ การชุบแข็งด้วยอากาศ (Air quenching) จะนำมาแทนการชุบแข็งด้วยน้ำ วัสดุที่ใช้ทำมีดจะเป็นเหล็กกล้าผสมเครื่องมือที่สูงกว่า แล้วทำการชุบแข็ง จะทำให้มีดที่ได้จะทำให้มีความคมนานขึ้น และบิ่นได้ยากมากขึ้น