การตัดหรือการตัดโลหะเป็นขั้นตอนแรกและขั้นตอนที่ทำลายล้างมากที่สุดในการเตรียมชิ้นงานทดสอบ ล้อขัดแบบหมุนหรือใบมีดเพชรจะขจัดวัสดุด้วยความเร็วสูง และพลังงานกลส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องจะถูกแปลงเป็นความร้อน หากความร้อนนั้นไม่ได้รับการควบคุม โครงสร้างจุลภาคที่ตัวอย่างตั้งใจจะแสดงจะเปลี่ยนแปลงไป บทความนี้จะอธิบายว่าทำไมความเสียหายจากความร้อนจึงเกิดขึ้นระหว่างการตัดด้วยโลหะ และวิธีที่สารหล่อเย็นป้องกัน ชิ้นงานของคุณจึงมีความแม่นยำและปราศจากสิ่งแปลกปลอมตั้งแต่การตัดครั้งแรก
ความเสียหายจากความร้อนจะพลาดได้ง่ายในระยะแรก พื้นผิวที่ถูกตัดอาจยังดูสะอาด โดยไม่มีอะไรมากไปกว่าการเปลี่ยนสีเล็กน้อย แต่ความเสียหายอาจขยายออกไปใต้พื้นผิวที่มองเห็นได้ สาเหตุเป็นที่เข้าใจกันดี และวิธีแก้ไขก็เช่นกัน สารหล่อเย็นที่เลือกและใช้อย่างเหมาะสม ซึ่งใช้กับใบมีด ความเร็ว และอัตราการป้อนที่ถูกต้อง ช่วยให้ตัวอย่างมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติตลอดระยะเวลาการตัด
เหตุใดความเสียหายจากความร้อนจึงเกิดขึ้นระหว่างการตัดโลหะ
ความเสียหายจากความร้อนไม่ใช่เหตุการณ์เดียวแต่เป็นผลจากตัวแปรที่มีปฏิสัมพันธ์หลายตัว สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- แรงเสียดทานระหว่างใบมีดกับชิ้นงาน เม็ดขัดของล้อตัดจะเสียดสีกับโลหะและทำให้เกิดความร้อนที่จุดสัมผัส ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีสูงเท่าไร ก็จะยิ่งสร้างความร้อนมากขึ้นเท่านั้น
- ความเร็วในการตัดมากเกินไป ความเร็วล้อที่สูงเกินไปสำหรับวัสดุชิ้นงานจะเพิ่มปริมาณพลังงานที่ส่งไปต่อหน่วยเวลา โลหะผสมอ่อน เหล็กที่มีความแข็งแรงสูง และโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมีความอ่อนไหวเป็นพิเศษ
- แรงป้อนและอัตราการป้อนมากเกินไป เมื่อใบมีดถูกบังคับให้เข้าไปในชิ้นงานเร็วกว่าที่สารกัดกร่อนสามารถตัดได้จริง ล้อจะเริ่มถูและบดโลหะแทนที่จะทำให้หลุดออก ทำให้เกิดความร้อนเฉพาะจุดที่รุนแรง
- การจ่ายน้ำหล่อเย็นไม่เพียงพอ การตัดโดยไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็นหรือมีกระแสน้ำไม่ถึงบริเวณหน้าสัมผัส จะทำให้ความร้อนสะสมในตัวอย่างและใบมีดได้
ใบมีดทื่อ การยึดเกาะของล้อที่แข็งเกินไปสำหรับวัสดุ การยึดจับที่ไม่ดีจนทำให้เกิดการสั่นสะเทือน และการตัดอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการผ่อนปรน เมื่อหลายปัจจัยเหล่านี้รวมกัน อุณหภูมิพื้นผิวสามารถสูงขึ้นเหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของวัสดุได้ภายในไม่กี่วินาที
| ตัวแปรตัด | ผลกระทบจากความร้อน | สิ่งประดิษฐ์ทั่วไป |
|---|---|---|
| ความเร็วในการตัดสูง | พลังงานมากขึ้นต่อหน่วยเวลา | พื้นผิวเปลี่ยนสี ไหม้ |
| แรงป้อนสูง | ถูแทนการตัด | รอยเปื้อนชั้นการเปลี่ยนรูป |
| ใบมีดทื่อหรือไม่ตรงกัน | แรงเสียดทานที่สูงขึ้น | ชุบแข็งอีกครั้ง มีรอยแตกขนาดเล็ก |
| สารหล่อเย็นหายไปหรืออ่อน | ความร้อนสะสม | การเปลี่ยนแปลงเฟสรอยแตก |
ความเสียหายจากความร้อนเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคอย่างไร
ความเสียหายจากความร้อนเป็นสิ่งที่อันตรายเนื่องจากจะทำให้โครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุเปลี่ยนแปลงก่อนที่ตัวอย่างจะเข้าถึงกล้องจุลทรรศน์ วัตถุมงคลที่พบเห็นได้บ่อยได้แก่
- การชุบแข็งอีกครั้งในเหล็ก หากพื้นผิวได้รับความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิออสเทนไนซ์ จากนั้นจึงดับด้วยโลหะเทกองที่เย็นลง พื้นผิวจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ที่แข็งและเปราะ เลเยอร์นี้สร้างการอ่านค่าความแข็งที่ไม่เกี่ยวข้องกับวัสดุดั้งเดิม
- แบ่งเบาบรรเทาและอ่อนตัวลง ที่อุณหภูมิต่ำ ความร้อนอาจทำให้โครงสร้างใกล้พื้นผิวร้อนเกินไป ความแข็งลดลง และทำให้ส่วนประกอบที่ได้รับความร้อนอย่างถูกต้องดูอ่อนแอ
- การเปลี่ยนเฟสในโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก โลหะผสมไทเทเนียม อลูมิเนียมอัลลอยด์ และซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลสามารถเกิดการตกผลึกซ้ำ การเจริญเติบโตของเกรน หรือการตกตะกอนของเฟสที่ไม่ต้องการ
- สีออกซิเดชันและอุณหภูมิ แม้แต่การให้ความร้อนปานกลางก็ทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์ที่ปรากฏเป็นสีเหลือง สีน้ำตาล หรือสีน้ำเงินบนหน้าตัด
- ความเค้นตกค้างและรอยแตกขนาดเล็ก การทำความร้อนพื้นผิวอย่างรวดเร็วตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วจะทิ้งความเค้นตกค้างไว้เบื้องหลัง วัสดุที่เปราะอาจแตกร้าวตามขอบตัด
สิ่งแปลกปลอมเหล่านี้นำไปสู่การสรุปที่ผิดพลาดในการทดสอบความแข็ง การจัดอันดับโครงสร้างจุลภาค และการวิเคราะห์ความล้มเหลว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการควบคุมความเสียหายจากความร้อนจึงเป็นข้อกำหนดหลักของทุกฝ่าย กระบวนการตัดโลหะที่ปราศจากการเสียรูป และเหตุใดขั้นตอนมาตรฐานจึงต้องใช้น้ำหล่อเย็นปริมาณมากในระหว่างการตัดส่วน
สารหล่อเย็นป้องกันความเสียหายจากความร้อนได้อย่างไร
น้ำหล่อเย็นสำหรับการตัดทำหน้าที่สำคัญสี่ประการในระหว่างการตัดส่วน โดยแต่ละหน้าที่จะโจมตีความร้อนในระยะที่ต่างกัน
การดูดซับและการกำจัดความร้อน
น้ำซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของสารหล่อเย็นทางโลหะวิทยาส่วนใหญ่ มีความจุความร้อนจำเพาะสูงและมีความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอสูง เมื่อน้ำหล่อเย็นไหลเข้าสู่บริเวณการตัด จะดูดซับความร้อนจากใบมีดและชิ้นงานและพาออกไป การทำความเย็นแบบระเหยที่ส่วนต่อประสานระหว่างใบมีดกับชิ้นงานนั้นมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ เนื่องจากจะขจัดความร้อนจำนวนมาก ณ จุดที่เกิดความร้อนอย่างแท้จริง
การหล่อลื่นบริเวณการตัด
สารหล่อเย็นมีสารเติมแต่งในการหล่อลื่นซึ่งจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีระหว่างเม็ดขัดและโลหะ แรงเสียดทานที่น้อยลงหมายถึงการสร้างความร้อนน้อยลง ดังนั้นการหล่อลื่นจึงช่วยแก้ปัญหาที่ต้นตอ แทนที่จะจัดการเฉพาะอาการเท่านั้น
การชะล้างชิปและเศษซาก
กระแสน้ำหล่อเย็นจะล้างเศษโลหะและเม็ดขัดที่หักออกจากการตัด หากอนุภาคเหล่านั้นยังอยู่ภายในรอยตัด พวกมันจะถูกกราวด์อีกครั้งด้วยล้อ ทำให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้นและอุดตันพื้นผิวใบมีด การตัดที่สะอาดมักจะเป็นการตัดเย็บที่เย็นกว่าเสมอ
ป้องกันการกัดกร่อน
สารหล่อเย็นทางโลหะวิทยาส่วนใหญ่มีสารยับยั้งการกัดกร่อนที่ปกป้องทั้งพื้นผิวที่เพิ่งตัดและเครื่องตัด สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อมีการจัดเก็บตัวอย่างระหว่างการตัดและการเตรียมต่อไป
สารหล่อเย็นไม่ใช่อุปกรณ์เสริมของเครื่องตัด เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและมีราคาแพงที่สุดในการควบคุมความร้อนระหว่างการตัดส่วนโลหะ
การเลือกและการใช้น้ำหล่อเย็นการตัดที่เหมาะสม
สารหล่อเย็นบางชนิดไม่ได้ทำงานเท่ากัน ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับวัสดุชิ้นงาน ประเภทของเครื่องตัด และใบมีด สามประเภทหลักคือ:
- น้ำยาหล่อเย็นสังเคราะห์สูตรน้ำ ระบายความร้อนได้ดี เกิดฟองน้อย และชะล้างได้ดีเยี่ยม เหมาะกับโลหะส่วนใหญ่และเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับเครื่องตัดอัตโนมัติที่มีความแม่นยำ
- สารหล่อเย็นกึ่งสังเคราะห์และอิมัลชัน สิ่งเหล่านี้จะเพิ่มหยดน้ำมันที่ช่วยปรับปรุงการหล่อลื่นและเป็นที่ต้องการสำหรับโลหะผสมที่แข็งแกร่ง เช่น สแตนเลส ไทเทเนียม และซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล
- น้ำมันตัดกลึงที่ใช้น้ำมัน การหล่อลื่นที่ดีที่สุดแต่การระบายความร้อนอ่อนแอที่สุด ใช้สำหรับวัสดุที่อ่อนนุ่มและเหนียวมากซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยเปื้อนระหว่างการตัด
แนวทางการสมัคร
- จ่ายน้ำหล่อเย็นตรงบริเวณหน้าสัมผัสระหว่างใบมีดกับชิ้นงาน การฉีดพ่นด้านข้างของใบมีดจะทำให้ล้อเย็นลง แต่ไม่ใช่ตัวอย่าง
- รักษาอัตราการไหลให้สูงพอที่จะทำให้พื้นผิวที่ตัดเปียกอย่างเห็นได้ชัดตลอดเวลา หน้าตัดขนาดใหญ่อาจต้องใช้หัวฉีดหลายอัน
- ใช้สมาธิตามความเข้มข้นที่แนะนำของผู้ผลิต โดยปกติแล้วจะอยู่ที่ 3 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ น้อยเกินไปจะลดการหล่อลื่นและการป้องกันการกัดกร่อน มากเกินไปทำให้เกิดฟองและทิ้งสารตกค้าง
- สำหรับวัสดุที่ไวต่อความร้อน ให้ใช้การตัดแบบจุ่มน้ำ โดยแช่ตัวอย่างและใบมีดไว้ในน้ำหล่อเย็นจนสุด
สารหล่อเย็นสำหรับการตัดโลหะเพื่อการตัดตัวอย่างที่แม่นยำ สารหล่อเย็นนี้จะเจือจางด้วยน้ำในอัตราส่วน 1:20 เพื่อลดแรงเสียดทานและความร้อน ยืดอายุใบมีด และป้องกันการเกิดออกซิเดชัน เหมาะกับโลหะ เซรามิก และวัสดุผสม และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับการใช้ในห้องแล็บอย่างปลอดภัย ดูผลิตภัณฑ์ → เมื่อจับคู่กับใบมีดที่ตรงกับวัสดุ สารหล่อเย็นที่ใช้อย่างถูกต้องจะรักษาอุณหภูมิของตัวอย่างให้ต่ำกว่าเกณฑ์ความเสียหายพร้อมทั้งยืดอายุใบมีด
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการป้องกันความเสียหายจากความร้อน
การป้องกันความเสียหายจากความร้อนเป็นความรับผิดชอบระดับระบบที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักร ใบมีด สารหล่อเย็น และผู้ปฏิบัติงาน ตัวจานตัดเองถือเป็นแนวป้องกันด่านแรก และกิจวัตรในทางปฏิบัติก็ควรครอบคลุมประเด็นต่อไปนี้ด้วย:
ใบตัดโลหะประสิทธิภาพสูง ใบตัดนี้มีสารขัดคุณภาพสูงและสารยึดเกาะที่แข็งแกร่งเพื่อการตัดที่รวดเร็ว เรียบเนียน และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เหมาะสำหรับโลหะและเซรามิก ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเตรียมตัวอย่างที่มีประสิทธิภาพโดยใช้เวลาหลังการประมวลผลน้อยลง ดูผลิตภัณฑ์ → - เลือกใบมีดที่ถูกต้อง ใช้ล้อยึดติดแบบอ่อนสำหรับวัสดุแข็ง และใช้ล้อยึดติดแข็งสำหรับวัสดุอ่อน ใบมีดเพชรเหมาะที่สุดสำหรับตัวอย่างที่แข็งหรือเปราะมาก ความแข็งของพันธะจะกำหนดความเร็วของเม็ดขัดที่สึกหรอและควบคุมปริมาณความร้อนจากการเสียดสีโดยตรง
- จับคู่ความเร็วตัดกับวัสดุ ลดความเร็วล้อสำหรับโลหะผสมที่ไวต่อความร้อน เครื่องตัดที่มีความแม่นยำพร้อมการควบคุมความเร็วแบบต่างๆ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานมีความยืดหยุ่นในการดำเนินการนี้
- ควบคุมแรงป้อน ปล่อยให้ใบมีดตัดตามอัตราธรรมชาติ ระบบป้อนอัตโนมัติและตัวบ่งชี้แรงป้อนจะป้องกันไม่ให้ผู้ปฏิบัติงานออกแรงกดมากเกินไป
- รักษาน้ำหล่อเย็นให้ไหล ตรวจสอบว่าหัวฉีดไม่ได้ถูกปิดกั้นและน้ำหล่อเย็นไปถึงร่องตัดทั้งสองด้านของใบมีด
- ปล่อยให้ระบบเย็นลงระหว่างการตัด เมื่อตัดตัวอย่างจำนวนมากตามลำดับ ให้ปล่อยให้ใบมีดและถังเก็บน้ำหล่อเย็นฟื้นตัวระหว่างการทำงาน
- ตรวจสอบด้วยตัวอย่างทดสอบ ตัดและเตรียมตัวอย่างสังเวย จากนั้นจึงกัดกรด พื้นผิวที่แกะสลักสม่ำเสมอโดยไม่มีชั้นสีขาวหรือการไล่ระดับความแข็งที่สูงชันช่วยยืนยันว่าการตัดไม่มีความเสียหาย
เครื่องตัดที่มีความแม่นยำพร้อมความเร็วที่ปรับได้ การป้อนอัตโนมัติ และการจ่ายน้ำหล่อเย็นในตัว ทำให้แนวทางปฏิบัติเหล่านี้สามารถทำซ้ำได้ในทุกชุด ด้วยการควบคุมสภาพแวดล้อมในการตัด จะช่วยขจัดความแปรปรวนส่วนใหญ่ที่นำไปสู่ความเสียหายจากความร้อน
เครื่องตัดแม่นยำแบบแมนนวล Q Series และ SQ Series เครื่องตัดแบบแมนนวลเหล่านี้ให้การตัดส่วนที่มีความแม่นยำสูงโดยมีผลกระทบต่อความร้อนน้อยที่สุด ซีรีส์ SQ เพิ่มการระบายความร้อนที่ดีขึ้นและความเร็วที่ปรับได้ ทำให้สามารถใช้งานได้หลากหลายสำหรับห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของตัวอย่าง ดูผลิตภัณฑ์ → คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับความเสียหายจากความร้อนและสารหล่อเย็น
คำถามที่ 1: ฉันจะทราบได้อย่างไรว่าตัวอย่างมีความเสียหายจากความร้อนหรือไม่
มองหาสีเทมเปอร์บนพื้นผิวที่ตัด จากนั้นกัดตามหน้าตัด ในเหล็กกล้า ชั้นสีขาวที่ขอบมักจะบ่งบอกถึงมาร์เทนไซต์ที่ไม่มีการอบชุบ ในโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก บริเวณที่มีการตกผลึกซ้ำที่ขอบเป็นสัญญาณที่พบบ่อยที่สุด การทำแผนที่ความแข็งทั่วทั้งขอบตัดจะแสดงความลาดชันหากมีความเสียหายเกิดขึ้น
คำถามที่ 2: การตัดโลหะวิทยาสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็นหรือไม่
บางครั้งมีการใช้การตัดแบบแห้งกับตัวอย่างขนาดเล็กและอ่อนนุ่มที่มีใบมีดเพชรบางๆ แต่ไม่แนะนำให้ใช้ในงานวิเคราะห์ การตัดแบบแห้งเพียงไม่กี่วินาทีก็สามารถดันอุณหภูมิพื้นผิวให้สูงกว่าจุดเปลี่ยนรูปได้ เมื่อใดก็ตามที่ตัวอย่างมีค่าการวิเคราะห์ ควรใช้สารหล่อเย็น
คำถามที่ 3: ฉันควรใช้น้ำหล่อเย็นที่มีความเข้มข้นเท่าใด
ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตที่มีความเข้มข้น โดยทั่วไปคือ 3 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์สำหรับสารหล่อเย็นสังเคราะห์ ความเข้มข้นต่ำเกินไปจะลดการหล่อลื่นและการป้องกันการกัดกร่อน ในขณะที่ความเข้มข้นสูงเกินไปทำให้เกิดฟองและทิ้งสารตกค้างเหนียวไว้บนตัวอย่าง
คำถามที่ 4: ประเภทใบมีดส่งผลต่อการสร้างความร้อนหรือไม่?
ใช่. ล้อทื่อหรือไม่ตรงกันจะทำให้เกิดแรงเสียดทานมากกว่าล้อคมที่มีการยึดเกาะที่เหมาะสม สภาพใบมีด ขนาดของกรวด และความแข็งของพันธะ มีส่วนโดยตรงต่อความร้อนที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานการตัด
การระบายความร้อนที่สม่ำเสมอเป็นรากฐานของงานโลหะวิทยาที่เชื่อถือได้
ความเสียหายจากความร้อนไม่ใช่ผลพลอยได้จากการตัดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ มันเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สามารถป้องกันได้ สาเหตุของมันคือแรงเสียดทาน ความเร็ว อัตราป้อน และความร้อน และสารหล่อเย็นคือเส้นด้ายทั่วไปที่เชื่อมโยงพวกมันเข้าด้วยกัน สารหล่อเย็นที่เลือกสรรมาอย่างดีจะดูดซับความร้อน หล่อลื่นบริเวณการตัด และไล่เศษออก ส่งผลให้ตัวอย่างมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่โครงสร้างจุลภาคเริ่มเปลี่ยนแปลง
ในทางปฏิบัติ การป้องกันความเสียหายจากความร้อนต้องมีระเบียบวินัยเช่นเดียวกับทุกขั้นตอนอื่นๆ ของการเตรียมตัวอย่าง: เลือกอุปกรณ์และวัสดุสิ้นเปลืองที่เหมาะสม ตรวจสอบพารามิเตอร์ และตรวจสอบผลลัพธ์ เมื่อดำเนินการขั้นตอนการตัดอย่างถูกต้องโดยใช้น้ำหล่อเย็นไหลเพียงพอ พื้นผิวขั้นสุดท้ายที่เตรียมไว้จะเป็นตัวแทนของวัสดุที่จะวิเคราะห์อย่างเที่ยงตรง
