เหล็กหล่อ (Cast Iron) คืออะไร?
Gray Iron, Ductile Iron, White Iron ต่างกันอย่างไร?
ทำความเข้าใจเหล็กหล่อ 4 ประเภทหลัก องค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างจุลภาค สมบัติ การใช้งาน และวิธีตัดด้วยเครื่องเลื่อยสายพาน อ้างอิงมาตรฐาน ASTM A48, A536 และ ASM Handbook
เหล็กหล่อ (Cast Iron) คืออะไร?
เหล็กหล่อ (Cast Iron) คือโลหะผสม Fe-C-Si ที่มีปริมาณ Carbon สูงกว่า 2.14% (ซึ่งเป็นขีดจำกัดสูงสุดของ Steel) โดยทั่วไปมี C ในช่วง 2.5–4.0% และ Si ในช่วง 1.0–3.0% Carbon ส่วนเกินนี้จะปรากฏในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตและองค์ประกอบ ซึ่งกำหนดสมบัติและประเภทของเหล็กหล่อ
ประเภทของเหล็กหล่อ
1. Gray Cast Iron (เหล็กหล่อสีเทา)
Gray Iron เป็นเหล็กหล่อที่ใช้มากที่สุด (~70% ของการผลิตเหล็กหล่อโลก) ตามมาตรฐาน ASTM A48 Carbon ส่วนใหญ่อยู่ในรูปแผ่น Graphite Flake กระจายอยู่ในเนื้อโลหะ รอยหักสีเทาจึงเป็นที่มาของชื่อ ข้อดีเด่นคือ Damping Capacity สูงมาก (ดูดซับการสั่นสะเทือน) ทำให้เป็นวัสดุอุดมคติสำหรับ Machine Base, Engine Block ฯลฯ
| สมบัติ | Gray Iron Class 20 | Gray Iron Class 40 |
|---|---|---|
| Tensile Strength (MPa) | 138 | 276 |
| Compressive Strength (MPa) | ~570 | ~965 |
| Hardness (HB) | ~163 | ~220 |
| ความสามารถรับแรงดึง | อ่อน — เปราะมาก | อ่อน — เปราะ |
| Damping Capacity | ดีเยี่ยม | ดีเยี่ยม |
| การใช้งาน | Brake Drum, Pipe | Machine Bed, Cylinder Block |
2. Ductile Iron / Nodular Iron (เหล็กหล่อเหนียว)
Ductile Iron พัฒนาขึ้นในปี 1943 โดย Keith Millis และ Harold Morrogh โดยการเติม Magnesium (Mg) เล็กน้อยลงใน Gray Iron ที่กำลังหลอมเหลว Mg ทำให้ Graphite เปลี่ยนรูปร่างจากแผ่น (Flake) เป็น ทรงกลม (Nodule/Spheroid) การเปลี่ยนรูปร่าง Graphite นี้ส่งผลมหาศาลต่อสมบัติ — โดยเฉพาะด้านความเหนียวและความต้านทานแรงดึง ตามมาตรฐาน ASTM A536
| เกรด ASTM A536 | Tensile Str. (MPa) | Yield Str. (MPa) | Elongation | HB |
|---|---|---|---|---|
| Grade 60-40-18 | 414 | 276 | 18% | ≤ 187 |
| Grade 65-45-12 | 448 | 310 | 12% | ≤ 207 |
| Grade 80-55-06 | 552 | 379 | 6% | 187–255 |
| Grade 100-70-03 | 689 | 483 | 3% | 241–302 |
| Grade 120-90-02 | 827 | 621 | 2% | 269–341 |
3. White Cast Iron
White Iron เกิดเมื่อ Carbon ไม่แยกตัวเป็น Graphite แต่รวมอยู่กับ Iron เป็น Iron Carbide (Fe₃C หรือ Cementite) ซึ่งแข็งมาก (~800 HV) รอยหักจึงสีขาวเงา White Iron แข็งมากจนตัดแปรรูปด้วยเครื่องมือทั่วไปแทบไม่ได้ ต้องใช้ Grinding มักใช้เป็นผิวทนการสึกหรอ เช่น Grinding Ball, Jaw Crusher, Slurry Pump ฯลฯ
4. Malleable Iron (เหล็กหล่อเหนียวรีด)
ผลิตจาก White Iron โดยนำไป Anneal ที่อุณหภูมิสูง (~800–950°C) เป็นเวลานาน ทำให้ Fe₃C สลายตัวเป็น Temper Carbon Nodule ได้สมบัติใกล้เคียง Ductile Iron แต่กระบวนการผลิตช้ากว่า ปัจจุบัน Ductile Iron แทนที่ Malleable Iron เกือบทั้งหมดในอุตสาหกรรม
ตารางเปรียบเทียบเหล็กหล่อทั้ง 4 ประเภท
| ประเภท | โครงสร้าง Graphite | ความเหนียว | Hardness | Machinability |
|---|---|---|---|---|
| Gray Iron | Flake (แผ่น) | ต่ำมาก — เปราะ | 150–300 HB | ดี |
| Ductile Iron | Nodule (ทรงกลม) | ดีถึงดีมาก (2–18%) | 140–350 HB | ดี |
| White Iron | ไม่มี (Cementite) | ต่ำมาก — เปราะมาก | 400–800 HB | ต่ำมาก |
| Malleable Iron | Temper Carbon Cluster | ดีปานกลาง | 150–250 HB | ดี |
การตัดเหล็กหล่อด้วยเครื่องเลื่อยสายพาน
เหล็กหล่อประเภทต่างๆ มีพฤติกรรมการตัดที่แตกต่างกันมาก:
Gray Iron และ Ductile Iron
ตัดได้ค่อนข้างง่ายด้วยเครื่องเลื่อยสายพาน แต่มีลักษณะเด่น 2 ประการ:
- Chip เป็นผงหรือเม็ดสั้น (ต่างจากเหล็กที่ Chip เป็นเกลียว) เพราะ Graphite ทำให้เนื้อโลหะแตกสั้น ทำให้ระบาย Chip ง่ายกว่า
- มีฝุ่น Graphite — Graphite ที่หลุดออกระหว่างตัดเป็นฝุ่นสีดำ ต้องระวังสุขภาพ
| วัสดุ | ความเร็วตัด | TPI | น้ำหล่อเย็น | ใบเลื่อย |
|---|---|---|---|---|
| Gray Iron (≤ 200 HB) | 40–70 m/min | 4–6 TPI | ใช้ได้ หรือแห้ง | Carbon Steel หรือ Bi-Metal |
| Ductile Iron (≤ 250 HB) | 30–60 m/min | 4–6 TPI | แนะนำ | Bi-Metal M42 |
| White Iron (> 400 HB) | ไม่แนะนำตัดด้วย Band Saw | — | — | ต้องใช้ Grinding |
แหล่งอ้างอิง
- ASTM A48/A48M-03 — Standard Specification for Gray Iron Castings, ASTM International
- ASTM A536-84 — Standard Specification for Ductile Iron Castings, ASTM International
- ASM Handbook Vol. 1 — Cast Irons, Section 6, ASM International
- Stefanescu, D.M. (2011) — Science and Engineering of Casting Solidification, 2nd Ed., Springer
- Lacaze, J. et al. (2008) — Solidification of spheroidal graphite cast irons, ISIJ International, 48(5)
- American Foundry Society (AFS) — Cast Iron Technology, AFS Publications, Schaumburg, IL
- Millis, K.D., Morrogh, H. & others (1947–1949) — Original patents and papers on Ductile Iron, AFS Transactions
ต้องตัดเหล็กหล่อในโรงงาน? เราแนะนำได้
CNE Service มีใบเลื่อย Eberle ที่เหมาะสำหรับเหล็กหล่อทุกประเภท พร้อมคำแนะนำการตั้งค่าที่ถูกต้อง
ปรึกษาฟรี →