วัสดุโลหะ — Tool Steel
SKD11 เหล็ก Cold Work Die Steel คืออะไร?
SKD11 เหล็ก Cold Work Die Steel คืออะไร?
JIS SKD11 vs AISI D2 เปรียบเทียบสมบัติ
ทำความเข้าใจองค์ประกอบ สมบัติความต้านทานการสึกหรอ กระบวนการอบชุบ และการตัด SKD11 เหล็กเครื่องมืองาน Cold Work ที่นิยมใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊ม ไดคัต และ Jig/Fixture ในโรงงานไทย
SKD11 คืออะไร?
SKD11 คือ Cold Work Die Steel กลุ่ม High-Carbon, High-Chromium ตามมาตรฐาน JIS G4404:2015 ของญี่ปุ่น ตัวย่อ “SKD” ย่อมาจาก Steel Kogu Die (เหล็กเครื่องมือแม่พิมพ์) และตัวเลข “11” เป็นรหัสในกลุ่ม เป็นเหล็กที่มีปริมาณ Carbon สูงมาก (1.40–1.60%) และ Chromium สูง (11–13%) ทำให้มีความต้านทานการสึกหรอ (Wear Resistance) ที่ดีเยี่ยม และความแข็งสูงหลังการ Quench สามารถทำ Vacuum Hardening ได้ ซึ่งช่วยลดการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน
📌 ทำไม SKD11 จึงเป็นที่นิยมสำหรับแม่พิมพ์?
งานวิจัยจาก ASM International ยืนยันว่า High-Cr Tool Steel เช่น D2/SKD11 มีความต้านทานการสึกหรอจากการขัดถู (Abrasive Wear Resistance) สูงกว่า P20 ถึง 3–5 เท่า เนื่องจาก Carbide อนุภาค Chromium-rich ที่กระจายตัวในโครงสร้าง Martensite มีความแข็งสูงมาก (HV ~1500–2000)
องค์ประกอบทางเคมีของ SKD11
| ธาตุ | SKD11 (JIS G4404) | AISI D2 (ASTM A681) | บทบาท |
|---|---|---|---|
| Carbon (C) | 1.40–1.60% | 1.40–1.60% | สร้าง Carbide + ความแข็ง Martensite |
| Chromium (Cr) | 11.00–13.00% | 11.00–13.00% | Wear Resistance, Corrosion Resistance เล็กน้อย |
| Molybdenum (Mo) | 0.80–1.20% | 0.70–1.20% | Hardenability, ทนความร้อน |
| Vanadium (V) | 0.20–0.50% | ≤ 1.10% | ทนการสึกหรอ, ควบคุมขนาด Grain |
| Silicon (Si) | ≤ 0.40% | ≤ 0.60% | Deoxidation |
| Manganese (Mn) | ≤ 0.60% | ≤ 0.60% | Hardenability เล็กน้อย |
สมบัติทางกลและความแข็งของ SKD11
| สมบัติ | ค่า | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| Hardness (Annealed) | ≤ 255 HB | สภาพส่งมาจากผู้ผลิต พร้อมตัดแปรรูป |
| Hardness (After Hardening) | HRC 58–62 | หลัง Vacuum Quench + Temper ต่ำ |
| Hardness ที่ใช้งานจริง | HRC 55–62 | ขึ้นอยู่กับชนิดงาน Temper ต่างกัน |
| Compressive Strength | ~2,700 MPa | ที่ HRC 62 |
| Modulus of Elasticity | ~210 GPa | ใกล้เคียงเหล็กทั่วไป |
| ความทนการสึกหรอ | ดีเยี่ยม | เหนือกว่า O1, A2 อย่างชัดเจน |
| ความเหนียว (Toughness) | ปานกลาง | ด้อยกว่า O1, A2 — งาน Impact สูงควรหลีกเลี่ยง |
กระบวนการอบชุบความร้อน SKD11
ขั้นตอน Vacuum Hardening (แนะนำ)
วิธีที่นิยมที่สุดสำหรับ SKD11 เพราะลดการเกิด Decarburization และ Distortion:
- Preheat ที่ 500°C และ 850°C (ทำ 2 ขั้น)
- Austenitize ที่ 1,020–1,040°C ในสภาพ Vacuum
- Quench ด้วยก๊าซ Nitrogen (Gas Quenching)
- Temper ทันทีที่ 150–200°C (2 รอบ) เพื่อลด Residual Stress
- ได้ความแข็ง HRC 60–62
การ Temper กับความแข็งที่ได้
| อุณหภูมิ Temper | ความแข็งที่ได้ (HRC) | การใช้งาน |
|---|---|---|
| 150–200°C | 60–62 | งาน Blanking, Shearing ที่ต้องการความแข็งสูงสุด |
| 300–350°C | 56–58 | แม่พิมพ์ปั๊มโลหะแผ่นทั่วไป |
| 480–520°C | 58–60 | Secondary Hardening — ใช้เมื่อต้องทำ Nitriding ตามมา |
⚠️ อย่าให้ความร้อนเกิน 300°C หลัง Hardening (นอกจากตั้งใจ)
SKD11 ที่ผ่าน Hardening มาแล้วจะอ่อนตัวลงอย่างรวดเร็วเมื่อถูกความร้อนสูง ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการ Grinding ถ้า Coolant ไม่เพียงพอ — เรียกว่า Grinding Burns ทำให้ผิวแม่พิมพ์มีความแข็งไม่สม่ำเสมอ
การตัด SKD11 ด้วยเครื่องเลื่อยสายพาน
SKD11 ในสภาพ Annealed (ความแข็ง ≤ 255 HB) สามารถตัดได้ด้วยเครื่องเลื่อยสายพาน แต่ต้องการการตั้งค่าที่ถูกต้อง:
| พารามิเตอร์ | ค่าแนะนำ | เหตุผล |
|---|---|---|
| ความเร็วใบเลื่อย | 20–40 m/min | High-Cr Steel ต้องการความเร็วต่ำ ป้องกันความร้อน |
| Feed Rate | ต่ำถึงปานกลาง | แรงกดมากเกินทำให้ฟันเลื่อยแตก |
| TPI | 3–4 TPI (แท่งใหญ่), 6–8 TPI (แท่งเล็ก) | ต้องการฟันห่างเพื่อระบายเศษโลหะ |
| ใบเลื่อยแนะนำ | Bi-Metal M42 Eberle หรือดีกว่า | ทน wear จาก Carbide ใน SKD11 |
| น้ำหล่อเย็น | จำเป็น — Sulphurized Cutting Oil หรือ Soluble Oil เข้มข้น | ป้องกันความร้อนสะสมและยืดอายุใบ |
⚠️ ห้ามตัด SKD11 หลัง Hardening ด้วยใบเลื่อย Carbon Steel
SKD11 ที่ผ่าน Hardening มีความแข็ง HRC 58–62 ซึ่ง Carbon Steel Blade ไม่สามารถตัดได้ ต้องใช้ Wire EDM หรือ CBN Grinding เท่านั้น — ใบเลื่อย Bi-Metal ก็จะเสียหายทันทีหากพยายามตัด
SKD11 เทียบกับ Tool Steel อื่นในงาน Cold Work
| เกรด | มาตรฐาน | Hardness (HRC) | Wear Res. | Toughness | เหมาะงาน |
|---|---|---|---|---|---|
| SKD11 / D2 | JIS / AISI | 58–62 | ดีเยี่ยม | ปานกลาง | แม่พิมพ์ปั๊ม, Blanking, Drawing |
| SKS3 / O1 | JIS / AISI | 58–62 | ดี | ดี | Jig, Fixture, เครื่องมือตัด |
| SKD61 / H13 | JIS / AISI | 44–52 | ปานกลาง | ดีเยี่ยม | Hot Work Die, Die Casting |
| DC53 | Daido Steel | 60–62 | ดีเยี่ยม | ดีกว่า D2 | ทดแทน SKD11 ที่ต้องการ Toughness สูงกว่า |
แหล่งอ้างอิงและมาตรฐาน
- JIS G4404:2015 — Alloy Tool Steels, Japanese Standards Association (JSA)
- ASTM A681-08 — Standard Specification for Tool Steels Alloy, ASTM International
- ASM Handbook Vol. 4 — Heat Treating, Section: Tool Steels, ASM International
- Roberts, G.A., Krauss, G. & Kennedy, R. (1998) — Tool Steels, 5th Edition, ASM International
- Kato, K. & Adachi, K. (2002) — Wear Mechanisms — In Modern Tribology Handbook, CRC Press
- Daido Steel Technical Report — DC53 vs D2 Comparison Study (2018)
- Berns, H. & Theisen, W. (2008) — Ferrous Materials: Steel and Cast Iron, Springer-Verlag
ต้องการตัด SKD11 Annealed ให้ได้ขนาดแม่นยำ?
CNE Service มีใบเลื่อย Eberle Bi-Metal M42 สำหรับ Tool Steel โดยเฉพาะ พร้อมคำแนะนำการตั้งค่าเครื่อง
ขอคำแนะนำการตัด →