กรรมวิธีขึ้นรูปกึ่งของแข็งอลูมิเนียมผสมรีดเย็น 2024 โดยขบวนการอบอ่อนเต็มที่ และ อัดขึ้นรูปเย็น

จุดประสงค์ของงานวิจัยนี้ เพื่อพัฒนากระบวนการผลิตอะลูมิเนียมผสมรีดเย็น 2024 T4 โครงสร้างเกรนก้อนกลมละเอียดโดยการอบอ่อนเต็มที่และอัดขึ้นรูปเย็น เพื่อหาสภาวะที่ดีเหมาะสมสำหรับการผลิตโครงสร้างก้อนกลมเพื่อใช้เป็นแท่งวัตถุดิบสำหรับขบวนการหล่อขึ้นรูปกึ่งของเข็งธิโซฟอร์มมิง และจะศึกษาวิวัฒนาการการเกิดและการเติบโตของเกรนของแข็งก้อนกลมในขั้นตอนหลอมละลายบางส่วน ขั้นตอนการทดลองประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ 1) การอบอ่อนเต็มที่โดยการอบอะลูมิเนียมผสม 2024 สภาพจำหน่าย ที่อุณหภูมิ 415 องศาเซลเซียส ในเวลา 3 ชั่วโมง 2) การอัดขึ้นรูปเย็นโดยใช้แรงอัดเพิ่มขนาดพื้นที่หน้าตัด (RA) ที่ร้อยละ 40 ที่อัตราความเครียด () 3 มิลลิเมตรต่อนาที 3) การอบหลอมละลายบางส่วนที่อุณหภูมิกึ่งของแข็ง 620 องศาเซลเซียส กับเปลี่ยนแปลงเวลาแช่ในช่วงระหว่าง 0-60 นาที และ 4) การชุบแข็งด้วยน้ำ ทำให้โลหะผสมเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วในน้ำสะอาด นำชิ้นงานชุบแข็งมาตรวจสอบด้วยวิธีทางโลหะวิทยา โปรแกรมวิเคราะห์ภาพ OLYSIA m3 และวิธีเส้นตรงตัดขอบเกรนตามมาตรฐาน ASTM 12-96 เป็นต้น วัดตัวแปรกระบวนการ อาทิ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเกรนเฉลี่ย (d) ค่าความกลมของเกรน (Sphericity) ในเทอมปัจจัยรูปร่าง (SF) สัดส่วนเปอร์เซ็นต์ของเหลวชุบแข็งและลักษณะการกระจายตัวของเหลวยูเทคติกล้อมรอบเกรนของแข็งก้อนกลม นอกจากนี้ จะคำนวณหาค่าคงที่อัตราการเติบโตของเกรนก้อนกลม (k) ผลงานวิจัย พบว่า (1) ในระหว่างการหลอมละลายบางส่วนโครงสร้างใกล้เคียงกับก้อนกลมเกิดขึ้นโดยการละลายและแตกออกที่ขอบเกรนมุมสูงของเกรนตกผลึกใหม่ และ (2) โครงสร้างกึ่งของแข็งที่เหมาะสมที่สุดที่จะผลิตได้ โดยการนำชิ้นงานทดลองผ่านการอบอ่อนเต็มที่ อัดเพิ่มพื้นที่หน้าตัด 40% RA และอบในเตาที่ 620 องศาเซลเซียส ในเวลาแช่ประมาณ 6 นาที เกรนก้อนกลมที่ได้รับขนาดสม่ำเสมอ 73-88 µm (ต่ำกว่า 100 µm) สัดส่วนเปอร์เซ็นต์ของเหลวชุบแข็งอยู่ในช่วง 16-21 และปัจจัยรูปร่าง > 0.6 การเติบโตของเกรนในสภาพกึ่งของแข็งเพิ่มขึ้น ถ้าหากเวลาแช่เพิ่มขึ้น โดยที่ในระยะเวลาสั้นประมาณ 6 นาทีแรก การเติบโตของเกรนถูกควบคุมโดยกลไกการเคลื่อนขอบเกรนมุมสูงแต่เมื่อเวลาแช่นานขึ้น 7-60 นาที ซึ่งเปอร์เซ็นต์สัดส่วนของเหลวสูง ออสวาด ริพินนิง (Ostwald ripening) จะเป็นกลไกที่สำคัญกว่า ค่าคงที่อัตราการเติบโต (k) สำหรับอะลูมิเนียมผสมรีดเย็น 2024 หลังผ่านการทำการอบอ่อนและ SIMA เท่ากับ 400.36 µm3.s-1 (< 600 µm3.s-1) ผลการทำนายขนาดเกรนที่เวลาแช่นานที่สุด 60 นาที พบว่า เมื่อใช้ค่าดรรชนีการเติบโต (n) =3 แทนในสมการกฎการใช้กำลัง (Power law) ค่าความแตกต่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเกรน (∆d) ต่ำที่สุด เป็นร้อยละ 1.09 จึงเป็นหลักฐานว่า กลไกการเติบโตของเกรนในโลหะสภาพกึ่งของแข็งผสมของเหลว ส่วนใหญ่เป็น Ostwald ripening ซึ่งสอดคล้องกับงานวิจัยจำนวนมาก ชิ้นงานทดลองโครงสร้างก้อนกลมที่ผลิตได้จากการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 620 องศาเซลเซียสในเวลาแช่ 6 นาที หลังทำการขึ้นรูปธิโซฟอร์มมิงโดยการทดสอบแรงอัด ได้ดีกรีการแปรรูปร้อยละ 91.5 และหลังจากทำกรรมวิธีอบชุบทางความร้อน T6 ต่อ ไม่พบรอยแตกใดใดภายในโครงสร้างจุลภาค แต่พบรูพรุนเกิดจากของเหลวแยกตัวในบริเวณศูนย์กลางชิ้นงานจำนวนเล็กน้อย