Optimum factors between carburizing Temperature and Time in Hardening Big Knife by Pack Carburizing Process Using Periwinkle Shells as an Energizer

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาปัจจัยที่เหมาะสมของอุณหภูมิและเวลาการอบเพิ่มคาร์บอนที่มีผลต่อสมบัติเชิงกลของมีดโต้ที่ชุบแข็งด้วยกระบวนการแพ็กคาร์เบอไรซิงโดยใช้เปลือกหอยขมเป็นสารเร่งปฏิกิริยา สมบัติเชิงกลของมีดโต้ประกอบด้วยค่าความแข็งและความต้านทานแรงกระแทก สมบัติเชิงกลที่ได้จากการทดลองจะนำมาทำการเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากมีดโต้ที่ตีขึ้นรูปและชุบแข็งจากชุมชนตีมีด โดยมีค่าความแข็งเฉลี่ย 607.0 HV ค่าความต้านทานแรงกระแทกเฉลี่ย 14.0 Joules การทดลองชุบแข็งมีดโต้ด้วยกระบวนการแพ็กคาร์เบอไรซิงใช้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำตีขึ้นรูปให้มีขนาดและรูปทรงเช่นเดียวกับมีดโต้ของชุมชน สารเพิ่มคาร์บอนประกอบด้วยผงถ่านไม้ยูคาลิปตัสสัดส่วน 80% ผสมกับผงเปลือกหอยขมสัดส่วน 20% โดยน้ำหนัก การทดลองอบชุบทางความร้อนใช้หลักการออกแบบการทดลอง (DOE) และวิเคราะห์ปัจจัยที่เหมาะสมตามหลักการทางสถิติ ปัจจัยในการศึกษาแบ่งออกเป็น 2 ปัจจัย โดยปัจจัยแรก คือ อุณหภูมิอบเพิ่มคาร์บอนมีอยู่ 3 ระดับ ได้แก่ 960, 980 และ 1,000 องศาเซลเซียส ปัจจัยที่สอง คือ เวลาอบเพิ่มคาร์บอนมีอยู่ 3 ระดับ ได้แก่ 60, 90 และ 120 นาที การทดลองอบเพิ่มคาร์บอนทำตามระดับปัจจัยที่กำหนด จากนั้นนำชิ้นทดสอบไปทำการชุบแข็งด้วยอุณหภูมิออสเทไนต์ 780 องศาเซลเซียส ใช้เวลาอบแช่ 15 นาทีจุ่มชุบในน้ำ แล้วนำไปทำเทมเพอร์ที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 60 นาที ผลจากการวิเคราะห์ พบว่า ปัจจัยที่เหมาะสมของอุณหภูมิอบเพิ่มคาร์บอน คือ 1,000 องศาเซลเซียส เวลาในการอบเพิ่มคาร์บอน คือ 96.1 นาที โดยได้ค่าความแข็งเฉลี่ย 606.9 HV และค่าความต้านทานแรงกระแทกเฉลี่ย 24.8 Joules ผลของการชุบแข็งเพื่อยืนยันผลโดยใช้อุณหภูมิและเวลาอบเพิ่มคาร์บอนที่ได้จากการวิเคราะห์ปัจจัยที่เหมาะสม ได้ค่าความแข็งเฉลี่ย 610.2 HV และค่าความต้านทานแรงกระแทกเฉลี่ย 21.6 Joules ซึ่งเป็นค่าที่อยู่ในขอบเขตของสมบัติเชิงกลของมีดที่ตีและชุบแข็งจากชุมชนตีมีด

The objective of this research was to study the optimum factors between carburizing temperature and time affecting the mechanical properties of hardened big knives hardened by carburizing process using periwinkle shells as an energizer. The mechanical properties which consisted of hardness and impact values were studied. These properties from the experiment were used for comparison with the mechanical property values delivered from the knife forging community, whereby the average hardness value was 607.0 HV and the average impact value was 14.0 Joules. The experiment was conducted by forging big knives from low carbon steel with the similar shape and size as those fabricated by the knife-forging community. The pack carburizing compound consisted of 80% eucalyptus wood charcoal powder as carburizer and 20% periwinkle shells powder by weight as energizer. The principle of design of experiment (DOE) was used to design the experiment and the optimization was statistically analyzed. The two optimized factors in this study consisted of carburizing temperature and carburizing time. The carburizing temperature consisted of three levels i.e. 960, 980 and 1,000 degree Celsius. The carburizing time consisted of three levels i.e. 60, 90 and 120 minutes. The experimental steps were as follows; the knives were carburized then austenitized at 780 degrees Celsius for 15 minutes and quenched in water. After that, the knives were tempered at 180 degree Celsius for 60 minutes. The analyzed results showed that the optimum carburizing temperature was 1,000 degrees Celsius and the optimum carburizing time was 96.1 minutes. The two factors provided the average hardness of 606.9 HV and the average impact value of 24.8 Joules. The optimum values of carburizing temperature and time were verified. The verification results revealed average hardness of 610.2 HV and the average impact value of 21.6 Joules, which coincided with the scope of the mechanical properties of forged and hardened knives from the fabricated community.