สมบัติทางกายภาพ 4 ประเภทของเหล็ก

สมบัติทางกายภาพ 4 ประเภทของเหล็ก
 
เรื่องนี้เป็นเบสิกพื้นฐานที่ผู้สนใจเรื่องมีด หรือโลหะทำมีดทุกคนควรจะทราบ

ก่อนจะถามว่าเหล็กตัวนี้ดียังไง หรืออะไรดีกว่ากัน มาทำความเข้าใจสมบัติเชิงฟิสิกส์ที่วัดค่าได้ทางวิทยาศาสตร์ของเหล็ก 4 ข้อ กันก่อน
 
1. ความแข็ง (Hardness)
 
สำหรับโลหะที่นิยมเอามาทำมีดเราวัดความแข็งด้วยหน่วย Rockwell Scale C หรือเรียกสั้นๆว่า HRC
ความแข็งหรืออีกนัยหนึ่งคือความต้านต่อการเสียรูป ยิ่งแข็งยิ่งต้องใช้แรงกระทำมากขึ้นเพื่อให้เกิดการเสียรูป ไม่ว่าจะเป็นการกด บิด งอ ต่างๆ
 
ความแข็งเป็นปัจจัยมาจากตัวเหล็กเอง(ส่วนผสม/กรรมวิธีผลิต) บวกกับกระบวนการทางความร้อนที่ใช้ (ชุบแข็ง/คืนไฟ)
ซึ่งเหล็กเบอร์เดียวกันแม้จะมีความแข็งเท่ากันก็สามารถมีสมบัติในส่วนอื่นต่างกันได้ขึ้นอยู่กับวิธีชุบแข็ง

2. ความต้านสึก (Wear Resistance)
 
ความต้านสึก แปลตรงตัวก็คือความต้านต่อการสึกหรอจากการขัดสี เสียดสี ต่างๆ เป็นสับเซตส่วนหนึ่งของความแข็ง(Hardness) คือยิ่งโลหะแข็งมากก็จะมีความต้านสึกที่มากขึ้นตาม
 
สำหรับเหล็กทำมีด ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความต้านสึกไม่ใช่ความแข็ง HRC แต่คืออนุภาคเล็กๆที่ผสมอยู่ในเนื้อเหล็กที่เรียกว่าคาร์ไบด์ (หรือไนไตรท์) ให้นึกภาพทรายที่ผสมในซีเมนต์อะไรแบบนั้น
 
คาร์ไบด์คือ ธาตุโลหะชนิดต่างๆจับตัวกับคาร์บอนเป็นอนุภาคขนาดเล็กมีความแข็งสูงกว่าตัวเนื้อเหล็กเอง
คาร์ไบด์มีหลายชนิดซึ่งแต่ละชนิดก็จะมีขนาดและความแข็งแตกต่างกัน

ปริมาณ, ขนาด และความแข็งของคารไบด์มีผลโดยตรงต่อความต้านสึกและความเหนียวของเหล็ก เช่น หากเหล็กมีคารไบด์จำนวนมากแวร์เพิ่มก็จริง แต่ความเหนียวก็จะต่ำลงโดยเฉพาะคารไบด์ที่มีขนาดใหญ่อย่างเช่น โครเมี่ยมคาร์ไบด์
 
หรือ คาร์ไบด์บางชนิดมีความแข็งสูงและมีขนาดเล็ก เช่น วาเนเดียมหรือนิโอเบี่ยมคาร์ไบด์ ก็จะสามารถเพิ่มแวร์ให้กับเหล็กมากกว่าคาร์ไบด์ชนิดอื่นๆในปริมาณที่เท่ากันโดยเสียความเหนียวน้อยกว่าด้วย
 
ปล. ขนาดของคารไบด์ถูกกำหนดจากกรรมวิธีในการผลิตเหล็ก เหล็กกลุ่ม PM จะมีคารไบด์ขนาดเล็กกว่าพวกที่ผลิตแบบดั้งเดิม Conventional
 

3. ความเหนียว (Toughness)
 
ความเหนียวคือการต้านต่อการปริร้าวแตกหักภายหลังเหล็กโดนกระทำจนเกิดการเสียรูป ยิ่งเหล็กเหนียวมากเท่าไหร่ก็ยิ่งแตกหักยากขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไปความแข็งจะแปรผกผันกับความเหนียวในเหล็กชนิดเดียวกัน แต่ก็ไม่เสมอไป เช่น เหล็กที่คาร์บอนและอัลลอยสูงมากๆในสภาพอบอ่อนจะมีทั้งความแข็ง ความเหนียว และการกัรนสนิมที่ต่ำกว่าหลังชุบแข็ง

หรือเหล็กที่คืนไฟในช่วง Tempered Martensite Embrittlement ก็ยังเสียทั้งความแข็งและความเหนียว

อีก 2 ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความเหนียว คือขนาดของเกรนเนื้อเหล็กเอง หรือเกรนของโครงสร้างมารเท็นไซต์
เหล็กชนิดเดียวกันที่เกรนละเอียดกว่าจะมีความเหนียวสูงกว่าเสมอที่ความแข็งเท่ากัน
สอง คือปริมาณและขนาดของคารไบด์ ... เหล็กที่มีคารไบด์จำนวนมากหรือมีขนาดใหญ่ก็มักมีความเหนียวที่ต่ำ
 
เหล็กทำมีดสมัยใหม่เลยนิยมพัฒนาให้คารไบด์มีขนาดเล็กและเน้นแต่กลุ่มที่ความแข็งสูงเพื่อผลลัพธ์เชิงกลที่สูงสุด

 
4. ความต้านสนิม (Corrosion Resistance)
 
โครเมี่ยมเป็นธาตุที่มีความสำคัญที่สุดต่อการต้านสนิม เพราะโครเมี่ยมที่ผสมอยู่ในเหล็กจะสร้างโครเมี่ยมอ๊อกไซด์เป็นฟิลม์บางๆเคลือบผิวเหล็กไว้ ปกป้องผิวเหล็กจากการทำปฏิกิริยากับความชื้นหรืออากาศ ซึ่งประสิทธิภาพของฟิลม์โครเมี่ยมอ๊อกไซด์อยู่ที่จำนวน"โครเมี่ยมที่อยู่นรูปอิสระ" ยิ่งเยอะเท่าไหร่ การกันสนิมก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไปเหล็กที่มีโครเมี่ยมผสมอยู่เยอะ ไม่ได้แปลว่าจะมีโครเมี่ยมอิสระเยอะเสมอไป

ยกตัวอย่าง เหล็กที่มีโครเมี่ยมผสมอยู่ 20% แต่หากโครเมี่ยมเหล่านั้นส่วนใหญ่ถูกจับเป็นคารไบด์ไปหมด การกันสนิมก็สามารถแย่กว่าเหล็กโครเมี่ยม 10% ที่ Cr ส่วนใหญ่อยู่ในรูปอิสระได้ เช่น ZDP-189 กันสนิมแย่กว่า AEB-L เป็นต้น

โดยทั่วไปเราต้องการโครเมี่ยมอิสระราวๆ 10% เพื่อให้เหล็กเป็นสแตนเลส
 
ธาตุอีกสองตัวที่มีส่วนสำคัญในการเพิ่มการกันสนิมคือโมลิปดีนั่มที่ช่วยให้ฟิลม์ Cr อ๊อกไซด์มีความแข็งแรงมากขึ้น ลดการเกิดสนิมขุม (Pitting) และไนโตรเจนที่ช่วยลดการจับโครเมี่ยมอิสระไปเป็นคารไบด์

5. Edge Stability

อย่าพึ่งงงว่ามีข้อ 5 มาได้ยังไง Edge Stability คือความทนทานปลายสุดของส่วนคมที่มีขนาดเล็ก เป็นปัจจัยที่เกิดจากความแข็ง x ความเหนียว

เหล็กที่มี Edge Stability สูงจะต้องมีความแข็งสูง ความเหนียวสูง เกรนละเอียด มีคารไบด์ขนาดเล็กและมีจำนวนไม่มากเกินไปหรือแทบไม่มีเลย เหล็กอัลลอยต่ำเกรนละเอียดแนวๆ W2, 52100, Silversteel, White/Blue รวมไปถึงสแตนเลสกลุ่ม AEBL, Nitro-V จะมีสมบัติตรงนี้ค่อนข้างดี ในขณะที่เหล็กพวกที่คารไบด์ใหญ่ หรือมีจำนวนมากอย่าง D2, S110V จะมีค่าส่วนนี้ต่ำ

___________________________

ส่วน"การรักษาคม"เป็นเรื่องที่ทำงานร่วมกันของแต่ละคุณสมบัติ โดยปัจจัยเกี่ยวข้อง คือกีโอเมทรีหรือสัณฐานของคมมีด วัสดุที่ตัด และตัดในลักษณะไหน

การตัดโดยการหั่นเฉือนกับการสับกระแทกย่อมใช้คุณสมบัติทางกายภาพที่ไม่เหมือนกัน
 
การตัดวัสดุที่มีความเป็น Abrasive หรือมีความเสียดทานสูง เช่น เชือกมะนิลา กระดาษลัง ผ้ายีนส์ การเสียคมจะเกิดจากเนื้อเหล็กค่อยๆสึกหรอออกไป ความต้านสึกจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการรักษาคม
 
วัสดุที่มีความแข็ง เช่น การเอาค้อนตอกสันตัดตะปูบนทั่ง ความแข็ง HRC ก็เป็นสิ่งสำคัญที่สุดเพื่อไม่ให้คมมีดเสียรูป
 
การสับไม้เนื้อแข็งโครมๆ เราก็ต้องการทั้งความแข็งเพื่อไม่ให้คมยู่ และความเหนียวเพื่อไม่ให้ปลายสุดของคมบิ่นร่อยออกไป
 
หรือการใช้งานเป็นมีดครัวหรือมีดโกนหนวดในคมที่บาง องศาคมต่ำๆ คมเฉียบๆ Edge Stability ก็จะเป็นคุณสมบัติที่จำเป็นที่สุด
 
หรือแม้แต่ความต้านสนิม เองก็มีส่วนช่วยให้เหล็กรักษาคมในสภาวะที่มีความชื้น ไอทะเล หรือการตัดอาหารหรือวัสดุที่มีความเป็นกรดสูง
 
S90V ที่ 57HRC ย่อมมีโอกาสสูงที่จะรักษาคมเหนือ 52100 แข็ง 62HRC ในการตัดเชือกแข่งกัน เพราะการตัดเชือกต้องการแวร์เป็นหลัก ... แต่ถ้าเอามาสับไม้พะยุงแข่งกัน 52100 ย่อมมีโอกาสชนะมากกว่า เพราะการสับไม้เนื้อแข็งต้องการความแข็งและความเหนียวเป็นสำคัญ

ดังนั้นถ้าจะวัดว่าเหล็กชนิดไหนรักษาคมดีกว่ากันก็ต้องคำนึงถึงองค์ประกอบทั้งหมดด้วย

เนื้อหาบทความโดย :  Rudchapin Kumpu

Steel Republic - มีด เหล็ก วัสดุ