การออกแบบและพัฒนาบ่อชุบแข็งด้วยน้ำมันสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตมีดชุมชน

บทคัดย่อ

การผลิตมีดในระดับอุตสาหกรรมชุมชน ซึ่งใช้เหล็กกล้าเกรด AISI 5160 เป็นวัสดุหลักในการทำใบมีด มักประสบปัญหาของเสียจากการชุบแข็งด้วยน้ำ เนื่องจากอัตราการเย็นตัวที่รุนแรงส่งผลให้เกิดการแตกร้าวและความแปรปรวนของสมบัติเชิงกล งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) ออกแบบและพัฒนาบ่อชุบน้ำมันโดยอาศัยหลักสมดุลพลังงาน(2) ประเมินสมรรถนะของระบบผ่านการทดสอบความแข็งและการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค และ 3) เปรียบเทียบผลลัพธ์กับการชุบน้ำภายใต้เงื่อนไขการชุบที่แตกต่างกัน โดยใช้มีดพร้าเหล็กกล้าเกรด AISI 5160 เป็นชิ้นทดสอบ ผลการออกแบบระบุว่าปริมาตรน้ำมันขั้นต่ำเท่ากับ 2.0 ลิตรต่อการชุบหนึ่งครั้ง และได้พัฒนาบ่อชุบที่มีปริมาตรใช้งาน 6 ลิตรเพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อน โดยอุณหภูมิน้ำมันระหว่างใช้งานต่อเนื่องไม่เกิน 82 °C ซึ่งต่ำกว่าจุดวาบไฟอย่างปลอดภัย ผลการทดลองที่ระดับชิ้นงาน (n = 6 ต่อกลุ่ม) พบว่ากลุ่มชุบน้ำมันให้ค่าความแข็งเฉลี่ย 54.67 ± 1.31 HRC สูงกว่ากลุ่มชุบน้ำที่ 52.80 ± 1.75 HRC โดยมีขนาดอิทธิพลระดับสูง (Cohen's d = 1.21) และค่าสัมประสิทธิ์ความแปรปรวนต่ำกว่า (2.40% เทียบกับ 3.31%) แม้ค่าความแข็งอาจแตกต่างในระดับเข้าใกล้นัยสำคัญทางสถิติ (Welch's t-test, p = 0.065) เนื่องจากข้อจำกัดด้านขนาดตัวอย่าง แต่ค่าความแปรปรวนที่ลดลงอย่างชัดเจนนี้สะท้อนถึงความสม่ำเสมอของกระบวนการที่เหนือกว่าได้อย่างเป็นรูปธรรม การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคด้วย SEM สนับสนุนผลดังกล่าว โดยกลุ่มชุบน้ำมันมีโครงสร้างที่ละเอียดและสม่ำเสมอกว่า สอดคล้องกับลักษณะของ tempered martensite อย่างไรก็ตาม สมบัติเชิงกลของชิ้นงานได้รับอิทธิพลร่วมกันจากทั้งชนิดของตัวกลางชุบและเงื่อนไขกระบวนการชุบ โดยสรุป ระบบบ่อชุบน้ำมันที่พัฒนาขึ้นไม่เพียงแต่มีแนวโน้มเพิ่มความแข็งของชิ้นงาน แต่ยังสามารถแก้ปัญหาความแปรปรวนในกระบวนการผลิตได้อย่างเป็นรูปธรรม จึงมีความเหมาะสมที่จะนำไปใช้เป็นแนวทางเชิงวิศวกรรมเพื่อยกระดับมาตรฐานการชุบแข็งในอุตสาหกรรมชุมชนต่อไป