กรรมวิธีการผลิต

ก

คํานิยม

เอกสารประกอบการสอนวิชา วก 210 กรรมวิธีการผลิต ที่เรียบเรียงโดย อาจารย ดร.
ทิพาพร คําแดง สําหรับใชประกอบการสอนนักศึกษาในหลักสูตรวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต
มหาวิทยาลัยแมโจ จากการไดอานตนฉบับเอกสารดังกลาวน้ีพบวา มีเนื้อหาครอบคลุมตาม
คําอธิบายรายวิชาของหลักสูตร อีกท้ังยังตรงตามขอกําหนดรายวิชาวิศวกรรมพ้ืนฐานของสภา
วิศวกร ซ่ึงวิชาดังกลาวถือวามีความจําเปนและมีความสําคัญสําหรับนักศึกษาในหลักสูตร
วิศวกรรมเปนอยางยิ่ง เนื่องจากจะไดรับความรูเกี่ยวกับกระบวนการผลิตและแปรรูปโลหะท่ี
หลากหลายแลว ยังกลาวถึงเคร่ืองมือกลหรือเคร่ือง จักรท่ีใชสําหรับการผลิตแตละกระบวนการ
การเลอื กใชวัสดใุ หเหมาะสมกับกระบวนการผลิต และการประมาณตนทุนการผลิต การที่วิศวกร
จะผลิตหรืออกแบบชิ้นงานไดอยางมีประสิทธิภาพน้ัน จําเปนจะตองมีความรูพื้นฐานเกี่ยวกับ
วัสดุ ที่มาและกระบวนการผลิตวัตถุดิบ ความเหมาะตอการนําไปใชงานของวัตถุดิบ ทําให
สามารถเลอื กกระบวนการผลติ ท่เี หมาะสม การเลือกใชเคร่ืองมือและเคร่ืองจักรที่ถูกตอง เพ่ือให
การผลติ มีคณุ ภาพโดยมีตนทุนการผลิต ของเสียจากการผลิต และความสูญเสียจากการผลิตตํ่า
ทีส่ ุด นีค่ ือสิง่ ทีว่ ิศวกรจําเปน ตอ งมคี วามรพู นื้ ฐานเหลาน้ี

ขาพเจาขอชื่นชมอาจารย ดร.ทิพาพร คําแดง ซ่ึงเปนผูที่มีความรู ความสามารถ ไดใช
ความวิริยะอุตสาหะและความเพียรพยายามจัดทําเอกสารประกอบการสอนวิชานี้ขึ้น ซ่ึงเปน
เอกสารประกอบ การสอนท่ีมีเน้ือหาตรงและครอบคลุมตามหลักสูตร และเปนเอกสารที่มีคุณคา
และเปนประโยชนตอการศึกษามากเลมหนึ่ง และจะเปนประโยชนอยางย่ิงหากผูเรียนและผูใฝ
ศึกษา อา นทบทวนหรือศึกษาดวยตนเอง ซ่ึงถือเปนเนื้อหาที่เปนความรูพื้นฐานที่สําคัญสําหรับ
งานทางวิศวกรรม ขาพเจาเชื่อม่ันวาเอกสารประกอบการสอนวิชา วก 210 กรรมวิธีการผลิต
เลม นีจ้ ะเปนประโยชนตอนักศึกษาหลักสูตรวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต และสาขาชางอุตสาหกรรม
ทเ่ี กย่ี วขอ ง ตลอดจนผสู นใจใฝรูเปน อยา งย่งิ

(นายเสมอขวัญ ตนั ตกิ ุล)
รองศาสตราจารย ประจําคณะวศิ วกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร

มหาวทิ ยาลยั แมโจ

ข

คํานํา

เอกสารประกอบการสอน วิชากรรมวธิ ีการผลิต รหสั วิชา วก 210 เลมนี้ ไดถูกเรียบเรียง
ขนึ้ เพ่ือใชสาํ หรับประกอบการสอนในหลักสูตรวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต มหาวิทยาลัยแมโจ โดย
เน้ือหาภายในเลม จะเปนการศึกษากระบวนการผลิตและแปรรูปโลหะดวยกระบวนการตาง ๆ
และศึกษาถึงหลักการทํางานของเครื่องจักรท่ีใชในการผลิตในแตละกระบวนการ รวมถึงการ
พิจารณาการเลือกวัสดุใหเหมาะสมกับกระบวนการผลิต กระบวนการอ่ืน ๆ เชน การผลิต
พลาสติก และการประมาณตนทุนการผลิต ซึ่งมีเนื้อหาที่ตรงตามหลักสูตร และตรงตาม
ขอกําหนดรายวิชาวิศวกรรมพ้ืนฐานของสภาวิศวกร โดยไดจัดทําไว 11 บท ไดแก บทที่ 1
บทนําของกรรมวิธีการผลิต บทที่ 2 การผลิตโลหะ บทที่ 3 การหลอโลหะ บทท่ี 4 การข้ึนรูป
โลหะ บทท่ี 5 การตัดโลหะ บทท่ี 6 การตัดเฉือนโลหะดวยเคร่ืองมือกล บทที่ 7 การตอวัสดุ
บทท่ี 8 การตกแตงผิวสําเร็จ บทที่ 9 การปรับปรุงคุณภาพโลหะดวยความรอน บทท่ี 10
กรรมวธิ กี ารผลิตพลาสตกิ และบทที่ 11 การประมาณตน ทนุ การผลิต

ผูเรียบเรียงหวังเปนอยางยิ่งวาเอกสารประกอบการสอนเลมนี้จะใหความรูและเปน
ประโยชนตอ นักศกึ ษา ตลอดจนผูท ี่สนใจเก่ียวกับกรรมวิธีการผลิต หากพบขอผิดพลาดประการ
ใดผเู รยี บเรยี งยนิ ดนี อ มรบั คําแนะนาํ และจกั ขอบพระคณุ ยิง่ หากแจงใหทราบ เพ่ือผูเรียบเรียงจะ
ไดนาํ มาปรับปรุงแกไ ขในการพมิ พคร้ังตอไป

ทิพาพร คําแดง
ตุลาคม 2556

สารบัญ ค

คาํ นิยม หนา
คาํ นํา ก
ข
บทท่ี 1 บทนาํ ของกรรมวิธกี ารผลิต
1.1 นยิ ามของการผลิต 1
1.2 ลกั ษณะและองคประกอบของกรรมวธิ กี ารผลิต 2
1.3 ประเภทของการผลิต 3
1.4 ประเภทของกรรมวธิ กี ารผลติ 3
1.5 วสั ดุทางวศิ วกรรม 7
1.6 สมบตั ิของวสั ดุ 9
คาํ ถามทา ยบทท่ี 1 18
เอกสารอา งอิง 20

บทท่ี 2 การผลติ โลหะ 22
2.1 แรเ หลก็ 24
2.2 เตาถลงุ แบบพนลม 27
2.3 การผลติ โลหะจาํ พวกเหล็ก 40
2.4 การผลติ โลหะนอกจําพวกเหลก็ 51
คาํ ถามทายบทท่ี 2 53
เอกสารอางองิ
55
บทที่ 3 การหลอ โลหะ 62
3.1 การหลอ ในแบบหลอ ทราย 63
3.2 การหลอ ในแบบหลอเปลือก 64
3.3 การหลอในแบบหลอสุญญากาศ 65
3.4 การหลอ ในแบบหลอคารบอนไดออกไซด 66
3.5 การหลอในแบบหลอโฟม 67
3.6 การหลอ แบบอนิ เวสทเ มนท 69
3.7 การหลอ ในแบบหลอ เซรามิก
3.8 การหลอ แบบฉดี

ง 71
72
3.9 การหลอแบบเหว่ยี ง 73
3.10 การหลอ แบบบีบอัด 74
3.11 การหลอแบบโพรง 76
คาํ ถามทา ยบทที่ 3
เอกสารอางอิง 77
94
บทท่ี 4 การขึ้นรูปโลหะ 103
4.1 การข้ึนรูปงานรอน 105
4.2 การขึ้นรูปงานเย็น
คาํ ถามทายบทท่ี 4 108
เอกสารอางอิง 110
114
บทท่ี 5 การตดั โลหะ 116
5.1 รปู ทรงและมุมตา ง ๆ ของมดี ตดั 120
5.2 วัสดมุ ดี ตดั 122
5.3 การสกึ หรอและอายุการใชง านของมีดตดั
5.4 ความเร็วตัดและอตั ราปอน 124
คําถามทายบทที่ 5 132
เอกสารอางองิ 134
143
บทท่ี 6 การตดั เฉอื นโลหะดวยเครอ่ื งมอื กล 147
6.1 เคร่ืองกลึง 157
6.2 เครื่องควาน 163
6.3 เครื่องเจาะ 165
6.4 เครอ่ื งมอื ทําเกลียว 166
6.5 เครอื่ งกดั 177
6.6 เครอื่ งไส 180
6.7 เครื่องแทงขน้ึ รูป
6.8 เคร่ืองเลอ่ื ย
6.9 เครื่องเจียระไน
คําถามทายบทท่ี 6
เอกสารอา งอิง

บทที่ 7 การตอวัสดุ จ
7.1 การตอโดยใชตัวประสาน
7.2 การเช่อื ม 183
7.3 การตอยึดทางกล 184
คาํ ถามทายบทที่ 7 207
เอกสารอา งอิง 210
212
บทท่ี 8 การตกแตงผวิ สําเร็จ
8.1 การทําความสะอาดผวิ งาน 215
8.2 วศิ วกรรมการชุบเคลอื บผวิ 221
คาํ ถามทา ยบทท่ี 8 231
เอกสารอางองิ 233

บทที่ 9 การปรับปรงุ คณุ ภาพโลหะดวยความรอ น 237
9.1 การชุบแข็ง 244
9.2 การอบคนื ตวั 245
9.3 การปรบั ปรุงความเหนียว 246
9.4 การอบออ น 249
คําถามทา ยบทที่ 9 251
เอกสารอา งอิง
253
บทท่ี 10 กรรมวธิ ีการผลิตพลาสติก 258
10.1 การเตรียมพลาสตกิ 263
10.2 กรรมวธิ ีการฉีดพลาสติก 265
10.3 กรรมวธิ กี ารอดั พลาสติก 267
10.4 กรรมวธิ กี ารเปาพลาสติก 269
10.5 การขน้ึ รูปโดยการหมนุ แมแ บบ 270
10.6 กรรมวิธีการรดี ใหเปนแผน 273
10.7 กรรมวิธีเทอรโ มฟอรม ่ิง 276
คาํ ถามทายบทท่ี 10
เอกสารอา งอิง

ฉ 281
283
บทท่ี 11 การประมาณตน ทนุ การผลิต 284
11.1 การวิเคราะหค าแรงงาน 285
11.2 การวเิ คราะหค าวัตถุดบิ 286
11.3 การวเิ คราะหคา เครอื่ งมือหรอื เคร่อื งจกั รกล 291
11.4 ตนทนุ ทางวศิ วกรรม
11.5 ตนทุนคา ใชจ ายอนื่ ๆ ในการผลิต
เอกสารอา งอิง

บทที่ 1

บทนําของกรรมวิธกี ารผลติ
(Introduction to Manufacturing Processes)

กรรมวิธกี ารผลติ ในอุตสาหกรรมไดถูกพัฒนาขึ้น โดยมีวัตถุประสงคคือ เพื่อใหสามารถ
สรางอุปกรณ เคร่ืองมือ เคร่ืองจักรที่ใชในการผลิตใหมีประสิทธิภาพมากย่ิงข้ึน ทําใหมี
ความสามารถในการผลติ เพิ่มสูงขึน้ ลดตนทนุ ในการผลิต มีคณุ ภาพและความละเอียดแมนยําสูง
ซึ่งกอนที่เราจะเรียนรูถึงกรรมวิธีการผลิต เราจําเปนตองทําความเขาใจกับเทอมเทคนิค
(Technical term) ท่ีถูกใชบอยในกรรมวิธีการของการผลิตเสียกอน รวมถึงตองเขาใจ
ความสําคัญของแตละเทอมที่มีตอวิศวกรรมการผลิต ในบทน้ีเริ่มตนดวยนิยามของการผลิต
ลักษณะและองคประกอบของกรรมวิธีการผลิต ประเภทของการผลิต ประเภทของกรรมวิธีการ
ผลิต วัสดุทางวิศวกรรม และสมบัติของวัสดุ ซ่ึงปจจัยเหลานี้จะตองนํามาพิจารณารวมดวยใน
การออกแบบการผลติ

1.1 นิยามของการผลิต
“การผลิต” สามารถนิยามไดวาเปนการเปลี่ยนรูปของวัตถุดิบไปเปนผลิตภัณฑที่

สามารถใชประโยชนไดโดยใชวิธีการที่ไมซับซอน ตนทุนตํ่า และสิ่งสําคัญที่สุดคือจะตองเปน
วิธกี ารท่ีมีประสิทธิภาพมากที่สุด หากใชเทคนิคการผลิตที่ดอยประสิทธิภาพจะทําใหตนทุนการ
ผลิตมีมูลคาสูงข้ึนและใชเวลาในการผลิตมากขึ้น ซ่ึงในดานการตลาดจะทําใหไมสามารถผลิต
แขง ขนั กับบรษิ ทั ผผู ลติ อื่น ๆ ได

ดังน้ันวิศวกรการผลิต (Manufacturing engineer) จึงมีหนาที่ในการคํานวณและ
กําหนดอุปกรณ เคร่ืองมือ เคร่ืองจักร และกรรมวิธี เพ่ือทําใหผลิตภัณฑท่ีออกแบบน้ันสามารถ
ใชงานไดจ ริงอยา งมีประสทิ ธิภาพ กลา วคอื หนาท่ขี องวิศวกรคอื ตองหาวธิ ีการที่เหมาะสม การใช
งานรวมกันของเคร่ืองจักรท่ีเหมาะสม และวัสดุท่ีเหมาะสม เพ่ือใหการผลิตไมเกิดปญหาและใช
ตนทุนต่ําท่ีสุด นอกจากนี้วิศวกรการผลิตจําเปนตองมีความรูทางวัสดุอยางถองแทและรูจักใช
เครอื่ งจักรทที่ ันสมัย อีกท้ังเม่ือเกิดปญ หาขนึ้ ในการผลิตวิศวกรจะตองสามารถเลือกวิธีการแกไข
ที่เหมาะสมและสามารถแกไขปญหาในเชิงวิเคราะหได โดยวิศวกรจะตองมีองคความรูท่ีดี
เกยี่ วกับวิธกี ารผลติ ทห่ี ลากหลายทั้งในเชิงทฤษฎีและปฏิบัติ

2 บทนําของกรรมวธิ ีการผลติ

1.2 ลักษณะและองคป ระกอบของกรรมวิธีการผลติ
ลักษณะของกรรมวิธีการผลิตสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทคือ กรรมวิธีการผลิต

ทางดานเทคนิค (Technical process) และทางดานเศรษฐศาสตร (Economic process)
การผลิตโดยกรรมวิธีทางดานเทคนิคนั้นมุงเนนไปยังการนํากรรมวิธีการตาง ๆ มา

ประยุกตใชในการผลิตเพ่ือการแปรรูปและเปลี่ยนสมบัติของวัสดุท่ีเปนวัตถุดิบใหเปนผลิตภัณฑ
ที่ตองการ สว นการผลิตโดยกรรมวิธีทางดานเศรษฐศาสตรนั้นจะเนนไปที่การบริหาร การขนสง
วัสดุ และการเพิม่ มลู คาใหกับวัสดุในกรรมวิธีการโดยการปรับปรุงรูปรางและสมบัติใหมีคุณภาพ
ดีมากข้ึน ตามกรรมวิธีการผลิตดังแสดงในรูปที่ 1.1 และ 1.2 น้ันพบวา การผลิตโดยใชกรรมวิธี
การผลิตท้ัง 2 ประเภทนั้นจะตองมีองคประกอบพื้นฐานท่ีสําคัญ 3 ประการคือ ส่ิงท่ีปอนเขา
(Input) กรรมวิธีการผลติ (Process) และสงิ่ ท่ีไดหรอื ผลผลติ (Output)

Raw Manufacturing Processed
Material Process Material

Scrap and
Waste

รูปที่ 1.1 กรรมวธิ ีการผลติ ทางเทคนคิ (ชลติ ตแ ละคณะ, 2544)

Manufacturing
Process

Value added

Starting Material in Processed
Material Processing Material

รูปท่ี 1.2 กรรมวธิ กี ารผลติ ทางเศรษฐศาสตร (ชลติ ตแ ละคณะ, 2544)

สิ่งท่ีปอนเขาหมายถึง วัตถุดิบ (Material) เครื่องจักร (Machine) พลังงาน (Energy)
แรงงาน (Man) และขอมูลการผลิต (Information) ซ่ึงนํามาผานเขาข้ันตอนหรือกรรมวิธีการ

บทนําของกรรมวธิ ีการผลติ 3

ผลิตใด ๆ ไดแก การเตรียมวัตถุดิบตาง ๆ การผสมสวนประกอบตาง ๆ เขาดวยกัน การสราง
รูปทรง การตกแตงรูปทรง ตลอดจนการบรรจุผลิตภัณฑเพ่ือจําหนาย และส่ิงที่ไดหรือผลผลิต
หมายถงึ ผลิตภัณฑ (Product) คณุ ภาพ (Quality) และความพึงพอใจ (Satisfaction) รวมถึง
ของเสีย (Waste) และความสูญเสีย (Loss) ซ่ึงการผลิตที่ดีน้ันจะตองมีการควบคุมและวาง
แผนการจัดการอยา งเปน ระบบเพ่ือใหไ ดผ ลิตภัณฑต ามความตองการของตลาด

1.3 ประเภทของการผลิต
การแยกประเภทของการผลิตน้ันสามารถแยกไดในหลายวิธี ทั้งจากกรรมวิธีหรือจาก

ผลติ ภณั ฑหรอื จากปรมิ าณการผลติ เปนตน โดยในที่นี้จะกลาวถึงการแยกประเภทของการผลิต
ตามปรมิ าณการผลติ ซงึ่ สามารถแบงออกไดเ ปน 3 ประเภทของการผลติ หลัก ๆ ไดแ ก

1.3.1 การผลิตขนานใหญ (Mass production) คอื การผลิตที่มีปริมาณการผลิตมาก
โดยมีปริมาณการผลิตตอปต้ังแต 50,000 ชิ้นเปนตนไป ปริมาณการผลิตจะข้ึนอยูกับปริมาณ
การขายที่คาดการณไวหรือกําหนดข้ึนมา โดยที่ไมไดมีผลโดยตรงจากปริมาณการสั่งซื้อรายวัน
หรอื รายเดอื น ตวั อยา งของผลิตภัณฑจากการผลติ ขนานใหญน้ี ไดแ ก รถยนต เปนตน

1.3.2 การผลิตแบบชวงตอน (Job shop production) คือการผลิตที่มีปริมาณการ
ผลิตตามคําส่ังซื้อของลูกคาซ่ึงอาจมีปริมาณมากกวา 200 ช้ินตอครั้งการผลิต และมีลักษณะ
หลากหลายตามความตองการของลูกคา เชน การผลิตเส้ือผา รองเทา หรือการผลิตช้ินสวน
ตาง ๆ ของบริษัทผูผลิตยอยท่ีสงใหกับบริษัทผูผลิตหลัก และเนื่องจากการเปล่ียนแปลง
ผลิตภัณฑคอนขางบอย ดังน้ันเคร่ืองจักรท่ีใชจะตองสามารถปรับเปลี่ยนใหเหมาะสมไปตาม
สภาพการผลิต นอกจากน้วี ิศวกรหรือบุคคลผรู บั ผดิ ชอบจะตอ งมที ักษะสูงในการจัดการกับความ
หลากหลายของการผลติ ท่แี ตกตางกนั

1.3.3 การผลิตขนานกลาง (Moderate production) คือการผลิตท่ีมีปริมาณการ
ผลติ อยูระหวางการผลิตขนานใหญและการผลิตแบบชวงตอน โดยมีปริมาณการผลิตตอปต้ังแต
10,000 ถึง 20,000 ชิ้น เคร่ืองจักรท่ีใชสามารถปรับเปลี่ยนไดตามความเหมาะสมของการผลิต
นอกจากน้ีการผลิตประเภทนี้ยังไดรับความนิยมในอุตสาหกรรม เนื่องจากเปนการผลิตจาก
ความตองการของตลาดทเี่ พิม่ ขน้ึ จากความตอ งการของผูซ้อื เชน การพิมพห นังสือ เปน ตน

1.4 ประเภทของกรรมวธิ ีการผลิต
กรรมวิธีการผลติ จะถูกเลือกใหเ หมาะสมกบั วัสดุท่นี ํามาใชงานเนื่องจากวัสดุแตละชนิดมี

สมบัติที่แตกตางกัน เชน ความเปราะ ความเหนียว เปนตน วัสดุที่ใชในงานวิศวกรรมสามารถ
แบงออกไดเปน 3 กลุมใหญคือ พวกโลหะ (Metallic materials) อโลหะ (Nonmetallic
materials) และวัสดุผสม (Composite materials) โดยในที่น้ีเน้ือหาสวนใหญจะกลาวถึง

4 บทนําของกรรมวิธกี ารผลติ
เฉพาะกรรมวธิ ีการผลิตของโลหะซง่ึ จะอธบิ ายไวใ นบทถดั ไป สวนกรรมวิธกี ารผลิตของอโลหะจะ
ยกตัวอยางเฉพาะวัสดุจําพวกพลาสติก ในบทน้ีจะเกร่ินนํากรรมวิธีสําหรับการผลิตโลหะอยาง
ครา ว ๆ ซ่งึ สามารถแบง ออกไดเ ปนประเภทตาง ๆ ดังน้ี

(ก)

(ข) (ค)

(ง) (จ)
รูปที่ 1.3 ชนดิ ของกรรมวธิ ีการผลิตทเ่ี ริ่มจากการเปลยี่ นแปลงรูปราง (ก) การหลอ (ข) การตี

(ค) การอัดไหล (ง) การรีด และ (จ) การดัด (ชลิตตแ ละคณะ, 2544)

บทนําของกรรมวธิ กี ารผลิต 5

1.4.1 กรรมวธิ ีการผลติ เริ่มจากการเปลย่ี นแปลงรูปรางของโลหะ ไดแก
 การหลอ (Casting)
 การตี (Forging)
 การอดั ไหล (Extruding)
 การรดี (Rolling)
 การดงึ (Drawing)
 การบบี (Squeezing)
 การดดั (Bending)
 การเฉอื น (Shearing)
 การปน หมุน (Spinning)
 การขึงยึด (Stretch forming)
 การรดี ขนึ้ รูป (Roll forming)
 การขึ้นรปู โลหะผง (Powder metal forming)

(ก)

(ข) (ค)
รูปที่ 1.4 กรรมวิธกี ารผลิตโดยการลดรูปใหไดข นาด (ก) การกลงึ (ข) การเจาะ และ (ค) การกัด

(ชลติ ตแ ละคณะ, 2544)

6 บทนําของกรรมวิธีการผลติ

1.4.2 กรรมวิธีการผลิตโดยการลดรปู ใหไ ดข นาดโดยใชเ คร่ืองจักร ไดแก
 การกลึง (Turning)
 การไสยาว (Planing)
 การไส (Shaping)
 การเจาะ (Drilling)
 การควา น (Boring)
 การเลื่อย (Sawing)
 การแทงขน้ึ รูป (Broaching)
 การกดั (Milling)
 การเจียระไน (Grinding)

1.4.3 กรรมวิธีการตบแตงผิวสาํ เรจ็ ไดแ ก
 การลบั (Honing)
 การเจียระไนดว ยสายพานขัด (Abrasive belt grinding)
 การขดั มัน (Polishing)
 การชุบเคลือบดวยไฟฟา (Electroplating)
 การอะโนไดซ่งิ (Anodizing)
 การถูเรียบ (Lapping)
 การฉดี พนโลหะ (Metal spraying)
 การปารเ กอรไ รซง่ิ (Parkerizing)

1.4.4 กรรมวธิ ีการผลติ แบบการตอช้นิ สว นหรือวัสดุ ไดแก
 การเชื่อม (Welding)
 การบดั กรี (Soldering)
 การบดั กรีแข็ง (Brazing)
 การเชื่อมดว ยกาว (Adhesive joining)
 การใชหมุดยา้ํ (Riveting)
 การกด (Pressing)

บทนําของกรรมวิธีการผลติ 7

1.4.5 กรรมวธิ ีการผลติ โดยการเปลีย่ นแปลงสมบัตทิ างกายภาพของโลหะ ไดแก
 กรรมวธิ ีการปรบั ปรุงคณุ ภาพดว ยความรอ น (Heat treatment)
 การข้ึนรปู งานรอน (Hot working)
 การข้นึ รูปงานเยน็ (Cold working)
 การยิงดว ยเมด็ โลหะ (Shot peening)

1.5 วสั ดทุ างวิศวกรรม (Engineering materials)
วัสดุที่สามารถนํามาใชในการผลิตนั้นตองมีสมบัติของวัสดุที่เหมาะสมตอการใชงาน

รวมถึงตองคํานึงถึงปจจัยทางดานการลงทุนดวย ในปจจุบันวัสดุตาง ๆ ไดถูกออกแบบและ
พัฒนาขึ้นเพ่ือใหสอดคลองและเหมาะสมกับลักษณะการใชงานและสามารถใชงานไดอยาง
กวางขวางมากข้ึน การผสมวัสดุหลักที่มีสมบัติแตกตางกันอยางนอย 2 ชนิดขึ้นไปเรียกวาวัสดุ
ผสม (Composite materials) ซึ่งประกอบดวยวัสดุหน่ึงชนิดที่ทําหนาที่เปนหลักหรือเรียกวา
วัสดุเนื้อพ้ืนหรือเมตริกซ (Matrix) สวนวัสดุชนิดอ่ืน ๆ ท่ีเหลือจะกระจายแทรกตัวอยูในเนื้อ
วสั ดเุ นอ้ื พน้ื หรือเมตรกิ ซเ รยี กวาวัสดเุ สริมแรง (Reinforcement)

1.5.1 วสั ดุกลุมโลหะ สามารถแบงออกไดเ ปน 2 กลมุ คอื
ก. โลหะจําพวกเหล็ก (Ferrous metal) เชน เหล็ก และโลหะผสมตาง ๆ ของเหล็ก
ซง่ึ โลหะประเภทน้จี ะมีธาตเุ หล็กเปน สวนประกอบพื้นฐาน (Iron-based) การเรียกชื่อเหล็กชนิด
ตาง ๆ ข้ึนอยูกับปริมาณธาตุองคประกอบแตละชนิดที่อยูในเหล็ก เชน เหล็กกลา (Steel) จะมี
คารบอนอยูไมเกิน 2 เปอรเซ็นตโดยน้ําหนัก แตถาเกิน 2 เปอรเซ็นตโดยนํ้าหนัก จะเรียกเปน
อกี ชือ่ หนึง่ วาเหลก็ หลอ (Cast iron) เปน ตน
ข. โลหะนอกจาํ พวกเหล็ก (Nonferrous metal) แบงออกไดเปน 2 ชนิดตามสมบัติ
และการใชงานคอื

ข.1 โลหะหนัก (Heavy metal) เปนโลหะที่มีความหนาแนนสูงกวา 4
กโิ ลกรมั ตอลูกบาศกเ ดซิเมตร เชน ทองแดง ทองคํา เงิน สังกะสี เปน ตน

ข.2 โลหะเบา (Light metal) เปนโลหะท่ีมีความหนาแนนต่ํากวา 4 กิโลกรัม
ตอ ลกู บาศกเ ดซิเมตร เชน อะลูมเิ นียม แมกนีเซยี ม เซอรโ คเนียม เบริลเลียม เปน ตน

โลหะผสม (Alloy metal) คอื การนําโลหะตง้ั แต 2 ชนดิ ขึ้นไปมาหลอมรวมเปน
เนื้อเดียวกนั เพอื่ ทําใหม สี มบัติท้งั ทางกลและทางเคมีโดดเดนข้ึนมา กลาวคือทนตอการใชงานที่
อณุ หภูมิสูง ทนตอความเคนแรงดึงสูง และทนตอการกัดกรอนไดดี ตัวอยางของโลหะหนักผสม
(Heavy alloy) เชน ทองเหลือง บรอนซ เปนตน และโลหะเบาผสม (Light alloy) เชน
อะลูมเิ นยี มผสม แมกนเี ซียมผสม เปน ตน

8 บทนําของกรรมวธิ ีการผลิต

1.5.2 วัสดุกลมุ อโลหะ สามารถแบงออกไดเ ปน 2 กลุมคอื
ก. สารอินทรีย (Organic materials) เปนสารประกอบท่ีประกอบดวยธาตุคารบอน
และไฮโดรเจนเปนหลักและจับตัวกันดวยพันธะโควาเลนตกับธาตุอื่น เชน ไนโตรเจน
โพแทสเซียม ออกซิเจน ฟอสฟอรัส เปนตน ซ่ึงไดแก วัสดุกลุมพอลิเมอรและไม เปนตน วัสดุ
กลุมพอลิเมอรบางประเภทมีการนํามาใชงานกันอยางแพรหลายท่ีรูจักกันเปนอยางดีคือ
พลาสตกิ ซึ่งสามารถแบงออกเปน 3 ประเภทใหญ ๆ คอื

ก.1 เทอรโมพลาสติก (Thermoplastic) หรือพลาสติกท่ีสามารถข้ึนรูปดวย
ความรอน วัสดุประเภทเทอรโมพลาสติกจะออนตัวและหลอมเหลวเมื่อไดรับความรอนและจะ
แข็งตัวเมื่อทําใหเย็นลง พลาสติกท่ีแข็งตัวแลวสามารถนํามาหลอมซํ้าไดดวยความรอน ทําให
พลาสติกชนิดนี้มีสมบัติเหมาะสมสําหรับการหลอหลอมหรือข้ึนรูปเปนผลิตภัณฑตาง ๆ ไดงาย
ดวยเทคนิคพ้ืนฐาน เชน การฉีด การอัดรีด หรือการปนเปนเสนใย เปนตน ตัวอยางของ
พลาสติกชนิดน้ี ไดแก พอลิเอทิลีน (PE) พอลิไวนิลคลอไรด (PVC) พอลิโพรพิลีน (PP) พอลิ
เอทิลนี เทเรฟทาเลท (PET) เปนตน

ก.2 เทอรโมเซทพลาสติก (Thermoset plastic) เปนพลาสติกท่ีนํากลับมา
ใชใหมไดยากเน่ืองจากมีโครงสรางของโมเลกุลท่ีเชื่อมโยงกันเปนตาขายหรือรางแห (Cross-
links) ซึง่ อาจเปน ผลจากปฏิกิริยาเคมีหรอื ความรอน โครงสรางลักษณะนี้จํากัดการเคลื่อนไหว
ของโมเลกุลพอลิเมอรและเม่ือไดรับความรอนมักจะเส่ือมสภาพ โดยไมสามารถออนตัวหรือ
หลอมใหมได แตมีขอดีคือ การหดตัวหลังข้ึนรูปที่นอยกวาและสมบัติทนตอความรอนและ
สารเคมีท่ีสูงกวาเทอรโมพลาสติก ตัวอยางของพลาสติกชนิดน้ี ไดแก ฟโนลิค (Phenolic
resin) อีพอกซี (Epoxy) พอลิยูรีเทน (Polyurethane) เปนตน เทอรโมเซทพลาสติกอีก
ประเภทหนึ่งท่ีมีความสําคญั มากคืออีลาสโตเมอร ซึ่งจะไดแยกอธบิ ายไวใ นหวั ขอ ถัดไป

ก.3 อลี าสโตเมอร (Elastomer) มสี มบัติของวัสดคุ อื วสั ดสุ ามารถยืดตัวออก
และคนื กลับคนื สูสภาพเดิมไดเมอ่ื ไมมีภาระ (Load) หรอื นยิ มเรียกอีกอยางหนึ่งวายาง ซ่ึงยางท่ี
จัดอยูในกลุมอีลาสโตเมอรน้ีแบงออกไดเปน 2 ชนิดคือ ยางธรรมชาติ (Natural rubber, NR)
ซึง่ เปน ยางของตน ยางพารา และยางสงั เคราะห (Synthetic rubber, SR) ซึ่งหมายความถึงยาง
ธรรมชาติที่ถูกพัฒนาโดยผานกรรมวิธีการผลิตท่ีทําใหเกิดสมบัติพิเศษบางประการ โดยมี
ลักษณะทางเคมีและสมบัติคลายคลึงกับยางธรรมชาติหรือยางชนิดตาง ๆ ที่สังเคราะหไดจาก
ปฏิกิริยาเคมี ตัวอยางของยางสังเคราะห ไดแก ยางคลอโรพรีน (Chloroprene rubber, CR)
ยางพอลิไอโซพรีน (Polyisoprene rubber, IR) ยางสไตรีน บวิ ตาไดอีน (Styrene-butadiene
rubber, SBR) เปนตน

ข. สารอนินทรีย (Inorganic materials) คือสารประกอบอ่ืน ๆ ที่ไมใชสารอินทรีย
ประกอบดวยธาตุตาง ๆ มากมาย จับตัวกันดวยพันธะแบบโควาเลนตและไอออนิกรวมกันหรือ

บทนําของกรรมวิธีการผลิต 9

อยางใดอยางหน่ึง ตัวอยางของวัสดุกลุมอโลหะจําพวกสารอนินทรียท่ีนิยมผลิตในอุตสาหกรรม
คือ เซรามกิ ซ่งึ เปน วัสดุทางวิศวกรรมอีกชนิดหน่ึงท่ีมีความสําคัญ เน่ืองจากมีความแข็งมากแม
อยูในอุณหภูมิสูง มีคาการนําความรอนและการนําไฟฟาต่ํา มีนํ้าหนักเบากวาโลหะ ทนตอการ
สึกหรอ (Wear resistance) มีจุดหลอมเหลวสูง เปราะ (Brittle) มีเสถียรภาพทางเคมีและ
ความรอ นสูง มคี วามตานทานการคืบตัว (Creep) สูง

(ก) (ข) (ค)

รูปที่ 1.5 ลักษณะของวสั ดทุ ่ีใชเ สริมแรง (ก) กลุมเสริมแรงที่มีลกั ษณะเปนเสน ใย (ข) กลุม
เสริมแรงทม่ี ีลักษณะเปน ผง และ (ค) กลุม เสริมแรงท่ีมีลักษณะซอนเปน แผน
(ชลิตตและคณะ, 2544)

1.5.3 วัสดุผสม (Composite materials) สามารถแบงออกไดตามลักษณะของวัสดุ
เสริมแรงที่มาผสมได 3 กลมุ ดังน้ี

ก. กลุมเสริมแรงท่ีมีลักษณะเปนเสนใย (Fiber-reinforced composites) คือ
วัสดุที่มีเนื้อวัสดุไมเปนเนื้อเดียวกันเชื่อมตอเนื่องกัน (Heterophase) โดยมีการกระจายของ
วสั ดุตางชนดิ ในวสั ดุอีกชนดิ หนึง่ เชน การนาํ เสน ใยแกวใสในพอลิเมอรโบรอน เรียกวา ไฟเบอร
กลาส เปน ตน

ข. กลุมเสริมแรงท่ีมีลักษณะเปนผง (Particulate composites) คือวัสดุท่ีมีเน้ือ
วัสดุเดียวกนั ตอเนอ่ื งกนั และมีวัสดุชนิดตางกันฝงกระจายอยูท่ัวไปหรือมีอนุภาคของวัสดุแข็งฝง
ในเนอ้ื วัสดุออ น เชน อนุภาคของเหลก็ หรอื โครเมยี มฝงในทองแดง เปน ตน

ค. กลุมเสริมแรงที่มีลักษณะซอนเปนแผน (Laminar or layered composites)
คือวัสดุทีม่ เี น้ือวัสดุเดยี วกันตอเนือ่ งกันและมีวัสดุชนิดตางกันซอนสลับกันลักษณะเปนแผน เชน
ไมอัด แผนความรอ นงานไฟฟา (Bimetallic strip) เปน ตน

สมบัติของวัสดุผสมที่ไดจะเปนฟงกช่ันหรือขึ้นกับสมบัติและปริมาณของสารต้ังตน
เหลาน้ี รวมถงึ รปู ทรงทางเรขาคณิตของวัสดเุ สรมิ แรงท่ีกระจายตัวในเมตรกิ ซ

1.6 สมบัตขิ องวัสดุ (Material properties)
กรรมวิธีการผลิตท่ีดีน้ันจะตองคํานึงถึงการเลือกใชวัสดุท่ีเหมาะสมที่สุดโดยการนํา

สมบตั ิตาง ๆ ของวัสดุที่จะเลือกใชมาประกอบการพิจารณาหาขอดีและขอเสีย รวมถึงการนํามา

10 บทนําของกรรมวิธกี ารผลติ

ประยุกตใชงานท่ีเหมาะสมภายใตเงื่อนไขที่กําหนด สมบัติของวัสดุท่ีนํามาพิจารณาสามารถ
แบงยอยออกไดเ ปน 7 ประเภทคือ

1.6.1 สมบตั ิทวั่ ไป (General properties)
ก. ความหนาแนน (Density) คืออัตราสวนระหวางมวลและปริมาณของวัสดุน้ันมี
หนวยเปน กิโลกรัมตอลูกบาศกเมตร (kg/m3) เปนสมบัติจําเพาะของวัสดุ และวัสดุชนิดใดที่มี
โครงสรางเดียวกนั จะมีความหนาแนนเทากนั
ข. ตนทุน (Cost) คือราคาของวัสดุ เปนสมบัติอยางหน่ึงของวัสดุที่เปล่ียนแปลงได
ตลอดเวลาผิดกับสมบัติอ่ืน ๆ ซ่ึงการแปรผันของราคาตนทุนของวัสดุน้ันข้ึนอยูกับปจจัยหลาย
อยาง เชน การเก็งกําไร ภาวะเงินเฟอ และภาวะความไมสมดุลกันระหวางอุปสงคและอุปทาน
เปนตน
1.6.2 สมบตั ิเชงิ กล (Mechanical properties)

(ก) (ข)

(ค)
รปู ที่ 1.6 วัสดุท่ีถูกแรงภายนอกกระทําตอ หน่ึงหนว ยพื้นทใ่ี นลกั ษณะทแ่ี ตกตา งกนั

(ก) ความเคนแรงดึง (ข) ความเคนแรงกด และ (ค) ความเคน เฉอื น
(คดั มาจาก http://www.qlickbranding.com)

ก. ความเคน (Stress) คือแรงตานทานภายในเน้ือของวัสดุท่ีมีตอแรงภายนอกที่มา
กระทําตอหนึ่งหนวยพ้ืนท่ี แตเน่ืองจากการวัดคาแรงตานทานภายในเนื้อของวัสดุน้ันเปนไปได

บทนําของกรรมวธิ กี ารผลติ 11

ยาก ดังน้ันในทางปฏิบัติโดยทั่วไปแลวความเคนมักถูกกลาวถึงในแงของแรงภายนอกที่มา
กระทาํ ตอหน่งึ หนวยพ้นื ท่ี ซง่ึ สามารถเขยี นไดดงั สมการตอไปน้ี

σ = F/A (1.1)

โดยท่ี คอื ความเคน หนว ยเปน นวิ ตันตอตารางเมตร (N/m2) หรือปาสคาล (Pa)
F คือ แรงภายนอกทมี่ ากระทาํ หนวยเปน นิวตนั (N)
A คือ พ้ืนท่ีภาคตัดของวัสดุที่ถูกแรงภายนอกกระทําและต้ังฉากกับแรงภายนอก
หนวยเปน ตารางเมตร (m2)

ความเคนสามารถแบงออกไดเปน 3 ชนิดตามลักษณะของแรงภายนอกที่มากระทํา
กลาวคือ ความเคนแรงดึง (Tensile stress) ความเคนแรงกด (Compressive stress) และ

ความเคนเฉอื น (Shear stress, ) ดงั แสดงในรปู ท่ี 1.6

(ก) (ข)

รูปที่ 1.7 การเปล่ยี นรูปของวสั ดุเน่อื งจากแรงภายนอกกระทําในลกั ษณะท่แี ตกตา งกัน
(ก) ความเครียดเชิงเสน และ (ข) ความเครยี ดเฉือน (คดั มาจาก
http://www.qlickbranding.com)

ข. ความเครียด (Strain) คือการเปลี่ยนรูปของวัสดุ (Deformation) เม่ือมีแรง
ภายนอกมากระทาํ ซ่ึงคือการตอบสนองของวัสดเุ ม่ือมีความเคนมากระทําตอวัสดุและทําใหมีการ
เคล่ือนที่ภายในเนื้อของวัสดุน้ัน ความเครียดสามารถแบงไดเปน 2 ชนิดข้ึนอยูกับชนิดของแรง
ท่ีมากระทําตอวัสดุคือ ความเครียดเชิงเสน (Linear strain, ) และความเครียดเฉือน (Shear

strain, γ) ดังแสดงในรูปที่ 1.7 ซง่ึ สามารถเขยี นเปนสมการไดตามลําดับดงั ตอ ไปนี้

12 บทนําของกรรมวธิ ีการผลติ

ε = ∆L/L0 (1.2)
(1.3)
โดยท่ี ε คอื ความเครยี ดเชงิ เสน
∆L คอื ความยาวทเ่ี ปลี่ยนแปลงไป
L0 คอื ความยาวเร่มิ ตน

และ

γ = tanθ = a/h

โดยที่ γ คือ ความเครียดเฉือน
คอื ระยะขจดั
a คอื ระยะหา งระหวา งระนาบ
h คือ มมุ ท่ีเปลีย่ นแปลง (ให tanθ = θ เมือ่ มมุ มกี ารเปล่ยี นแปลงนอ ยมาก)
θ

รปู ท่ี 1.8 กราฟความสัมพนั ธร ะหวางความเคนและความเครียดจากการทดสอบความเคน แรงดงึ
ของวสั ดุจําพวกโลหะ (คัดมาจาก http://www.qlickbranding.com)

ค. โมดูลัสของความยืดหยุนหรือโมดูลัสของยัง (Elastic modulus or Young’s
modulus, E) คือความชันของกราฟความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียดในชวงท่ี
เปนเสนตรง กลาวคือวัสดุประพฤติตัวแบบอิลาสติกเชิงเสน และสามารถหาไดจากการทดสอบ
ความตานทานแรงดึง วัสดุท่ีมีคาโมดูลัสของยังที่สูงจะเกิดการเสียรูปไดยากกวาวัสดุท่ีมีคา
โมดูลสั ของยงั ทตี่ ํา่ กวา สมบัตนิ ี้ของวัสดเุ รียกวาสติฟเนสส (Stiffness)

บทนําของกรรมวิธีการผลิต 13

ง. ความเคนจุดคราก (Yield strength, σy) คือความสามารถของวัสดุในการ
ตานทานแรงดึงที่ทําใหเกิดการเสียรูปอยางถาวร (Plastic deformation) หรือภาระทางกลท่ี
วัสดุสามารถรับไดก อนที่วัสดุน้ันเกิดการเสียรูปอยางถาวร โดยความเคนจุดครากสามารถหาได
จากความเคน ณ ความเครียด 0.2 เปอรเ ซน็ ตออฟเซต

จ. ความเคนแรงดึง (Tensile strength) คือความเคนสูงสุดที่วัสดุสามารถรับได
กอนที่วัสดุจะเกิดการขาดออกจากกันโดยวัสดุมีการเสียรูปอยางถาวรจากการรับภาระทางกล
มากกวาความเคนจุดคราก หลังจากน้ันความเคนจะลดลงเนื่องจากการเกิดคอคอด (Necking)
จนถงึ จุดทชี่ ิน้ งานน้ันขาดออกจากกัน

ฉ. ความเคนแรงกด (Compressive strength) คือการวัดคาความแข็งแรงของวัสดุ
โดยเฉพาะวัสดุเซรามกิ เนือ่ งจากวัสดุเซรามิกมีสมบัติของแรงดึงท่ีแยกวาสมบัติของแรงกดมาก
และมักนํามาใชโดยใหมกี ารรบั ภาระทางกลในแบบของแรงกด (Compression)

ช. ความแกรง (Toughness) คือความสามารถในการดูดซับพลังงานของวัสดุกอนที่
เกิดการแตกหักซึ่งหาไดจากพื้นที่ใตกราฟความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียดจาก
การทดสอบความตานทานแรงดึง โดยวัสดุท่ีมีความแกรงสูงสามารถดูดซับพลังงานไดมาก
กอนท่ีจะเกิดการแตกหักและมักจะเกิดการแตกหักแบบเหนียว (Ductile failure) มีการเสียรูป
มากเนื่องจากพลังงานท่ีวัสดุไดรับไดถูกเปลี่ยนเปนการเสียรูป สวนวัสดุท่ีมีความแกรงต่ํา
สามารถดูดซับพลังงานไดนอยกอนที่จะแตกหัก มีลักษณะการแตกหักแบบเปราะ (Brittle
failure) มกี ารแตกออกเปนหลายชนิ้ โดยท่ีแตล ะชิ้นมีการเสียรูปนอ ย

ซ. ความเหนยี ว (Ductility) สามารถหาไดจากการทดสอบความตานทานแรงดึงโดย
วัดจากระยะยืด (Elongation) โดยวัสดุท่ีมีระยะยืดมากกวา 5 เปอรเซ็นต จะถูกจัดวาเปนวัสดุ
ท่ีเหนียว สว นวัสดทุ ่มี ีระยะยดื นอ ยกวา 5 เปอรเ ซ็นต จะถกู จัดวาเปน วสั ดุทเ่ี ปราะ

1.6.3 สมบตั ิทางความรอน (Thermal properties)
ก. ความจุความรอน (Heat capacity) คือความสามารถของวัสดุในการดูดพลังงาน
ความรอนจากสิ่งแวดลอมหรือปริมาณพลังงานที่วัสดุตองการไดรับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุให
สงู ขนึ้ ดังสมการ

C = dQ/dT (1.4)

โดยท่ี C คือ ความจุความรอ น
dQ คอื พลังงานท่ีตอ งการในการทําใหอ ณุ หภมู เิ ปลีย่ นไป
dT คอื ความแตกตางของอณุ หภูมิ

14 บทนําของกรรมวธิ กี ารผลิต

ข. การนําความรอน (Thermal conductivity) คือกลไกการสงผานความรอนของ
วัสดจุ ากบรเิ วณท่มี ีอณุ หภูมสิ งู ไปยงั บรเิ วณทมี่ อี ณุ หภูมิตํา่ สามารถเขยี นเปนสมการไดดงั นี้

q = -kdT/dx (1.5)

โดยท่ี q คอื ความรอ นทถี่ ายเทเทยี บกับเวลาและพ้ืนที่ในแนวตั้งฉากกับทศิ ทาง
ของการถายเทความรอ น
k
dT/dx คอื คาการนําความรอน

คอื ความแตกตา งของอณุ หภมู ิตลอดแนววสั ดุในทศิ ทางของการนาํ
ความรอน

การนําความรอนสามารถเปนไปไดในสองกลไกหลักคือ การนําความรอนโดยการส่ัน
ของอะตอมของแลตทิซ (Lattice vibration) ซึ่งสามารถเกิดไดในวัสดุทุกชนิด และการนํา
ความรอนของอิเล็กตรอน (Electron conduction) จากการเคลื่อนที่ไปมาของอิเล็กตรอนอิสระ
และนําพลังงานความรอนจากดานที่มีอุณหภูมิสูงกวาไปดานที่มีอุณหภูมิตํ่ากวา สําหรับการนํา
ความรอนโดยกลไกนี้จะมเี ฉพาะในโลหะเทา นนั้ เพราะโลหะจะมีพันธะโลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนอิสระ
เปน องคป ระกอบ

ค. อุณหภูมิเปล่ียนสภาพเปนแกว (Glass transition temperature) คืออุณหภูมิ
ทวี่ สั ดเุ ปลย่ี นสภาพจากวัสดุทเี่ ปน ของแข็งมาเปนพฤติกรรมแบบของไหล

ง. สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความรอน (Thermal expansion coefficient)
คืออัตราสวนระหวางความเครียดท่ีเกิดข้ึนเม่ือวัสดุไดรับความรอนเพิ่มขึ้นหรือลดลงและ
อุณหภมู ทิ เี่ ปลี่ยนแปลงไป สามารถเขียนไดดงั สมการ

∆L/L0 = αl∆T (1.6)

โดยที่ ∆L/L0 คอื ความเครยี ดเชงิ เสน
คอื สัมประสทิ ธิ์การขยายตัวทางความรอน
αl คอื ความแตกตา งของอณุ หภูมิ

∆T

วัสดุท่ีมีคาสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความรอนสูงแสดงวาเม่ือมีการเปล่ียนแปลงทาง
ความรอ นมาก วสั ดุจะมกี ารเปลย่ี นแปลงรูปรางมาก

บทนําของกรรมวิธีการผลติ 15

จ. ความเคนจากการหดและขยายตัวทางความรอน (Thermal stress) คือความ
เคน ที่เกดิ ขนึ้ เม่ือวัสดุทม่ี ีการเปล่ียนแปลงทางความรอนถูกยึดติดไวไมใหมีการเคล่ือนที่ไดอยาง
อิสระ ในกรณขี องวัสดจุ ําพวกเซรามิกจะทําใหวสั ดุเกดิ การแตกหักไดหากไดรับการเปล่ียนแปลง
อยางรวดเร็วและไมเทากันท้ังช้ินวัสดุ โดยขนาดของความเคนท่ีเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทาง
ความรอ นสามารถหาไดดังสมการ

σ = Eαl∆T (1.7)

1.6.4 สมบตั ทิ างไฟฟา (Electrical properties)
ก. สัมประสิทธ์ิความตานทานไฟฟา (Electrical resistivity) คือสมบัติจําเพาะ
ของวัสดุท่ีบงบอกถึงความสามารถในการสงผานกระแสไฟฟาโดยขึ้นอยูกับชนิดของพันธะของ
วัสดุ ความบรสิ ุทธิข์ องวสั ดุ เปนตน แตไมข ึ้นกบั ขนาดของวัสดุ
ข. สัมประสิทธิ์การนําไฟฟา (Electrical conductivity) สามารถคํานวณไดจาก
สวนกลับของสัมประสิทธค์ิ วามตานทานไฟฟา

1.6.5 สมบัติทางเคมี (Chemical properties) เชน ความทนทาน หรือความ
ตานทานตอการกัดกรอน (Corrosion resistance) เปนสมบัติทางเคมีที่สําคัญท่ีชวยปกปอง
วัสดุจากแสงอาทิตย ความรอน ความช้ืน และสภาพแวดลอมอื่น ๆ ไมใหวัสดุเกิดการ
เสื่อมสภาพและเสยี หาย การกัดกรอ นในวัสดมุ หี ลายประเภท ดงั นี้

ก. การออกซิเดชั่น (Oxidation) คือปฏิกิริยาท่ีเกิดจากการรวมตัวกันของออกซิเจน
กบั วสั ดปุ ระเภทเหล็กจนเกิดเปน สนิม (Rust)

ข. การกัดกรอนทางไฟฟา (Galvanic corrosion) เปนการกัดกรอนวัสดุท่ีเปน
โลหะซึ่งสัมผัสกับสารที่เรียกวาสารละลายอิเล็กโทรไลต (Electrolyte) เรียกอีกอยางไดวาเปน
การกัดกรอนทางไฟฟาเคมี การกัดกรอนประเภทน้ีเปนพันธะของของเหลวท่ีมีสภาพเปนไอออ
นิก (อะตอมที่มีประจุบวกหรือลบ) กับไอออนของวัสดุโลหะอ่ืน ๆ โดยที่โลหะหนึ่งจะเปนตัวให
อิเล็กตรอนหรือแอโนด (Anode) สวนโลหะอีกอันหนึ่งจะเปนตัวรับอิเล็กตรอนหรือแคโทด
(Cathode) จนเกดิ เปนหลุมในโลหะแอโนด สวนโลหะที่เปนแคโทดจะไมเกดิ การกัดกรอน

ค. การเปนหลุม (Pitting corrosion) เปนการกัดกรอนชนิดหนึ่ง โดยการเกิดเปน
หลุมเล็ก ๆ ท่ีพ้ืนผิวของวัสดุโลหะ สาเหตุมีมากมายหลายประการ ไดแก ความเคนท่ียังเหลือ
คา งอยใู นวสั ดุ การแตกรา ว (Crack) และขน้ั ตอนในกระบวนการผลติ วสั ดุ

ง. การกดั กรอ นตามขอบเกรน (Intergranular corrosion) การกัดกรอนชนิดนี้จะ
เกิดขึ้นเมื่อองคประกอบของโมเลกุลวัสดุโลหะเกิดความแตกตางกันเล็กนอยที่บริเวณขอบเกรน

16 บทนําของกรรมวิธีการผลิต

(Grain) สภาพการณนี้สาเหตุอาจเกิดข้ึนไดจากการปรับปรุงคุณภาพโลหะดวยความรอน
(Heat treatment) ทไี่ มเหมาะสม หรอื การผสมสว นประกอบทางเคมใี นเนอื้ วสั ดทุ ่ีไมเหมาะสม

จ. การกัดกรอนจากรอยแตกของความเคน (Stress corrosion cracking) การ
กัดกรอนประเภทนเ้ี กดิ ข้นึ ในวสั ดุโลหะเปนจํานวนมาก สาเหตุเน่ืองมาจากความเคนที่คางอยูใน
เนื้อวัสดุจากการขึ้นรูปงานรอ นและกระบวนการผลิตวัสดุท่ไี มเหมาะสม

1.6.6 สมบัติทางแสง (Optical properties)
ก. ความสามารถสองผานของแสง (Transparency) วัสดุเม่ือถูกแสงตกกระทบจะ
มกี ารสะทอนกลับ ดูดซับ และสองผานของแสงซึ่งปริมาณของแสงในลักษณะตาง ๆ น้ีจะข้ึนอยู
กบั โครงสรางของวสั ดนุ ้ัน ๆ โดยสามารถจําแนกลักษณะของการสองผานของแสงออกไดเปน 3
ประเภทคือ

ก.1 ความโปรงใส (Transparent) หมายถึงแสงสามารถสองผานไดเยอะ
กวาแสงที่ถูกดูดซับและสะทอนกลับ ทําใหวัสดุมีลักษณะใส มักเกิดในวัสดุท่ีมีโครงสรางแบบ
อสณั ฐาน

ก.2 ความโปรงแสง (Translucent) หมายถึงอัตราการดูดซับและการสอง
ผานมีในอัตราที่พอ ๆ กันทําใหวัสดุมีลักษณะใสขุน มักเกิดในวัสดุที่มีโครงสรางแบบกึ่งผลึก
โดยท่คี วามขนุ ของวสั ดุจะขนึ้ อยกู บั เปอรเ ซ็นตข องความเปนผลึก

ก.3 ความทึบแสง (Opaque) หมายถึงแสงสวนใหญไมสามารถสองผานเน้ือ
ของวัสดุได มักเกดิ ในวัสดทุ ีม่ โี ครงสรางแบบผลกึ

ข. ดัชนีการหักเหของแสง (Refractive index) คืออัตราสวนระหวางความเร็วแสง
ในสญุ ญากาศตอ ความเรว็ แสงในตวั กลาง

1.6.7 สมบัติเชิงสิ่งแวดลอม (Eco properties)
ก. พลังงานท่ีใชในการผลิต (Embodied energy) คือพลังงานที่ใชในการผลิตวัสดุ
ขนึ้ มาโดยเปนพลังงานทไ่ี มไ ดมาจากเชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuels)
ข. ปริมาณกาซคารบอนไดออกไซดที่ปลอย (CO2 footprint) คือปริมาณกาซ
คารบอนไดออกไซดที่ปลอยออกมาตลอดข้ันตอนการผลติ วัสดชุ นดิ น้นั ๆ

1.6.8 สรุปกฎการใชว ัสดุ
 Formability หมายถึงความสามารถทที่ ําใหวัสดนุ ั้นเปนงานสําเร็จรูปไดงาย
 Machinability หมายถึงความสามารถที่ทําใหวัสดุน้ันสําเร็จรูปงายไดโดย
อาศยั เคร่อื งมอื กล

บทนําของกรรมวธิ ีการผลติ 17

 Mechanical stability หมายถึงสมบัติทางกลในขณะใชงานไมเกิดการ
เปลีย่ นแปลง

 Chemical stability หมายถึงสมบัติทางเคมีตองไมเ กิดการเปล่ยี นแปลง
 Electrical behaviors หมายถงึ สมบตั ิทางไฟฟาตองเหมาะสมกบั งาน
 Cost หมายถึงราคาทีเ่ หมาะสม

18 บทนําของกรรมวธิ ีการผลติ

คําถามทา ยบทท่ี 1

จงเติมคําตอบลงในชอ งวา งใหถกู ตอ งสมบูรณ

1. การผลิตทีด่ นี ้ันควรมลี ักษณะอยางไร
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

2. ลักษณะของกรรมวิธีการผลิตแบงออกไดเปนก่ีประเภท อะไรบาง และแตละประเภท
แตกตา งกันอยางไร
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

3. องคป ระกอบของการผลติ มอี ะไรบา ง จงอธิบาย
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

4. กรรมวธิ ีการผลติ โลหะมีก่ีประเภท อะไรบาง
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

5. วัสดุผสมหมายถงึ อะไร จงยกตวั อยางของวัสดุผสมมา 3 ชนิด
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

6. วสั ดเุ สริมแรงในวัสดุผสมมกี ี่แบบ อะไรบา ง
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

บทนําของกรรมวิธกี ารผลติ 19

7. สมบัติเชงิ กลของวสั ดมุ ีอะไรบา ง จงอธิบาย
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

8. การพิจารณาสมบัตเิ ชิงกลของวสั ดุ มีความสาํ คัญอยา งไรตอกรรมวธิ ีการผลิต
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

9. การพิจารณาสมบตั ิทางเคมีของวัสดุ มคี วามสาํ คัญอยา งไรตอกรรมวิธีการผลิต
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

10. จงยกตัวอยางชิ้นงานท่ีทําจากโลหะท่ีพบเห็นในชีวิตประจําวันมา 1 ตัวอยาง และชิ้นงาน
ดงั กลาวนน้ั ผลติ โดยใชก รรมวิธอี ะไรบา ง
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

20 บทนําของกรรมวิธกี ารผลิต

เอกสารอางองิ

ชลิตต มธุรสมนตรี และคณะ. กระบวนการผลิต. กรงุ เทพฯ: ศนู ยสง เสริมอาชวี ะ, 2544.
ธนรัตน แตวัฒนา และมณฑล แสงประไพทิพย. กรรมวิธีการผลิต. กรุงเทพฯ: ซีเอ็ดยูเคชั่น,

2546.
สถาบันพัฒนาวิชาชีพ สวทช. (NSTDA). การคัดเลือกวัสดุและการออกแบบ 2539. (ระบบ

ออนไลน) แหลงขอมูล: http://www.qlickbranding.com/learn.html (24 ต.ค.
2555)
สมาคมสงเสริมเทคโนโลยีไทยญี่ปุน. สมบัติทางเคมีและสมบัติทางไฟฟา 2556. (ระบบ
ออนไลน) แหลง ขอ มูล: http://www.tpa.or.th/writer/read_this_book_topic.php?
pageid=27&bookID=1818&read=true&count=true (11 มี.ค. 2556)
Sherif D. El Wakil, Processes and Design for Manufacturing, 2nd edition,
Waveland Pr Inc 2002, 10-digit ISBN: 1-57766-255-5, 13-digit ISBN: 978-
1-57766-255-6.

บทท่ี 2

การผลติ โลหะ
(Metal Production)

กรรมวิธีการผลิตโลหะจําพวกเหล็กแบบครบวงจรมี 4 ข้ันตอน คือการผลิตเหล็กข้ันตน
การผลติ เหล็กข้ันกลาง การผลิตเหลก็ ขน้ั ปลาย และการใชใ นอตุ สาหกรรมตอเน่อื ง

1. การผลิตเหลก็ ขน้ั ตน คอื การนาํ สนิ แรเหลก็ (Iron ores) มาถลุงโดยใชเช้ือเพลิงจาก
ถานโคก (Coke) และกาซธรรมชาติเพื่อใหไดเหล็กถลุงหรือเหล็กพรุน (Pig iron)
ออกมาจากกระบวนการถลุงสินแรเหลก็ (Iron making)

2. การผลิตเหล็กขั้นกลาง คือการนําเหล็กถลุงหรือเหล็กพรุนมาเขากระบวนการเพื่อ
ผลิตเปน เหลก็ กลาและเหล็กหลอ โดยในกระบวนการอาจใชเศษเหล็ก (Scrap) เปน
วัตถุดิบรองเพ่ือชวยลดตนทุนในการผลิต ผลผลิตท่ีไดสุดทายคือ โลหะภัณฑกึ่ง
สําเร็จรูป (Ingot) เชน เหล็กแทงยาว (Billet และ Bloom) และเหล็กแทงแบน
(Slab) เปน ตน

3. การผลิตเหล็กข้ันปลาย คือการนําโลหะภัณฑกึ่งสําเร็จรูปไปขึ้นรูปดวยวิธีทางงาน
รอ น (Hot working) หรอื เย็น (Cold working) ไดแ ก การรีดรอน (Hot rolling)
การรีดเย็น (Cold rolling) การหลอเหล็กรูปพรรณ (Casting) การดันข้ึนรูป
(Extrusion) การดึงข้ึนรูป (Drawing) และการข้ึนรูปโลหะแผน (Sheet-metal
forming) และจากน้ันจึงนําเหล็กที่ข้ึนรูปเสร็จแลวไปเขากระบวนการตกแตงผิว
สําเร็จ (Finishing) ในขนั้ ตอนสดุ ทา ย

4. การใชในอุตสาหกรรมตอเนื่อง คือการนําเหล็กท่ีขึ้นรูปตามลักษณะงานที่ตองการ
ไปใชงาน โดยประเภทงานที่มีเหล็กเปนสวนประกอบในการผลิต ไดแก กอสราง
ยานยนต ชิ้นสวนเคร่ืองจักรกล บรรจุภัณฑ การตอเรือ เครื่องใชไฟฟา และ
เฟอรน เิ จอร เปน ตน

ดังน้ันในบทที่ 2 นี้จะกลาวถึงขั้นตอนที่ 1 และข้ันตอนท่ี 2 ซ่ึงเปนกรรมวิธีในการถลุง
สินแรเหล็ก กรรมวิธีการผลิตเหล็กหลอและเหล็กกลา และกรรมวิธีการผลิตโลหะนอกจําพวก
เหลก็ ตามลาํ ดับ สว นข้ันตอนท่ี 3 จะกลา วถึงโดยละเอยี ดถัดไปในบทท่ี 3 และบทที่ 4

22 การผลิตโลหะ
2.1 แรเ หลก็
แรเหล็กหรือสินแรเหล็ก (Iron ores) น้ันมีสารมลทิน (Impurities) ปนอยู ไดแก ดิน
ทราย หิน คารบอน ซิลิกอน แมงกานีส กํามะถัน ฟอสฟอรัส แหลงแรเหล็กมีอยูทั่วโลก แตแร
เหล็กท่ีมีคุณภาพดี มีจํานวนเนื้อแรสูง และมีปริมาณแรมากพอท่ีจะใชผลิตเหล็กไดมีอยูไมมาก
แหง นกั ประเทศท่ีพบแรเหล็กมาก ไดแก ฝรั่งเศส แคนาดา อังกฤษ สวีเดน รัสเซีย ชิลี บราซิล
ซงึ่ แรเ หล็กน้ันมหี ลายชนดิ ไดแ ก
- แรเฮมาไทต (Hematite) เปนแรที่เหมาะจะใชถลุงเหล็ก เหล็กของแรน้ีอยูในรูป
ของออกไซด มีสูตรทางเคมีวา Fe2O3 เปนแรเหล็กท่ีมีสีแดง มีเหล็กประมาณรอยละ 70 พบ
มากในประเทศสหรฐั อเมรกิ า สหภาพโซเวยี ต ออสเตรเลีย ในประเทศไทยกม็ ีแรช นิดนม้ี าก

รูปท่ี 2.1 แรเฮมาไทต (Hematite) (คัดมาจาก http://www.dmr.go.th)
- แรแ มกนีไทต (Magnetite) เปน แรทเ่ี หมาะจะใชถ ลุงเหลก็ เชนเดียวกับแรเฮมาไทต
มีสูตรทางเคมีวา Fe3O4 มีสีดํา และมีเหล็กประมาณรอยละ 72-73 พบมากในประเทศ
สหรัฐอเมรกิ า สวีเดน และประเทศจีน

รปู ท่ี 2.2 แรแมกนีไทต (Magnetite) (คดั มาจาก http://www3.ipst.ac.th)

การผลิตโลหะ 23
- แรไ ซเดอไรด (Siderite) เปนแรสีนํ้าตาลมีจํานวนเน้ือแรตํ่า และเหล็กอยูในรูปของ
คารบอเนตมีสูตรทางเคมีวา FeCO3 มีเหล็กประมาณรอยละ 47-49 ไมคอยนิยมนําไปถลุง
เพราะมีปริมาณเหล็กต่ํา แรชนิดน้ีพบมากในประเทศสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และ
เยอรมนั

รปู ที่ 2.3 แรไ ซเดอไรด (Siderite) (คดั มาจาก http://geology.com)
- แรไลมอไนต (Limonite) แรชนิดนี้มีสีน้ําตาล เหล็กในแรรวมตัวเปนสารประกอบ
ในรูปของออกไซดมีสูตรทางเคมีวา Fe4O3 มีเหล็กประมาณรอยละ 60-65 พบมากในประเทศ
สหรฐั อเมริกาและฝร่ังเศส

รูปที่ 2.4 แรไลมอไนต (Limonite) (คัดมาจาก http://www.tpa.or.th)

24 การผลติ โลหะ

- แรไพไรต (Pyrite) เหล็กในแรอยูในรูปของซัลไฟดมีสูตรวา FeS2 มีสีนํ้าตาล มี
เหล็กประมาณรอยละ 60 และเน่ืองจากเหล็กอยูในรูปของซัลไฟด จึงไมนิยมนําไปถลุง เพราะ
กํามะถนั ทอี่ ยใู นแรท าํ ใหเ หล็กท่ีถลุงไดม กี าํ มะถันปนกลายเปนเหลก็ ที่เปราะ

รปู ที่ 2.5 แรไพไรต (Pyrite) (คัดมาจาก http://www.miningthai.org)

การถลุงสนิ แรเ หลก็ เปนการสกัดแรเหล็กที่อยูในสภาพออกไซดออกจากสารเจือปนหรือ
สารมลทิน เชน กํามะถัน ฟอสฟอรัส ที่ลอยอยูบนผิวนํ้าเหล็ก และใชกระบวนการออกซิเดชัน
(Oxidation process) เพื่อลดปริมาณธาตุคารบอน ซิลิกอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส และ
กํามะถัน ท่ีมีมากเกินไปซึ่งอยูในสวนผสมของน้ําเหล็กดิบ (Pig iron) และเศษเหล็กหมุนเวียน
(Scrap) ใหออกมาในรูปของข้ีตะกรัน (Slag) เพ่ือนําแรเหล็กที่ไดไปผลิตเปนเหล็กกลาและ
เหลก็ หลอตอ ไป

2.2 เตาถลุงแบบพนลม (Blast furnace)
การถลุงเหลก็ สามารถแบงออกเปน 2 กรรมวิธีหลัก ๆ ดวยกันคือ การถลุงเหล็กจากแร

เหล็กโดยตรงและการผลติ เหล็กจากเศษเหลก็ หมนุ เวียน
การถลุงเหลก็ จากแรเหลก็ โดยตรงสามารถแบงยอยไดอีก 2 วิธีคือ การถลุงเหล็กโดยใช

เตาถลุงแบบพนลม (Blast furnace) และการถลุงเหล็กโดยใชวิธีลดออกซิเจนโดยตรง (Direct
reduction) ซึ่งวธิ ีหลังน้เี หมาะกับแหลงที่มกี าซธรรมชาติอยูเปน จํานวนมาก

การถลุงแรเหล็กดวยวิธีลดออกซิเจนโดยตรงเกิดขึ้นกอนการถลุงดวยเตาถลุงแบบพน
ลม แตป จ จุบันมีปริมาณเหล็กถลุงที่ผลิตโดยวิธีน้ีไมเกินรอยละ 2 ของปริมาณเหล็กถลุงท้ังหมด
ในโลก เนื่องจากตองอาศัยเช้ือเพลิงจากกาซธรรมชาติในกระบวนการลดออกซิเจน เชื้อเพลิงที่
ใชโ ดยทั่วไปคือกา ซมีเทน ซึ่งแยกออกจากกาซธรรมชาติ หรือกาซคารบอนมอนอกไซดกับกาซ
ไฮโดรเจน เหล็กถลุงที่ผลิตไดจากวิธีนี้มีลักษณะเปนเม็ดเล็ก ๆ เม่ือขยายดูจะเห็นเปนรูพรุน

การผลติ โลหะ 25

โดยรอบ ลักษณะคลายรูที่เกิดข้ึนในฟองนํ้าจึงมักเรียกวาเหล็กพรุน (Sponge iron) ซึ่งมี
ปริมาณกํามะถันตํ่ากวาเหล็กถลุงท่ีไดจากเตาถลุงแบบพนลม เพราะกํามะถันในแรเหล็กถูก
กาํ จัดโดยปฏิกิรยิ าการลดออกซิเจน และเหมาะสาํ หรับที่จะนําไปทําเปนเหล็กกลาตอไป

เตาถลุงแบบพนลมหรือเตาสูง (รูปที่ 2.6) มีลักษณะเปนปลองสูงเรียวขึ้นไปจนถึงปาก
ปลอง สวนตรงกลางเตาจะปองและคอย ๆ เรียวลงมายังกนเตา มีความสูงประมาณ 40-60
เมตร กวา งประมาณ 6-30 เมตร สรา งจากแผนเหล็กกลา โดยมีตัวเคลือบผนังเตาทําดวยอิฐทน
ความรอนมีทอลมรอนเขา (Hot blast air) และทอน้ําหลอเย็นที่ผนังอิฐเพ่ือลดอุณหภูมิของเตา
ตอนบนของเตาจะมีรถเลื่อนลําเลียงสินแรเหล็กและหินปูนพรอมท้ังถานโคกท่ีใชเปนเชื้อเพลิง
เพื่อบรรจุลงไปในเตาจากทางดานบน สวนทางดานลางจะมีรูเปาใหอากาศผานเขาไปเพื่อเผา
ไหมถานหิน กากและของสกปรกตาง ๆ จะถูกแยกออกมาทางชองดานลางของเตากอนท่ีจะเท
เอาเหล็กที่หลอมละลายหรือน้ําเหล็กออกมา เหล็กที่ไดเรียกวาเหล็กถลุง ซึ่งจะยังใชทํา
ประโยชนอะไรไมไดเน่ืองจากมีความเปราะ เพราะมีสารมลทินปะปนอยูมาก และปริมาณของ
คารบ อนในเหล็กถลุงยังสูงถึงรอยละ 4 จึงตองนําไปผลิตเปนเหล็กกลาหรือเหล็กหลอตอไปเพื่อ
เพม่ิ คุณสมบตั ใิ นการใชง านใหดีขึ้น

รปู ท่ี 2.6 ภาพตดั ของเตาถลุงแบบพน ลม (Blast furnace) และอปุ กรณต ดิ ตง้ั ควบคเู ตา
(บุญธรรม, 2553)

2.2.1 การบรรจุวัตถุดบิ ในเตา
วัตถุดิบท่ีใสลงไปในเตาถลุง ไดแก แรเหล็ก (Iron ores) ถานโคก (Coke) หินปูน
(Limestone) และเศษเหลก็ (Scrap) โดยวตั ถดุ บิ ที่ใสลงไปในเตาจะตองมีลักษณะการเรียงเปน

26 การผลิตโลหะ

ชนั้ ๆ ตามชนดิ ของวัสดุจากกนเตาข้ึนมาถึงสวนบนของเตาเพื่อใหปฏิกิริยาในการหลอมละลาย
เกดิ ประสทิ ธภิ าพสงู สุด ดงั น้ี

ชนั้ ท่ี 1 ถา นโคก เพือ่ ทาํ หนา ท่ีเปนเชอ้ื เพลงิ และทําใหเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าภายในเตา
ชั้นท่ี 2 หินปูน เม่ือถานโคกติดไฟแลวจะเกิดความรอน ซ่ึงจะทําใหหินปูนสลายตัวทํา
หนาท่แี ยกขีต้ ะกรันหรือสารมลทินออกจากเหลก็ ถลุง
ชัน้ ที่ 3 เศษเหล็ก ใสเ พอื่ ประหยดั สนิ แร ทําใหล ดตน ทุนการผลิตลง (อาจไมใ ชก ไ็ ด)
ชั้นที่ 4 แรเหล็กประเภทออกไซด แรเหล็กท่ีขุดไดจะตองผานการบดเพ่ือใหไดขนาด
กอนแรประมาณ 10-15 มิลลิเมตร และยอยใหเปนผงอีกคร้ังหน่ึงเพื่อนําไปผานเคร่ืองแยกแร
ดว ยแมเหล็ก

2.2.2 ชวงของอณุ หภมู ทิ ่ีเกดิ ปฏิกิริยาภายในเตา
ชวงท่ี 1 ชวงใหความรอนลวงหนาหรือชวงอุน (Preheating zone) มีชวงอุณหภูมิ
ประมาณ 200-220 °C เปนชวงท่ีความช้ืนหรือน้ํากลายเปนไอ และกํามะถันสวนหนึ่งจะถูกเผา
ไหมเปนกาซ
ชวงท่ี 2 ชวงลดออกซิเจน (Reduction zone/ Process of reduction) มีชวงอุณหภูมิ
ประมาณ 600-800 °C เปน ชว งทกี่ า ซออกซิเจนรวมตัวกบั กา ซคารบ อนไดออกไซด
ชวงท่ี 3 ชวงเติมคารบอน (Carburizing zone/ Process of heat absorption) ชวง
อุณหภูมิประมาณ 900-1,100 °C เปนชวงท่ีถานโคกผานการเผาไหมรวมตัวกับกาซออกซิเจน
และใหค วามรอนสูง
ชวงที่ 4 ชวงหลอมละลาย (Melting zone/ Process of fusion) ชวงอุณหภูมิ
ประมาณ 1,400-1,600 °C เปนชวงท่ีไดเหล็กคารไบด กลาวคือจะไดเหล็กดิบที่มีถานโคกผสม
อยู และกา ซคารบ อนไดออกไซด

2.2.3 ผลผลติ ที่ไดจากการถลุงแรเหล็ก
ก. เหล็กดิบ (Pig iron) มีธาตุอื่น ๆ ปนอยูในเน้ือเหล็กโดยประมาณดังนี้ คารบอน
3-5% ซิลิกอน 1-4% ฟอสฟอรัส 0.1-2% กํามะถัน 0.05-0.2% และแมงกานีส 0.2-0.25% โดย
เหล็กดิบสามารถแบง ออกไดเปน 2 ประเภทคือ เหล็กดิบสีขาว (White pig iron) และเหล็กดิบ
สเี ทา (Grey pig iron)

- เหล็กดิบสีขาว (White pig iron) เปนเหล็กดิบที่มีธาตุแมงกานีสปนอยู
มาก เนอ้ื ของเหล็กชนิดน้ีเปนเนอื้ ละเอยี ดสีขาว และแข็งมาก เมื่อหลอมเหลวจะไหลยาก เหมาะ
สําหรับใชหลอเฉพาะชิ้นงานหลอช้ินโต ๆ เทานั้น คารบอนในเหล็กมีอยูประมาณ 3-4% และ

การผลิตโลหะ 27

รวมเปนสารประกอบกับเหล็กในรูปเหล็กคารไบด (Fe3C) หรือซีเมนไทต (Cementite) เหล็ก
ดบิ สขี าวจะนาํ ไปผลติ เปน เหล็กกลา

- เหล็กดิบสีเทา (Grey pig iron) เปนเหล็กดิบที่มีธาตุซิลิกอน (Si) ปนอยู
มาก เปนสวนผสมทําใหมีการแยกตัวของธาตุคารบอนในเหล็กดิบในรูปของกราไฟต
(Graphite) เนื้อเหล็กเปนสีเทาแก เปนเหล็กท่ีออนไมแข็งแรง เม่ือนําไปหลอมจะไหลไดงาย
มาก เหลก็ ดิบสเี ทาจะนาํ ไปผลติ เปนเหลก็ หลอ

ข. ตะกรัน (Slag) มีเน้ือละเอียด นํามาใชประโยชนโดยการผสมกับปูนซีเมนต และ
นาํ ไปผสมกบั วสั ดชุ นดิ อ่นื เชน ใยหิน มีคุณสมบตั ิเปน ฉนวนกนั ความรอ นและกันเสียง

ค. แกส รอ น (Hot gas) ในการผลติ เหลก็ ดบิ จํานวน 1 ตัน แกสรอนมีสวนผสมคิดเปน
เปอรเ ซ็นตด ังนค้ี อื CO2 18.5%, CO 23.4%, H2 53.1% และ H2O 4.8%

ในการผลิตเหล็กดิบ 1 ตัน จะไดแกสจากเตาถลุงประมาณ 6 ตัน และตะกรันประมาณ
1/2 ตนั โดยท่ีเตาถลุงจะทํางานตลอดเวลา 24 ช่ัวโมงติดตอกันเปนเวลา 5-6 ป เนื่องจากเตามี
ขนาดใหญจึงติดไฟยาก ดังนั้นถาหยุดการทํางานของเตา จะทําใหเสียท้ังเวลาในการจุดติดไฟ
เสียคาแรง และเสียคาเชื้อเพลิงเปนจํานวนมากในการเริ่มกระบวนการถลุงใหม อีกประการหน่ึง
หากใหเตาทํางานแบบไมตอเนื่อง กลาวคือมีการหยุดพักเตาเปนระยะ ๆ จะทําใหอุณหภูมิของ
เตาเย็นและรอนสลับกันไปมา ซ่ึงความแตกตางของอุณหภูมิเตาท่ีมากเกินไปจะสงผลทําใหเตา
ชํารุดแสะเสียหายเร็วข้ึน

2.3 การผลิตโลหะจําพวกเหล็ก (Ferrous metals)
ในการผลิตโลหะจําพวกเหล็ก ธาตุหนึ่งที่มีความสําคัญมากที่สุดคือ ธาตุคารบอน

ปริมาณของธาตุคารบอนมีความสําคัญในการปรับปรุงหรือเปล่ียนแปลงสมบัติของเหล็กดิบ ถา
ผสมคารบอนลงไปในนํ้าเหล็กเพียง 0.1% ก็จะสามารถเพิ่มสมบัติเชิงกล เชน ความเคน ความ
ตานทานแรงดึง ความสามารถในการตัดเฉือน และสมบัติอื่น ๆ ไดระดับหนึ่ง ถาผสมลงไป
มากกวา 2% กจ็ ะมีผลทําใหมีการแปรรูปวัสดุไดยากขึ้น เชน การขึ้นรูปวัสดุ การเชื่อม การแปร
รูปวัสดุแบบคายเศษ และไมคายเศษ เพราะมีความแข็งสูงขึ้น และความเปราะมากขึ้น ความ
แตกตางของปริมาณคารบอนในกระบวนการผลิต ทําใหสามารถแยกเหล็กออกเปน 2 ชนิดคือ
เหล็กหลอ (Cast iron) และเหล็กกลา (Steel) ความแตกตางระหวางสมบัติของเหล็กหลอและ
เหล็กกลา คารบอน (Carbon steel) แสดงไดดังตารางที่ 2.1

ธาตตุ าง ๆ ที่มอี ยใู นเหลก็ ดบิ หรือท่ีผสมเพิ่มเติมในเหล็กดิบ จะมีอิทธิพลทําใหเหล็กดิบ
น้ันมสี มบตั ทิ ี่แตกตา งกนั ออกไป ดังน้ี

- คารบอน (Carbon) ทําใหเ หลก็ มีความแขง็ แรงมาก แตทาํ ใหเ หลก็ มีจดุ หลอมเหลวต่าํ

28 การผลติ โลหะ

- ซิลิกอน (Silicon) ทําใหเหล็กมีความแข็งแรงมาก แตถามีมากจะทําใหเหล็กเปราะ
และแตกหกั งา ย

- แมงกานสี (Manganese) ทําใหเหล็กมคี วามแข็งแรงมาก และมีจุดหลอมเหลวสูง
- กํามะถัน (Sulfur) ทําใหเหล็กเปราะหักงาย เปนส่ิงไมพึงประสงคในเนื้อเหล็ก ถา
หลอมเหลวจะทําใหเหล็กเหลวควบคมุ แบบไดย าก
- ฟอสฟอรัส (Phosphorus) ทําใหเหล็กเปราะหักงาย เปนสิ่งไมพึงประสงคในเนื้อ
เหลก็ มากนัก แตช วยใหเหลก็ เหลวเทลงแบบไดง า ย

ตารางที่ 2.1 สมบตั ิของเหล็กหลอ และเหลก็ กลา คารบอน (ชลติ ตแ ละคณะ, 2544)

เหล็กหลอ (Cast iron) เหลก็ กลา คารบ อน (Carbon steels)

- มปี ริมาณคารบอน > 2% - มปี ริมาณคารบอน < 2%

- มีสารมลทินปนอยูมาก - มีสารมลทินปนอยนู อ ย

- รบั แรงอดั ไดสงู - รบั แรงอัดไดสูง

- รบั แรงดงึ ไดต ่ํา - รับแรงดึงไดสูง

- มีจุดหลอมเหลวตํา่ (1,150-1,250 °C) - มจี ดุ หลอมเหลวสงู (1,536 °C)

- มีผวิ หยาบ - มีผวิ ละเอยี ด

- ดดี เปนสปริงหรือโคง งอไมได - ดดี เปน สปรงิ หรอื โคง งอได

- มีอตั ราการขยายตวั ตา่ํ - มอี ัตราการขยายตวั สูง

- ผงเหลก็ มีสดี ํา ตะไบงา ย - ผงเหลก็ มลี กั ษณะแหลม ตะไบยาก

- คารบ อนมีการแยกตัวเปน อิสระ อยูใ นรูปของ - คารบอนจะแทรกในเนอ้ื เหล็ก อยใู นรปู

กราไฟต ของคารไ บด

จากตารางที่ 2.1 เมื่อเปรียบเทียบสมบัติระหวางเหล็กหลอและเหล็กกลาแลว ถึงแมวา
เหล็กหลอจะดอยกวาในดานความแข็งแรงและมีความเหนียวต่ํากวาเหล็กกลา แตเนื่องดวย
เหล็กหลอมีจุดหลอมเหลวท่ีตํ่ากวาเหล็กกลาจึงทําใหเหล็กหลอมีกรรมวิธีการผลิตท่ีประหยัด
เช้ือเพลิงมากกวา และมีราคาถูกกวา ประกอบกับเทคโนโลยีในการผลิตปจจุบัน สามารถผลิต
เหล็กหลอใหมีสมบัติใกลเคียงกับเหล็กกลา อีกท้ังยังสามารถหลอขึ้นรูปช้ินงานท่ีมีรูปรางท่ี
ซบั ซอนไดดี ดงั นัน้ จึงทาํ ใหเหล็กหลอ เปนทนี่ ยิ มใชกนั อยางแพรหลาย

2.3.1 การผลิตเหลก็ หลอ
เหล็กหลอผลิตจากเหล็กดิบสีเทาที่ไดมาจากกระบวนการถลุงแรเหล็ก ซึ่งจะตองนํามา
เขาเตาหลอมและมีการกําจัดสารเจือปนบางอยาง หรือธาตุบางชนิดที่มีมากจนเกินไป โดย

การผลติ โลหะ 29

สามารถนําเหล็กดิบมาผสมกับเศษเหล็กหมุนเวียน (Scrap) กอนเขาเตาหลอม แลวผาน
กระบวนการตาง ๆ เพ่ือเพ่ิมสมบัติใหกับเหล็กหลอ โดยปกติจะมีปริมาณธาตุคารบอนผสมอยู
ประมาณ 2.5-4%

ก. ประเภทของเหล็กหลอ สามารถแบงออกไดเปน 5 ประเภท ตามลักษณะโครงสราง
คือ

ก.1 เหลก็ หลอสีขาว (White cast iron)
ลักษณะโครงสราง: มีโครงสรางเปนแบบเพิรลไลต (Pearlite) และซีเมนไทต
(Cementite) ซึ่งมีองคประกอบคารบอนอยูในรูปของคารไบด (Fe3C) ที่ไดมาจากการ
เปล่ยี นแปลงสภาวะของเหลก็ จากของเหลวเปน ของแข็งอยางรวดเร็ว จึงทําใหมีลักษณะแข็งและ
เปราะ แตม ีสมบัตติ า นทานการสกึ หรอไดด ี
ขอมูลเชิงปริมาณ: ปริมาณคารบอน 2-2.5% และซิลิกอน 0.5-1.3% โดย
นํา้ หนัก มคี า ความแข็งประมาณ 400-500 HB
การใชงาน: เหมาะสําหรับใชในงานที่มีการเสียดสีมาก ๆ เชน ลอรถไฟ
แบริ่งลูกปน เครื่องมือบดวัสดุ และอุปกรณผลิตปูน เปนตน เหล็กประเภทนี้ใชเครื่องมือกลตัด
เฉือนไดย ากเนอ่ื งจากมคี วามแข็งมาก การแปรรปู จึงใชก ารเจยี ระไนแทน

ก.2 เหลก็ หลอ สเี ทา (Gray cast iron)
ลักษณะโครงสรา ง: มโี ครงสรางอยูในรูปของกราไฟต รูปรางยาวรีเปนแผนหรือ
เกล็ด (Flake type graphite) ลักษณะของคารบอนแยกเปนอิสระและกระจายอยูทั่วไปในเนื้อ
เหล็กเน่ืองจากการเปลี่ยนแปลงสภาวะของเหล็กจากของเหลวเปนของแข็งอยางชา ๆ มีสมบัติ
ในการรับแรงอัดไดดีกวา แรงดงึ และมีความเหนยี วตาํ่ จงึ สามารถแปรรปู ดวยเคร่อื งมือกลไดง า ย
ขอมูลเชิงปริมาณ: มีปริมาณคารบอนสูง 2-3.5% และซิลิกอน 1.6-2.5% โดย
นาํ้ หนกั คาความตา นทานแรงดึง 150-400 N/mm2 และมีคาความแขง็ 140-300 HB
การใชง าน: ใชทาํ เปน สว นประกอบของเคร่ืองจกั รกลและชน้ิ สวนของเครื่องยนต
เชน ฐานเครอ่ื งจักรของเครื่องมือกลตา ง ๆ กานสูบ และเส้ือสูบ เปน ตน

ก.3 เหล็กหลอ กราไฟตกลม (Nodular cast iron)
ลักษณะโครงสราง: เหล็กหลอกราไฟตกลม หรือเหล็กหลอเหนียว (Ductile
iron) มีโครงสรางอยูในรูปของกราไฟตเชนเดียวกับเหล็กหลอสีเทา แตแตกตางกันท่ีลักษณะ
โครงสรางจะเปนเม็ดกลมเล็กกระจายอยูทั่วไปในเนื้อเหล็ก ซึ่งไดจากการเติมสารประกอบ

30 การผลติ โลหะ

แมกนีเซียมลงไปผสมในน้ําเหล็ก ทําใหเหล็กหลอประเภทน้ีมีความเหนียวและสามารถรับแรง
กระแทกไดด ีกวาเหลก็ หลอ สีเทา

ขอ มูลเชิงปริมาณ: คาความตานทานแรงดึง 400-800 N/mm2 ความเคนคราก
250-500 N/mm2 และมเี ปอรเ ซ็นตการยดื ตัว 2-18%

การใชงาน: นิยมใชทําสวนประกอบของเครื่องจักรกลและช้ินสวนของ
เคร่ืองยนตท ่ตี อ งการความแขง็ แรงและตา นทานการสึกหรอไดดี เชน เพลาขอเหวี่ยง เฟอง และ
เครอ่ื งมอื การเกษตร เปน ตน

ก.4 เหล็กหลอ อบเหนียว (Malleable cast iron)
ลักษณะโครงสราง: ทํามาจากเหล็กหลอสีขาวที่นําไปผานกรรมวิธีการอบออน
(Annealing) ทําใหไดโครงสรางที่แตกตางกับเหล็กหลอสีขาวคือ มีลักษณะเปนผลึกคารบอน
เม็ดกลมกับเฟอรไรต (Ferrite) และเพิรลไลต (Pearlite) มีสมบัติใกลเคียงกับเหล็กกลา มี
ความตา นทานแรงดึงมากกวาเหล็กหลอสีเทาและเหล็กหลอสีขาว แตนอยกวาเหล็กหลอเหนียว
หรอื เหลก็ หลอ กราไฟตก ลม นอกจากนย้ี ังสามารถรบั แรงกระแทก ความลา และตานทานการสึก
หรอไดด ี
ขอมูลเชิงปริมาณ: มีปริมาณคารบอน 2.30-2.65% ซิลิกอน 1-1.7% กํามะถัน
0.07-0.15% และฟอสฟอรัส 0.05-2.30% มีความตานทานแรงดึง 350-700 N/mm2 และมีคา
ความแข็ง 140-270 HB
การใชงาน: เหมาะสําหรับใชทําช้ินสวนโครงสรางเคร่ืองจักรกลหรือเครื่องยนต
เชน หนา แปลน ขอ ตอ ทอ เสอื้ สบู กานสบู และอะไหลรถยนต เปนตน

ก.5 เหล็กหลอผสม (Alloy cast iron)
ลักษณะโครงสราง: เหล็กหลอประเภทน้ีมีโครงสรางที่แตกตางกันขึ้นอยูกับธาตุ
ทีใ่ สล งไปผสมในเน้อื เหลก็ หลอ เชน นิกเกิล ทองแดง โมลิบดีนัม และโครเมียม เปนตน เพ่ือทํา
ใหมีสมบัติในการใชงานท่ีเหมาะสมตามตองการ โดยการเพิ่มสมบัติพิเศษเฉพาะอยาง ไดแก
สมบัติตานทานการสึกหรอ การทนความรอน และการกัดกรอ น
ขอมลู เชงิ ปรมิ าณ:
เหล็กหลอผสมสามารถแบงออกไดเปน 3 ประเภท ตามลักษณะการใชงาน คือ
เหล็กหลอผสมทนการเสียดสี เหล็กหลอผสมทนความรอน และเหล็กหลอผสมทนการกัดกรอน
โดยธาตุที่เติมจะเขาไปแทนที่เหล็กในโครงสรางซีเมนไทต ทําใหอยูในรูปของสารประกอบคาร
ไบด

การผลิตโลหะ 31

1) เหล็กหลอผสมทนการเสียดสี เปนเหล็กหลอที่มีความแข็งสูง มี
ปริมาณคารบอน 2-3.6% ในกรณีเหล็กหลอผสมโครเมียมสูงจะมีปริมาณโครเมียมผสมอยู 10-
30% และธาตุอืน่ ๆ อกี เชน นิกเกลิ โมลบิ ดนี ัม ซิลิกอน และแมงกานีส เปน ตน

การใชงาน: นิยมใชทําช้ินสวนของเครื่องบดในอุตสาหกรรมปูนซีเมนต
และใบพัดของเครอื่ งสูบแรในอุตสาหกรรมเหมืองแร เปนตน

2) เหล็กหลอผสมทนความรอน เปนเหล็กหลอที่มีความแข็งแรง
สามารถคงรูปไดดี ไมแ ตกหักหรือเปลีย่ นรปู ทรงท่อี ณุ หภูมิสูง ซ่ึงโดยปกติอุณหภูมิการใชงานจะ
สูงกวา 600 °C เมื่ออยูในสภาพท่ีสัมผัสกับแกสรอนจะมีความตานทานตอการเกิดออกซิเดชัน
เหล็กหลอชนิดนม้ี ธี าตนุ ิกเกิล โครเมยี ม และโมลบิ ดนี ัม อยใู นปรมิ าณทส่ี งู ประมาณ 20-30%

การใชงาน: เหมาะสําหรบั ใชใ นงานทีต่ องสัมผัสกับความรอนสูง ๆ เชน
หวั เผา หองเผา และทอ ไอเสียเครื่องยนต เปนตน

3) เหล็กหลอผสมทนการกัดกรอน เปนเหล็กหลอที่นิยมใชในงาน
อุตสาหกรรมเคมี มีซ่ึงปริมาณนิกเกิลผสมอยูในปริมาณสูง ประมาณ 13.5-36% มีปริมาณ
คารบอน 2-3.5% และธาตุอื่น ๆ เชน ทองแดง และโครเมียม เปนตน สวนเหล็กหลอท่ีทนการ
กัดกรอ นจากกรดชนิดตาง ๆ ไดด ี จะมีปริมาณซลิ ิกอนผสมอยูในปริมาณที่สูง ประมาณ 14-15%
มปี รมิ าณคารบ อน 2-4% และธาตอุ ่นื ๆ เชน โมลิบดีนมั และโครเมียม เปน ตน

การใชงาน: เหมาะสําหรับงานในอุตสาหกรรมทางเคมี เชน เคร่ืองสูบ
ทอ และขอตอตา ง ๆ ทสี่ มั ผสั กบั สารละลายท่ีมฤี ทธใ์ิ นการกัดกรอ นสูง เปนตน

ข. เตาหลอม ทใ่ี ชในการผลติ เหลก็ หลอมี 4 ชนิด คอื
ข.1 เตาคิวโปลา (Cupola furnace) มีรูปรางคลายเตาถลุงแบบพนลมหรือ

เตาสูง (Blast furnace) ดังแสดงในรูปท่ี 2.7 มีขนาดเสนผานศูนยกลางประมาณ 2 เมตร และ
สูงประมาณ 3-9 เมตร สรางจากแผนเหล็กกลา ผนังภายในกอดวยอิฐทนไฟ ลักษณะของเตา
คลายกับเตาถลุงแบบพนลม กลาวคือ ดานบนมีปลองเพื่อปอนวัตถุดิบ สวนดานลางจะมีรูเปา
อากาศรอนเขาเพ่ือเผาไหมถานหิน และมีทอสําหรับปลอยขี้ตะกรันและนํ้าเหล็กหลอ ซ่ึงทอ
สําหรับปลอยข้ีตะกรันจะอยูสูงกวาทอปลอยนํ้าเหล็กหลอเล็กนอย วัตถุดิบท่ีใสลงไปในเตาคือ
เหล็กดิบสีเทา ถานโคก หินปูน และเศษเหล็ก และจะตองเติมใหมีลักษณะเปนช้ัน ๆ โดยช้ัน
แรกจะเติมถานโคกลงไปกอนใหมีปริมาณสูงกวารูพนลมเล็กนอย ถาเติมถานโคกมากเกินไปจะ
ทําใหเหล็กหลอมีกํามะถันเจือปนมาก แตถานอยเกินไปจะทําใหเหล็กหลอขาดซิลิกอนและ
แมงกานสี จากน้ันจึงเติมหินปูนสลับกับเหล็กดิบและเศษเหล็กเปนช้ัน ๆ ไปเรื่อย ๆ จนเต็ม ใน
ระหวางกระบวนการใหความรอนจะตองเติมวัตถุดิบลงไปอยางตอเน่ืองสลับกันเปนช้ัน ๆ และ
เพมิ่ ปริมาณลมโดยการเปาลมเขาไปเพ่ือเรงปฏิกิริยาความรอนภายในเตา โดยมีอุณหภูมิหลอม

32 การผลิตโลหะ
ละลายประมาณ 1,540 °C เม่ือเหล็กหลอมละลายจนกระทั่งไดปริมาณนํ้าเหล็กท่ีตองการใหเปด
รูขตี้ ะกรนั ออกกอ นแลว จงึ เปด รูน้ําเหล็กเพือ่ เทลงแบบหลอ ที่เตรยี มไว
เตาคิวโปลาเปน เตาท่ีมีโครงสรางไมซับซอน ทําใหมีคาใชจายในการบํารุงรักษา
ตํ่า อีกท้ังยังประหยัดพลังงานในการผลิต โดยสามารถหลอมละลายเหล็กหลอไดอยางตอเนื่อง
เตาประเภทนี้สามารถผลิตเหล็กหลอไดประมาณ 25 ตันตอวัน ผลผลิตที่ไดจากเตาคิวโปลาคือ
เหล็กหลอสีเทา (Gray cast iron) และเหล็กหลอเหนียว (Ductile iron) หรือเหล็กหลอกรา
ไฟตกลม (Nodular cast iron) ที่มเี ปอรเ ซ็นตคารบอน 2.5% < C < 3.75%

รูปท่ี 2.7 ภาพตดั แสดงสวนตา ง ๆ ของเตาควิ โปลา (บุญธรรม, 2553)
ข.2 เตาแอรเฟอรเนซ (Air furnace) วัตถุดิบท่ีใชและลักษณะการทํางาน

คลายกับเตาควิ โปลา แตม กี ารเพิ่มปรมิ าณอากาศเขาไปเพื่อทําปฏิกิริยาความรอนภายในเตาให
สมบูรณขึ้น ดังนั้นผลผลิตที่ไดจากเตาแอรเฟอรเนซคือ เหล็กหลอสีขาว (White cast iron)

การผลติ โลหะ 33

เพ่ือนําไปผลิตเปนเหล็กหลออบเหนียว (Malleable cast iron) และเหล็กหลอกราไฟตกลม
(Nodular cast iron) ทีม่ เี ปอรเ ซ็นตค ารบอน 2% < C < 2.5%

ข.3 เตาไฟฟา (Electric furnace) มี 2 ประเภทคือ เตาไฟฟาแบบอารค
โดยตรง และเตาไฟฟาแบบอารคโดยออม ดังแสดงในรูปที่ 2.8 (ก) และ 2.8 (ข) ตามลําดับ
การทํางานของเตาทั้งสองประเภทจะอาศัยไฟฟาในการหลอมเหล็ก ความรอนท่ีไดเกิดจากการ
อารคของแทง อเิ ลค็ โทรดทีม่ ีกระแสไฟฟา ไหลผา น ซง่ึ ใหความรอนไดอยา งรวดเร็วและมีอุณหภูมิ
สงู กวา เตาชนิดอ่ืน ๆ เตาไฟฟาแบบอารคโดยตรงความรอนจะเกิดจากการสงผานกระแสไฟฟา
จากแทงอิเล็กโทรดกับผิวเหล็กโดยตรง สวนเตาไฟฟาแบบอารคโดยออม จะสงผานความรอน
โดยวิธีการแผรังสีความรอนจากแทงอิเล็กโทรดสองแทงเหนือเหล็ก วัตถุดิบท่ีใชคือ เหล็กดิบสี
เทาและเศษเหลก็ ทม่ี ีกํามะถนั และฟอสฟอรัสนอ ย

ขอดีของเตาไฟฟาคือ สามารถควบคุมคุณภาพของเหล็กหลอไดอยางแมนยํา
เน่ืองจากอณุ หภมู ภิ ายในเตาสามารถควบคุมไดงายจากการควบคุมทางไฟฟา อีกทั้งยังสามารถ
เติมธาตผุ สมอ่ืน ๆ ไดอยา งสะดวก ซึ่งเหมาะสําหรับการผลิตเหล็กหลอกราไฟตกลม (Nodular
cast iron) เตามีขนาดเล็กแตสามารถผลิตไดในปริมาณมากถึง 300 ตันตอคร้ังการทํางาน โดย
มชี ว่ั โมงการทาํ งานประมาณ 3-7 ช่วั โมง แตมขี อ เสยี คือสน้ิ เปลอื งกระแสไฟฟามาก

(ก) (ข)
รูปท่ี 2.8 ภาพตดั ของเตาไฟฟา (ก) แบบอารคโดยตรง (ข) แบบอารค โดยออ ม

(ชลติ ตแ ละคณะ, 2544)

ข.4 เตาเหน่ียวนํา (Induction furnace) อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลง
สนามแมเหล็กจากการเหนี่ยวนํากระแสไฟฟา เตาชนิดนี้จะใชกระแสไฟฟาที่มีความถ่ีสูง
ประมาณ 1,000 เฮิรตซ จายเขาไปในขดลวดทองแดงที่พันอยูรอบเตา ซ่ึงจะเหน่ียวนําใหเกิด
กระแสไหลวนภายในขดลวด ทําใหเกิดความรอนสูงจนสามารถหลอมละลายเหล็กไดอยาง
รวดเร็ว

34 การผลติ โลหะ

รูปที่ 2.9 ภาพตดั แสดงสว นตาง ๆ ของเตาเหน่ยี วนํา (บญุ ธรรม, 2553)

เตาเหนี่ยวนําอาจจัดไดวาเปนเตาไฟฟาชนิดหน่ึง มีตนทุนการผลิตตํ่า ไมมี
เสียง และสูญเสียความรอนนอย วัตถุดิบที่ใชคือ เหล็กดิบสีเทา เศษเหล็ก และธาตุผสมตาง ๆ
เตาชนิดนี้สามารถผลิตเหล็กหลอกราไฟตกลม (Nodular cast iron) และเหล็กหลอผสมพิเศษ
ได (Alloy cast iron) ดงั แสดงในรูปท่ี 2.9

2.3.2 การผลติ เหล็กกลา
เหล็กกลาผลิตจากเหล็กดิบสีขาวท่ีไดมาจากกระบวนการถลุงแรเหล็กจากเตาสูง เหล็ก
ดิบที่มีสภาพเปนของเหลวจะถูกนํามาลดปริมาณธาตุคารบอนหรือกําจัดสารเจือปนอ่ืน ๆ ท่ีไม
ตองการใหมีปรมิ าณนอ ยทีส่ ดุ หรือใหห มดไป โดยการใชผ นังเตาใหเหมาะสมและใชออกซิเจนทํา
ปฏิกิริยาเชนเดียวกับการผลิตเหล็กหลอ ซ่ึงหลังจากผานกระบวนการ ปริมาณธาตุคารบอนที่
เหลืออยูในเนอื้ เหล็กจะมีคา ประมาณ 0.2-2.04%

ก. ประเภทของเหล็กกลา สามารถแบง ออกไดเปน 2 ประเภทหลัก ๆ คือ
ก.1 เหล็กกลาคารบอน (Carbon steel or plain carbon steel) คือ

เหลก็ กลาท่ีมีสวนผสมของธาตุคารบอนเปนธาตุหลัก ซึ่งเปนธาตุที่มีอิทธิพลอยางมากตอสมบัติ
เชิงกล สามารถแบงเหล็กกลาคารบ อนออกเปน 3 ประเภท ไดแก

1) เหล็กกลาคารบอนต่ํา (Low carbon steel or mild steel)
บางคร้ังเรียกวาเหล็กเหนียว มีปริมาณคารบอนไมเกิน 0.25% และธาตุอ่ืน ๆ ผสมอยูอีก
เล็กนอย เชน แมงกานีส ซิลิกอน และฟอสฟอรัส เปนตน โครงสรางจุลภาคประกอบดวยเฟอร
ไรต (Ferrite) และเพริ ล ไลต (Pearlite) เหลก็ ประเภทน้ีนิยมใชในงานอุตสาหกรรม และใชผลิต
เปนอุปกรณและเครื่องใชในชีวิตประจําวันมากท่ีสุด เน่ืองจากขึ้นรูปไดงายดวยวิธีทางกล เชื่อม
งา ย และราคาไมแพง แตไ มสามารถอบชุบเพอื่ เพ่มิ ความแข็งแรงดวยวิธที างความรอ นได

2) เหล็กกลาคารบอนปานกลาง (Medium carbon steel) มี
ปริมาณคารบอนประมาณ 0.2-0.5% มีความแข็งแรง (Strength) และความเคนแรงดึง

การผลิตโลหะ 35

(Tensile stress) มากกวาเหล็กกลาคารบอนต่ํา สามารถชุบแข็ง (Hardening) ดวยวิธีทาง
ความรอนเพือ่ เพ่มิ ความแข็งแรงได เหมาะสาํ หรบั ใชทาํ ช้ินสว นเครอ่ื งจักรกล

3) เหล็กกลาคารบอนสูง (High carbon steel) เปนเหล็กที่มี
ปรมิ าณคารบอนประมาณ 0.5-1.5% จึงทําใหมีความแข็ง (Hardness) ความแข็งแรง และความ
เคนแรงดึงสูงที่สุด แตมีความเหนียวนอยที่สุด เม่ือชุบแข็งแลวจะเปราะ เหมาะสําหรับงานที่
ตองการความทนทานตอ การสึกหรอ

ก.2 เหล็กกลาผสม (Alloy steel) คือเหล็กที่มีธาตุอ่ืน ๆ ผสมอยู
นอกเหนือจากธาตุคารบอนและธาตบุ างตวั ทต่ี ิดมากับเหล็กหลังจากกรรมวิธีการถลุง ธาตุท่ีผสม
ลงไปในนํ้าเหล็กบางชนิดอาจมีปริมาณมากกวาธาตุคารบอน โดยผสมลงไปเพื่อเพ่ิมสมบัติ
เฉพาะหรอื ปรบั ปรุงสมบัติใหเปนไปตามความตองการในการใชงาน ซ่ึงสามารถแบงออกไดเปน
2 ประเภท ไดแก

1) เหล็กกลาผสมตํ่า (Low alloy steel) คือเหล็กกลาท่ีมีธาตุผสม
อ่ืน ๆ รวมกันนอยกวา 8% เพื่อเพิ่มสมบัติดานการชุบแข็ง และเพิ่มความแข็งแรง เปนตน
เหมาะสําหรบั ใชท าํ ชิ้นสว นเครือ่ งจกั รกล

2) เหล็กกลาผสมสูง (High alloy steel) คือเหล็กกลาท่ีมีธาตุผสม
อ่ืน ๆ รวมกันมากกวา 8% เพ่ือเพิ่มสมบัติเฉพาะบางประการ สําหรับการใชงานเฉพาะอยาง
อาทเิ ชน เพม่ิ สมบัตติ า นทานความรอน สมบัติตานทานการกัดกรอน และสมบัติตานทานการสึก
หรอเน่ืองจากการเสียดสีขณะใชงาน เปนตน เหล็กกลาผสมสูงแบงออกเปน 2 ประเภท คือ
เหล็กกลาสแตนเลส (Stainless steel) หรือเหล็กกลาไรสนิม และเหล็กกลาเคร่ืองมือ (Tool
steel)

- เหล็กกลาสแตนเลส (Stainless steel) เปนเหล็กกลาท่ีมี
ความตานทานการกัดกรอนสูงเปนพิเศษ ไมเปนสนิมในสภาพบรรยากาศปกติ เน่ืองจากการ
เติมธาตุโครเมียมลงไปในนํ้าเหล็กอยางนอย 12% ทําใหเกิดฟลมออกไซดที่ผิว ฟลมน้ีมีความ
แข็งแรงสูง ยึดติดกับผิวเหล็กไดดี โปรงใส มีความหนาแนนสูง และไมมีรูพรุน สามารถสราง
ขึ้นมาใหมไดเอง เพื่อทดแทนฟลมเกาที่ถูกทําลายไป โดยทําหนาท่ีเคลือบผิวเหล็กเพ่ือปองกัน
เน้ือโลหะจากการกัดกรอน นอกจากโครเมียมแลวยังมีการเติมธาตุผสมอ่ืน ๆ เพื่อเพ่ิมสมบัติ
บางประการ เชน นกิ เกิล โมลิบดนี ัม และแมงกานสี เปนตน

- เหล็กกลาเคร่ืองมือ (Tool steel) เปนเหล็กกลาที่มีความ
แข็งและความแข็งแรงสูง แมวาจะใชงานที่อุณหภูมิสูง เรียกสมบัติน้ีวาความแข็งขณะรอนแดง
(Hot/ Red Hardness) มีสวนผสมของธาตุโครเมียม ทังสเตน โมลิบดีนัม วาเนเดียม นิกเกิล
โคบอลต หรือไทเทเนียม มากกวา 5% อาทิเชน เหล็กกลาความเร็วรอบสูง (High-speed tool

36 การผลติ โลหะ

steel) ที่ใชเปนเครื่องมือตัด ในงานกัด กลึง ไส หรือทําเกลียว เปนตน เหล็กกลาเคร่ืองมือ
สามารถแบงออกไดเปน 6 ประเภทตามปริมาณของธาตุผสมคือ (1) Water-hardening tool
steel (2) Oil-hardening tool steel (3) High-speed tool steel (4) Hot-working tool
steel (5) Cold-working tool steel และ (6) Special-propose tool steel

ข. เตาหลอม ท่ใี ชในการผลิตเหลก็ กลามี 4 ชนิด คอื
ข.1 เตาพนออกซิเจน (Basic-oxygen furnace, BOF) ผนังเตากอดวยอิฐ

ทนไฟชนิดดางจําพวกแมกนีไซต มีหลักการทํางานคือการพนกาซออกซิเจนบริสุทธ์ิเขาไปทํา
ปฏิกริ ิยากบั นา้ํ เหล็กโดยตรงดว ยความเรว็ สงู เมอื่ เทนํ้าเหลก็ ท่ีไดจากเตาสูงหรือเหล็กดิบสีขาวที่
เปนโลหะรอน เศษเหล็กกลา และธาตุผสมอ่ืน ๆ ท่ีตองการลงไปในเตาหลอมแลว จะทําการ
หมุนตัวเตาในแนวด่ิง พรอมกับพนออกซิเจนผานทอที่ยื่นเขาไปในเตาซึ่งสูงจากผิวน้ําเหล็ก
ประมาณ 1-3 เมตร ใชเวลาพนประมาณ 20-30 นาที กาซออกซิเจนจะไปทําปฏิกิริยา
ออกซิเดชัน (Oxidation) กับสารมลทินในน้ําเหล็ก เชน คารบอน ซิลิกอน แมงกานีส
ฟอสฟอรัส และกํามะถัน กลายเปนสารประกอบออกไซดลอยสูผิวหนาของน้ําเหล็กและจะถูก
กําจัดออกไป น้ําเหล็กที่อยูภายในเตาจะมีอุณหภูมิประมาณ 1,650 °C กระบวนการนี้ไม
จําเปนตองอาศัยแหลงความรอนจากภายนอกในการทําปฏิกิริยา เน่ืองจากความรอนท่ีไดเกิด
จากปฏิกิริยาลุกไหมของสารมลทินและออกซิเจนท่ีพนใสน้ําเหล็ก หลังจากนั้นจะเทน้ําเหล็กเขา
สูถงั พกั (Ladle) และปรบั ปรุงสวนผสมทางเคมีโดยการเตมิ ธาตตุ า ง ๆ ที่ตองการลงไปกอนที่จะ
นาํ ไปแปรรปู ในข้นั ตอนตอ ไป ดังแสดงในรูปท่ี 2.10

เตาพนออกซิเจนท่ีมีขนาดความสูงประมาณ 8 เมตร และกวาง 5 เมตร จะ
สามารถจุนํ้าเหล็กไดประมาณ 100 ตัน เหล็กกลาที่ไดจากเตาชนิดน้ี ไดแก เหล็กกลาคารบอน
และเหล็กกลา ผสม

ข.2 เตาเบสเซมเมอร (Bessemer furnace) ประดิษฐข้ึนโดย เซอร เฮนร่ี
เบสเซมเมอร ในป พ.ศ. 2398 ผนังเตาดานในกอดวยอิฐทนไฟชนิดกรดจําพวกซิลิกา ดานใต
เตามีรูเปาอากาศเขาไปโดยตรง ผานน้ําเหล็กดิบ ดังแสดงในรูปที่ 2.11 กาซออกซิเจนจะทํา
ปฏิกริ ิยากบั คารบ อน ซิลกิ อน แมงกานีส ทําใหเกิดความรอนภายในเตาขึ้นอยางตอเน่ืองโดยไม
ตองใชเชื้อเพลิงและเกิดเปนสารประกอบออกไซดลอยสูผิวหนาของนํ้าเหล็ก แตไมสามารถดึง
ฟอสฟอรัสและกํามะถันออกจากน้ําเหล็กได ดังนั้นเหล็กกลาที่ไดจะมีเหล็กออกไซด ฟอสฟอรัส
และกํามะถันมากกวาที่ไดจากเตาพนออกซิเจน เวลาที่ใชในการทําปฏิกิริยาประมาณ 10-15
นาที โดยท่ีน้ําเหล็กที่อยูภายในเตาจะมีอุณหภูมิประมาณ 1,600 °C หลังจากกําจัดขี้ตะกรัน
ออกไปแลว จงึ เทน้ําเหล็กลงในแบบท่ีเตรยี มไว

การผลติ โลหะ 37

รูปท่ี 2.10 ขนั้ ตอนในการผลิตเหลก็ กลาโดยใชเ ตาพนออกซิเจนแบบดาง (บญุ ธรรม, 2553)
ในการผลิตเหล็กกลาจากเตาเบสเซมเมอรจะตองใชเหล็กดิบสีขาวที่เปน

ของเหลวจากเตาสูง โดยนํ้าเหล็กดิบจากเตาสูงจะถูกใสเขาไปในเตาเบสเซมเมอรโดยตรง ซึ่งมี
ขนาดบรรจุประมาณ 25 ตัน เหล็กกลาท่ีไดจากเตาชนิดน้ี ไดแก เหล็กกลาคารบอน เหล็กกลา
ผสม และเหล็กออ น (Wrought iron)

ข.3 เตาไฟฟา (Electric furnace) ใชผลิตเหล็กกลาโดยการหลอมละลาย
วัตถุท่ีเปนโลหะภัณฑก่ึงสําเร็จรูป (Ingot) เหล็กกลาไรสนิม เหล็กกลาทนความรอน เหล็กกลา
เครื่องมอื และเหลก็ กลา ผสมชนิดตาง ๆ แตจะไมน ยิ มใชหลอมละลายเหล็กดิบ การหลอมโดยใช
ไฟฟานี้รวมถงึ การหลอมโดยใชเ ตาเหน่ยี วนาํ หลกั การทํางานของเตาไฟฟาและเตาเหน่ียวนําดัง
อธบิ ายไวในหัวขอที่ 2.3.1 ข.3 และ 2.3.1 ข.4 ตามลาํ ดับ เหลก็ กลา ที่ผลิตไดจะเปนเหล็กกลาท่ีมี
คณุ ภาพสงู หรอื ชนิดพิเศษ เชน เหล็กกลาไรส นิม และเหลก็ กลา ผสมชนดิ พิเศษ เปนตน

ข.4 เตากระทะ (Open-hearth furnace) มีลักษณะเหมือนกระทะ ฝาปด
วัสดุที่ใชทําผนังเตามีอยู 2 ชนิดคือ ชนิดดางซ่ึงกอดวยอิฐทนไฟที่ทําดวยแมกนีไซต และชนิด
กรดซ่ึงกอดวยอิฐทนไฟที่ทําจากทรายซิลิกา ซึ่งสวนมากนิยมใชเตากระทะแบบดาง เนื่องจาก
สามารถทําปฏิกิริยาดึงเอาสารมลทินในนํ้าเหล็ก เชน คารบอน ซิลิกอน แมงกานีส ฟอสฟอรัส
และกาํ มะถนั ออกจากนํ้าเหล็กไดด ี มชี อ งสาํ หรับใสว ัตถุดบิ และรดู า นลางสําหรับนํานํ้าเหล็กออก
จากเตา ผนงั เตาดานขา งมหี อ งอุนอากาศและเช้ือเพลิงประเภทกาซ ดังแสดงในรูปที่ 2.12 ความ

38 การผลิตโลหะ
รอนเกิดขึ้นจากการเผาไหมของกาซหรือนํ้ามันเชื้อเพลิงกับอากาศ ความรอนท่ีไดจะแพรไปใน
เตาเหนือวัตถุดิบท่ีเปนเหล็กดิบสีขาว ท้ังที่เปนของแข็งและของเหลว และเศษเหล็กกลา จน
หลอมละลาย กาซท่ีไดจากการเผาไหมจะไหลผานออกจากเตาไปยังหองเผาไหมอีกขางหน่ึง
หอ งเผาไหมน ้นั จะมีอุณหภูมสิ ูงข้ึน ดงั นน้ั การทํางานของหองเผาไหมจะสลับการใหความรอนแก
เตาจากขางหนึง่ ไปยังอีกขางหนึ่ง นํ้าเหล็กท่ีอยูภายในเตาจะมีอุณหภูมิประมาณ 1,000 °C โดย
กระบวนการผลติ เหลก็ กลาดว ยวิธนี ้ีใชเ วลาประมาณ 4-6 ชวั่ โมง หลังจากกําจัดขี้ตะกรันออกไป
แลว จึงเติมธาตุตาง ๆ ลงไปเพื่อปรับปรุงสมบัติใหไดตามตองการ จากน้ันจึงเทนํ้าเหล็กลงใน
แบบทีเ่ ตรยี มไว

รปู ท่ี 2.11 ภาพตัดแสดงการทํางานของเตาเบสเซมเมอร (บุญธรรม, 2553)

รปู ที่ 2.12 ภาพตดั แสดงสว นตาง ๆ ของเตากระทะ (บุญธรรม, 2553)

การผลติ โลหะ 39

เตากระทะที่มีขนาดกวางประมาณ 4.5-12 เมตร ลึกประมาณ 0.6 เมตร จะมี
ความจุนํ้าเหลก็ ประมาณ 150 ตัน เหล็กกลาท่ีเตาชนิดนี้ผลิตไดคือ เหล็กกลาผสม ซึ่งมีคุณภาพ
ใกลเ คยี งกบั เหลก็ กลาทไี่ ดจากเตาพนออกซเิ จน

ตารางที่ 2.2 การเขยี นสญั ลักษณข องเหล็กกลา ในระบบ AISI-SAE (ชลิตตแ ละคณะ, 2544)

ชนิดของเหล็กกลา สญั ลกั ษณท ใี่ ช

เหล็กกลาคารบ อน 1XXX

- เหล็กกลา Plain Carbon Steels (เหล็กกลา ไมเตมิ กาํ มะถนั ) 10XX

- เหลก็ กลา ชนดิ ตดั เฉือนงาย (เหล็กกลาเตมิ กาํ มะถนั ) 11XX

เหล็กกลา แมงกานีส (แมงกานสี 1.75%) 13XX

เหล็กกลา นิกเกิล 2XXX

- มีสว นผสมของนิกเกิล ประมาณ 3.50% 23XX

- มีสวนผสมของนกิ เกลิ ประมาณ 5.00% 25XX

เหลก็ กลา นิกเกิล-โครเมยี ม 3XXX

- มสี ว นผสมของนกิ เกิล 1.25% โครเมยี ม 0.65% 31XX

- มีสว นผสมของนกิ เกลิ 1.75% โครเมยี ม 1.00% 32XX

- มีสว นผสมของนกิ เกลิ 3.50% โครเมยี ม 1.55% 33XX

ตารางท่ี 2.3 อักษรและความหมายของเหล็กในระบบ DIN (ชลิตตแ ละคณะ, 2544)

อักษร หมายถึง อักษร หมายถึง

St เหล็กกลา ธรรมดา Te/GT เหล็กหลออบเหนียว

StC เหล็กกลาคารบอน GTW เหลก็ หลออบเหนียวสีขาว

StG/GS เหล็กหลอเหนยี ว GTS เหลก็ หลออบเหนียวสดี ํา

Ge/GG เหล็กหลอสีเทา GGG เหล็กหลอกราไฟตกลม

GH เหลก็ หลอ แขง็ GK เหลก็ หลอดว ยแบบเบาเหล็ก

ค. การจําแนกประเภทของเหล็กกลา ตามระบบมาตรฐานของเหล็กกลาทางดาน
โลหะอตุ สาหกรรมมี 2 ระบบ คอื

ค.1 AISI (The American Iron and Steel Institute) และระบบ SAE
(The Society of Automotive Engineers) แสดงดังตารางที่ 2.2 มีการกําหนดสัญลักษณ
เปนตัวเลข 4 หลัก เชน AISI-SAE 11XX เปนเหล็กกลาชนิดตัดเฉือนงาย (เหล็กกลาเติม

40 การผลติ โลหะ

กํามะถัน) ตัวเลข XX หมายถึง สวนผสมของธาตุคารบอนคิดเปน 1/100 โดยน้ําหนัก เชน
AISI-SAE 1120 มีสว นผสมของธาตุคารบ อนอยูประมาณ 0.2% โดยนา้ํ หนัก

ค.2 ระบบ DIN (Deutsche Industrial Norm) แสดงดังตารางที่ 2.3 เปน
การเขียนสัญลักษณตามมาตรฐานของเยอรมัน ซึ่งมีการเขียนตัวอักษรแทนชนิดของเหล็กและ
ตามดวยตัวเลข 2 ชุด ชุดแรกหมายถึง คาความตานทานแรงดึง (Tensile strength) ท่ีเหล็ก
สามารถรับไดตอตารางมิลลิเมตร และตัวเลขชุดที่ 2 หลังจุดทศนิยมหมายถึงการบงบอกชนิด
ของเหล็กและการใชงาน (ตารางที่ 2.4) เชน St 37.12 เปนเหล็กกลา มีคาความตานทานแรงดึง
เทากับ 37 กิโลกรัมตอตารางมิลลิเมตร (370 MN/m2) ใชเปนเหล็กโครงสรางรูปพรรณซ่ึง
สามารถทําการเชือ่ มประสานไดดี

ตารางที่ 2.4 ตัวเลขท่ีใชบงบอกชนิดของเหล็กและการใชงานในระบบ DIN (ชลิตตและคณะ,

2544)

ตวั เลข มาตรฐานของเยอรมัน การบงบอกชนิดของเหลก็ และการใชง าน
(DIN)

11 1611 เหล็กสรา งเครือ่ งมือกลและเหล็กโครงสรางทว่ั ไป

12 1612 เหล็กโครงสรางรูปพรรณแลเหลก็ แผน (Plate) ขนาดใหญ

13 1613 เหลก็ ทาํ สลกั เกลียวและแปนเกลียว สกรูเกลียวปลอ ย

16 1616 เหลก็ แผนเรียบ และเหล็กแผน บาง (Sheet)

21 1621 เหล็กแผนทม่ี คี วามหนามากกวา 4.75 มลิ ลิเมตร

22 1622 เหลก็ แผนทีม่ ีความหนาปานกลาง 3-4.75 มิลลิเมตร

23 1623 เหล็กแผนบางที่มีความหนานอยกวา 3 มลิ ลิเมตร

26 1626 ทอเหลก็ แบบมีตะเข็บเช่ือม (Continuous butt-weld pipe)

2.4 การผลิตโลหะนอกจาํ พวกเหลก็ (Nonferrous metals)
โลหะนอกกลุมเหล็กท่ีใชในงานอุตสาหกรรม คิดเปนประมาณ 20% ของการใชโลหะ

ทง้ั หมด โลหะกลุมน้มี ธี าตกุ ลมุ โลหะและธาตุผสมอ่ืน ๆ ซึ่งไมใชธาตุเหล็กเปนองคประกอบหลัก
โลหะนอกจําพวกเหล็กในรูปของโลหะบริสุทธิ์จะไมนิยมนํามาใชงานเนื่องจากมีโครงสรางที่ไม
แข็งแรงมากนัก การใชงานจงึ มีการเตมิ ธาตุผสมอ่ืน ๆ ลงไปดวยเพื่อเพ่ิมสมบัติเฉพาะของโลหะ
เชน การตานทานการกัดกรอน การนําไฟฟา การนําความรอน สามารถข้ึนรูปไดงายและมี
นา้ํ หนักเบากวาเหล็ก อีกทั้งยังมีสีสันสวยงามและมันวาว โลหะนอกกลุมเหล็กสามารถแบงออก
ไดเปน 2 ประเภทคือ โลหะหนกั และโลหะเบา

การผลติ โลหะ 41

2.4.1 การผลิตโลหะหนกั (Heavy metals)
ก. ทองแดง (Cu) มีลักษณะออนเหนียว สามารถขึ้นรูปดวยการดึงเปนเสนไดงาย นํา
ความรอนและไฟฟาไดดี ทนตอการกัดกรอน มีจุดหลอมเหลวที่ 1,073-1,083 °C มีปริมาณการ
ใชงานเปนอันดับ 3 รองจากเหล็กและอะลูมิเนียม นิยมนํามาใชทําสายไฟฟา หัวแรงบัดกรี ทอ
สารทําความเย็น อุปกรณแลกเปล่ียนความรอน ทองแดงถูกใชเปนสวนผสมท่ีสําคัญในการเพิ่ม
สมบัตเิ ชงิ กลใหกบั ทองคาํ โลหะทองแดงผสม (Copper alloy) อ่ืน ๆ เชน ทองเหลือง (Brass)
และบรอนซ (Bronze) เปนตน
แรท่ีนิยมใชในการถลุงเพื่อผลิตทองแดงคือ แรชาลโคไพไรต (Chalcopyrite) ดังแสดง
ในรูปท่ี 2.13 ซ่ึงมีธาตุทองแดงเปนองคประกอบ โดยท่ัวไปมีสูตรทางเคมีวา CuS และ CuFeS
กรรมวิธกี ารผลิตทองแดงแสดงดังรูปท่ี 2.14

รูปที่ 2.13 แรชาลโคไพไรต (Chalcopyrite) (คดั มาจาก http://geology.com)

แรจะถูกนํามาบดใหเปนชิ้นเล็ก ๆ ผสมกับหินปูนแลวเทลงในถังเก็บแร แลวจึงนําเขา
เตาเผาเพ่ือเผาแรใหอยูในรูปของสารประกอบ FeS FeO SiO และ CuS จากน้ันจึงนําแรท่ีได
ผสมกับหินปูนแลวนําเขาเตาแบบนอนเพื่อแยกเอาขี้ตะกรันออก ซึ่งจะเหลือกอนทองแดงท่ีมี
เหล็กผสมอยู นํากอ นทองแดงและเหล็กที่ไดเทลงในเตาท่ีมีลักษณะการทํางานคลายเตาเบสเซม
เมอร ซ่ึงใชอากาศพนเขาไปในเตาเปนเวลาประมาณ 4-5 ชั่วโมง เหล็กจะถูกแยกออกเปนขี้
ตะกรัน สวนทองแดงจะอยใู นรปู ของสารประกอบออกไซดและสารประกอบซัลเฟต หลังเสร็จส้ิน
กระบวนการจะไดกอนทองแดงที่มีผิวขรุขระเน่ืองจากการทําปฏิกิริยากันระหวางออกไซดและ
ซัลไฟด และกาซซัลเฟอรไดออกไซด สุดทายกอนทองแดงท่ีไดจะถูกทําใหบริสุทธ์ิถึง 98-99%
โดยวธิ ีการแยกสารประกอบทางเคมดี วยไฟฟา

42 การผลิตโลหะ

รปู ที่ 2.14 กรรมวธิ กี ารผลิตทองแดง (บญุ ธรรม, 2553)
เตาแบบนอนท่ีนิยมใชถลุงโลหะนอกจําพวกเหล็กจําพวกทองแดงคือ เตาถลุงแบบ
Reverberatory หรืออาจเรียกไดอีกอยางหนึ่งวาเตาแอรเฟอรเนซ เน่ืองจากมีการเปาอากาศ
เขาไปชวยในการเผาไหมของถานโคกกับสินแรภายในเตา ลักษณะการทํางานของเตาดังแสดง
ในรูปท่ี 2.15

รปู ที่ 2.15 ภาพตดั แสดงการทํางานของเตาถลงุ แบบ Reverberatory
(คดั มาจาก http://en.wikipedia.org)

การผลติ โลหะ 43

ข. ตะกั่ว (Pb) มีลักษณะเหนียวแตนิ่ม มีความหนาแนนสูง มีจุดหลอมเหลวต่ําที่
327 °C มีสมบัติการไหลตัวท่ีดีในการบัดกรี (Soldering) ทนตอการกัดกรอน แตมีพิษตอ
รางกาย การใชงานพบไดท่ัวไปในแบตเตอรี่ อุตสาหกรรมการผลิตสี วัสดุหุมสายเคเบิล และ
วสั ดุปองกันกมั มนั ตภาพรังสี เปนตน

รูปท่ี 2.16 แรต ะกว่ั (PbS) (คดั มาจาก http://geology.com)

แรตะกั่วอยูในรูปของสารประกอบซัลไฟต (รูปท่ี 2.16) ซ่ึงจะมีโลหะตะกั่วผสมอยู
ประมาณ 65-80% แรจะถูกเผาเพื่อแยกสารประกอบซัลไฟตออก จากนั้นแรจะถูกผสมกับ
หินปูน ทราย กากโลหะ และแรเหล็ก เพื่อนําเขาเคร่ืองบดยอยใหเปนกอนเล็ก ๆ ในขณะบด
ยอยจะเกิดกาซซัลเฟอรไดออกไซดข้ึน ซึ่งจะนําไปใชผลิตเปนกรดกํามะถัน แรท่ีถูกบดยอย
เรียบรอยแลวจะถกู เทลงไปในเตาสูงรวมกับเชือ้ เพลิงท่ีเปนถานโคก กาซท่ีไดจากเตาสูงจะนําไป
ผลิตเปนโลหะแคดเมียม นา้ํ โลหะท่ีไดจ ากเตาสูงจะถกู นาํ ไปตกตะกอน น้ําโลหะท่ีหนักกวาจะถูก
ปลอยลงไปยังเตาออกซเิ ดชนั สว นโลหะท่ีเบากวา ซง่ึ ก็คือทองแดง จะไหลไปยงั ถังตกตะกอนใบ
ท่ี 2 และผสมกบั กาํ มะถนั เพอ่ื สกดั เปนโลหะทองแดง

สวนผสมของตะก่ัวเหลวจะถูกออกซิไดซในเตาออกซิเดชัน ข้ีตะกรันจะถูกนําไปแยก
เปนโลหะพลวง (Antimony) และสารหนู (Arsenic) สวนน้ําโลหะที่หนักจะถูกนําไปแยก
สารประกอบทางเคมีดวยไฟฟาได สังกะสี ทอง เงิน และตะก่ัวบริสุทธิ์ ตามลําดับ กรรมวิธีการ
ผลิตตะกว่ั แสดงดงั รปู ท่ี 2.17