เหล็กกล้า (Steel) และอลูมิเนียม (Aluminium or Aluminum) เป็นสองประเภทโลหะที่มักนำมาใช้ในงานแปรรูปมากที่สุด ด้วยคุณสมบัติด้านความอเนกประสงค์หรือมีประโยชน์หลากหลาย (Versatility) ความคงทน (Durability) และความทนทานหรือความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) จากคุณสมบัติดังกล่าว โรงงานแปรรูปโลหะ (Metal Fabricators) รวมถึงนักออกแบบหรือเจ้าของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปนิยมนำมาแปรรูปและผลิตเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง อุตสาหกรรมการผลิต อุตสาหกรรมอวกาศ อุตสาหกรรมรถยนต์ และวิศวกรรมต่าง ๆ ครอบคลุมไปจนถึงเครื่องใช้ภายในบ้านและเครื่องมือในที่ทำงาน ทั้งเหล็กกล้าและอลูมิเนียมต่างมีคุณสมบัติในการนำไปใช้และวิธีการแปรรูปที่ไม่เหมือนกัน การเลือกโลหะวัสดุสำหรับแปรรูปหรือผลิตเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบให้กับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจึงเป็นเรื่องสำคัญและไม่ควรมองข้าม
ศิรินครโลหะกิจขอนำเสนอความรู้เกี่ยวกับการเลือกโลหะวัสดุระหว่างเหล็กกล้าและอลูมิเนียมเพื่อนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมและสอดคล้องกับการนำไปใช้งาน
ปัจจัยที่ใช้พิจารณาเลือกโลหะวัสดุระหว่างเหล็กกล้าหรืออลูมิเนียมสำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ
เมื่อเข้าสู่กระบวนการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือสินค้า สิ่งที่นักออกแบบหรือเจ้าของผลิตภัณฑ์จะคิดและคำนึงถึงอยู่เสมอคือ การเลือกโลหะวัสดุ ระหว่าง เหล็กกล้า (Steel) หรือ อลูมิเนียม (Aluminium or Aluminum) ซึ่งวัสดุโลหะทั้งสองประเภทจะเป็นโลหะลำดับแรก ๆ ในใจที่นักออกแบบหรือเจ้าของผลิตภัณฑ์ตัดสินใจนำมาแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์หรือสินค้าที่ต้องการ นอกจากนี้ โลหะทั้งสองประเภทยังเป็นวัสดุโลหะที่นิยมนำมาแปรรูปในอุตสาหกรรมการแปรรูปโลหะ (Metal Fabrication Industry) เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบมากที่สุดในโลก
โลหะทั้งสองประเภท เมื่อดูแบบผิวเผินหรือมองจากรูปลักษณ์ภายนอกเพียงอย่างเดียวจะมีลักษณะคล้ายคลึงกันเป็นอย่างมาก กล่าวคือ ทั้งเหล็กกล้าและอลูมิเนียมมีความมันวาวคล้ายกับเงิน (Silver) อย่างไรก็ดี การเลือกโลหะประเภทใดประเภทหนึ่งสำหรับแปรรูป นักออกแบบหรือเจ้าของผลิตภัณฑ์จำเป็นต้องเข้าใจก่อนว่าโลหะทั้งสองประเภทมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน จะใช้โลหะประเภทไหนในการแปรรูปให้ได้ชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ จะต้องทราบถึงคุณสมบัติพื้นฐานของโลหะทั้งสองประเภท รวมถึงปัจจัยที่ใช้เป็นเกณฑ์พิจารณาเลือกโลหะวัสดุสำหรับแปรรูป โดยมีรายละเอียด ดังนี้
คุณสมบัติพื้นฐานของเหล็กกล้า (Steel)
เหล็กกล้า (Steel) หรือเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) คือเหล็กกล้าผสมที่มีความทนหรือทนต่อการกัดกร่อนสูง เหล็กกล้าจะผลิตด้วยการเติมธาตุโครเมียม (Chromium) ลงในเหล็กที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนอยู่ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ ตามธรรมชาติของเหล็กกล้าจะเป็นโลหะผสมระหว่างเหล็ก (Iron) และคาร์บอน (Carbon) ส่วนธาตุโครเมียมที่ผสมเข้าไปจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติให้เหล็กกล้ามีความคงทนต่อการกัดกร่อน และเป็นคุณสมบัติที่ทำให้เหล็กกล้าหรือเหล็กกล้าไร้สนิมแตกต่างจากโลหะประเภทอื่น ๆ ที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอน นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยการผสมธาตุสำคัญอื่น ๆ เช่น นิกเกิล (Nickel) ซิลิคอน (Silicon) โมลิบดีนัม (Molybdenum) ไทเทเนียม (Titanium) ไนโอเบียม (Niobium) และแมงกานีส (Manganese) คุณภาพของเหล็กกล้าไร้สนิมมีหลายระดับขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของการผสมธาตุต่าง ๆ อย่างไรก็ดี การเลือกคุณภาพของเหล็กกล้าไร้สนิมจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของชิ้นส่วนประกอบหรือส่วนประกอบที่ต้องการนำไปใช้ เช่น ต้องการเหล็กกล้าไร้สนิมแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อนระดับสูง ทนต่ออุณหภูมิต่ำหรือสูงมาก มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ หรือมีความสามารถในการเชื่อมต่อกับโลหะอื่น ๆ เป็นต้น
คุณสมบัติพื้นฐานของอลูมิเนียม (Aluminium or Aluminum)
อลูมิเนียม คือ โลหะที่เป็นธาตุทางเคมีและโลหะชนิดหนึ่ง (Chemical and Metallic Element) สามารถพบได้ในพืช สัตว์และหินต่าง ๆ องค์ประกอบหลักของอลูมิเนียม ได้แก่ แร่บอกไซต์ (Bauxite Ore) หรือแร่อลูมิเนียม เป็นแร่ที่เกิดจากการผสมผสานของหินตะกอน (Sedimentary Rock Mixture) ของเปลือกโลก อลูมิเนียมที่ถูกขุดมาจากแร่บอกไซต์ตามธรรมชาติจะมีลักษณะนิ่ม (Soft) ยืดหยุ่น (Pliable) และไม่มีส่วนผสมของเหล็ก (Non-Ferrous) ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว อลูมิเนียมจึงถูกจัดให้อยู่ในกลุ่มโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (Non-Ferrous Metal) ก่อนนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมและการแปรรูป จึงต้องนำอลูมิเนียมไปเจือหรือผสมกับธาตุอื่น ๆ ก่อน เช่น ซิลิคอน (Silicon) สังกะสี (Zinc) แมกนีเซียม (Magnesium) ทองแดง (Copper) และ/หรือแมงกานีส (Manganese) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติให้ตรงกับความสามารถในการแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับผลิตภัณฑ์ เนื่องจากอลูมิเนียมเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางโลหะสูง หากโรงงานแปรรูปหรือนักออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ต้องการรูปทรงของชิ้นงานที่แสดงถึงความเป็นเอกลักษณ์ที่ประกอบไปด้วยความซับซ้อน อลูมิเนียมนับว่าเป็นโลหะวัสดุที่เหมาะกับความต้องการดังกล่าว
5 ปัจจัยที่ใช้พิจารณาเลือกระหว่างเหล็กกล้าและอลูมิเนียมสำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ
ในส่วนนี้จะกล่าวถึงปัจจัยที่นักออกแบบผลิตภัณฑ์หรือผู้ผลิตสินค้าหรือผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปสามารถนำไปใช้เป็นเกณฑ์ในการพิจารณาเลือกโลหะวัสดุ ระหว่างเหล็กกล้ากับอลูมิเนียม โดยมีปัจจัยสำหรับพิจารณา ดังต่อไปนี้
- ปัจจัยด้านความแข็งแรง (Strength)
เหล็กกล้า รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่น มีน้ำหนักและความแข็งแรงสูงกว่าอลูมิเนียม ส่วนอลูมิเนียมจะมีน้ำหนักเบากว่าเหล็กกล้าประมาณ 1 ใน 3 ของน้ำหนักเหล็กกล้า แต่มีค่าความแข็งแรงต่อน้ำหนักมากกว่าเหล็กกล้า (Strength-to-Weight Ratio) ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว ทำให้อลูมิเนียมเป็นโลหะที่เหมาะกับการแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์และอวกาศ เพราะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง (Fuel Efficiency) ไปพร้อมกับความสามารถในการรับน้ำหนัก (Load Capacity) ทั้งนี้ เหล็กกล้าและเหล็กกล้าไร้สนิมนิยมนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบเชิงโครงสร้าง (Structural Steel) รวมถึงงานออกแบบอาคารที่มีลักษณะทางสถาปัตยกรรม
- ปัจจัยด้านการนำไฟฟ้าและความร้อน (Electrical and Thermal Conductivity)
เมื่อเปรียบเทียบอลูมิเนียมกับเหล็กกล้าด้านการนำไฟฟ้าและความร้อน พบว่า อลูมิเนียมมีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อนของพลังงานไฟฟ้าและความร้อนได้ดีกว่าเหล็กกล้า หากชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบต้องการคุณสมบัติด้านการนำไฟฟ้าและความร้อนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบหรือผลิตสินค้า ให้เลือกอลูมิเนียมเป็นโลหะวัสดุในการแปรรูป เนื่องจากมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูง น้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อนสูง ด้วยเหตุนี้ อลูมิเนียมมักถูกนำไปแปรรูปเป็นสายไฟ (Power Lines) เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อน (Thermal Conductor) ได้ดี จึงนิยมนำไปแปรรูปเป็นแผงระบายความร้อน (Heat Sink) สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการระบบทำความเย็นแบบเร็ว (Rapid Cooling) เช่น หม้อน้ำ หลอดไฟ LED อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องปรับอากาศ เป็นต้น
- ปัจจัยด้านคุณสมบัติเชิงความร้อน (Thermal Properties)
เหล็กกล้า หรือเหล็กกล้าไร้สนิมมีคุณสมบัติพิเศษที่สามารถนำไปใช้กับงานที่เกี่ยวข้องกับความร้อน (Heat Applications) ที่อุณหภูมิสูงถึง 400 องศาเซลเซียส ตรงข้ามกับอลูมิเนียม หากนำไปแปรรูปหรือใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาสเซลเซียส อลูมิเนียมจะเกิดการอ่อนตัวลง สำหรับปัจจัยด้านนี้ คุณสมบัติของอลูมิเนียมด้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม หากแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับผลิตภัณฑ์
จะเลือกเหล็กกล้าหรืออลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะสำหรับแปรรูปหรือผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ ควรนำปัจจัยด้านคุณสมบัติเชิงความร้อนเข้ามาพิจารณาเช่นกัน
- ปัจจัยด้านความสามารถในการเชื่อม (Weldability)
ในการแปรรูปโลหะให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องอาศัยการเชื่อมต่อโลหะ (Welding) หรือยึดชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบอื่น ๆ เข้าด้วยกัน เหล็กกล้าไร้สนิมจะมีคุณสมบัติในการเชื่อมต่อหรือยึดกับโลหะอื่น ๆ ได้ดีกว่าอลูมิเนียม เนื่องจากอลูมิเนียมมีคุณสมบัติด้านการนำความร้อนสูงและมีจุดหลอมเหลวต่ำ (Melting Point) คุณสมบัติด้านความสามารถในการเชื่อมต่อหรือยึดกับโลหะอื่นจึงน้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้น การแตกร้าวร้อน (Hot Cracking) จะเกิดขึ้นกับอลูมิเนียมเมื่อวัสดุอลูมิเนียมเริ่มเย็นลง ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมจะมีคุณสมบัติด้านการทนต่อแรงดึงสูงกว่าอลูมิเนียม 2 – 3 เท่า ดังนั้นจึงสามารถนำไปแปรรูปเป็นตัวเชื่อมหรือที่ยึด (Welds) ชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้าด้วยกันได้ดีกว่า
- ปัจจัยด้านต้นทุน (Cost)
ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกใช้โลหะวัสดุระหว่างเหล็กกล้าหรืออลูมิเนียมสำหรับแปรรูปชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ คือ ราคาของโลหะทั้งสองประเภท (Cost) โดยทั่วไปเหล็กกล้าจะมีราคาถูกกว่าอลูมิเนียม เมื่อเปรียบเทียบราคาระหว่างเหล็กกล้ากับอลูมิเนียม หากเป็นเหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel or Mild Steel) ราคาจะถูกกว่าอลูมิเนียม อย่างไรก็ดี เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) มีราคาสูงกว่าอลูมิเนียม ทั้งนี้ราคาของอลูมิเนียมและเหล็กกล้าจะผันแปรอยู่ตลอดเวลาขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านอุปสงค์ (Demand) และอุปทานของตลาด (Supply) ราคาน้ำมัน (Oil Prices) และการเข้าถึงแหล่งแร่เหล็กและแร่บอกไซต์หรือแร่อลูมิเนียม
ความแตกต่างด้านกระบวนการแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ: เหล็กกล้า VS อลูมิเนียม
อลูมิเนียม (Aluminum or Aluminium) เนื่องจากอลูมิเนียมมีคุณสมบัติเป็นโลหะอเนกประสงค์ หรือสามารถนำไปใช้งานได้อย่างหลากหลาย จึงสามารถนำไปแปรรูปด้วยวิธีการตัด (Cutting) เป็นรูปทรงที่ต้องการได้อย่างมากมาย หรือนำไปแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปใด ๆ ก็ได้ตามที่ต้องการ และมีกระบวนการแปรรูปอลูมิเนียมที่ไม่ซับซ้อน เช่น การเชื่อม (Welding) การปั๊ม (Stamping) การดัดงอ (Bending) การอัดรีด (Extruding) และการตัดเฉือน (Shearing) เป็นต้น
ข้อดีของอลูมิเนียม สามารถนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (เช่น เครื่องดื่มชนิดต่าง ๆ ในรูปของกระป๋อง) มีคุณสมบัติไม่เผาไหม้เมื่อเจอแสงแดด (Non-Combustive Properties) สำหรับข้อเสียของอลูมิเนียมในกระบวนการแปรรูป ได้แก่ คุณสมบัติเชิงความร้อน (Thermal Conductivity) เมื่อต้องนำอลูมิเนียมไปเชื่อมต่อกับโลหะอื่น ๆ เนื่องจากอลูมิเนียมสามารถหลอมละลายไปกับโลหะที่นำไปเชื่อมต่อได้ หากช่างที่ทำการเชื่อมอลูมิเนียมกับโลหะขาดความชำนาญและประสบการณ์ นอกจากนี้ ความเค้น (Stresses) ในกระบวนการผลิตบางกระบวนการส่งผลให้อลูมิเนียมมีความเปราะบางและอาจแตกได้ในช่วงการผลิต
เหล็กกล้า (Steel) มีคุณสมบัติ ดังนี้ มีค่าความแข็งแรงดึงสูง (High Tensile Strength) มีคุณสมบัติเหมือนแม่เหล็ก (Magnetic) เป็นโลหะที่มีเหล็กผสม (Ferrous Alloys) และมีความแข็งแรง (Toughness) เนื่องจากเหล็กกล้าจะมีน้ำหนักถึง 2 ใน 3 ของอลูมิเนียม ดังนั้น ข้อจำกัดในกระบวนการแปรรูปเหล็กกล้า ได้แก่ วิธีหรือกระบวนการที่ใช้ในการแปรรูปเหล็กกล้าหรือเหล็กกล้าไร้สนิมจะมีความซับซ้อนและยากมากกว่าอลูมิเนียม เช่น กระบวนการเชื่อมแล่นประสานโลหะในสภาวะสุญญากาศหรือบัดกรีแข็ง (Brazing) บัดกรีอ่อน (Soldering) การชุบแข็งเหล็กกล้า (Hardening) การเชื่อมโลหะ (Welding) และการตัดเฉือนหรือสกัดเนื้อเหล็กกล้า (Shearing) เป็นต้น
ข้อดีของการนำเหล็กกล้าไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ คือ มีความทนทานต่อความร้อนสูง ทนต่อการกัดร่อน เหมาะสำหรับนำไปแปรรูปสำหรับผลิตภัณฑ์สุขอนามัย (Hygiene Products) สำหรับนักออกแบบ ผู้ผลิตหรือบริษัทที่ให้ความสำคัญกับแนวคิดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (Green or Environmentally Friendly) ควรเลือกใช้เหล็กกล้าเป็นโลหะวัสดุสำหรับแปรรูปชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ เพราะสามารถนำไปแปรสภาพให้กลับมาใช้งานได้อีก (Recyclability)
สรุป:
การเลือกประเภทโลหะสำหรับแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป (Finished Products) นับว่าเป็นเรื่องที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง เพราะสามารถส่งผลต่อรูปลักษณ์ ความสวยงามของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ รวมไปถึงการใช้งาน การดูแลรักษา และต้นทุนที่ใช้ในการแปรรูปหรือผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบสำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เพื่อเพิ่มความมั่นใจว่าจะได้ผลิตภัณฑ์หรือสินค้าที่มีคุณภาพ ควรปรึกษาโรงงานแปรรูปโลหะเรื่องการใช้วัสดุโลหะสำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการก่อนเสมอ
_________________________________________
บริษัท ศิรินครโลหะกิจ จำกัด เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบอะไหล่รถทุกประเภท รวมถึงการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบตามความต้องการ (Made-to-Order) มากกว่า 30 ปี เชี่ยวชาญการผลิตและออกแบบชิ้นส่วน และส่วนประกอบด้วยงานปั๊ม งานพับ งานตัด งานกลึง และงานเชื่อม พร้อมเข้ารูป ด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์และเครื่องจักรสมัยใหม่ พร้อมช่างระดับมืออาชีพ
Facebook : ศิรินครโลหะกิจ
Line : @sirinakorn (พิมพ์@ด้วย)