Influence of Coating Types on Mechanical Properties of Rotary Tiller Blades
โดย ทิวาวรรณ เปลี่ยนกลิ่น
ปี 2565
บทคัดย่อ
การสึกหรอของใบมีดโรตารี่พรวนดินเป็นปัญหาที่ส่งผลให้ประสิทธิภาพของรถไถพรวนดินลดลง การพัฒนาเพื่อหาใบมีดพรวนดินที่มีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานยาวนานจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่ควรได้รับการศึกษาและทาการแก้ไข งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาสมบัติทางกลของเหล็กเครื่องมือและชนิดของสารเคลือบผิวที่มีผลต่อพฤติกรรมการสึกหรอของคมตัดของใบมีดโรตารี่พรวนดิน
โดยวัสดุในการทดลองประกอบด้วยเหล็กกล้าคาร์บอน 3 ชนิด คือ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเกรด SS400, เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง เกรด S45C และเหล็กกล้าคาร์บอนสูง เกรด SK5 ความหนา 7 มิลลิเมตร โดยนำวัสดุมาผ่านกระบวนการชุบแข็งและอบคืนไฟ ซึ่งเป็นสภาพจริงของใบมีดโรตารี่พรวนดินที่มีจำหน่ายในท้องตลาด จากนั้นนามาเคลือบผิวด้วยไอทางกายภาพ (Physical Vapour Deposition, PVD) ด้วยสารเคลือบ 2 ชนิด ได้แก่ ไทเทเนียมไนตรายด์ (TiN) และโครเมียมไนตรายด์ (CrN) ความหนาของสารเคลือบประมาณ 2-3 ไมโครเมตร จากนั้นนำชิ้นงานตัวอย่างมาทดสอบสมบัติทางกลด้วยวิธีการทดสอบแรงดึง (Tensile strength) ทดสอบความแข็งของผิวเคลือบ (Hardness Test) และทดสอบความต้านทานต่อการขูด (Scratch Test)
ผลการทดลองสรุปได้ว่า เหล็กกล้าคาร์บอนหลังผ่านกระบวนการทางความร้อนในสภาวะที่กำหนด วัสดุ S45C มีค่า Tensile strength สูงที่สุดเท่ากับ 1149.27 N/mm2 ซึ่งสูงกว่า SS400 (375.96 N/mm2) และ SK5 (1087.66 N/mm2) เมื่อนำวัสดุมาทาการเคลือบผิวด้วยวิธีไอกายภาพด้วยสารเคลือบ TiN และ CrN พบว่าวัสดุ วัสดุ S45C มีความแข็งสูงสุด เมื่อเคลือบด้วยสารเคลือบ TiN เท่ากับ 2722.79 HV และสารเคลือบ CrN เท่ากับ 1995.85 HV เมื่อทดสอบความต้านทานต่อการขูดของวัสดุทั้ง 3 ชนิด 2 สารเคลือบ พบว่ามีลักษณะรอยขูดแบบ Conformal ซึ่งเป็นลักษณะรอยแตกจากการขูดทดสอบ แสดงให้เห็นถึงการยึดเกาะที่สม่ำเสมอของสารเคลือบทั้งสองชนิด วัสดุ S45C ที่เคลือบด้วย TiN มีความเหมาะสมในการใช้งานมากที่สุด
Abstract
Rotary blade wear is a problem that reduces the efficiency of the tiller. The development of efficient tillage blades with long service life is needed to be investigated and corrected. The purpose of this research was to investigate the influence of carbon steel and types of coatings affecting the wear behavior of cutting edge of rotary blades.
The materials in the experiment had three types of carbon steel comprising SS400, S45C and SK5, with a thickness of 7 millimeters. They were heat treated before coated with a physical vapor deposition (PVD) method with 2 types of coatings comprising titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN). The thickness of the coating is about 2-3 micrometers. Then the specimens were tested for mechanical properties by three methods: a tensile strength method, hardness test and a scratch test.
The experimental showed that after heat treatment under specified conditions, S45C has the highest tensile strength of 1149.27 N/mm2, which is higher than SS400 (375.96 N/mm2) and SK5 (1087.66 N/mm2) when the material is coated. According to the physical vapor method with TiN and CrN coatings, it was found that S45C material has the highest hardness. when coated with TiN coating equal to 2722.79 HV and CrN coating was 1995.85 HV. When testing the scratch resistance of all 3 materials and 2 coatings, it was found that the conformal abrasion was characterized by cracks from scratching, which demonstrates consistent adhesion of both coatings. TiN-coated S45C carbon steel is the most suitable in producing the rotary blade.
Download: Influence of Coating Types on Mechanical Properties of Rotary Tiller Blades