ชุบแข็ง SUJ2 (100Cr6 / AISI 52100): เหล็กลูกปืนสำหรับชิ้นเล็ก

SUJ2 (มาตรฐาน JIS G 4805) คือเหล็กกลุ่ม เหล็กลูกปืนชุบแข็งทั้งชิ้น (through-hardening bearing steel) มีคาร์บอนสูงราว 0.95–1.10% และโครเมียมราว 1.30–1.60% เทียบเท่ากับ 100Cr6 (EN), AISI 52100 (SAE) และ GCr15 (จีน)

คาร์บอนและโครเมียมสูงทำให้เกิดคาร์ไบด์กระจายละเอียดและชุบแข็งได้ทั้งเนื้อถึงระดับ ~60–62 HRC ให้ความทนสึก ความแข็งผิวรับแรงกด (contact) และความเสถียรของขนาดที่ดี จึงนิยมทำหมุด ลูกกลิ้ง ลูกบอล บูช และเพลาขนาดเล็ก

มาตรฐานสากลอ้างอิงได้ที่ ISO 683-17 ซึ่งครอบคลุมเหล็กลูกปืนกลุ่มชุบแข็งทั้งชิ้น

Austenitizing: ให้ความร้อนราว 830–860°C แล้วแช่ให้คาร์ไบด์ละลายพอเหมาะ (ไม่มากจนเกรนโต) บรรยากาศเตาต้องควบคุมเพื่อกัน decarburization ที่ผิว

Quench: จุ่มเย็นในน้ำมัน (หรือสื่ออื่นที่เหมาะ) เพื่อสร้างมาร์เทนไซต์ ได้ความแข็ง as-quenched สูงราว 63–65 HRC แต่ยังมีออสเทนไนต์ตกค้างและความเปราะสูง

Temper: อบคืนตัวต่ำราว 150–180°C เพื่อลดความเปราะและคงความแข็งไว้ ~60–62 HRC หากต้องการความเหนียวมากขึ้นก็อบสูงขึ้นแลกกับความแข็งที่ลดลง

เหล็กคาร์บอนสูงอย่าง SUJ2 มักเหลือ ออสเทนไนต์ตกค้าง (retained austenite) หลังจุ่มเย็น ซึ่งอ่อนกว่ามาร์เทนไซต์และไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไปหรือใช้งานที่อุณหภูมิ/แรงกด มันจะค่อย ๆ เปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์ ทำให้ชิ้นงาน "ขยายขนาด" ทีละน้อย — ปัญหาใหญ่สำหรับลูกปืน เกจ และชิ้นพิกัดแน่น

เมื่อไรควร sub-zero (แช่เย็นจัด): สำหรับงานที่ต้องการความเสถียรของขนาดสูงหรือความแข็งสูงสุด ให้แช่เย็นจัดที่ราว −70 ถึง −80°C (หรือระดับ cryogenic ที่ต่ำกว่านั้น) ทันทีหลังจุ่มเย็น เพื่อเปลี่ยนออสเทนไนต์ตกค้างให้เป็นมาร์เทนไซต์เพิ่ม ได้ความแข็งเพิ่มเล็กน้อยและขนาดนิ่งขึ้น

ต้อง อบคืนตัวหลัง sub-zero เสมอ เพราะมาร์เทนไซต์ใหม่ที่เพิ่งเกิดยังเปราะ การอบคืนตัวช่วยคืนความเหนียวและคลายความเครียด

SUJ2 ถูกใช้มากในชิ้นเล็กที่รับแรงกดและการสึกหรอเฉพาะจุด เช่น หมุด (dowel/pin), ลูกกลิ้ง, บูช, เพลาเล็ก และลูกบอล การชุบแข็งทั้งชิ้นให้ความแข็งสม่ำเสมอทั้งหน้าตัด เหมาะกับผิวสัมผัสที่ต้องรับ Hertzian contact

ความท้าทายของงานปริมาณมากคือความสม่ำเสมอของความแข็งทุกตัว การบิดงอของชิ้นบาง และการกัน decarburization ระหว่างเผา เตาชนิดสายพาน (mesh-belt) ที่ควบคุมบรรยากาศและอุณหภูมิช่วยให้ชิ้นเล็กจำนวนมากได้ความร้อนสม่ำเสมอต่อเนื่อง

ชิ้นที่ต้องการพิกัดแน่นมักเจียรหลังชุบ จึงควรเผื่อระยะเจียรและระบุพิกัดสุดท้ายให้ชัด (V.S. Heat Treatment รับเฉพาะงานชิ้นเล็ก ไม่รับงานชิ้นใหญ่อย่างเฟืองหรือเพลาขนาดใหญ่)

ระบุ: เกรด (SUJ2/100Cr6/52100), ช่วงความแข็งเป้าหมาย (เช่น 60–62 HRC), ความต้องการด้านความเสถียรของขนาด (ต้อง sub-zero หรือไม่), พิกัดการบิดงอ, เผื่อระยะเจียร และน้ำหนัก/จำนวนต่อ lot

ความแข็งวัดได้ทั้ง HRC และแปลง/วัด HV บนหน้าตัดที่เตรียมผิว สุ่มทุก lot พร้อมออกใบรับรอง สำหรับชิ้นบางมากที่หัวกด HRC กดทะลุ ควรกำหนดเป็น HV

อย่ากำหนดช่วงความแข็งแคบเกินจำเป็น เพราะเพิ่มการคัดทิ้งและต้นทุนโดยไม่จำเป็น หากยังไม่แน่ใจ ให้บอกหน้าที่ใช้งานเพื่อช่วยกำหนดเกณฑ์ที่ผลิตซ้ำได้