Gdy amerykański producent komponentów motoryzacyjnych przeanalizował dane dotyczące złomu i przeróbek, wyłonił się jeden wzór: zbyt wiele części było odrzucanych po obróbce cieplnej. Zmienność twardości w partiach, niespójna głębokość warstwy wierzchniej i mikrostruktura oraz reklamacje klientów dotyczące nieprzewidywalnego działania zostały powiązane ze starzejącym się piecem skrzynkowym w centrum linii produkcyjnej.

Aby rozwiązać ten problem, zakład zainwestował w piec do obróbki cieplnej typu rurowego o mocy 580 kW z maksymalną temperaturą roboczą 1100°C, zaprojektowany specjalnie do kół zębatych, wałów i innych krytycznych dla bezpieczeństwa komponentów.

Rozrzut twardości i niespójność mikrostruktury: gdzie stary piec zawiódł

Przed modernizacją główne problemy to:

• Zmienność twardości między partiami, która przekraczała limity klienta, zmuszając do kosztownej 100% kontroli i przeróbek.

• Nierównomierny rozkład temperatury w komorze pieca, prowadzący do niespójnej mikrostruktury, nawet gdy czasy cykli były teoretycznie poprawne.

• Ograniczony zapas temperatury, co sprawiało, że uruchamianie cykli w wyższych temperaturach dla nowych gatunków stopów było ryzykowne.

Innymi słowy, nawet przy dobrych recepturach procesowych na papierze, stary piec do obróbki cieplnej nie był w stanie fizycznie utrzymać wymaganej jednorodności w strefie roboczej.

Konstrukcja rurowa i kontrola wielostrefowa: stabilizacja procesów w temperaturze 1100°C

Nowy piec do obróbki cieplnej typu rurowego został zbudowany w oparciu o kilka funkcji skoncentrowanych na jakości:

• Wielostrefowa komora rurowa z niezależnie kontrolowanymi strefami w celu kształtowania profilu temperatury wzdłuż długości pieca.

• Precyzyjne termopary i kontrola PID, umożliwiające ścisłą kontrolę w temperaturze około 1100°C dla wymagających cykli.

• Zoptymalizowane uchwyty załadunkowe i odstępy między częściami, dzięki czemu każda partia ma podobny przepływ gazu, ekspozycję na temperaturę i czas hartowania.

Łącząc konstrukcję pieca ze zaktualizowaną walidacją procesu, zakład był w stanie zacieśnić kontrolę nad twardością i głębokością warstwy wierzchniej dla kluczowych komponentów.

Wyniki: mniej niespodzianek, bardziej przewidywalna jakość

W ciągu kilku miesięcy od uruchomienia produkcji w nowym piecu, zakład odnotował:

• Znaczną redukcję przeróbek z powodu twardości poza tolerancją.

• Bardziej spójną mikrostrukturę w całym wsadu, poprawiającą wydajność zmęczeniową i zużycie.

• Większą pewność przy zatwierdzaniu nowych receptur obróbki cieplnej dla zaawansowanych stali.

Dla tego amerykańskiego zakładu produkującego części samochodowe, piec do obróbki cieplnej typu rurowego o mocy 580 kW i temperaturze 1100°C zamienił obróbkę cieplną z chronicznego punktu ryzyka w kontrolowany, przewidywalny proces podstawowy.