Di Matthias Rink - Ipsen International GmbH
In molti processi di trattamento termico (per esempio la tempra o la cementazione), la trasformazione in una struttura martensitica gioca un ruolo essenziale. Questa trasformazione causa l'aumento della durezza. Per ottenere questa trasformazione martensitica, i componenti/batch devono essere rapidamente raffreddati dalla temperatura di tempra (solitamente 850-900 °C) a una temperatura di (solitamente) 60-80 °C. La durata disponibile per questo dipende dalla composizione chimica del materiale (proporzioni degli elementi di lega) e dalle dimensioni del componente.
In termini semplici, con l'aumento del contenuto di elementi di lega, la tempra può richiedere più tempo, così come la trasformazione martensitica (martensitische umwandlung). Una curva di raffreddamento corrispondente è mostrata nella figura 1 (raffreddamento rapido [schnell kühlung]). Tuttavia, se il raffreddamento dura troppo a lungo, non avviene alcuna trasformazione martensitica. Invece, si svilupperà una struttura ferritica/bainitica (ferritisch/bainitische), che non può raggiungere i valori di durezza richiesti. Le ragioni per questo potrebbero essere un contenuto troppo basso di elementi di lega (possibilmente anche un materiale sbagliato) o un componente cambiato o una dimensione/densità del lotto. I componenti più grandi/più pesanti hanno una maggiore capacità termica e quindi hanno bisogno di un tempo più lungo per trasferire il calore al refrigerante (di solito olio, sale o gas). Figura 1 (raffreddamento lento [langsame kühlung]).
Nel caso di lotti con molti strati e quindi una grande superficie di componenti, l'olio di tempra si riscalda mentre scorre attraverso il lotto. Più caldo è l'olio di tempra, tuttavia, meno calore può essere trasferito e quindi rallenta il processo di tempra dei componenti negli strati superiori. In questo caso, può verificarsi una distribuzione non uniforme dei valori di durezza dal basso (valori di durezza più alti a causa dell'olio più freddo) verso l'alto (valori di durezza più bassi a causa dell'olio più caldo).
Per risolvere questo problema, l'effetto di tempra deve essere aumentato per ottenere la struttura desiderata e/o i valori di durezza uniformi richiesti su tutto il lotto. Tuttavia, poiché nella maggior parte dei casi il design del bagno d'olio stesso (capacità e profondità di copertura dell'olio) e la qualità dell'olio non possono essere variati, l'unica possibilità è quella di cambiare la velocità del circolatore del bagno d'olio (in questo caso di aumentarla). Nei sistemi di forni convenzionali, già installati, ci sono solo tre opzioni per la velocità di circolazione dell'olio:
- Nessuna circolazione
- Circolazione lenta (circa 750 U/min)
- Circolazione veloce (circa 1200 U/min)
Inoltre, la potenza dei motori per la circolazione dell'olio è di solito relativamente bassa (circa 2,5 kW).
Per poter ottenere un miglioramento significativo, Ipsen ha sviluppato il Super Quench® design del bagno d'olio. Il SuperQuench è un bagno d'olio leggermente più profondo in cui l'olio scorre attraverso canali di guida e dal basso verso l'alto attraverso la carica. Poiché i canali di guida sotto il batch terminano in un registro (vedi Figura 2 e 3) che corrisponde esattamente all'area di base del batch, si può garantire che l'olio di quenching scorra uniformemente attraverso il batch e non scorra inutilmente di lato.
Anche la potenza del motore del circolatore del bagno d'olio è stata aumentata drasticamente a 7,5 kW per motore. Oltre alla maggiore potenza del motore, le velocità di circolazione possono essere regolate continuamente fino a 1500 rpm (per un breve periodo anche fino a 1800 rpm), in modo che la velocità di tempra ottimale possa essere programmata segmento per segmento nell'Ipsen Carb-o-Prof® 4 per ogni componente/lotto.
Anche con il SuperQuench, la tempra dovrebbe essere realizzata il più velocemente possibile (al fine di raggiungere i requisiti di durezza del componente), ma comunque essere effettuata il più lentamente possibile (al fine di evitare le inevitabili tensioni indotte dal calore e quindi di minimizzare le distorsioni).
Come già menzionato sopra, l'uso del SuperQuench porta ad un aumento della portata dell'olio attraverso il batch con una simultanea equalizzazione del flusso attraverso la sezione trasversale del batch (vedi Figura 5).
Questo significa che, da un lato, i componenti fatti di acciai relativamente poco legati possono ancora essere temprati martensiticamente e, dall'altro, si possono ottenere buoni risultati anche negli strati superiori di un lotto (dove 'solo' 3-4 strati potevano essere caricati con i bagni di tempra convenzionali ora sono 5-6 strati). È proprio questa possibilità che aumenta il rendimento del sistema del forno e aumenta la produttività in modo significativo.
In sintesi, si può dire che utilizzando l'Ipsen SuperQuench, sia l'intensità che l'uniformità di tempra possono essere aumentate, il che porta a migliori risultati di tempra con una migliore uniformità ed eventualmente anche ad un aumento della produttività. Grazie alla velocità variabile dei motori di circolazione dell'olio, i valori di durezza dei componenti da trattare possono essere ottimizzati e le distorsioni minimizzate. Il convertitore di frequenza e la programmazione adeguata fanno sì che il fabbisogno energetico totale del bagno di tempra sia ancora più basso, nonostante la maggiore potenza del motore del circolatore del bagno d'olio.
Saremo lieti di consigliarvi più dettagliatamente sulle varie opzioni che il sistema SuperQuench offre per i forni a camera, in modo che possiate fare la scelta giusta. Per ulteriori informazioni, non esitate a contattarci a marketing@ipsen.de.
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