I numerosi vantaggi offerti da questo processo possono rispondere alle più svariate esigenze

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1 I numerosi vantaggi offerti da questo processo possono rispondere alle più svariate esigenze Linea automatica di T.T. in bagni di sale Con la linea di seguito descritta l utilizzatore è in grado di giostrare le due vasche in modo da potere rispondere in tempi brevi a qualsiasi richiesta della propria clientela, indipendentemente dalla complessità geometrica dei componenti e col vantaggio di essere in grado di offrire una qualità costante ad un costo ridotto La carbonitrurazione è uno dei trattamenti maggiormente utilizzati nell industria meccanica. Essendo un processo applicato a leghe di acciaio (più o meno ricche di alliganti), di cui si ha una totale padronanza, è spesso impiegata nel caso di componenti prodotti in grande serie, offrendo una buona resistenza all usura, alla corrosione e alla fatica a un costo ragionevole. Più l acciaio utilizzato in carbonitrurazione è ricco di alliganti (Cr, Mn, Mo, V, Ti...) associato ad una tempra «energetica» (olio) maggiore sarà il margine di manovra. Figura 1: Linea automatica Thermic-Service per carichi di diametro mm 500, altezza mm 700, peso lordo kg 300 Quando, per motivi economici e di facilità di imbutitura (su componenti a geometria complessa), i meccanici prediligono sempre più i gradi privi, o quasi, di alliganti (FePo3 9 S Mn Pb 36 St37...) e quando i componenti a geometria complessa sono molto fini (per

2 motivi di deformazioni), questi ultimi associano la carbonitrurazione ad una tempra in bagni di sali, con una conseguente diminuzione del margine di manovra per il metallurgista (potere di tempra minore). Visti i parametri molto ristretti che possono influenzare la durezza e la profondità di carbonitrurazione, è fondamentale lavorare con un impianto (forno/vasca) altamente efficace, in modo da ovviare a tutte queste carenze. Di fronte a piccole profondità (spesso inferiori a 0,10 mm) il tempo di processo sarà breve e soltanto con una buona omogeneità delle temperature e dei gas si potranno ottenere i risultati auspicati. Ecco perché un forno dotato di cloche permetterà di raggiungere una perfetta coerenza delle temperature e dei gas anche di fronte ad importanti densità di carico. Questa linea di trattamento termico autorizza ovviamente la gestione di questo caso concreto; l aggiunta di due vasche permette inoltre al cliente di alternare, a suo gradimento, tempra martensitica e tempra bainitica. Non solo permette di trattare dei carichi di componenti posizionati alla rinfusa su vari piani, ma anche carichi di stampi di più kg. I vantaggi della tempra bainitica sono i seguenti: - conseguimento diretto delle caratteristiche meccaniche e metallurgiche con un solo trattamento, niente rinvenimento (risparmi in termini di tempo ed economico); - colore uniforme dei componenti (azzurrino); - variazioni dimensionali molto inferiori a quelle di una tempra in olio; - eccellenti proprietà meccaniche e, soprattutto, aumento della tenacità, dell allungamento alla rottura, della strizione e della resilienza; - la carbonitrurazione - associata alla tempra bainitica - conferisce al componente trattato una buona durezza superficiale, che si accompagna ad un eccellente duttilità interna; - poche deformazioni dovute alla tempra; - niente più rinvenimento (interessante per i gradi che presentano un elevata fragilità di rinvenimento, nonché per i componenti di piccole dimensioni e di geometrie complesse). I vantaggi della tempra martensitica in bagni di sali aono invece: - colore uniforme dei componenti ; - variazioni dimensionali molto inferiori a quelle risultanti da una tempra in olio; - eccellenti proprietà meccaniche e, soprattutto, aumento della tenacità, dell allungamento alla rottura, della strizione e della resilienza; - dopo le operazioni di tempra e di sgocciolatura, si possono immergere di nuovo i componenti nel bagno di sali per un rinvenimento di distensione immediata (particolarmente pratico per i componenti sensibili agli choc termici, nonché alle incrinature differite), in quanto il componente può essere riscaldato prima della fine della trasformazione dell austenite interna. L'impianto Profitherm 300

3 Figura 2: Schema della linea di trattamento termico. Composizione della linea Le figure 1 e 2 illustrano l attrezzatura generale di questa nuova linea di forni: come si può vedere, ci sono due forni a cloche che possono ricevere dimensioni di carico di mm 500x700 per un peso di kg 300; due vasche sali nitrito/nitrato; un forno di rinvenimento e, in fondo alla linea, un impianto di lavaggio. All estremità destra, si vede l armadio informatico dotato dell ultimo software sviluppato con il nostro partner AXRON(r). Davanti alla linea, un manipolatore multiasse di colore giallo che fa la spola tra le varie postazioni, mentre in primo piano una rampa da dodici blocchi di carico. Movimentazione dei carichi sulla linea L'operatore prepara il carico e lo posiziona sul primo blocco di entrata. Non appena i vari trattamenti vengono avviati, il manipolatore multiasse viene a prendere il carico e lo porta fino alla prima stazione programmata. Tutto avviene in modo interamente automatico: il carico passa da una stazione all altra in funzione dei trattamenti da effettuare. Il transfer forno/vasca avviene tramite spostamento del forno sulla vasca; il carico può così viaggiare senza perdita di calore e sotto protezione gassosa senza passare da camere intermedie. A posizionamento ultimato, il lift della vasca viene a prendere il carico per immergerlo nella vasca del sale. Il transfer forno vasca avviene in meno di 10 secondi. Dopo la tempra, il carico passa in fase di sgocciolatura sopra la vasca tramite il lift di estrazione: una grossa parte del sale viene così direttamente recuperata nella vasca stessa.

4 Al termine del ciclo di sgocciolatura, il manipolatore recupera il carico per trasferirlo nell impianto di lavaggio. Al termine del ciclo di lavaggio il carico passa nel forno di rinvenimento (se necessario) o viene depositato sul proprio blocco di scarico. Un piano di carico (vedi figura 3) capace di gestire un numero illimitato di carichi permette di visualizzare l insieme sulla linea. Figura 3: Piano di carico. I gas In questo preciso caso, i componenti vengono trattati con un potenziale di carbonio controllato da una sonda ad ossigeno, ma un analizzatore Co/Co2 può aggiungersi alla taratura. L atmosfera si ottiene tramite cracking diretto di metanolo nel forno. Il pannello del flussometro si compone di due distributori di metanolo (con controllo di portata); un piccolo distributore per il trattamento ed un grande distributore per il transfer dei carichi; un misuratore massico per il propano, l aria e l ammoniaca; tre distributori di azoto a regolazione indipendente (sicurezza, lavaggio e ciclo). Si può passare da un atmosfera di metanolo ad un atmosfera di metanolo/azoto in pochi istanti. Ciò permette di lavorare sia

5 con Co da 32%, onde favorire coefficienti di trasferimento elevati, o con dei Co più bassi onde limitare l ossidazione inter granulare. La gamma può essere composta da tanti blocchi quanto necessario: in ogni blocco tutti i parametri sopracitati possono essere configurati (temperatura, velocità di salita in temperatura, velocità turbina, scelta del gas, scelta del gas addizionale (Nh3), valore del Co, taratura del potenziale di carbonio, scelta della misura del potenziale di carbonio - sonda o analizzatore -, regolazione del potenziale di carbonio senza aria o senza propano, etc.). La gamma diventa una vera e propria ricetta metallurgica dove ogni parametro è un ingrediente che si può aggiustare come si vuole onde ottimizzare al meglio le gamme. Ogni blocco equivale, ad esempio, ad una zona di un forno, con la differenza che, qui, i blocchi sono illimitati. Le varie stazioni a) Il forno (figura 4)

6 Figura 4: Spaccato di un forno di trattamento Caratteristiche. - Omogeneità della temperatura +/- 5 C grazie a un sistema di riscaldamento radiale montato in 3 zone indipendenti con regolazione in serie. - Tre termocoppie posizionate all interno della camera onde permettere un controllo ottimale delle temperature. - Circolazione forzata dei gas in un reattore perfetto e cilindrico. - Ripetitività garantita ed eccellente omogeneità del processo di trattamento termico. - Arrivo di gas raffreddato. - Sonda ad ossigeno per un controllo rapido del potenziale di carbonio. - Atmosfera di protezione confinata in una camera metallica (coefficiente di trasferimento di carbonio elevato). - Cambio veloce di atmosfera. - Quattro processi di trattamento termico (austenitizzazione, ricottura, cementazione, carbonitrurazione). - Misuratori massici per una misura precisa dei flussi. - Velocità della turbina regolata da un variatore di velocità. - Possibilità di salita in temperatura rampa per rampa (diminuzione delle deformazioni dovute al caricamento nel forno ed al riscaldamento diretto). Essendo la geometria dei forni verticale, questa permette anche di trattare lunghi componenti il cui rapporto lunghezza/sezione è elevato. Inoltre, i forni a camera con muffola metallica hanno un consumo di gas molto inferiore a quello dei forni che ne sono privi. b) La vasca dei sali (figura 5)

7 Figura 5: Spaccato della vasca dei sali dove si vede il convogliamento del flusso di sali verso il carico per una tempra omogenea Il potere di raffreddamento della vasca è molto complesso, in quanto dipende da vari fattori fisici quali: - il calore specifico; - la conducibilità termica del bagno; - il calore di decomposizione; - la viscosità; - la formazione di strati isolanti gassosi. La vasca deve essere estremamente funzionale (vedi caratteristiche), in modo da assicurare una perfetta omogeneità della tempra su tutta l altezza del carico. Caratteristiche. - Volume utile: 4500 litri. - Temperatura di esercizio: da 180 C a 550 C. - Trasferimento diretto dei carichi senza camere intermedie.

8 - Ottimo rapporto delle masse, carico/liquido di raffredamento, per una maggiore vita utile. - Alta velocità di raffredamento del carico, grazie ad una miscelazione forzata e direzionale. - Ventilatore di raffreddamento efficace, che permette di modificare le temperature velocemente. - Velocità di circolazione dei fluidi regolabile tramite variatore di velocità. - Sportello di protezione controllato in automatico. - Doppie pareti isolanti. - Velocità di discesa del lift programmabile e velocità di miscelazione del sale regolabile in funzione dalla tipologia dei componenti onde limitare le deformazione al minimo. - Per aumentare ulteriormente la drasticità del bagni e, conseguentemente, permettere un trattamento bainitico o martensitico omogeneo su dei componenti massici può essere installato un sistema di aggiunta di acqua nella vasca. c) Il forno di rinvenimento (figura 6) Figura 6: Spaccato del forno di rinvenimento

9 Caratteristiche. - Temperatura: 650 C max. - Omogeneità di temperatura: +/- 5 C. - Ventilatore di raffreddamento. - Turbina di circolazione. - Gas protettivo N2. - Velocità della turbina regolabile tramite variatore di velocità. - Possibilità di salita in temperatura rampa dopo rampa. d) L impianto di lavaggio (figura 7) Figura 7: Diagramma dell impianto di lavaggio Caratteristiche.

10 - Due vasche in serie. - Aspersione per rampa tramite bocchette orientabili. - Riscaldamento dei bagni fino a 100 C. - Il recuperatore di sali collegato all impianto di lavaggio rigenera il sale e ricicla l acqua di lavaggio. Oltre ad offrire un vantaggio economico non indifferente, questa soluzione favorisce la protezione dell ambiente in quanto il sale recuperato viene direttamente riutilizzato nella vasca dei sali. e) Il manipolatore (figura 8) Figura 8: Manipolatore multiasse Il manipolatore è un componente fondamentale dell impianto, in quanto movimenta i carichi da una postazione all altra con estrema precisione: si sposta da destra verso sinistra sulla linea di trattamento, sale e scende sulle varie postazioni; i suoi bracci si muovono in avanti ed indietro; ruota su se stesso ed effettua lo stesso movimento dall altro lato; si muove a due velocità (rapida per spostarsi e lenta per posizionarsi di fronte alle stazioni). Il codificatore laser, integrato al manipolatore, è sinonimo di estrema precisione. I suoi

11 bracci sono dotati da sensori di posizionamento. Quando funziona, il manipolatore è capace di effettuare vari movimenti contemporaneamente (es. avanzamento laterale + salita dei bracci o rotazione su se stesso = spostamento bracci...). I vantaggi di questa tipologia di impianto - Linea interamente automatizzata. - Componibile a piacimento (possibilità di aggiungere forni, vasche, impianto di lavaggio ). - I due forni possono spostarsi sulle due vasche. - Le due vasche sali permettono di lavorare a temperature diverse. - Scelta tra tempra martensitica, étagée (ovvero tempra durante la quale si interrompe momentaneamente il raffredamento e si mantiene una certa temperatura), martensitica o bainitica senza ricondizionamento. - Possibilità di effettuare una tempra martensitica direttamente seguita da rinvenimento in vasca di bagni di sale per i componenti sensibili agli choc termici e a fessurazione. - Archivio completo delle gamme, curve, allarmi, modifiche on-line delle curve, etc blocchi di carico che permettono di preparare i carichi con anticipo per un lavoro autonomo senza rischio durante il weekend. - Completamente integrabile nella linea di produzione. - Messa in condizione dei forni in un ora con partenza a forno freddo. - Nessun opera di costruzione. - Limitato consumo di elettricità, gas, acqua e sale di tempra. - Costruzione meccanica semplice ed accurata: nessun movimento sottoposto ad alta temperatura. - Limitate deformazioni dei componenti. - Sistema ecologico che lavora in circuito chiuso senza produrre rifiuti né necessitare di ritrattamento (nessun impatto sull ambiente). - Basso livello acustico. - Flessibilità di utilizzo e di manutenzione. - Estrema facilità di adattamento ai cambiamenti di programmi di produzione. - La separazione meccanica ed elettrica dei vari moduli facilita le operazioni di manutenzione con tempi di arresto della produzione ridotti. - Possibilità di effettuare un preriscaldamento nel forno di rinvenimento. Christian Lidin (Metallurgist Engineer Axron Swiss Technology SA)