Trattamenti termici e nessun problema? Puoi vincere la sfida!

I trattamenti termici, come cementazione, tempra e rinvenimento, nitrurazione, carbonitrurazione ecc… conferiscono resistenza ad usura, sviluppano eccellenti proprietà meccaniche e aumenta la resistenza a fatica. Ma quali sono le chiavi per eseguirli con successo? L’obiettivo di questo articolo è aiutarti a identificare eventuali problemi che possono presentarsi con i vari processi di trattamento termico.

Pezzi trattati di qualità: ecco i requisiti irrinunciabili

Immagina che sia la tua giornata fortunata: hai appena preso in carico un nuovo progetto per la produzione di un particolare ingranaggio. È il momento di cominciare a pianificare la produzione, e ripassando i vari segmenti di lavorazione non puoi certo bypassare quelle operazioni “critiche”, eppure necessarie per la fabbricazione di pezzi di buona qualità… sto naturalmente parlando dei trattamenti termici!
Ma, torno a dire, si tratta di operazioni “critiche”, visto che possono esser fonte di molti problemi e di potenziali insidie. Elenchiamone almeno due, che possono verificarsi in quantità imprevedibile:

• distorsioni
• deformazioni.

Bisogna naturalmente mettere in conto la distorsione connessa all’effettuazione del trattamento termico. A questa si sommano le “eredità” di lavorazioni precedenti (per esempio, la produzione dell’acciaio, la forgiatura, le lavorazioni meccaniche e la rettifica), presenti nel particolare come tensioni residue e pronte a manifestarsi come ulteriore e imprevedibile deformazione.
Oltre alle deformazioni ed agli eventuali danneggiamenti degli ingranaggi che nella maggioranza dei casi vengono meticolosamente lavorati per raggiungere le strettissime tolleranza richieste. E solo il trattamentista è in grado di monitorare la situazione, tenendola a bada ed evitandoti le “brutte sorprese”.
È il trattamento termico che deve essere in grado di garantirti elevati requisiti quali:

• profondità di cementazione,
• durezza superficiale,
• durezza a cuore,
• microstruttura,
• proprietà meccaniche.

Perché coinvolgere un trattamentista?

Torniamo alla tua giornata fortunata. Se stai navigando da queste parti sei certamente abituato a lavorare con l’acciaio, sai gestire con buona maestria le lavorazioni meccaniche, la dentatura, la brocciatura e la rettifica…
Ma se il trattamento termico non fa parte delle tue aree di competenza, sei il benvenuto: stai per affidarti a un trattamentista! Voglio illustrarti cosa posso fare per te, per conferire con continuità e ripetitività al tuo pezzo le caratteristiche richieste, nel pieno rispetto di tutte le specifiche geometriche e metallurgiche.
Spesso ci sono molti passi e attività di campionatura da fare per identificare tutti i potenziali problemi ed evitare che questi si verifichino dopo che la produzione sia stata avviata. Questo evita l‘affiorare dei problemi dopo che la produzione è già stata avviata e dover quindi trovarsi a risolverli mentre devono essere soddisfatte le richieste della produzione.

Il miglior trattamento per il tuo acciaio? Tre step e lo trovi!

Come identificare e risolvere eventuali problemi che possono verificarsi prima dell’inizio della produzione? Sicuramente è complicato, ma vorrei proporti un’osservazione di fondo. Spesso mi capita di rilevare come molti nuovi progetti, nelle prime fasi, vengano avviati senza comunicazione, senza una pianificazione avanzata della qualità e senza pianificazione in generale.
Comunicare con chi ogni giorno esegue trattamenti termici consente di eseguire una pianificazione avanzata della qualità rendendo le produzioni più “fluide”. L’assenza di comunicazione inoltre porta a scarti e non-conformità da parte del produttore o dall’utente finale senza ben conoscerne le motivazioni o capire quali modifiche potrebbero essere apportate per soddisfare le specifiche.
Io però sono convinto che una pianificazione ponderata e condivisa dà per risultato una riduzione degli scarti e la scomparsa dei fastidiosi “mal di testa da trattamento termico”. Ecco in quali fasi si articola la pianificazione in Steelbetter:
• STEP 1: VALUTAZIONE DI FATTIBILITÀ

Mentre il trattamentista esegue una doverosa valutazione sulla fattibilità e sulle richieste specifiche, vale la pena di porsi e porre alcune domande:

Ritieni che il trattamentista stia utilizzando gli attrezzi giusti per il posizionamento degli ingranaggi durante il trattamento termico?
Durante il trattamento termico, posizione e orientamento degli ingranaggi svolgono un ruolo di estrema rilevanza sul risultato finale. Alberi lunghi e alcuni ingranaggi è preferibile posizionarli verticalmente per garantire i migliori risultati in termini di deformazione e di buona uniformità di riscaldamento e tempra. Segni o ammaccature possono verificarsi come risultato di contatti tra i denti o tra i denti e l’attrezzatura inoltre se non viene garantita un adeguata separazione dei particolari non si consente un buon flusso dell’atmosfera e del mezzo temprante. D’altra parte, ingranaggi di diametro maggiore con fori passanti potrebbero avere risultati migliori quanto a cilindricità e circolarità non appesi ma appoggiati in cesti. Sarebbe opportuno progettare e realizzare sempre le migliori attrezzature per ogni particolare.

Le attrezzature utilizzate durante il trattamento termico lasciano dei segni sui particolari?

Nella cementazione, i particolari vengono lasciati in forno ad alte temperature per lunghi periodi di tempo. Tenerli appesi può causare piccole rientranze sul diametro interno dei fori lasciati dalle aste in cui sono alloggiati. Lo stesso potrebbe accadere mettendo ingranaggi su cesti, griglie o pianali che potrebbero lasciare dei segni nelle zone d’appoggio. Il problema è più comune se sono richieste elevate profondità d’indurimento, e quindi per cicli di cementazione lunghi e nel caso di particolari relativamente pesanti in cui una combinazione di elevate pressioni di contatto e lunghe esposizioni ad alta temperatura può deformarsi plasticamente attorno all’attrezzatura di fissaggio. È possibile, ad esempio, prevedere un cesto a maglia fine in modo da distribuire in modo uniforme e in più punti il peso dell’ingranaggio.

Sono previste operazioni secondarie o sono richieste particolari caratteristiche estetiche? Questi requisiti dovrebbero essere comunicati al trattamentista?

Alcuni pezzi richiedono operazioni secondarie, come raddrizzatura, rinvenimento con morsetti, protezioni anti-cementanti o anti-nitruranti, lavaggio… Pulizia ed estetica sono importante, ma troppo spesso trascurate. Condividere l’esigenza di questi requisiti con il trattamentista significa evitare di trovarsi con particolari trattati ma non correttamente protetti, sporchi, arrugginiti o fuori tolleranza dimensionale.

Il tipo di acciaio selezionato è compatibile con le esigenze del trattamento termico?

Alcuni materiali sono più difficili da cementare e indurire di altri. Gli acciai a minore temprabilità possono richiedere mezzi tempranti più drastici per trasformare correttamente lo strato cementato, con conseguente rischio di distorsioni aggiuntive durante il trattamento termico e/o un aumento del rischio di fessurazioni. Purtroppo accade spesso che un materiale sia scelto in quanto disponibile a basso costo, facile da lavorare, o subito disponibile nelle giuste misure. Chi, prima di produrre una lunga serie di componenti, ha l’accortezza di verificare insieme al trattamentista se il materiale può raggiungere le caratteristiche desiderate risparmia denaro, tempo, fatica.

Il trattamentista conosce tutte le specifiche e le ultime revisioni del disegno?

Non ha senso richiedere un preventivo senza aver condiviso con il trattamentista tutto il set delle specifiche richieste. Se non sono presenti tutti i dati e le specifiche durante la fase di quotazione o di elaborazione della commessa è possibile che il prezzo sia approssimativo o che il processo non soddisfi tutte le specifiche.

Sono stati correttamente comunicati procedure, metodi e posizione di lspezioni o controlli?

Spesso ci sono dei particolari requisiti su superfici di lavoro critiche o in zone specifiche in cui ispezionare la durezza o la profondità efficace di cementazione: queste particolari zone dovrebbero essere comunicate al trattamentista. Gli ingranaggi, in particolare, possono dare risultati diversi in termini di profondità di cementazione se misurati a partire dalla testa, sulla primitiva, o alla base del dente. La durezza a cuore viene talvolta intesa, a seconda del cliente finale, come cuore base dente oppure a cuore dente. I risultati su ingranaggi cementati o nitrurati possono variare in base alla zona di ispezione o dal metodo di prova. Al fine che il trattamentista e il cliente finale ottengano i migliori risultati è di capitale ‘importanza comunicare con precisione tutte le esigenze.
STEP 2: LA CAMPIONATURA COME STUDIO DI PROCESSO

Nello sviluppo di un processo, le campionature consentono al trattamentista di eseguire prove, misurare i risultati del processo e di mettere a punto tutti i parametri di trattamento termico. La necessità di effettuare più campionature non deve essere considerata come causa di ritardi o perdite di tempo, ma come visione completa del processo e delle sue variabili, così che la produzione una volta avviata proceda senza intoppi.

Le campionature di sviluppo del processo sono particolarmente utili anche al costruttore, che conosce le variazioni dimensionali durante il ciclo termico e può apportare le correzioni dimensionali necessarie a ottenere le tolleranze desiderate. La deformazione non può essere prevista prima del trattamento di prova, mentre la deformazione da trattamento termico – a dimensioni della carica e parametri di processo uguali – è generalmente ripetibile da carica a carica.
STEP 3: CAMPIONAMENTI CON INFORNATE A PIENO CARICO

Sarebbe opportuno prevedere dei campionamenti con infornate a pieno carico sia si tratti di forni discontinui sia si tratti di forni continui, infatti, l’esecuzione di campionature di qualche pezzo o piccole parti di un’intera carica potrebbero non dare gli stessi risultati della carica interamente dedicata.

Non avendo gran quantità di particolari disponibili non volendo sacrificarne, i produttori richiedono spesso campionature con piccole quantità. Il pericolo è che il forno e i particolari si possano riscaldare con gradienti di temperatura differenti rispetto a quando il forno è completamente carico. Lo stesso vale nel caso in cui i particolari devono essere temprati o raffreddati, dove le velocità di raffreddamento potrebbero essere differenti, ad esempio, fra i pezzi posti all’esterno e quelli al centro della carica. La scarsa considerazione di questo aspetto potrebbe avere spiacevoli ricadute quando la produzione è a pieno ritmo, causando numerosi scarti di produzione.

Un po’ di tempo a Steelbetter, moltissimo tempo risparmiato

La decisione di sottoporre i tuoi componenti a trattamento termico in outsourcing dipende dal rapporto di fiducia che può instaurarsi con il trattamentista. Ecco perché credo nell’incontro e nel dialogo a viso aperto: sedersi a ragionare sulle future fasi di lavorazione, prevedendo e/o prevenendo tutti i rischi è a mio avviso un passaggio irrinunciabile.

Ma Steelbetter ti offre l’opportunità di un meeting dedicato, in cui tu esponi le tue richieste e io formulo risposte, a prescindere da qualsiasi tipo di impegno successivo. A parte individuare i problemi di pre-lancio e a ipotizzare per essi delle soluzioni, che non è poco, potremo anche stabilire e documentare i processi di trattamento termico ripetitivi.

In questo modo sarà assicurata l’integrità delle geometrie del particolare. Non soltanto, perché un’altra conseguenza sarà l’obbligo per i fornitori di segnalare e documentare con precisione e puntualità eventuali variazioni di processo: insomma, insieme potremo essere i protagonisti di una progettazione di elevata qualità.