Trattamenti termochimici di cementazione su ingranaggi elicotteristici

Carburization is a thermochemical treatment that aims to increase the surface hardness of steel components, to prevent surface degradation and improve fatigue life. At the end of the industrial process, it is possible to obtain defects in terms of carburization depth; therefore, this study investigates the variables involved in the heat treatments that the helicopter transmission components in 9310 steel undergo in the Cascina Costa plant of Leonardo S.p.A. After collecting the data related to some components and analyzing the measurement hi- story of their carburizing case depth, it is possible to investigate the origin of the possible nonconformities. According to Ishikawa Diagram, these may be related to the equipment, the operator, the batch of material used or the geometry of the component. In addition, a careful observation of the production process in the department can reveal methodological errors that could be the root of the observed defects. Also a statistical analysis has been conducted, in order to build the Control Charts and investigate if the causes of the defects have a systematic or random origin. To reduce these imperfections, the best solution is a small variation of the carburization recipe changing the target value of carburizing depth basing on Fick’s Law. To validate this hypothesis some experimental tests with modify recipes have been conduced. In conclusion the most faulty components are gears with small module (about 2), but there is not a principal cause in the birth of these defects. They are the result of the superposition of minor causes, such as the atmosphere composition in the furnace before the treatment, the batch of the starting material or the maintenance activities performed on the furnaces. Moreover, from the experimental tests it has been observed that main- taining the same carburizing atmosphere and temperature but modifying the carburizing time makes the requirements more easily satisfied.

La cementazione è un trattamento termochimico che mira ad aumentare la durezza super- ficiale di componenti in acciaio, in modo da prevenire il degrado superficiale e migliorare la resistenza a fatica. Al termine del processo industriale, possono verificarsi difetti relativi alla profondità della cementazione; pertanto, questo studio analizza le variabili coinvolte nei trattamenti termici a cui sono sottoposti i componenti in acciaio 9310 delle trasmis- sioni elicotteristiche realizzate presso lo stabilimento di Cascina Costa di Leonardo S.p.A. Dopo aver raccolto i dati relativi ad alcuni componenti e analizzato lo storico delle misu- razioni della profondità del loro strato cementato, è possibile indagare l’origine delle even- tuali non conformità. Secondo il diagramma di Ishikawa, queste possono essere attribuite all’attrezzatura, all’operatore o al lotto di materiale utilizzato. Inoltre, un’osservazione attenta del processo produttivo nel reparto può rivelare errori metodologici che potreb- bero essere alla base dei difetti osservati. È stata anche condotta un’analisi statistica per costruire le Carte di Controllo e indagare se le cause dei difetti abbiano un’origine sistematica o casuale. Per ridurre queste imperfezioni, la soluzione migliore è una piccola variazione della ricetta di cementazione, modificando il valore target della profondità dello strato cementato in base alla Legge di Fick. Per validare questa ipotesi sono stati condotti alcuni test sperimentali con ricette modificate. In conclusione, i componenti più soggetti a difetti sono gli ingranaggi con modulo ridot- to (circa 2), ma non esiste una causa principale alla base di questi difetti. Essi sono il risultato della sovrapposizione di cause minori, come la composizione dell’atmosfera nel forno prima del trattamento, il lotto del materiale di partenza o le attività di manuten- zione effettuate sui forni. Inoltre, dai test sperimentali è stato osservato che mantenendo invariata la composizione dell’atmosfera e la temperatura del processo, ma modificandone il tempo, i requisiti possono essere soddisfatti più facilmente.