Varmebehandling i fremtiden stiller krav til virksomhederne

3D-print med skræddersyede pulverblandinger i metal og præcisionsfremstilling, der reducerer friktion og brændstofforbrug i biler, er et eksempel på nye teknologier, som stiller krav til varmebehandling og innovation. Sverige har længe været førende inden for branchen, men risikerer, at halte efter, hvis man ikke passer godt på forspringet.

I umindelige tider har varmebehandling handlet om at hærde og bearbejde et stykke stål i ekstrem varme for at opnå en overflade med maksimal holdbarhed og hårdhed. Jagten på perfektion har i et århundrede ført til en række procesforbedringer og en gedigen håndværkstradition, som er blevet videreført i generationer. I Sverige har man været specielt gode til det. Men i de seneste 15-20 år er der sket noget: Kravene til ydeevne i forhold til produktionen er vokset, omkostningsbesparelserne er blevet større, og IT-løsningerne er blevet smartere. Dette har stillet større krav til både producenter og leverandører om at forbedre produkter og produktionsmetoder. Samtidig peger en undersøgelse, der for nylig blev foretaget af Kairos Future af forskningskoncernen Swerea, på, at udviklingslande, såsom Indien og Kina, begyndte at konkurrere inden for teknologi og viden, og ofte kan de levere til billigere penge. Det har længe handlet om procesforbedringer, og i 1900-tallet for en stor del om at gå fra kulindpakning til gasbehandling. Men man er nu på vej ind i en helt ny fase, hvor det er viden og R&D, der spås at blive de nye konkurrencevarer.

Præcisionsbehandling i 3D

En af de seneste innovationer, der er ved at blive udviklet, er en teknologi, der gør det muligt at printe 3D
komponenter med en række forskellige metalpulverlegeringer, såsom titanpulver. Det vil kunne føre præcisionsbehandling af maskindetaljer som lejer, tandhjul og aksler til et helt nyt niveau. Man ser også på mere miljøtilpassede metoder og processer, hvor man f.eks. gennem nitrering og nitrokarburering kan producere køretøjskomponenter, hvis friktions- og slitageegenskaber fører til kraftigt reduceret brændstofforbrug. I henhold til Anders Åström, applikationsingeniør inden for varmebehandling på AGA, er det præcis denne form for muligheder, svensk industri skal holde øje med for at bevare sin position som verdensførende leverandør af avancerede stålprodukter.

”Det er utroligt spændende. Vi har den rette viden og skal tilskynde denne udvikling, ellers risikerer branchen at havne i kølvandet og ende med at blive underleverandør. Det kan få ødelæggende konsekvenser for den svenske branches position på det globale marked, eftersom Sverige længe er blevet anset som særdeles fremgangsrig, fuld af innovationsløsninger inden for lige præcis jern- og stålindustrien og produkter baseret på metaller,” siger han.

At værne om guruerne

Åstrøm siger, at mange svenske virksomhedsledere i de senere år har fokuseret alt for meget på udgiftsbesparelser, og at det er en forandring, der mærkes inden for kvalitativ varmebehandling.

”En stor del af den ældre gruppe, der har fungeret som guruer for branchen, er gået på pension og bliver ikke erstattet. Nu er vi vel omkring 200 tilbage i Sverige, som virkelig kan det her”, siger han, og understreger, at en dygtig varmebehandler er lige så meget en specialist som en ingeniør eller en forsker. ”Mange tror, at det er tilstrækkeligt at følge en standardprocedure, trykke på en knap, og så får man det færdige produkt ud i den anden ende, men så bliver det svært at forbedre og forkorte processen. Det er ikke nok at sende en vikar ind fra et eller andet bemandingsbureau. Der er ganske enkelt behov for nye guruer.” Åström siger, at vor tids varmebehandlingsprocesser, som ofte tager flere timer, vil kunne håndteres både smartere og med betydeligt kortere procestider. En af branchens største udfordringer i dag er at lokke studenter og få uddannelsesinstitutioner og universiteter til at hjælpe med at vække interesse for området.

Bekosteligt med fejl

Sören Wiberg, regional produktchef for AGA’s varmebehandling i Norden og Baltikum, siger at jo mere man går imod stykproduktion af komponenter – hvor man arbejder med forskellige størrelser og former af produkter – desto større krav stilles der til atmosfærekontrol, materialekendskab, temperaturudjævning, gasblanding og køling. ”Der er meget, der kan gå galt, og det kan blive meget bekosteligt, da varmebehandlingen er det sidste skridt i en ofte lang og dyr produktionskæde, som kan stå for op til 95 % af produkternes slutomkostninger”, forklarer han. ”De sidste 5 %, som er varmebehandling, kan således vælte hele værdien, hvis det ikke bliver udført på den rigtige måde.”

”Er der for meget kul i gasblandingen, kan der dannes sod og hårdmetal, og materialet risikerer at blive skørt. Og er der for lidt kul i ovnatmosfæren, så bliver materialet afkullet og får bristende mekaniske egenskaber. Det er også almindeligt, at der kommer ilt ind i ovnene, f.eks. gennem lækage, og da vil materialet blive oxideret. Det handler hele tiden om præcision og fingerspidsfornemmelse.” Temperatur er en anden svær balancegang, eftersom det gælder om at holde den helt jævn for at forhindre egenskabsvariation ved de færdigbehandlede produkter. Det kan være svært i den ekstreme hede, som kræves under hærdning. For stål
ligger temperaturen på mellem 870°C og 940°C og for rustfrit omkring 1.100°C. Nedkølingsprocessen er også et kritisk trin, som er afgørende for at få den ønskede martensitændring med lav egenskabsvariation.

I takt med at mange brancher, f.eks. køretøjs- og flyproducenter, hele tiden skærper industristandarderne, kræves det, at underleverandørerne kan sin varmebehandling fra start til slut.

Miljøvenligt og holdbart

Eva Troell, seniorforsker på Swerea IVF, mener også, at holdbarhed og miljø vil komme til at spille en rolle i fremtidens varmebehandling. ”Det vil blive mere og mere vigtigt, at man kan tilbyde miljøtilpassede processer, hvor man f.eks. erstatter oliebadet i nedkølingsprocessen med gas, og at de nyproducerede dele bidrager til en reduceret miljøbelastning i hele deres levetid,” siger hun og peger særligt på forbedrede præstationsegenskaber. ”Hvis aksler og tandhjul på en lastbil er i stand til at have et større bevægelsesmoment, vil transporten være mere effektiv, fordi du kan fragte mere per kilometer,” siger hun.

En undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i videnskabsmagasinet Tribology International, viste også, at varmebehandlingsmetoder, der reducerer komponenters overfladefriktion på delene, skal kunne reducere drivstofforbrændingen i et køretøj med helt op til en femtedel. ”Det ville være et betydeligt fremskridt ”, siger hun med henvisning til bilindustrien, som i dag står for omkring 75 % af det svenske varmebehandlingmarked. ”Har vi har styr på dette og kan lokke nye talenter til branchen, så ser fremtiden faktisk ret lys ud.

Tekst: Louise Nordström Foto: AGA