Induction quench hardening of carbon steel axe blades : Improving process parameters for even product quality

Abstract

Fiskars Brands Finland Oy Ab is a company which produces all kinds of quality hardware for amongst others garden and kitchen use. This thesis work deals with the production method of axes, which are made in the factory located in Pinjainen, Raasepori. The issue is that the hardness is too high and uneven. To be labeled as a quality product Fiskars has applied for the GS-mark. The hardness of the blade exceeds the DIN standard applied to the GS-mark. This is the main concern, and therefore the main objective is to adjust the quench hardening cycle. Heat treatment of carbon steel is the most fundamental theory regarding this subject. Multiple test runs, which use both numerical and specific, are conducted to understand how the parameters affect the resulting product. The most important influence on the hardness is the hardening and tempering temperature. Other parameters are cycle time, quench medium (consistency and temperature) and the inductors operation and placement. The level of hardening is determined by hardness measurement. Calibration and the method of temperature measurement are investigated to ensure its function. All these things affect the final product. The results of the test runs show how to alter the production parameters to meet the standards without affecting the production time negatively. These parameters are used in the future to ensure standardized products. The axe has been approved for the GS-mark during this thesis work.

Fiskars Brands Finland Oy Ab är ett företag som tillverkar kvalitetsredskap till trädgården, köket etc. Detta examensarbete behandlar produktionstekniken av yxorna som tillverkas i Billnäs, Raseborg. Problemet är den höga hårdheten av yxans bett, vilka överskrider Tyska DIN standard för att kunna utlova GS-märke för produkten. Detta examensarbete fokuserar sig på härdningsprocessen. Värmebehandling av kolstål är teorin som används för att förstå hur stål reagerar till temperatur. Numeriska och specifika testmetoder används till hjälp vid provkörningar för att uppnå ett förstående hur parametrarna inverkar på slutproduktens hårdhet. Parametrar som inverkar härdningens grad är härdningens och tempereringens temperaturer. Andra parametrar är cykeltid, släckningsvätskan (konsistens och temperatur) och induktorns funktion samt placering. Hårdhetsmätning används som indikation av härdningens grad. Kalibrering och metoden av temperaturmätning examineras för att säkra dess funktion. Alla dessa saker inverkar slutprodukten. Provkörningarnas mätningar visar hur parametrarna skall ändras så att produkten möter begränsningarna utan att inverka negativt på produktionen. Dessa parametrar används i fortsättningen för att uppehålla standardiserade produkter. Yxan har blivit godkänd, d.v.s. anhållit GS-bemärkning under detta examensarbete.

Fiskars Brands Finland Oy Ab on yritys joka valmistaa korkealuokkaisia tuotteita mm. puutarhaan ja keittiöön. Tämä opinnäytetyö käsittelee kirveiden valmistusprosessia, joka toimii Pinjaisten tehtaalla Raaseporissa. Fiskars on valinnut anoa erinomaisen laadun merkinnän, Saksalaisen GS-merkinnän. Tämän luokituksen tuotteet testataan DIN standardien mukaisesti. Ainoana ongelmakohtana kirveessä on sen terän korkea kovuus. Opinnäytetyön merkittävin osa-alue on täten valmistusprosessin karkaisu-osuus. Tärkein teoria tälle tutkinnolle on hiiliteräksen lämpökäsittely. Karkaisukoneen koe-ajoa suoritetaan sekä massamittaus ja yksilöllisillä tarkkuusmittauksilla, jotta eri parametrien vaikutukset lopputuotteeseen ovat selvillä. Tärkein osatekijä terän kovuuteen vaikuttaa karkaisu- ja päästölämpötila. Muut osapuolet ovat sykli-aika, sammutusneste (ominaisuus ja lämpötila) ja induktiokelan toiminta ja kohdistus. Karkaisun aste määritellään kovuuden mittauksella. Lämpötilan mittaustapa kalibrointi ja toiminta varmistetaan jotta sen toiminta on tarkka ja luotettava. Kaikki nämä asiat vaikuttavat terän kovuuteen. Koe-erien tulokset osoittavat mihin parametreihin kone on säädettävä jotta terä olisi hyväksyttävissä, ilman että se vaikuttaisi negatiivisesti tuotantonopeuteen. Näistä tuloksista on tehty ohjeistus jota käytetään jatkossa jotta terä pysyy standardien mukaisena. Kirves on saanut hyväksytyn GS-merkinnän tämän opinnäytetyön aikana.