Optimalizace tepelného zpracování s využitím zbytkového tepla

Abstract

Tato práce se zabývá optimalizací mezioperačního tepelného zpracování výkovků ve společnosti Metaldyne Oslavany se zaměřením na efektivní využití zbytkového tepla po kování s cílem zvýšit energetickou efektivitu a minimalizovat tepelné ztráty bez zhoršení kvality výrobků. Byla použita izolovaná plechová bedna s keramickou izolací, která zpomaluje ochlazování výkovků. Měření proběhlo na dvou materiálech, nelegované oceli C15C a nízkolegované oceli 20CrMo5, které se liší nejen chemický složením, ale i výrobní sérií. Experimentální testy, včetně měření tvrdosti a metalografických analýz, poukázali na nevhodnost samostatného dochlazování v izolované bedně pro oba materiály z hlediska mechanických vlastností a tvařitelnosti. Kombinace dochlazení v izolované bedně a zkráceného subkritického žíhání byla ověřena jako vhodná pouze pro ocel C15C, která splnila požadované parametry. Ekonomická analýza ukázala, že zavedení této technologie přinese významné provozní úspory ve výši 622 560 korun ročně u C15C a 2 444 239 korun u 20CrMo5. Materiál 20CrMo5 byl do analýzy zahrnut především jako příklad velkosériové výroby i přesto, že pro něj metoda technicky vhodná není. Počáteční investice do izolovaných beden je návratná v horizontu dvou až tří let, což firma považuje za ekonomicky přijatelné. Výsledky potvrzují, že navržený postup představuje efektivní řešení pro optimalizaci výrobních nákladů.This thesis focuses on optimizing inter-operational heat treatment of forgings at Metaldyne Oslavany, with an emphasis on the efficient utilization of residual heat after forging. The aim is to increase energy efficiency and minimize thermal losses without compromising product quality. An insulated sheet metal container with ceramic insulation was used to slow down the cooling of the forgings. Measurements were conducted on two materials: the non-alloy steel C15C and the low-alloy steel 20CrMo5, which differ not only in chemical composition but also in production batch.Experimental tests, including hardness measurements and metallographic analyses, revealed that standalone cooling in the insulated container is unsuitable for both materials in terms of mechanical properties and formability. A combination of cooling in the insulated container followed by shortened subcritical annealing proved to be suitable only for C15C, which met the required parameters.An economic analysis showed that implementing this technology would result in significant annual operating savings: CZK 622,560 for C15C and CZK 2,444,239 for 20CrMo5. The material 20CrMo5 was included in the analysis primarily as an example of large-scale production, even though the method is not technically suitable for it. The initial investment in insulated containers is expected to pay off within two to three years, which the company considers economically acceptable. The results confirm that the proposed approach offers an effective solution for optimizing production costs.