Controle de Qualidade em Operações de Forno com Correia Metálica: Dureza, Estrutura e Descarbonetação
O controle de qualidade em um forno de esteira contínua difere do controle de qualidade em um forno de lote. Em um forno de lote, cada peça é submetida ao mesmo perfil de tempo e temperatura (dentro da especificação de uniformidade), e a qualidade é verificada por amostragem. Em um forno de esteira, as peças entram e saem do forno continuamente, e o processo deve ser controlado para garantir qualidade consistente em todas as peças, não apenas nas amostras. Este é um verdadeiro desafio de engenharia, e o sistema de qualidade em uma linha de forno de esteira é o que diferencia uma operação eficiente de uma operação mediana.
O que testar e quando?
Os testes de qualidade padrão em uma linha de forno de esteira são: dureza, microestrutura, descarbonetação e profundidade da camada cementada (para peças cementadas). Cada teste é executado em uma frequência diferente, e o programa de testes é configurado para detectar desvios do processo antes que produzam peças fora das especificações.
O teste de dureza é o mais comum e é realizado em cada lote (normalmente entre 30 minutos e 1 hora de produção). O teste é rápido (30 segundos por peça em um moderno testador Rockwell) e fornece uma medida direta do resultado do tratamento térmico. A dureza alvo para fixadores temperados e revenidos é tipicamente de HRC 38 a 44, e o teste é realizado em 5 a 10 peças por lote.
A microestrutura é verificada com menos frequência, normalmente uma vez por turno ou uma vez por dia. O teste é mais demorado (5 a 10 minutos por amostra para preparação, seguidos de 2 a 3 minutos para a análise propriamente dita) e requer um técnico metalúrgico. O teste verifica a fase correta (martensita para peças temperadas, perlita fina para peças recozidas) e identifica quaisquer estruturas anormais (austenita retida em excesso, martensita não revenida ou carbonetos nos contornos de grão).
A descarbonetação é verificada diariamente nos processos de têmpera. O teste mede a profundidade da camada descarbonetada, que é a zona superficial macia que se forma quando o carbono se difunde para fora do aço. O teste padrão é a microdureza, da superfície até o núcleo, sendo a profundidade de descarbonetação definida como a profundidade na qual a dureza cai abaixo de um limite (tipicamente 90% da dureza do núcleo).
A profundidade da camada cementada é verificada em peças cementadas, geralmente diariamente. O teste consiste em uma medição de microdureza, onde a profundidade da camada é definida como a profundidade na qual a dureza cai para um limite predefinido (normalmente 50 HRC para peças cementadas). A profundidade da camada é definida de acordo com a receita do processo e a especificação da peça.
Parâmetros de controle de processo
A qualidade da operação de um forno de esteira depende do controle dos seguintes parâmetros de processo: velocidade da esteira, temperaturas das zonas, composição química da atmosfera e condições do fluido de têmpera. Cada parâmetro possui um valor alvo e uma tolerância, e o sistema de controle mantém o parâmetro dentro da tolerância.
A velocidade da correia é a variável principal que controla o tempo de permanência em cada zona. A velocidade é definida com base na receita do processo e a velocidade real é monitorada continuamente. Uma variação na velocidade da correia superior a 5% em relação ao valor definido é sinalizada como um alerta de qualidade, e as peças produzidas durante o período de variação são retidas para análise de qualidade.
As temperaturas das zonas são controladas por controladores PID independentes em cada zona. Os valores de referência correspondem à receita do processo e as temperaturas reais são registradas continuamente. Um desvio de temperatura superior a ± 10 graus Celsius em relação ao valor de referência aciona um alarme e as peças produzidas durante o período de desvio são retidas.
A composição química da atmosfera é controlada pelas taxas de fluxo de gás, pelo controlador de potencial de carbono e pela pressão do forno. Os parâmetros principais são: teor de oxigênio (inferior a 10 ppm para processos de fusão a quente), ponto de orvalho (inferior a -40 graus Celsius para atmosferas com hidrogênio) e potencial de carbono (dentro de 0,05% C do ponto de ajuste para atmosferas com gás endogás).
As condições de têmpera são críticas para peças endurecidas. A temperatura, a concentração e a agitação do fluido de têmpera devem ser mantidas dentro das especificações do processo. As temperaturas típicas de têmpera em óleo variam de 60 a 80 graus Celsius, com uma taxa de agitação de 0,5 a 1,0 m por segundo. Fluidos de têmpera poliméricos são usados para aços de baixa temperabilidade, com concentrações de 5 a 15% e temperaturas de 30 a 50 graus Celsius.
Problemas comuns de qualidade
O problema de qualidade mais comum em operações com fornos de esteira é a baixa dureza. A causa geralmente é tempo de austenitização insuficiente, temperatura de austenitização baixa ou descarbonetação excessiva. A solução é revisar os parâmetros do processo e ajustar a velocidade da esteira, as temperaturas das zonas ou a composição química da atmosfera.
O segundo problema mais comum é a descarbonetação excessiva. A causa geralmente é um ponto de ajuste do potencial de carbono muito baixo, uma atmosfera do forno contaminada com oxigênio ou vapor de água, ou uma temperatura do forno muito alta. A solução é verificar o gerador endo, o suprimento de gás e as vedações do forno.
O terceiro problema é a fissuração por têmpera. A causa geralmente é a temperatura excessiva de austenitização, o resfriamento insuficiente durante a têmpera ou a severidade excessiva do fluido de têmpera. A solução é diminuir a temperatura de austenitização, aumentar a agitação ou usar um fluido de têmpera menos severo.
Capacidade do Processo e CEP (Controle Estatístico de Processo)
Os fornos de esteira modernos utilizam o controle estatístico de processo (CEP) para monitorar o processo e detectar desvios antes que produzam peças fora das especificações. Os dados de dureza são plotados em gráficos de X-barra e R, com limites de controle definidos em mais ou menos 3 sigma. Uma tendência de 7 ou mais pontos consecutivos em um dos lados da linha central é sinalizada como um alerta de processo, e espera-se que o operador investigue o problema.
O índice de capacidade do processo (Cpk) para uma operação bem controlada de forno de esteira é tipicamente de 1,33 a 1,67 para dureza. Um Cpk abaixo de 1,0 indica que o processo não é capaz e precisa ser aprimorado antes que o forno possa produzir peças de alta qualidade.
Os sistemas de controle de fornos de esteira da MONTE INTELLIGENCE incluem ferramentas SPC integradas que calculam automaticamente o Cpk e exibem os gráficos de controle na IHM do operador. O sistema também gera um relatório diário de qualidade com os resultados dos testes, os valores de Cpk e quaisquer alertas de processo.
Documentação de Qualidade e Rastreabilidade
A maioria das operações com fornos de esteira fornece peças para clientes dos setores automotivo, aeroespacial ou industrial que exigem rastreabilidade completa. O registro de rastreabilidade inclui: a data e hora da produção, os parâmetros de operação do forno, a composição química da atmosfera, os resultados do teste de dureza e o nome do operador. O registro é preservado por 5 a 10 anos e está disponível para consulta do cliente mediante solicitação.
Os sistemas de controle da MONTE INTELLIGENCE arquivam todos os dados do processo em um servidor local com um período de retenção configurável. O sistema pode gerar um certificado de tratamento térmico para qualquer lote de produção, contendo os parâmetros do processo e os resultados dos testes. O certificado é formatado para atender à maioria das especificações do cliente.
Fale com a MONTE INTELLIGENCE sobre Sistemas de Qualidade
Para compradores que avaliam um forno de esteira com requisitos de qualidade rigorosos, a MONTE INTELLIGENCE Engineering pode projetar um sistema de qualidade que atenda às especificações. Visitewww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Para estudos de caso sobre controle de qualidade, entre em contato com helenxu@cnlymonte.com para discutir um projeto. O assunto é "Qualidade da correia de malha", e inclua detalhes sobre suas especificações de qualidade e requisitos do cliente.
