Контроль качества в печах с сетчатой ленточной конструкцией: твердость, структура и обезуглероживание.
Контроль качества в непрерывной ленточной печи отличается от контроля качества в периодической печи. В периодической печи каждая деталь подвергается одинаковому температурно-временному профилю (в пределах заданных параметров однородности), а качество проверяется на выборочном уровне. В ленточной печи детали поступают в печь непрерывно и выходят непрерывно, и процесс должен контролироваться таким образом, чтобы обеспечить стабильное качество каждой детали, а не только выборочных образцов. Это настоящая инженерная задача, и именно система контроля качества на линии ленточной печи отличает хорошую работу от работы сомнительного качества.
Что и когда тестировать
Стандартные контрольные испытания на линии с ленточной печью включают: твердость, микроструктуру, обезуглероживание и глубину закаленного слоя (для цементированных деталей). Каждое испытание проводится с разной частотой, и программа испытаний настроена таким образом, чтобы выявлять отклонения от технологического процесса до того, как они приведут к выпуску деталей, не соответствующих техническим требованиям.
Твердость — наиболее распространенный тест, который проводится для каждой партии (обычно от 30 минут до 1 часа производственного процесса). Тест быстрый (30 секунд на деталь на современном тестере Роквелла) и дает прямую оценку результата термообработки. Целевая твердость для закаленных и отпущенных крепежных изделий обычно составляет от HRC 38 до 44, и тест проводится для 5–10 деталей в партии.
Микроструктура проверяется реже, обычно один раз за смену или один раз в день. Процедура занимает меньше времени (5-10 минут на подготовку образца, затем 2-3 минуты на само исследование) и требует участия металлургического техника. В ходе теста проверяется наличие правильной фазы (мартенсит для закаленных деталей, мелкозернистый перлит для отожженных деталей) и выявляются любые аномальные структуры (избыток остаточного аустенита, незакаленный мартенсит или карбиды на границах зерен).
Ежедневно проводится проверка на обезуглероживание для оценки процессов упрочнения. В ходе теста измеряется глубина обезуглероживающего слоя, представляющего собой мягкую поверхностную зону, образующуюся при диффузии углерода из стали. Стандартный метод проверки — измерение микротвердости от поверхности до сердцевины, при этом глубина обезуглероживания определяется как глубина, на которой твердость падает ниже порогового значения (обычно 90 процентов от твердости сердцевины).
Глубина закаленного слоя проверяется для цементированных деталей, как правило, ежедневно. Испытание проводится методом микротвердомерного измерения, при этом глубина закаленного слоя определяется как глубина, на которой твердость падает до порогового значения (обычно 50 HRC для цементированных деталей). Глубина закаленного слоя соответствует технологической схеме и спецификации детали.
Параметры управления технологическим процессом
Качество работы ленточной печи зависит от контроля следующих параметров процесса: скорости ленты, температуры в зонах, химического состава атмосферы и условий закалки. Для каждого параметра задано целевое значение и допуск, и система управления поддерживает параметр в пределах допуска.
Скорость ленты — это основной параметр, определяющий время пребывания материала в каждой зоне. Скорость устанавливается в соответствии с технологической схемой, а фактическая скорость постоянно контролируется. Отклонение скорости ленты более чем на 5 процентов от заданного значения регистрируется как предупреждение о качестве, и детали, произведенные в течение этого периода, отправляются на проверку качества.
Температура в каждой зоне регулируется независимыми ПИД-регуляторами. Заданные значения соответствуют технологической схеме, а фактическая температура непрерывно регистрируется. Отклонение температуры более чем на плюс-минус 10 градусов Цельсия от заданного значения вызывает срабатывание сигнализации, и детали, произведенные в течение этого периода, приостанавливаются.
Химический состав атмосферы регулируется скоростью потока газа, регулятором углеродного потенциала и давлением в печи. Ключевыми параметрами являются: содержание кислорода (менее 10 ppm для процессов с ярким покрытием), точка росы (менее -40 градусов Цельсия для атмосфер, содержащих водород) и углеродный потенциал (в пределах 0,05% C от заданного значения для атмосфер с эндогазом).
Условия закалки имеют решающее значение для закаленных деталей. Температура, концентрация и перемешивание закалочной жидкости должны поддерживаться в пределах, указанных в технологической спецификации. Типичные температуры масляной закалки составляют от 60 до 80 градусов Цельсия, а скорость перемешивания — от 0,5 до 1,0 м в секунду. Для низкозакаливаемых сталей используются полимерные закалочные жидкости с концентрацией от 5 до 15 процентов и температурой от 30 до 50 градусов Цельсия.
Распространенные проблемы качества
Наиболее распространенной проблемой качества при работе в ленточных печах является недостаточная твердость. Причиной обычно является недостаточное время аустенитизации, низкая температура аустенитизации или чрезмерное обезуглероживание. Решение заключается в пересмотре параметров процесса и корректировке скорости ленты, температуры в зонах или химического состава атмосферы.
Вторая по распространенности проблема — чрезмерное обезуглероживание. Причиной обычно является слишком низкая заданная точка потенциала углерода, загрязнение атмосферы печи кислородом или водяным паром, или слишком высокая температура печи. Решение заключается в проверке эндогенератора, подачи газа и уплотнений печи.
Третья проблема — растрескивание при закалке. Причиной обычно является чрезмерно высокая температура аустенитизации, недостаточное охлаждение в закалочном состоянии или чрезмерно жесткая закалка. Решение заключается в снижении температуры аустенитизации, увеличении перемешивания или использовании менее жесткой закалки.
Производственные возможности и статистический контроль процессов
В современных печах с сетчатой ленточной структурой используется статистический контроль процессов (SPC) для мониторинга процесса и выявления отклонений до того, как начнут производиться детали, не соответствующие техническим требованиям. Данные о твердости отображаются на диаграммах X-bar и R, при этом контрольные пределы устанавливаются на уровне плюс-минус 3 сигма. Тенденция, когда 7 или более последовательных точек находятся с одной стороны от центральной линии, помечается как предупреждение о процессе, и оператор должен провести расследование.
Индекс технологической пригодности (Cpk) для хорошо контролируемой работы печи с сетчатой лентой обычно составляет от 1,33 до 1,67 для твердости. Значение Cpk ниже 1,0 указывает на то, что процесс не является эффективным и должен быть улучшен, прежде чем печь сможет производить высококачественные детали.
Системы управления ленточным конвейером MONTE INTELLIGENCE включают встроенные инструменты статистического контроля процессов (SPC), которые автоматически рассчитывают значение Cpk и отображают контрольные диаграммы на человеко-машинном интерфейсе оператора. Система также генерирует ежедневный отчет о качестве с результатами испытаний, значениями Cpk и любыми оповещениями о технологическом процессе.
Качественная документация и отслеживаемость
Большинство предприятий, использующих печи с сетчатой лентой, поставляют детали для автомобильной, аэрокосмической или промышленной отраслей, где требуется полная прослеживаемость. Запись о прослеживаемости включает в себя: время и дату производства, параметры работы печи, химический состав атмосферы, результаты испытаний на твердость и имя оператора. Запись хранится от 5 до 10 лет и предоставляется заказчику для ознакомления по запросу.
Системы управления MONTE INTELLIGENCE архивируют все данные процесса на локальном сервере с настраиваемым сроком хранения. Система может генерировать сертификат термообработки для любой производственной партии, содержащий параметры процесса и результаты испытаний. Сертификат имеет формат, соответствующий большинству требований заказчика.
Обратитесь в компанию MONTE INTELLIGENCE по вопросам систем управления качеством.
Для покупателей, оценивающих ленточную печь с сетчатой структурой и предъявляющих строгие требования к качеству, инженеры MONTE INTELLIGENCE могут разработать систему контроля качества, соответствующую этим требованиям. Посетите сайт.www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Для ознакомления с примерами проектов по контролю качества. Для обсуждения проекта отправьте электронное письмо на адрес helenxu@cnlymonte.com с темой письма «Качество сетчатых лент» и подробной информацией о ваших технических требованиях к качеству и требованиях заказчика.
