Processo de têmpera da corrente de rolos: um componente essencial para a confiabilidade da transmissão.

Processo de têmpera da corrente de rolos: um componente essencial para a confiabilidade da transmissão.

No setor de transmissão industrial,correntes de rolosAs correntes de rolos são componentes essenciais para a transmissão de potência e movimento, e seu desempenho impacta diretamente a eficiência operacional e a segurança de toda a máquina. Desde a transmissão de cargas pesadas em máquinas de mineração até o acionamento preciso de máquinas-ferramenta de precisão, das operações de campo em máquinas agrícolas à transmissão de potência em motores de automóveis, as correntes de rolos desempenham consistentemente o papel de uma “ponte de potência”. Na fabricação de correntes de rolos, o revenimento, uma etapa fundamental no processo de tratamento térmico, é como a etapa crucial que “transforma pedra em ouro”, determinando diretamente a resistência, a tenacidade, a resistência ao desgaste e a vida útil da corrente.

1. Por que o processo de têmpera é uma "disciplina obrigatória" na fabricação de correntes de rolos?

Antes de discutirmos o processo de revenimento, precisamos esclarecer: por que o revenimento de correntes de rolos é essencial? Tudo começa com o processamento dos componentes principais da corrente: rolos, buchas, pinos e placas de ligação. Após a conformação, os componentes-chave da corrente de rolos geralmente passam por um processo de têmpera: a peça é aquecida acima da temperatura crítica (tipicamente entre 820 e 860 °C), mantida nessa temperatura por um período de tempo e, em seguida, resfriada rapidamente (por exemplo, em água ou óleo) para transformar a estrutura interna do metal em martensita. Embora a têmpera aumente significativamente a dureza da peça (atingindo HRC 58-62), ela também apresenta uma desvantagem crítica: tensões internas extremamente altas e fragilidade, tornando-a suscetível a fraturas sob choque ou vibração. Imagine usar uma corrente de rolos temperada diretamente para transmissão. Falhas como quebra de pinos e trincas em rolos podem ocorrer durante a carga inicial, com consequências desastrosas.

O processo de revenimento resolve o problema da dureza excessiva após a têmpera. A peça temperada é reaquecida a uma temperatura abaixo da temperatura crítica (tipicamente entre 150 e 350 °C), mantida nessa temperatura por um período de tempo e, em seguida, resfriada lentamente. Esse processo ajusta a estrutura interna do metal para atingir o equilíbrio ideal entre dureza e tenacidade. Para correntes de rolos, o revenimento desempenha um papel fundamental em três áreas principais:

Alivia a tensão interna: Libera as tensões estruturais e térmicas geradas durante o resfriamento rápido, evitando deformações e fissuras na peça devido à concentração de tensão durante o uso;

Otimize as propriedades mecânicas: ajuste a relação entre dureza, resistência e tenacidade com base nos requisitos da aplicação — por exemplo, correntes para máquinas de construção exigem maior tenacidade, enquanto correntes de transmissão de precisão exigem maior dureza;

Estabilizar a microestrutura e as dimensões: Estabilizar a microestrutura interna do metal para evitar a deformação dimensional da corrente causada por alterações microestruturais durante o uso, o que poderia afetar a precisão da transmissão.

II. Parâmetros Essenciais e Pontos de Controle do Processo de Revenimento da Corrente de Rolos

A eficácia do processo de têmpera depende do controle preciso de três parâmetros principais: temperatura, tempo e taxa de resfriamento. Diferentes combinações de parâmetros podem produzir resultados de desempenho significativamente diferentes. O processo de têmpera precisa ser adaptado aos diferentes componentes da corrente de rolos (rolos, buchas, pinos e placas) devido às suas características de carga e requisitos de desempenho variáveis.

1. Temperatura de têmpera: O “botão central” para controle de desempenho
A temperatura de revenido é o fator mais crítico para determinar o desempenho final de uma peça. À medida que a temperatura aumenta, a dureza da peça diminui e sua tenacidade aumenta. Dependendo da aplicação da corrente de rolos, as temperaturas de revenido são geralmente categorizadas da seguinte forma:
Revenimento a baixa temperatura (150-250 °C): Utilizado principalmente em componentes que exigem alta dureza e resistência ao desgaste, como rolos e buchas. O revenimento a baixa temperatura mantém a dureza da peça em torno de HRC 55-60, eliminando parte da tensão interna, o que o torna adequado para aplicações de transmissão de alta frequência e baixo impacto (como acionamentos de fusos de máquinas-ferramenta).
Revenimento a temperatura média (300-450 °C): Adequado para componentes que exigem alta resistência e elasticidade, como pinos e placas de corrente. Após o revenimento a temperatura média, a dureza da peça cai para HRC 35-45, melhorando significativamente sua resistência ao escoamento e limite elástico, permitindo que ela suporte cargas de impacto pesadas (por exemplo, em máquinas de construção e equipamentos de mineração).
Revenimento em alta temperatura (500-650 °C): Raramente utilizado em componentes principais de correntes de rolos, é empregado apenas em aplicações especializadas para componentes auxiliares que exigem alta tenacidade. Nessa temperatura, a dureza é ainda mais reduzida (HRC 25-35), mas a resistência ao impacto é significativamente melhorada.
Pontos-chave de controle: A uniformidade da temperatura dentro do forno de revenimento é crucial, com diferenças de temperatura controladas dentro de ±5°C. Temperaturas desiguais podem levar a variações significativas de desempenho dentro do mesmo lote de peças. Por exemplo, temperaturas localizadas excessivamente altas nos rolos podem criar "pontos fracos", reduzindo a resistência ao desgaste. Temperaturas excessivamente baixas podem não eliminar completamente as tensões internas, levando ao surgimento de trincas.

2. Tempo de revenido: uma “condição suficiente” para a transformação microestrutural
O tempo de revenido deve garantir uma transformação microestrutural suficiente na peça, evitando a degradação do desempenho causada pelo sobrerevenido. Um tempo muito curto impede a completa liberação das tensões internas, resultando em transformação microestrutural incompleta e tenacidade insuficiente. Um tempo muito longo aumenta os custos de produção e pode levar a uma redução excessiva da dureza. O tempo de revenido para componentes de correntes de rolos é geralmente determinado pela espessura da peça e pela carga do forno.
Componentes de paredes finas (como placas de corrente, com 3 a 8 mm de espessura): O tempo de têmpera é geralmente de 1 a 2 horas;
Componentes de paredes espessas (como rolos e pinos, com diâmetro de 10 a 30 mm): O tempo de revenimento deve ser estendido para 2 a 4 horas;
Para cargas maiores no forno, o tempo de revenimento deve ser aumentado em 10% a 20% para garantir uma transferência de calor uniforme para o núcleo da peça.
Pontos-chave de controle: O uso de um método de "rampa de temperatura gradual" pode otimizar a eficiência do revenimento — primeiro, eleve a temperatura do forno para 80% da temperatura alvo, mantenha por 30 minutos e, em seguida, eleve-a até a temperatura alvo para evitar novas tensões térmicas na peça devido a aumentos rápidos de temperatura.

3. Taxa de Resfriamento: A “Última Linha de Defesa” para um Desempenho Estável
A taxa de resfriamento após o revenimento tem um impacto relativamente pequeno no desempenho da peça, mas ainda precisa ser devidamente controlada. O resfriamento ao ar (resfriamento natural) ou o resfriamento em forno (resfriamento em forno) são normalmente utilizados:

Após o revenimento a baixa temperatura, o resfriamento ao ar é geralmente utilizado para reduzir rapidamente a temperatura até a temperatura ambiente e evitar a exposição prolongada a temperaturas médias, o que pode levar à perda de dureza.

Caso seja necessária maior tenacidade após o revenimento a temperatura média, pode-se utilizar o resfriamento em forno. O processo de resfriamento lento refina ainda mais o tamanho do grão e melhora a resistência ao impacto.

Pontos de Controle Chave: Durante o processo de resfriamento, é importante evitar o contato irregular entre a superfície da peça e o ar, o que pode levar à oxidação ou descarbonetação. Gases protetores, como nitrogênio, podem ser introduzidos no forno de revenimento, ou revestimentos antioxidantes podem ser aplicados na superfície da peça para garantir a qualidade da superfície.

III. Problemas comuns de têmpera em correntes de rolos e suas soluções

Mesmo que os parâmetros principais sejam compreendidos, problemas de qualidade no processo de têmpera ainda podem ocorrer na produção real devido a fatores como equipamentos, operação ou materiais. A seguir, apresentamos os quatro problemas mais comuns encontrados durante a têmpera de correntes de rolos e suas respectivas soluções:

1. Dureza insuficiente ou irregular

Sintomas: A dureza da peça é inferior ao requisito de projeto (por exemplo, a dureza do rolo não atinge HRC 55), ou a diferença de dureza entre diferentes partes da mesma peça excede HRC 3. Causas:
A temperatura de têmpera está muito alta ou o tempo de permanência é muito longo;
A distribuição da temperatura no forno de têmpera é irregular;
A taxa de resfriamento da peça após a têmpera é insuficiente, resultando na formação incompleta de martensita.
Soluções:
Calibre o termopar do forno de têmpera, monitore regularmente a distribuição de temperatura dentro do forno e substitua os tubos de aquecimento desgastados;
Controle rigorosamente a temperatura e o tempo de acordo com a ficha de processo e utilize o método de espera em etapas;
Otimize o processo de têmpera e resfriamento para garantir um resfriamento rápido e uniforme da peça.

2. A tensão interna não é eliminada, o que leva ao aparecimento de fissuras durante o uso.
Sintomas: Durante a instalação e utilização iniciais da corrente, o pino ou a placa da corrente podem quebrar sem aviso prévio, apresentando uma fratura frágil.
Causas:
A temperatura de têmpera está muito baixa ou o tempo de permanência é muito curto, resultando em uma liberação inadequada da tensão interna;
A peça não é revenida imediatamente após a têmpera (por mais de 24 horas), o que leva ao acúmulo de tensões internas. Solução:
Aumente adequadamente a temperatura de revenimento com base na espessura da peça (por exemplo, de 300°C para 320°C para pinos) e prolongue o tempo de permanência nessa temperatura.
Após a têmpera, a peça deve ser revenida em até 4 horas para evitar o acúmulo prolongado de tensões.
Utilize um processo de "têmpera secundária" para componentes-chave (após a têmpera inicial, resfrie até a temperatura ambiente e, em seguida, tempere novamente em temperaturas elevadas) para eliminar ainda mais a tensão residual.

3. Oxidação Superficial e Descarbonetação

Sintomas: Aparece uma camada de óxido cinza-escura na superfície da peça, ou um durômetro indica que a dureza da superfície é menor que a dureza do núcleo (a camada de descarbonetação tem mais de 0,1 mm de espessura).
Causa:
O excesso de ar no forno de revenimento causa uma reação entre a peça de trabalho e o oxigênio.
O tempo excessivo de revenimento causa a difusão e dispersão do carbono da superfície. Solução: Utilize um forno de revenimento selado com atmosfera protetora de nitrogênio ou hidrogênio para controlar o teor de oxigênio no forno para menos de 0,5%. Reduza o tempo de revenimento desnecessário e otimize o método de carregamento do forno para evitar o excesso de peças. Para peças levemente oxidadas, realize jateamento abrasivo após o revenimento para remover a camada superficial de óxido.

4. Deformação Dimensional

Sintomas: Ovalização excessiva dos roletes (superior a 0,05 mm) ou furos desalinhados na placa da corrente.

Causa: Taxas excessivamente rápidas de aquecimento ou resfriamento durante o revenimento geram tensão térmica que leva à deformação.

O posicionamento incorreto das peças durante o carregamento do forno resulta em tensão desigual.

Solução: Utilize aquecimento lento (50°C/hora) e resfriamento lento para reduzir o estresse térmico.

Projetar dispositivos de fixação especializados para garantir que a peça permaneça livre durante o revenimento, evitando deformações por compressão.

Para peças de alta precisão, adicione uma etapa de endireitamento após o revenimento, utilizando endireitamento por pressão ou tratamento térmico para corrigir as dimensões.

IV. Critérios de Inspeção de Qualidade e Aceitação do Processo de Revenimento

Para garantir que os componentes da corrente de rolos atendam aos requisitos de desempenho após o revenimento, é necessário estabelecer um sistema abrangente de inspeção de qualidade, realizando inspeções completas em quatro dimensões: aparência, dureza, propriedades mecânicas e microestrutura.

1. Inspeção de aparência

Conteúdo da inspeção: Defeitos superficiais como descamação, rachaduras e amassados.

Método de inspeção: Inspeção visual ou inspeção com lupa (ampliação de 10x).

Critérios de aceitação: Ausência de escamas, rachaduras ou rebarbas visíveis na superfície e cor uniforme.

2. Inspeção de dureza

Conteúdo da inspeção: Dureza superficial e uniformidade da dureza.

Método de inspeção: Utilize um durômetro Rockwell (HRC) para testar a dureza superficial dos rolos e pinos. Uma amostra aleatória de 5% das peças de cada lote é selecionada, e três locais diferentes em cada peça são inspecionados.

Critérios de aceitação:

Rolos e buchas: HRC 55-60, com uma diferença de dureza de ≤ HRC3 dentro do mesmo lote.

Pino e placa da corrente: HRC 35-45, com diferença de dureza ≤ HRC2 dentro do mesmo lote. 3. Teste de propriedades mecânicas

Conteúdo do teste: resistência à tração, resistência ao impacto;

Método de teste: Amostras padrão são preparadas a partir de um lote de peças de trabalho a cada trimestre para ensaio de tração (GB/T 228.1) e ensaio de impacto (GB/T 229);

Critérios de aceitação:

Resistência à tração: Pinos ≥ 800 MPa, Correntes ≥ 600 MPa;

Resistência ao impacto: Pinos ≥ 30 J/cm², Correntes ≥ 25 J/cm².

4. Teste de Microestrutura

Conteúdo do teste: A estrutura interna é composta por martensita revenida uniforme e bainita revenida;

Método de teste: Seções transversais da peça são cortadas, polidas e atacadas quimicamente, e então observadas usando um microscópio metalográfico (ampliação de 400x);

Critérios de aceitação: Estrutura uniforme, sem carbonetos em rede ou grãos grosseiros, e espessura da camada descarbonetada ≤ 0,05 mm.

V. Tendências da Indústria: A Direção de Desenvolvimento dos Processos de Revenimento Inteligente

Com a ampla adoção das tecnologias da Indústria 4.0, os processos de têmpera por corrente de rolos estão evoluindo para processos inteligentes, precisos e sustentáveis. A seguir, destacamos três tendências principais:

1. Sistema Inteligente de Controle de Temperatura

Utilizando a tecnologia da Internet das Coisas (IoT), múltiplos conjuntos de termopares de alta precisão e sensores de temperatura infravermelhos são instalados dentro do forno de revenimento para coletar dados de temperatura em tempo real. Por meio de algoritmos de IA, a potência de aquecimento é ajustada automaticamente para atingir uma precisão de controle de temperatura de ±2°C. Além disso, o sistema registra a curva de revenimento para cada lote de peças, criando um registro de qualidade rastreável.

2. Simulação de Processos Digitais

Utilizando software de análise de elementos finitos (como o ANSYS), os campos de temperatura e tensão da peça durante o revenimento são simulados para prever possíveis deformações e desempenho irregular, otimizando assim os parâmetros do processo. Por exemplo, a simulação pode determinar o tempo ideal de revenimento para um modelo específico de rolo, aumentando a eficiência em 30% em comparação com os métodos tradicionais de tentativa e erro.
3. Processos ecológicos e de economia de energia

O desenvolvimento de tecnologia de têmpera a baixa temperatura e curto tempo reduz a temperatura de têmpera e o consumo de energia através da adição de um catalisador. A implementação de um sistema de recuperação de calor residual para reciclar o calor dos gases de combustão de alta temperatura emitidos pelo forno de têmpera para o pré-aquecimento das peças resulta em uma economia de energia superior a 20%. Além disso, a promoção do uso de revestimentos antioxidantes solúveis em água como alternativa aos revestimentos tradicionais à base de óleo reduz as emissões de COVs (Compostos Orgânicos Voláteis).