Controle de qualidade "on line" de fundidos através de análise térmica: ligas al-si

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema para Análise Térmica e Análise Ténnica Diferencial (DTA) de fundidos e pode ser dividido em duas partes: a) projeto e construção de um sistema de produção de fundidos a baixa pressão, basicamente constituído de uma matriz com termopares adaptados, um forno de espera onde é colocado o cadinho com o metal líquido, um sistema que permite o fluxo do metal líquido (baseado num compressor) até a matriz, e finalmente, um sistema hidráulico que atua nas placas superior e inferior da matriz, de modo a prevenir acidentes, devido a possibilidade de movimentação de alguma parte da máquina quando da aplicação da pressão. b) desenvolvimento de um sistema e software para aquisição e processamento dos dados relativos a curva de resfriamento de fundidos, que permite a simulação em laboratório do Controle de Qualidade "on line" de uma indústria ou mesmo da robotização de uma linha de produção. O sistema de aquisição/processamento consiste basicamente num conversor A/D (12 bits), um conversor D/A, um microcomputador PC-XT (8 MHz, winchester de 20Mb) com co-processador aritmético, um vídeo colorido (640x350) e um plotter (A4); o sinal enviado pelos termopares (mV) é levado ao conversor A/D, e, então, uma série de operações matemáticas são realizadas com os dados adquiridos: conversão dos mV em °C (polinômios especialmente desenvolvidos), filtragem, cálculo da primeira e segunda derivadas da curva de resfriamento e de uma série de parâmetros, tais como: temperatura liquidus e solidus, taxa de resfriamento, intervalo de temperatura e tempo associados ao superesfriamento, parâmetro Gb e tempo local de solidificação, entre outros. Uma série de testes mecânicos e metalográfiros foram realizados visando determinar a dependência destas propriedades com a taxa de resfriamento; também testou-se qual dos parâmetros associados a curva de resfriamento detemina uma melhor correlação com a taxa de resfriamento (o tempo local de solidificação mostrou melhor correlação). Também foi desenvolvido um software complementar, envolvendo o conversor D/A, que permite enviar um sinal ao painel de controle instalado perto do microcomputador, onde a partir da escolha de um parâmetro de controle (no caso escolheu-se a diferença de temperatura associada ao superesfriamento, por exemplo, mas poderia ser outro parâmetro qualquer) e a partir do intervalo de confiança deste parâmetro, a peça é aceita ou rejeitada, o que é indicado pelas luzes do painel: é o chamado "Controle de Qualidade online". Ou seja, cerca de 1 minuto após a realização do ensaio é possível obter a aceitação ou não do fundido, controle este feito individualmente e não via amostragem estatística, como no Controle de Qualidade convencional, que além de exigir a preparação de corpos de prova, laboratórios de ensaio, equipamento, instalações e pessoal, somente fornece os resultados dias após a realização dos testes, o que implica,muitas vezes, que um lote inteiro de peças pode ter sido perdido.

This work describes the development o f a system for Thermal Analysis o f foundry prod ucts; thc ma in two parts of this systcm are: a) a low-pressure foundry system - basically a matrix with thermocouples adapted, a thermal isolated chamber where the mold with the liquid metal is inserted, a low-pressure system (based on a compressor) wich permits the flow of molten metal to the matrix, and an hydraulic system wich applies a force to the plates where the matrix is adapted (avoyding movement of a part of the entire equipment, and consequently, accidents). b) the data acquisition/processing system for the signals coming from the thermocouplesdata points from the cooling curve of AI-Si alloys, wich permits the simulation of a "Quality Control on line" of an industry, or even the principies of the robotization of a process. The data acquisition/processing system consists, basically, of an ND (12 bits) conversor, 10 )IV of sensibility, a PC-XT microcomputer (8 MHz, 20 Mb winchester), with arithmetic processor, a colour vídeo (640 x350), anda plotter (A4); thermocouples are conected to the A/D conversor, and some mathematical operations are realized with the data points from the cooling curve : m V to °C convertion (some polynomium were developed), filtering, first and second derivative of the cooling curve, and some parameters related to the cooling curve: liquidus and solidus temperatures, amount and time of undercooling, local time of solidification (tsL), Gb parameter, nucleation temperature (T 0), among others. Some mechanical and metalographic tests were made in order to determine the relation between tensile properties to rate of cooling, grain size and rate of cooling, grain size and amount of undercooling, etc ... It was also developed a complementary software, related to the DIA c-Onversof, wich permits the visualization on a pane! of the acception or rejection of the piece: it's the so called "Quality Control on line". It means that only a minute after the essay it's possible to know the accpetioh or rejection of a piece - and the procequre is made with ALL pieces. Conventional Quality Control evaluated only a few pieces - the control is statistically and requires many equipments, laboratories, trained technicians, and the result is known only some days after the foundry process, wich means that an entire production can be lost.