RESUMO

Tratamento de shot peening é amplamente utilizado para melhorar as propriedades de fadiga de componentes e estruturas. As tensões residuais, a rugosidade da superfície e o encruamento são os principais efeitos benéficos induzidos na camada superficial de shot peening, que dependem da escolha correta dos parâmetros Peening. Nesta investigação, os experimentos foram desenvolvidos utilizando o planejamento fatorial completo do experimento (DOE) e um tipo de técnica de jato de ar de jateamento máquina. Efeitos de parâmetros de processo, tais como pressão, tamanho tiro, distância stand-off, e o tempo de exposição, microdureza de superfície para AISI 1045 e materiais 316L foram investigados. Uma análise de variância foi realizada para identificar os parâmetros Peening significativos. No caso de material de 316L, a dureza superficial máxima encontrado foi de 450-824 HV, enquanto que foi encontrado de 314-360 Hv para o aço AISI 1045. Uma avaliação crítica foi feita de modo a compreender a variação da dureza na direção do peening. Equações empíricas entre os parâmetros Peening e a dureza de superfície para ambos os materiais foram desenvolvidos, que são úteis para predizer a microdureza de superfície. Acredita-se que esta técnica pode ser benéfica na redução de variação e de custos industriais aumentando a produtividade e o desempenho.

INTRODUÇÃO

Tratamento de shot peening é uma técnica de endurecimento de superfície, tem aplicações difundidas em automóveis, aviões, e indústrias marítimas. É um processo de trabalho a frio que endurece a superfície de um componente metálico, bombardeando-o com um fluxo de partículas pequenas chamadas granalhas. O processo de trabalho a frio induz um estado de tensão residual compressivas na superfície do material. Os benefícios de shot peening podem ser atribuído às tensões compressivas induzidas na superfície. As tensões compressivas são benéficas para o aumento da resistência à falha por fadiga, fadiga por corrosão, corrosão sob tensão de hidrogênio, trincasse etc. Os benefícios obtidos devido ao trabalho a frio incluem encruamento, a resistência à corrosão intergranular, diminuição da porosidade, e ensaios de revestimentos. A qualidade de Shot Peening é determinada pelo grau de cobertura, a magnitude e profundidade da tensão residual induzida. Vários estudos têm demonstrado as melhorias induzidas pelo processo shotpeening, assim, ele pode ser utilizado para aumentar a vida útil dos componentes que operam em ambientes altamente estressados e outras partes críticas, como no automobilismo, motores aeronáuticos e estruturas aeronáuticas. As modificações de superfície produzidas pelo tratamento shotpeening são: (a) a rugosidade da superfície, (b) um aumento da densidade próxima da superfície de deslocamento (encruamento), e (c) o desenvolvimento de um perfil

característico de tensões residuais. No entanto, a baixa rugosidade da superfície aumenta a resistência à fadiga, como resultado de maiores densidades de deslocamento perto da superfície, devido ao aumento da dureza superficial. Um aumento na microdureza e rugosidade superficial aumenta com aumento do tamanho da granalha e da intensidade do shot peening. Rugosidade da superfície é menor com granalha de arame cortado do que com granalha de vidro e também em alguns casos, verificou-se que a rugosidade da superfície é proporcional à dureza da superfície. A revisão da literatura mostra que vários autores têm utilizado um fator-tempo em experimentos para analisar a rugosidade da superfície e do comportamento microdureza com diferentes parâmetros de Shot Peening como intensidade, tipos de granalha, tamanho de granalha, velocidade da granalha e ângulo de impacto. A maior parte dos autores usaram métodos tradicionais para estudar o efeito dos parâmetros shotpeening sobre a rugosidade da superfície, dureza superficial, e ao desgaste. Apenas alguns autores têm utilizado o delineamento de experimento (DOE) como técnica especializada para controle dos parâmetros de shotpeening. Concepção robusta para desempenho de fadiga a ajuda da técnica de simulação também tem sido investigada. Em vista disso, é necessário realizar investigações completas usando a técnica DOE, de modo a avaliar o efeito dos parâmetros de processo, tais como pressão, tamanho da granalha, tempo de exposição e distância bico e suas interações sobre os aspectos de integridade de superfície, tais como dureza de superficial do material.

A resistência ao desgaste do componente pode ser aumentada através do controle da rugosidade da superfície, enquanto que a resistência a fadiga pode ser melhorada através do aumento do trabalho a frio e assim consequentemente o aumento da dureza superficial. Dependendo da aplicação do componente para a fadiga e / ou desgaste, a superfície pode ser controlado ajustando os níveis apropriados dos parâmetros, bem como efeitos de interação.

Vários autores têm realizado estudos sobre jateamento de aços usinados de precisão com alta resistência à tração; tais aços são normalmente utilizados para vários componentes em aeronaves, turbinas e equipamentos de defesa. Note-se que quase todos os estudos shotpeening têm sido feitas para o aumento do desempenho da fadiga dos materiais convencionais, utilizando a técnica do DOE.

Além disso, nenhum estudo que diz respeito à dureza superficial parece ter sido realizado até a data. O presente estudo centra-se em shot peening de materiais convencionais usando uma máquina de jato de ar para shot peening (SP). Assim, AISI 1045 e 316L materiais foram selecionados como materiais de trabalho no presente estudo, uma vez que são utilizados em aplicações de automóveis e de motores marítimos.

2. ANÁLISE EXPERIMENTAL

Os experimentos foram realizados em corpos de prova confeccionados em aço de baixo carbono 316L e aço carbono médio AISI 1045. O valor médio da dureza superficial inicial das amostras (em Vickers) para os aços 316L e AISI 1045 foi de 264 e 187 Hv, respectivamente. Para ambas as amostras, o valor médio de rugosidade inicial da superfície (Ra) estava na gama de 4 a 5 um. Estes materiais foram selecionados, uma vez que são amplamente utilizados em aplicações marítimas e de automóveis.

O processo de shot peening baseia-se em vários impactos da granalha esférica sobre a superfície para se conseguir uma melhor dureza superficial e resistência à fadiga. Os vários parâmetros de jateamento são: tipo e tamanho da granalha, intensidade, saturação, o ângulo de incidência, velocidade e cobertura. Entre estes parâmetros, só o tipo de granalha e ângulo de incidência são controlados diretamente. O restante dos parâmetros na maioria dos casos é aferido ou avaliado, após o shot peening ser realizado. As variáveis que podem ser controladas e ajustadas para obter os valores desejados de intensidade, de saturação, e a cobertura são de pressão de ar, vazão de granalha, tipo de bico, taxa de alimentação do bico ao longo da peça de trabalho, a distância do bico a partir da peça de trabalho e a velocidade de rotação da peça de trabalho. Uma vez que alguns parâmetros como a velocidade, intensidade e cobertura são de difícil controle, parâmetros influentes controláveis, tais como pressão, tamanho da granalha, distância do bico até a peça, e fatores de exposição foram considerados no presente trabalho.