Estudo do efeito do shot peening na vida em fadiga do aço ABNT 4340  solicitado em tração-tração

O processo de shot peening é um tratamento amplamente utilizado para aumentar a resistência à fadiga dos materiais, devido, principalmente, à criação do Campo de Tensões Residuais Compressivas, o CTRC, na superfície do material e logo abaixo dela. Apesar disso, o tratamento de shot peening também possui um efeito maléfico para a vida em fadiga do material, uma vez que aumenta a rugosidade superficial. Este trabalho foi dividido em três partes. Na primeira parte foi estudada a influência da rugosidade superficial na vida em fadiga do aço ABNT 4340 de dureza 43 HRc em corpos de prova polidos e conforme fornecidos submetido ao carregamento de tração-tração. Observou-se que quanto maior a rugosidade, menor a vida em fadiga. Na segunda parte a influência do tratamento de shot peening para o aço ABNT 4340 com dureza de 43 HRc foi analisada e um estudo comparativo com resultados de trabalhos anteriores, realizados com o mesmo aço, porém com dureza de 39 HRc e 53 HRc, foi feito. Observou-se que, quanto maior a dureza do material, maior a tensão residual e menor a rugosidade superficial induzidas pelo tratamento. No entanto, o aço ABNT 4340 com dureza intermediária de 43 HRc apresentou inesperadamente maior ganho em fadiga. Na terceira parte, o comportamento do CTRC induzido pelo processo de shot peening durante o ensaio de tração-tração no aço ABNT 4340 com dureza de 43 HRc foi estudado e os resultados comparados com os obtidos em trabalhos anteriores para as durezas de 39 HRc e 53 HRc, porém ensaiados em flexão rotativa. Observou-se que, para um ensaio em que não existam tensões compressivas (tração-tração), o CTRC se mantém praticamente inalterado, garantindo a efetividade do tratamento de shot peening. As superfícies de fratura dos corpos de prova com e sem o tratamento de shot peening, após o ensaio de tração-tração, foram investigadas com o auxílio da microscopia eletrônica de varredura para se obter informações sobre o ponto de iniciação e propagação da trinca. Foi observado que o tratamento de shot peening para o aço ABNT 4340 de dureza 43 HRc foi eficaz, uma vez que em alguns casos as trincas se iniciaram abaixo da superfície e em outros sua iniciação e/ou propagação foi retardada pela presença do CTRC.

Resumo (inglês)

The shot peening process is a widely used treatment to increase the fatigue resistance of materials, mainly due to the creation of the Compressive Residual Stress Field, the CRSF, on the surface of the material and just below it. Despite this, the shot peening treatment also has a detrimental effect on material fatigue as it increases surface roughness. This work was divided into three parts. In the first part, the influence of the surface roughness on the fatigue life of the AISI 4340 steel with hardness of 43 HRc was studied in polished specimens and base material in tensile-tensile loading. It was observed that the greater the roughness, the lower the fatigue life is. In the second part, the influence of the shot peening treatment for the steel AISI 4340 with hardness of 43 HRc was analyzed and a comparative study with previous work results, made with the same steel, but with hardness of 39 HRc and 53 HRc, was done. It was observed that the higher the hardness of the material, the higher the residual stress and the lower the surface roughness induced by the treatment, however, the AISI 4340 steel with an intermediate hardness of 43 HRc unexpectedly showed greater gain in fatigue. In the third part, the behavior of the CRSF induced by the shot peening process during the tensile-tensile loading in the AISI 4340 steel with hardness of 43 HRc was studied and the results compared with those obtained in previous works for the hardnesses of 39 HRc and 53 HRc, but tested in rotating bending loading. It was observed that for loadings in which there are no compressive stresses (tensile -tensile), the CRSF remains practically unchanged, guaranteeing the effectiveness of the shot peening treatment. The fracture surfaces of the specimens with and without the shot peening treatment after the tensile-tensile test were investigated with the aid of scanning electron microscopy to obtain information about the point of initiation and propagation of the crack. It was observed that the shot peening treatment for AISI 4340 steel with hardness of 43 HRc was effective, once that in some cases the cracks started below the surface and in others its initiation and/or propagation was delayed by the presence of CRSF.

Palavras-chave

Aço - Fadiga , Materiais - Fadiga , Tensões residuais

Idioma

Português

Citação

HARADA, Danielle Teixeira. Estudo do efeito do shot peening na vida em fadiga do aço ABNT 4340 solicitado em tração-tração. Orientador: Marcelo Augusto Santos Torres. 2019. 72 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2019.