Capitulo 11 - Servicios y Capacidades
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1. CAPITULO ONCE AGUJEROS Y SUPERFICIES INTERNAS Tensi n residual ksi Cuando la profundidad del agujero de una pieza es m s importante que el di metro de este agujero no puede estar correctamente shot peenizado por m todo externo Una boquilla de shot peening interna o un deflector de granalla interno debe ser utilizado y eso bajo condiciones de control muy estrictas FIGURA 11 1 Peque os orificios hasta 2 4 mm de di metro sobre discos de turbina aeron utica han sido Shot Peenizados en producci n utilizando el m todo del deflector de granalla interna Las aplicaciones potenciales del shot peening interno incluyen o orificios de fijaci n cilindros hidr ulicos o largueros de palas de helic pteros tubos de sondeo h lices de avi n Lansa de hol preereng o orificios de lubrificaci n paciame y rolama de arboles de transmisi n o anclajes de labe de FIGURA 11 1 Shot Peening con Lanza y por Deflector disco de turbina y de compresor M C ha desarrollado una t cnica para comprobar la intensidad en los peque os orificios La FIGURA 11 2 muestra los resultados de un estudio realizado sobre un disco de turbina aeron utica La comparaci n se hace entre i el perfil de las tensiones Shot Peening residuales sobre una POS amp superficie externa shot peenizada con un sistema convencional con boquillas y las tensiones generadas al interior de un peque o di metro shot peenizado2. utilizando el m todo del deflector Se utiliza el mismo 0 002 0 004 0 006 0 008 tama o de bola la misma Ahal Arri tasa de cobertura y la misma Profundidad pulgadas Abajo y mm Arriba intensidad Los perfiles de las FIGURA 11 2 Comparaci n entre Shot Peening por Deflector y Shot Peening tensiones residuales Exterior Directo obtenidos por ambos m todos son pr cticamente superponibles R f 11 1 do DOBLE SHOT PEENING El doble shot peening o Dura Peen se utiliza para mejorar si es necesario los resultados a fatiga con relaci n a la operaci n del simple tratamiento de shot peening Las mejorias en duraciones de vida a fatiga debidas al shot peening sobrepasan generalmente un 300 500 o m s Durante el tratamiento por doble shot peening los resultados del simple shot peening est n muy a menudo multiplicados por dos o por tres a veces m s 3S SVIAVINIiWiIdWOJ SIA VAI VAVI A SOIMDIAS AED El objetivo es mejorar la tensi n residual de compresi n de la capa m s cercana de la superficie porque sabemos que se inician en superficie las grietas de fatiga Comprimiendo m s la capa superficial la pieza se vuelve m s resistente a las grietas de fatiga o dh eN o O E a O Y S Y 2 gt B Y m Y E y gt 1050 OO 14000 0 000 0 001 0 002 0 003 0 004 0 005 0 00 0 007 Profundidad Pulgada
3. realizables sobre e engranajes cementados La FIGURA 11 7 muestra un perfil t pico de FIGURA 11 6 Textura de superficie rugosidad de con Proceso C A S E un engranaje De pico a valle 3 micras cementado despu s de shot peening y tambi n despu s el acabado isotropico del procedimiento CASE La distancia enea maHa de pico hasta valle del acabado shot peenizado es de 2 9um Despu s del acabado isotropico esta distancia se rebaja a o 6um La rugosidad Rsk que Li di s mide la disimetria de un perfil de rugosidad Ga teniendo en cuenta su valor mediano es entonces FIGURA 11 7 Textura de Superficie con Shot Peening negativo y puede acercar 1 1 dado que el y Despu s del Proceso C A S E procedimiento elimina todos los picos para guardar unicamente los valles del shot peening SHOT PEENING EN OBRA Las grandes estructuras que han sido fijadas sobre sus fundaciones o cuyo tama o sobrepasa los l mites de cargamento sobre cami n pueden ser shot peenizadas por equipos de operadores experimentados con equipamientos portatiles Estos equipos realizan el shot peening en el mundo entero conformandose a los mismos criterios de calidad que en las f bricas M C Control de Intensidad Almen cobertura y bolas certificadas son utilizados como descritos en el capitulo 12 Control del procedimiento Ejemplos de aplicaciones realizadas con xito con equipo movil o Elementos soldados dep sitos bajo presi n cuerpo de
4. MIC posee una gran colecci n de publicaciones t cnicas referentes a la fatiga y corrosi n de los metales y al shot peening Existe una lista de las separatas al final de este manual t cnico Le invitamos a ponerse en contacto con el servicio t cnico de MIC m s cercano o a visitar nuestro sitio Web www metalimprovement com si desea un complemento de informe referente al shot peening TRATAMIENTO TERMICO Metal Improvement Co posee una red de unidades de tratamiento t rmico para metales Esas fabricas est n catalogadas en el respaldo de la tapa A fin de ofrecerles el mejor servicio con arreglo a sus necesidades en tratamientos t rmicos como el shot peening MIC le propondra soluciones originales de subcontrataci n y de producci n REFERENCIAS 11 1 Happ Shot Peening Bolt Holes in Aircraft Engine Hardware 2nd International Conference on Shot Peening Chicago IL May 1984 11 2 Lanke Hornbach Breuer Optimization of Spring Performance Through Understanding and Application of Residual Stress Wisconsin Coil Spring Inc Lambda Research Inc Metal Improvement Co Inc 1999 Spring Manufacturers Institute Technical Symposium Chicago IL May 1999 11 3 Metallurgical Associates Inc Waukesha WI 1999 11 4 Muhr Influence of Compressive Stress on Springs Made of Steel Under Cyclic Loads Steel and Iron December 1968 11 5 Prevey Hombach and Mason Thermal Residual Stress Relaxation and Distortion in Surface Enhanced Gas Turbin
5. a de la pieza o Bola tama o material dureza e intensidad o Tratamiento simple doble o bajo tensi n MIC tiene m s de 50 a os de experiencia en la selecci n de los par metros de shot peening Recientemente MIC ha desarrollado en interno un programa llamado Peenstress utilizado para optimizar los resultados del shot peening Peenstress posee una amplia base de datos de materiales y condiciones de tratamientos t rmicos a disposici n del utilizador Una vez seleccionado el material apropiado y el t po de tratamiento t rmico el utilizador elige los par metros de shot peening que son o Di metro de la bola o Material y dureza de la bola o Intensidad Almen Como sobre la FIGURA 11 9 Peenstress traza graficamente la curva te rica basada sobre los datos introducidos Cambiando los par metros de shot peening el utilizador puede optimizar el tratamiento para conseguir los resultados deseados Peentress contiene una base importante de datos de analisis de tensi n resultando de difracci n de rayos X que serviran a comprobar las curvas te ricas Cuando se utiliza el Shot Peening sobre piezas de espesor reducido el programa es FIGURA 11 9 Perfil de tensi n Residual Modelizado particularmente util para establecer la profundidad de por Peenstress compresi n y as reducir al m nimo la deformaci n LASERSHOT PEENING El Lasershot peening o choque laser utiliza ondas de c
6. e Engine Components Proceedings of ASM TMS Materials Week September 1997 Indianapolis IN 11 6 Thakkar Tower Automotive fatigue study 1999 11 7 Ferrelli Eckersley Using Shot Peening to Multiply the Life of Compressor Components 1992 International Compressor Engineering Conference Purdue University 44
7. hoque para introducir una tensi n residual de compresi n La ventaja principal de este procedimiento es la introducci n de una capa de compresi n muy profunda con una plastificaci n m nima Profundidades de capa hasta 1 0 mm sobre aceros cementados y 2 54 mm sobre aleaciones de aluminio han sido obtenidas de manera corriente Los m todos conven cionales de shot peening son capaces de alcanzar hasta un 35 de esas profundidades Otro beneficio es que el alivio t rmico de la tensi n residual es menos importante que la que es generada por el shot peening mec nico sobre aleaciones como el titanio inconel etc R f 11 5 Metal Improvement Company a tomado parte activamente en un accuerdo de investigaci n y desarollo cooperativo peening CRADA con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore EEUU para desarollar este procedimiento El dicho procedimiento A Q3 N Y by pe O 2 a a e 2 Y S gt lt penin 10 Sotelo AA utiliza un laser vidrio Neodyme de alta Referencia gt A A mecanizada potencia y de fuerte cadencia de tiros Ese laser est utilizado con un manipulador 8 i 104 105 105 robotizado cinco ejes lo que permite tratar Duraci n de vida a fatiga ciclos FIGURA 11 10 Lasershot Peening Sobre Alu 6061 T6 una gran variedad de piezas Los beneficios de una capa de compresi n residual excepcionalmente profunda est n presentado
8. s Abajo y mm Arriba FIGURA 11 3 Simple y doble shot peening uperficie con Simple Shot Peening La FIGURA 11 3 muestra aproximativamente 200 MPa de compresi n suplementaria en la superficie cuando el doble shot peening est realizado sobre un acero de muelle al cromo silicio Ref 11 2 El doble shot peening consiste en un primer tratamiento seguido de un segundo tratamiento sobre la misma superficie utilizando una bola m s ph ad i EE EE peque ita y una intensidad reducida Este segundo shot peening martillea FIGURA 11 5 Textura de Superficie as las asperezas generadas por el primer tratamiento lo que mejora el con Doble Shot estado de superficie El martilleo de las asperezas en superficie acarrea una ESCENA ganancia de las tensiones de compresi n sobre la superficie Las FIGURAS 11 4 y 11 5 muestran los estados de superficie de un simple y de un doble shot peening ampliados por 30x cuyos perfiles de tensiones se presentan en la FIGURA 11 3 Ref 11 2 EL PROCEDIMIENTO C A S E Le procedimiento C A S E consiste en un tratamiento de shot peening seguido de un acabado isotropico El acabado isotropico suprime las asperezas dejadas por el tratamiento de shot peening por t cnicas de pulido por vibraci n y as mantiene la integridad de la tensi n residual de compresi n en superficie El procedimiento utiliza una soluci n qu mica especialmente concebida para reducir el tiempo de tratamiento lo que permite u
9. s en la FIGURA 11 10 La curva de fatiga muestra los resultados de prueba a fatiga de probetas en aluminio 6061 T6 Las pruebas comparativas han sido realizadas con probetas referencias probetas shot peenizadas de manera mec nica y probetas tratadas por choque laser R f 11 6 VALVULAS FABRICACION Metal Improvement Company fabrica v lvulas el sticas utilizadas en compresores bombas y motores de combusti n Las v lvulas el sticas son estampaciones de alta precisi n funcionando en ambientes hostiles que necesitan gran resistencia mec nica Se requieren tolerancias de fabricaci n muy estrictas para realizar una forma plana y ofrecer una resistencia a fatiga en flexi n y a las cargas de contactos importantes MIC emplea t cnicas de acabado Stress lite concebidas para producir un estado de superficie especifico y con bordes redondeados exigidos para garantizar la duraci n de vida de la pieza Para aplicaciones muy cargadas el Stress lite puede ser asociado con el Shot peening Los resultados siguientes comparan los resultados de v lvulas el sticas utilizando el Stress lite con o sin shot peening R f 11 7 o Estampada 47 000 ciclos o Stress Lite 62 000 o Stress Lite Shot peening 194 000 FIGURA 11 11 v lvulas el sticas representa una selecci n de la numerosas formas FIGURA 11 11 V lvulas El sticas complejas de v lvulas fabricadas por MIC 43 REPRODUCCION ARTICULOS TECNICOS
10. tilizarlo sobre producciones de grandes series C A S E fue concebido para superficies que exigen a la vez una excelente resistencia a fatiga y un excelente estado de superficie debido a una carga de contacto El C A S E se ha demostrado muy eficaz para mejorar la resistencia al pitting o al micro pitting de los engranajes Muchas concepciones de engranajes estan limitadas por fatiga al pitting que se considera como el factor cr tico El Shot peening se realiza sobre los flancos y pies de dientes mientras que el acabado isotropico se concentra sobre los flancos Las mejorias del estado de superficie permiten una mejor repartici n de las cargas en superficie lo que reduce las tensiones de contacto y aumenta la resistencia al pitting Los engranajes de transmisi n utilizados en la aerona tica el autom vil y los veh culos pesados son aplicaciones ideales para el procedimiento CASE Estaran utilizados para soportar durante a os momentos de flexi n al pie y cargas de contacto importantes sobre los flancos de dientes Este procedimiento ha dado excelentes resultados en todas estas industrias La FIGURA 11 6 muestra una finici n t pica del CASE ampliada por x 30 Ref 11 3 El estado de superficie shot peenizado ser a muy parecido a la FIGURA 11 4 El procedimiento est concebido para dejar algunos valles al acabado shot peenizado para la retenci n de lubrificante DA i Estados de superficie de 0 4 umRa o mejor son
11. triturador casco de embarcaci n dep sitos de almacenamiento qu mico puentes o Reparaci n de avi n y eliminaci n de la corrosi n panel de alas tren de aterrizaje otros componentes cargados din micamente o Componentes de centrale el ctrica tubos de intercambiador t rmico stator de turbina componentes rotativos labes de turbina o Shot peening direccional sobre tubos de transporte de particulas pl sticas polietileno polipropileno etc o Industrias diversas acer a papeleras minas SHOT PEENING BAJO TENSION El shot peening bajo tensi n permite desarrollar una tensi n residual de compresi n suplementaria que ofrece m s resistencia a las grietas de fatiga Mientras que el doble shot peening ofrece mejorias a la capa superficial el shot peening bajo tensi n desarrolla un nivel importante de tensi n de compresi n sobre toda la capa afectada Para ejecutar el shot peening bajo tensi n la pieza debe estar fisicamente cargada en la misma direcci n que tiene en servicio antes el shot peening Los muelles de tracci n deben estar estirados los muelles de compresi n deben estar comprimidos y las barras de torsi n deben estar cargadas en torsi n Eso ofrecer una tensi n residual de compresi n m xima y orientada que se opondr a la tensi n de tracci n de servicio creada durante el cargamento c clico La tensi n de compresi n suplementaria est producida por el precargamento de la pieza en s
12. u l mite el stico durante el tratamiento por shot peening Cuando las bolas de shot peening alcanzan la superficie la capa en superficie se alarga bajo la tensi n debida al precargamento Se obtiene la tensi n residual suplementaria cuando la superficie del metal intenta restaurar su alargamiento inicial La FIGURA 11 8 muestra la tensi n de compresi n suplementaria obtenida sobre un acero 50CrV4 por shot peening bajo tensi n Ref11 4 El gr fico demuestra que cuanto m s es elevado el cargamento m s T D X E 5 D D t c O D D E importante es la tensi n residual Cuando el shot peening se realiza bajo tensi n el coste i AA Con precarga de 1300 MPa de tratamiento aumenta a causa de la 0 000 0 005 0 010 0 015 0 020 0 025 0 030 manipulaci n suplementaria para precargar Profundidad Pulgadas Abajo y mm Arriba FIGURA 11 8 Tensi n Residual Inducida por shot peening Bajo Tensi n PEENSTRESS MODELISACION DE LA TENSION RESIDUAL Para definir los par metros de shot peening apropiados MIC toma en consideraci n diversos criterios Uno de los m s importantes es la predicci n del perfil de la tensi n residual despu s del shot peening Los factores siguientes influyen en el perfil de tensi n residual final fabricaci n del utillaje de fijaci n y de la las piezas antes shot peening o Material tratamiento t rmico y dureza o Geometr
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