O processo de jateamento com granalhas é um tratamento superficial, muito utilizado em peças, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. A deformação controlada do impacto das esferas introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material. Geralmente, este processo é executado na temperatura ambiente. Existem poucos estudos exploratórios de se executar este tratamento superficial em temperaturas acima da ambiente, para a promoção de um aumento na vida em fadiga causada por uma maior deformação plástica. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do jateamento com granalhas, executados em temperaturas fora da ambiente, no comportamento em fadiga de lâminas fabricadas de aço mola SAE 5160, utilizado pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão em três pontos em corpos de prova no formato do componente original. Estas amostras foram jateadas nas temperaturas de 25, 100, 150, 200, 250 e 300ºC. Os resultados deste trabalho permitiram a obtenção de algumas conclusões importantes quanto ao processo de jateamento que deverão influir diretamente no processo de fabricação destas lâminas e possivelmente de outros componentes mecânicos. Com o aumento da temperatura, ocorreu primeiramente um acréscimo no nível das tensões residuais na faixa de temperatura de 25 a 100ºC, passando a decrescer continuadamente até a temperatura de 300ºC e um aumento crescente da rugosidade superficial. O jateamento a 200ºC promoveu um melhor desempenho, pois executado nesta temperatura, proporcionou a melhor associação de tensão residual introduzida e encruamento, resultando em, um acréscimo de aproximadamente 10 vezes na vida em fadiga. / Shot peening is a surface treatment commonly used in parts with the aim of improving fatigue properties. The controlled plastic deformation caused by the impact of the shots introduces compressive residual stresses on the surface layer of the material. Normally, this process is performed at room temperature, however a few studies propose to perform this surface treatment above room temperature in order to increase the fatigue strength due to the associated higher plastic deformation. The aim of this work was to study the effects of shot peening process above room temperature on the fatigue properties of a SAE 5160 leaf spring steel used by the automotive industry. Three point bending fatigue tests were performed in test pieces with the same geometry of the original component. Test pieces were peened at 25, 100, 150, 200, 250 and 300ºC. Increasing temperature, it was observed an increase in surface roughness (i.e. plastic deformation). However, residual stress values increase up to 100ºC and decrease continuously above this temperature. Fatigue strength was the highest for parts peened at 200ºC possibly due to an optimized association of residual stress and hardening effects caused by the plastic deformation. These results may directly affect the fabrication process of spring leaves and other mechanical parts.

O processo de jateamento com granalhas é um tratamento superficial, muito utilizado em peças, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. A deformação controlada do impacto das esferas introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material. Geralmente, este processo é executado na temperatura ambiente. Existem poucos estudos exploratórios de se executar este tratamento superficial em temperaturas acima da ambiente, para a promoção de um aumento na vida em fadiga causada por uma maior deformação plástica. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do jateamento com granalhas, executados em temperaturas fora da ambiente, no comportamento em fadiga de lâminas fabricadas de aço mola SAE 5160, utilizado pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão em três pontos em corpos de prova no formato do componente original. Estas amostras foram jateadas nas temperaturas de 25, 100, 150, 200, 250 e 300ºC. Os resultados deste trabalho permitiram a obtenção de algumas conclusões importantes quanto ao processo de jateamento que deverão influir diretamente no processo de fabricação destas lâminas e possivelmente de outros componentes mecânicos. Com o aumento da temperatura, ocorreu primeiramente um acréscimo no nível das tensões residuais na faixa de temperatura de 25 a 100ºC, passando a decrescer continuadamente até a temperatura de 300ºC e um aumento crescente da rugosidade superficial. O jateamento a 200ºC promoveu um melhor desempenho, pois executado nesta temperatura, proporcionou a melhor associação de tensão residual introduzida e encruamento, resultando em, um acréscimo de aproximadamente 10 vezes na vida em fadiga. / Shot peening is a surface treatment commonly used in parts with the aim of improving fatigue properties. The controlled plastic deformation caused by the impact of the shots introduces compressive residual stresses on the surface layer of the material. Normally, this process is performed at room temperature, however a few studies propose to perform this surface treatment above room temperature in order to increase the fatigue strength due to the associated higher plastic deformation. The aim of this work was to study the effects of shot peening process above room temperature on the fatigue properties of a SAE 5160 leaf spring steel used by the automotive industry. Three point bending fatigue tests were performed in test pieces with the same geometry of the original component. Test pieces were peened at 25, 100, 150, 200, 250 and 300ºC. Increasing temperature, it was observed an increase in surface roughness (i.e. plastic deformation). However, residual stress values increase up to 100ºC and decrease continuously above this temperature. Fatigue strength was the highest for parts peened at 200ºC possibly due to an optimized association of residual stress and hardening effects caused by the plastic deformation. These results may directly affect the fabrication process of spring leaves and other mechanical parts.

Orientador: Prof. Dr. Sydney Ferreira Santos / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2018. / Molas automotivas são componentes de segurança veicular que demandam um controle rigoroso de suas características. Por este motivo, necessitam ser confeccionadas a partir de aços de alta qualidade, tanto em termos microestruturais quanto de propriedades mecânicas. A fabricação de tais molas envolve diversas etapas de processamento, destacando-se as de tratamentos térmicos e termomecânicos, que são críticas na determinação do desempenho da mola. No presente trabalho, foi investigada a influência dos parâmetros de tratamentos térmicos e termomecânicos na microestrutura e microdureza do aço mola SAE 9254. Como primeira etapa deste trabalho, foi avaliada a influência dos parâmetros de tratamentos térmicos na microestrutura do aço SAE 9254. Este estudo foi realizado com amostras tratadas em forno convencional e também simulando os ciclos térmicos destes tratamentos num dilatômetro de têmpera, que permitiu determinar a sequência de transformações de fases durante a têmpera, para taxas de resfriamento selecionadas. Analisou-se também a influência dos tempos e temperaturas de austenitização empregados nas temperaturas de transformações de fase. Observou-se que a evolução do tamanho médio dos grãos austeníticos prévios apresentou comportamento cinético esperado em função das variáveis adotadas. Foi também possível determinar as mudanças nas temperaturas de transformações de fase (Ar1, Ar3, Ac1, Ac3 e Ms) em função das taxas de resfriamento investigadas. Com base nas informações de dilatometria, foi determinado o diagrama de transformação em resfriamento contínuo (TRC) do aço SAE 9254. Na segunda etapa desta tese, amostras do mesmo aço foram tratadas termomecanicamente em um simulador físico Gleeble. No tratamento termomecânico, diversos fenômenos metalúrgicos ocorrem concomitantemente, tais como transformações de fases, encruamento, e fenômenos de amaciamento. Por simulação física, é possível identificar diversas informações relativas a estes fenômenos em função dos parâmetros de processamento empregados. Demonstrou-se a forte influência da taxa de deformação em diversos parâmetros das curvas de escoamento plástico, o que foi explicado com base na evolução microestrutural do aço, bem como aspectos relevantes de metalurgia física da liga. / Automotive springs are safety components of the vehicles requiring a rigorous control of all their main features. Therefore, they must be produced from high-quality steels with controlled microstructural features and mechanical properties. The production of such components encompass a number of processing steps, with special attention for heat treatments and thermomechanical treatments which are critical steps to determine the spring performance. In this thesis, the influence of heat and thermomechanical treatment parameters on the microstructure and microhardness of the SAE 9254 steel were investigated. In a first step of this Thesis work, the influence of heat treatment parameters on the steel microstructure was investigated using conventional furnace and quenching dilatometer. This later approach allowed accessing the phase transformations under gone by this steel during quenching for several cooling rates. The influence of asutenitizing times and temperatures on these phase transformations was also accessed. The grain growth of the (previous) austenite phase showed the expected kinetic behavior. Changes in phase transformation temperatures (Ar1, Ar3, Ac1, Ac3, and Ms) were also determined as function of the investigated quenching rates. Based on the information obtained by dilatometry, the continuous cooling transformation (CCT) diagram of the SAE 9254 steel was determined. In the second step, the SAE steel was thermomechanically treated in a Gleeble simulator. During thermomechanical treatments, several metallurgical phenomena take place simultaneously, such as phase transformations, work hardening, and softening. Performing the thermomechanical treatments in a Gleeble machine, some important information can be accessed allowing understanding the metallurgical phenomena taking place as function of the processing parameters investigated. The strong influence of the deformation rate in some relevant aspects of the plastic flow curves could be demonstrated which could be explained based on the microstructural characterization of the steels and fundamental aspects of physical metallurgy.