O processo de conformação por jateamento com granalhas (peen forming) trata da conformação de chapas ou painéis através da ação de um jato de esferas de aço que, atingindo uma de suas superfícies, torna-a convexa na face de recepção do jato e gera tensões residuais superficiais de compressão. Tornar o processo de jateamento com granalhas reprodutível e controlável é um grande objetivo a ser alcançado para que o mesmo possa ser aplicado de forma segura na indústria aeronáutica. Buscando-se estudar a viabilidade e o desenvolvimento de conhecimento da técnica de jateamento de esferas, definiu-se uma metodologia para o projeto de experimentos focalizados nos dois tópicos principais: variáveis de processo e características do material jateado. As variáveis de processo observadas foram diâmetro de granalha, velocidade de impacto, porcentagem de cobertura e pré-tensão. No material jateado, variaram-se a liga de alumínio (7050-T7451 e 7475-T7351) e espessura. As chapas de alumínio foram caracterizadas em: raio de curvatura, microestrutura, dureza, profundidade e morfologia da camada deformada e perfis de tensões residuais. Avaliou-se o efeito do processo nas características do material. Analisando-se os dados, foi possível obter equações semi-empíricas de relação entre processo e raio de curvatura através de um novo parâmetro chamado densidade de energia cinética, que engloba os parâmetros diâmetro de granalha, velocidade de impacto e espessura da chapa. Encontrou-se ainda forte relação entre energia cinética e espessura da camada deformada e profundidade da máxima tensão residual. Os dados experimentais foram utilizados para o treinamento de uma rede neural artificial, que gerou boa previsibilidade do raio de curvatura. / The peen forming process is the forming of metal sheet or panels through the action of a jet of hard spheres, hitting one of the surfaces, making it convex and causing residual compressive stresses on surface. Making the peen forming process reproducible and controllable is a major goal to its safe application in the aircraft industry. Aiming the study of the feasibility of peen forming and the development of its technical knowledge, a methodology for the design of experiments was created focusing on two main topics: process variables and the properties of the formed material. The process variables observed were shot diameter, impact velocity, percentage of coverage and pre-tension. With respect to the formed material, two aluminum alloys (7050-T7451 and 7475-T7351) and four different thicknesses were used. The aluminum plates were characterized by: radius of curvature, microstructure, hardness, depth and morphology of the deformed layer and profiles of residual stresses. The effect of the process on material was evaluated. Analyzing the data, semi-empirical equations were obtained for the relationship between process and radius of curvature through a new parameter called the density of kinetic energy, which includes the parameters shot diameter, impact velocity and plate thickness. It was also found a strong relationship between kinetic energy and thickness of the deformed layer and depth of maximum residual stress. Experimental data were used to train an artificial neural network, which generated a good predictability of the radius of curvature.

O processo de conformação por jateamento com granalhas (peen forming) trata da conformação de chapas ou painéis através da ação de um jato de esferas de aço que, atingindo uma de suas superfícies, torna-a convexa na face de recepção do jato e gera tensões residuais superficiais de compressão. Tornar o processo de jateamento com granalhas reprodutível e controlável é um grande objetivo a ser alcançado para que o mesmo possa ser aplicado de forma segura na indústria aeronáutica. Buscando-se estudar a viabilidade e o desenvolvimento de conhecimento da técnica de jateamento de esferas, definiu-se uma metodologia para o projeto de experimentos focalizados nos dois tópicos principais: variáveis de processo e características do material jateado. As variáveis de processo observadas foram diâmetro de granalha, velocidade de impacto, porcentagem de cobertura e pré-tensão. No material jateado, variaram-se a liga de alumínio (7050-T7451 e 7475-T7351) e espessura. As chapas de alumínio foram caracterizadas em: raio de curvatura, microestrutura, dureza, profundidade e morfologia da camada deformada e perfis de tensões residuais. Avaliou-se o efeito do processo nas características do material. Analisando-se os dados, foi possível obter equações semi-empíricas de relação entre processo e raio de curvatura através de um novo parâmetro chamado densidade de energia cinética, que engloba os parâmetros diâmetro de granalha, velocidade de impacto e espessura da chapa. Encontrou-se ainda forte relação entre energia cinética e espessura da camada deformada e profundidade da máxima tensão residual. Os dados experimentais foram utilizados para o treinamento de uma rede neural artificial, que gerou boa previsibilidade do raio de curvatura. / The peen forming process is the forming of metal sheet or panels through the action of a jet of hard spheres, hitting one of the surfaces, making it convex and causing residual compressive stresses on surface. Making the peen forming process reproducible and controllable is a major goal to its safe application in the aircraft industry. Aiming the study of the feasibility of peen forming and the development of its technical knowledge, a methodology for the design of experiments was created focusing on two main topics: process variables and the properties of the formed material. The process variables observed were shot diameter, impact velocity, percentage of coverage and pre-tension. With respect to the formed material, two aluminum alloys (7050-T7451 and 7475-T7351) and four different thicknesses were used. The aluminum plates were characterized by: radius of curvature, microstructure, hardness, depth and morphology of the deformed layer and profiles of residual stresses. The effect of the process on material was evaluated. Analyzing the data, semi-empirical equations were obtained for the relationship between process and radius of curvature through a new parameter called the density of kinetic energy, which includes the parameters shot diameter, impact velocity and plate thickness. It was also found a strong relationship between kinetic energy and thickness of the deformed layer and depth of maximum residual stress. Experimental data were used to train an artificial neural network, which generated a good predictability of the radius of curvature.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis Otavio Ribas Lima.pdf: 8124964 bytes, checksum: d16bc8c64f9e15d57f770b1b271d6b3b (MD5) Previous issue date: 2014-06-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aluminum alloys have been the primary material of choice for the aircraft due to their properties such as low density, high mechanical and corrosion resistance. Commercial aircraft apply aluminum alloys for the fuselage, wings and supporting structure due to the extensive knowledge in design and production of aluminum components, and most importantly, aluminum alloys continue to be developed, keeping it highly competitive. A great development happen with the heat-treatable alloys, which allow improvement of the mechanical properties. Among this alloys stand out the Al-Zn-Mg-Cu series, known for high strength, toughness and corrosion resistance. The improvement of those alloys occurs by the precipitation of nanometric particles MgZn2, called η phase. This study’s aim was to promote an interrupted heat treatment T6I4-65 in an AA7050 aluminum alloy, with fatigue crack growth resistance as priority. Interrupted heat treatments’ goal is optimizing the consumption of solute atoms during process of nucleation and growth of precipitates as a finely dispersion. The T6I4-65 condition obtained was analyzed by differential scanning calorimetry, DSC, optical and electronic microscopy, mechanical tests as hardness, tensile and fatigue crack growth. The T6I4-65 treatment results in a microstructure with a fine dispersion of precipitated phase η’, about 75% smaller than those resulting from in current use, T7451. This microstructure resulted in a reduction of up to 24% in fatigue crack growth rate compared to that resulting from T7451 treatment, keeping the ductility of 17% of area reduction and yield strength higher than 400MPa. / Ligas de alumínio são o principal material de uso na indústria aeronáutica devido a suas propriedades como baixa densidade, alta resistência mecânica e a corrosão. Aeronaves comerciais utilizam ligas de alumínio em sua fuselagem, asas e na estrutura de suporte devido ao extenso conhecimento no projeto e produção de componentes em alumínio, e mais importante, as ligas de alumínio continuam a serem desenvolvidas, mantendo-se altamente competitivas. Ocorreu um grande avanço com o desenvolvimento das ligas tratáveis termicamente, que permitiram a otimização das propriedades mecânicas. Entre estas ligas tratáveis, destaca se a família Al-Zn-Mg-Cu, conhecidas pela alta resistência mecânica, tenacidade e resistência a corrosão. O aperfeiçoamento destas ligas ocorre pela precipitação de partículas nanométricas de MgZn2, conhecida como fase η. O objetivo deste trabalho foi obter um tratamento térmico interrompido T6I4-65 em uma liga de alumínio AA7050 com prioridade ao aumento de resistência à propagação de trinca por fadiga. Tratamentos interrompidos tem por objetivo otimizar o consumo de átomos de soluto durante os processos de nucleação e crescimento dos precipitados endurecedores na liga na forma de dispersão finamente dispersa. A condição T6I4-65 obtida foi analisada por meio de calorimetria diferencial de varredura, DSC, microscopia ótica e eletrônica de varredura e transmissão, ensaios mecânicos dureza, tração e propagação de trinca por fadiga. Este tratamento resultou em uma microestrutura com uma dispersão de finos precipitados de fase η’, cerca de 75% menores que os resultantes de tratamentos de uso corrente, T7451. Esta microestrutura promoveu a redução de até 24% na taxa de propagação de trinca por fadiga em comparação à resultante do tratamento T7451, mantendo grande ductilidade, até 17% de redução de área e limite de escoamento superior a 400MPa.