Cutting tool inserts are often coated with thin layers either through chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) processes. In order to have a better wear resistance cutting tools are mostly subjected to post-coating treatment processes. Shot peening is one of the processes that is used to improve the fatigue life of metallic components. In this study, the finite element (FE) method is employed to model the elastic-plastic deformation and development of residual stress distributions in a cutting tool after the impact of a shot medium. To carry out the work, CVD coated cemented carbide has been chosen to be the workpiece (insert), and the coatings of the chosen insert are Titanium Carbo Nitride (TiCN)  and Aluminum Oxide (Al2O3). Aim of the study is to model a single impact in the shot peening process on a surface of a coated cemented carbide insert while simulating the plastic deformation of the materials. In addition, the objective of the study is also to understand and explain the mechanics of shot peening process and find applicable mechanical properties of the materials for FE modeling. Conjugately, the influence of shot peening process parameters (e.g. velocity, diameter or shape of the peening media) on residual stress distribution has been investigated and the results obtained were compared to the one observed from experiment. The modeling in the study is carried out both with and without initial residual stresses in the materials. The initial residual stresses are estimated by applying a thermal load to the model. The results show that the compressive residual stresses achieved while shot peening by an edge-shaped medium are significantly higher at the surface (i.e. in a coated layer) than compared to a globular medium. In contrast, it is observed that the compressive residual stresses in the cemented carbide are significantly higher and deeper when shot peened with globular medium than the edge-shaped medium. Furthermore, the results of parameteric study demonstrate that the smaller medium induces higher residual stresses at the surface (i.e. in a coated layer) than in the cemented carbide. In contrast, it is observed that the bigger medium induces less residual stresses at the surface (i.e. in a coated layer) and higher residual stresses deeper in the cemented carbide. Whereas, it is observed that the higher residual stresses at the surface (i.e. in a coated layer) and in the cemeneted carbide can be achieved simultaneously by shot peens having a  higher velocity. Residual stress profiles modelled in this report correlate with data from previous studies.   This study has been carried out at Sandvik Coromant, Edge and Surfaces department in Stockholm, Sweden.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Valeria Alves de Castro (valeriadecastro@msn.com) on 2018-04-09T11:26:33Z No. of bitstreams: 1 Influência do Shot-Peening e da Anodização Crômica na Resistência à Fadiga da Liga de Alumínio 7475-T7351.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-09T14:23:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castro_va_me_guara.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T14:23:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castro_va_me_guara.pdf: 11672615 bytes, checksum: 8cfc04a62a6befdf67585a8be24eb5d5 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / A influência do Shot-Peening e da anodização na resistência à fadiga vem sendo estudada ao longo dos anos, pois são processos amplamente utilizados nas indústrias, em especial na aeronáutica. A análise desse comportamento é extremamente necessária, pois as peças de aeronaves sofrem esforços cíclicos e são expostas ao ambiente corrosivo, que além de reduzir o ciclo de vida, são também prejudiciais à segurança de voo. Em função disso os materiais devem ter boa resistência à fadiga e à corrosão. Para melhorar essas propriedades são aplicados os processos de Shot-Peening e anodização, contudo é essencial que os parâmetros e materiais sejam estudados e ensaiados a fim de se obter um resultado efetivo. Em vista disso, esta pesquisa tem por objetivo avaliar a influência do Shot-Peening e da anodização crômica na resistência à fadiga do alumínio 7475-T7351. O ensaio de fadiga foi realizado com carga axial, frequência de 20 Hz e razão de carga 0,1. A intensidade Almen foi de 0.006 A - 0.010 A e as esferas do jateamento foram de aço. Os resultados dos ensaios das amostras com Shot-Peening seguido de anodização crômica apresentaram redução na resistência à fadiga. Essa redução foi atribuída às tensões residuais de tração e as características da camada de óxido geradas pela anodização e aos parâmetros do Shot-Peening que não induziu tensão residual de compressão o suficiente para retardar a propagação das trincas. O aumento da rugosidade, que é inerente ao processo de Shot-Peening, trabalhou como concentrador de tensão na superfície, intensificando a nucleação e propagação das trincas. No entanto, para as baixas tensões o Shot-Peening minimizou o efeito negativo causado pela anodização crômica. Com isso é possível afirmar que é primordial testar os materiais com diferentes parâmetros de Shot-Peening e avaliar seus efeitos para coletar uma base consolidada e evitar acidentes decorrentes de falha prematura de fadiga. / The influence of Shot-Peening and anodization on the fatigue strength has been studied over the years because these processes are broadly used in industries, especially in aeronautics. The analysis of this behavior is extremely necessary due the cyclic loading of the parts and exposure to corrosive environment, which in addition to reducing the life cycle of an aircraft are also detrimental to flight safety. Due to this, the materials must have good fatigue strength and corrosion resistance. To improve these properties, the Shot-Peening and anodization processes are applied, however it is essential that the parameters and materials be studied and tested in order to obtain an effective result. Therefore, this research has the objective of evaluating the influence of Shot-Peening and chromic anodization on the fatigue strength of 7475-T7351 aluminum alloy. The fatigue test was performed with axial load, frequency of 20 Hz and load ratio 0.1. The Almen intensity was 0.006 A - 0.010 A and the material of spheres was steel. The results of the Shot-Peening specimens followed by chromic anodization treatment show a reduction of the fatigue strength. This reduction is due to residual tensile stress and the characteristics of the oxide layer generated by the anodization treatment and to the Shot-Peening parameters that did not induce residual compression stress enough to delay the crack propagation. The increased roughness, which is inherent in the process, has worked as a stress concentrator on the surface, enhancing the nucleation and propagation of cracks. However, for the low tensions the Shot-Peening minimizes the negative effect caused by the chromic anodization treatment. Therefore, it is possible to affirm that it is essential to test the materials with different parameters of Shot-Peening and evaluate its effects to collect a consolidated base and avoid accidents due to premature fatigue failure.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Atualmente, quando se tem a necessidade de nitretar peças produzidas pela metalurgia do pó, usa-se a nitretação a plasma. Apesar de ser um processo de alto custo, com diversas dificuldades operacionais e de ajuste de processo, a nitretação a plasma é o único processo viável para nitretar esses materiais por ter uma ação apenas superficial, não apresentando ação nitretante no interior dos poros. Nos processos de nitretação a gás e banho de sais, o meio nitretante penetra na porosidade (interconectada) dos materiais sinterizados, havendo assim a formação de camada branca em uma grande profundidade da peça (ou mesmo na peça toda), gerando problemas de deformação e fragilização do componente. Este trabalho teve por objetivo a aplicação do processo shot peening em peças sinterizadas com a finalidade de fechar a porosidade superficial das peças e estudar seu comportamento sob o processo de nitretação a gás. O estudo verifica que o material sinterizado submetido à nitretação gasosa permitiu a entrada do meio nitretante pelos poros abertos e interconectados promovendo a formação de camada branca no interior dos poros de praticamente todo o volume da peça. Essa camada branca no interior do material fragiliza o componente e inviabiliza sua utilização como componente em praticamente qualquer aplicação industrial. As peças sinterizadas jateadas com granalhas de aço antes da nitretação também permitiram o acesso do meio nitretante no interior do componente, porém, sem potencial suficiente para a formação de camada branca. As amostras jateadas apresentaram apenas agulhas de nitretos formados durante a nitretação. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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