This thesis was performed at Scania CV AB and aimed to optimize the effect of shot peening in order to increase the bending fatigue limit of planetary gears. In this project three parameters affecting the performance of the shot peening were examined in more detail, specifically the hardness of the shot peening media, the hardness of the material and the amount retained austenite. Shot peening and measurements were performed on carburized gears consisting of ss 92506 steel. In order to find out how the fatigue limit is affected by the material hardness, a number of gears were tempered whereas other remained untempered. Similarly the retained austenite content was altered in some of the gears with a cryotreatment. The shot peening of these gears was performed by dual shot peening using media of two different hardness. The fatigue limit was evaluated by a servo hydraulic material testing machine. The results show that the fatigue limit is enhanced when the shot peening was performed with hard media. This was expected since the harder media can cause larger plastic deformation in the material giving rise to larger compressive residual stresses which is known to increase the fatigue limit. The fatigue limit was also improved for samples with lower surface hardness. The amount of retained austenite does not seem to affect the fatigue limit for samples shot peened with media of sufficient hardness in order to cause adequate plastic deformation. The surface roughness remained unchanged for samples shot peened by different media, which indicates that this parameter should not hinder a change of media.

Thesis (M.S.)--Ohio State University, 1986. / Includes bibliographical references (leaves 120-123). Available online via OhioLINK's ETD Center

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-03-27Bitstream added on 2014-06-13T20:08:17Z : No. of bitstreams: 1 tonoli_cs_me_guara.pdf: 6263213 bytes, checksum: b9be92a4785ed36cad560de2367c06a8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O tubo superior do garfo suspensão é um dos componentes de grande importância no conjunto de peças que compõe uma bicicleta, pois durante a operação é submetido a carregamentos cíclicos e caso falhe pode causar acidentes ao ciclista. Este componente é confeccionado por processo de usinagem a partir de um perfil tubular extrudado em liga de alumínio Al 6013-T6. Neste trabalho foi realizado um estudo sobre o comportamento em fadiga desta liga de alumínio submetida a diferentes condições de shot peening, objetivando aumentar a resistência à fadiga do material e conseqüentemente aumentar a vida útil/segurança do componente. Para ensaiar os corpos-de-prova em perfil tubular com geometria embasada nas dimensões do tubo superior, desenvolveu-se uma metodologia especifica de ensaio. Os ensaios mostraram que o processo de fabricação de rosca por conformação mecânica aumentou consideravelmente a resistência à fadiga dessa liga em relação ao processo de fabricação por usinagem convencional. Os efeitos de concentradores de tensão como filetes de rosca usinada e defeitos superficiais são extremamente prejudiciais para a vida em fadiga da liga Al 6013-T6. Os tratamentos de shot peening realizados pela empresa Zirtec induziram um perfil significativo de tensões residuais compressivas, porém, reduziram a vida em fadiga da liga Al 6013-T6 em perfil tubular. Esse efeito foi potencializado com intensidades Almen elevadas. O aumento na vida em fadiga ocorreu apenas nos corpos-de-prova que foram lixados na superfície interna. O shot peening com esfera de vidro e intensidade Almen intermediária apresentou a maior vida em fadiga. Os resultados deste trabalho estão sendo usados para providenciar melhorias na matéria prima e como base para novos ensaios com o tubo superior. / The fork supension's steerer tube is one of component of great importance in a set that makes a bicycle, since during operation is subjected to cyclic loading and if fails may cause accident to the rider. This component is manufactured by machining processes from the extrusion tubular profile in aluminum alloy 6013-T6. This work carried out a study on the fatigue behavior of aluminum alloy subjected to different shot peening conditions, proposing to increase the fatigue strength and consequently to increase a useful life/safety of the component. To test tubular profile specimen with geometry based in steerer tube dimensions, has developed a specific methodology for testing. The tests showed that thread forming by manufacturing process, increase the fatigue strength of this aluminum alloy comparing the manufacturing process through conventional machining. The effects of concentration stress like machined thread and surface defects are extremely detrimental to fatigue life alloy AL 6013-T6. Shot peenig treatment carried out in Zirtec company induced a significant compressive residual stress profile, but decrease the fatigue life alloy Al 6013-T6 in tubular profile. This effect was strengthened with high Almen intensities. The fatigue life incresase ocurred only specimen that were polished on the inner surface. Shot peening using glass shot and intermediate Almen intensity had the greatest fatigue life. The results os this work are being used to provide improvements in primary material and as a basis for new test on the stereer tube.

O objetivo deste trabalho foi estudar diferentes rotas de fabricação de um componente automotivo e avaliar quais destas rotas permitiriam o atendimento dos requisitos técnicos com possibilidade de redução dos custos de fabricação. Os fabricantes de autopeças estão inseridos em um mercado de alto risco e elevada competitividade, assim, estes fabricantes, arcam com diversos custos para atendimento de requisitos, em alguns casos exigentes em demasia e desnecessários, por parte do cliente. O foco de componentes automotivos deve se basear em requisitos de natureza mecânica, como resistência a tração, resistência ao impacto, resistência a fadiga, etc. O desempenho mecânico de um componente depende do seu processo de fabricação e da matéria-prima utilizada, sendo estes os dois fatores de maior importância e representatividade no custo de fabricação de um componente. O processo de fabricação de um componente mecânico específico foi simulado fisicamente com duas matérias primas alternativas disponíveis no fabricante e com dois tratamentos térmicos distintos, além da utilização de shot peening no final do processo, gerando 8 diferentes rotas de fabricação Foram avaliados os aços SAE 1045H e DIN 38MnVS6 como opções de matéria-prima alternativa, além dos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e resfriamento em esteira. Foram realizadas análises de composição química e microestrutural para cada aço e tratamento térmico, além de avaliação de dureza, resistência a tração, resistência ao impacto, análise de tensões residuais e desempenho em fadiga. Os requisitos de dureza e resistência mecânica foram satisfatórios para todas as condições, exceto para o SAE 1045H com resfriamento em esteira. O desempenho em fadiga dos materiais sem shot peening não foram satisfatórios, apenas para o DIN 38MnVS6 com resfriamento em esteira apresentou desempenho próximo ao esperado, sendo todas rotas de fabricação sem shot peening reprovadas. Para os materiais com shot peening, apenas o SAE 1045H apresentou resultado insatisfatório, os demais materiais atenderam a especificação de fadiga. Pôde ser observada a influência das tensões residuais superficiais compressivas no desempenho em fadiga do componente, além disto, foi verificado a possibilidade de produzir o componente em três diferentes rotas de produção, podendo gerar uma redução de custo de até 12%. / The aim of this work was to study different manufacturing routes of an automotive component and, meantime, evaluate which of these routes would allow the fulfillment of technical requirements with the possibility of reducing manufacturing costs. Auto parts manufacturers are placed in a high-risk and highly competitive market, in addition to shouldering costs to meet requirements in some demanding and, sometimes, unnecessary cases by the customer. The focus of automotive components should be based on requirements of a mechanical nature, such as tensile strength, impact resistance, fatigue resistance, etc . The mechanical performance of a component depends on the manufacturing process and raw material used, these being the two most important factors in the representation and manufacturing cost of a component. The manufacturing process of a particular mechanical component was physically simulated with two alternative materials, both available from the manufacturer with two different heat treatments, in addition to the use of shot peening by the end of the process, generating eight different manufacturing routes. Were evaluated the SAE 1045H steel and DIN 38MnVS6 as an alternative raw material, in addition to heat treatment of quenching and tempering, the current process, and forced air cooling Chemical and microstructural analysis of each steel composition and heat treatment were performed, in addition to evaluation of hardness, tensile strength, impact resistance, analysis of residual stresses and fatigue performance. The requirements of mechanical properties were satisfactory for all conditions except for the SAE 1045H air-cooled. The fatigue performance of materials without shot peening were not satisfactory, only for DIN 38MnVS6 air cooled the performance was close to the specification, so all manufacturing routes without shot peening were disapproved. For materials with shot peening, only the SAE 1045H presented non-satisfactory result, other materials attended fatigue specification. It was observed the influence of surface compressive residual stresses in the component fatigue performance, furthermore, it was verified the possibility of producing the component three different routes, allowing a cost reduction up to 12%.

O objetivo deste trabalho foi estudar diferentes rotas de fabricação de um componente automotivo e avaliar quais destas rotas permitiriam o atendimento dos requisitos técnicos com possibilidade de redução dos custos de fabricação. Os fabricantes de autopeças estão inseridos em um mercado de alto risco e elevada competitividade, assim, estes fabricantes, arcam com diversos custos para atendimento de requisitos, em alguns casos exigentes em demasia e desnecessários, por parte do cliente. O foco de componentes automotivos deve se basear em requisitos de natureza mecânica, como resistência a tração, resistência ao impacto, resistência a fadiga, etc. O desempenho mecânico de um componente depende do seu processo de fabricação e da matéria-prima utilizada, sendo estes os dois fatores de maior importância e representatividade no custo de fabricação de um componente. O processo de fabricação de um componente mecânico específico foi simulado fisicamente com duas matérias primas alternativas disponíveis no fabricante e com dois tratamentos térmicos distintos, além da utilização de shot peening no final do processo, gerando 8 diferentes rotas de fabricação Foram avaliados os aços SAE 1045H e DIN 38MnVS6 como opções de matéria-prima alternativa, além dos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e resfriamento em esteira. Foram realizadas análises de composição química e microestrutural para cada aço e tratamento térmico, além de avaliação de dureza, resistência a tração, resistência ao impacto, análise de tensões residuais e desempenho em fadiga. Os requisitos de dureza e resistência mecânica foram satisfatórios para todas as condições, exceto para o SAE 1045H com resfriamento em esteira. O desempenho em fadiga dos materiais sem shot peening não foram satisfatórios, apenas para o DIN 38MnVS6 com resfriamento em esteira apresentou desempenho próximo ao esperado, sendo todas rotas de fabricação sem shot peening reprovadas. Para os materiais com shot peening, apenas o SAE 1045H apresentou resultado insatisfatório, os demais materiais atenderam a especificação de fadiga. Pôde ser observada a influência das tensões residuais superficiais compressivas no desempenho em fadiga do componente, além disto, foi verificado a possibilidade de produzir o componente em três diferentes rotas de produção, podendo gerar uma redução de custo de até 12%. / The aim of this work was to study different manufacturing routes of an automotive component and, meantime, evaluate which of these routes would allow the fulfillment of technical requirements with the possibility of reducing manufacturing costs. Auto parts manufacturers are placed in a high-risk and highly competitive market, in addition to shouldering costs to meet requirements in some demanding and, sometimes, unnecessary cases by the customer. The focus of automotive components should be based on requirements of a mechanical nature, such as tensile strength, impact resistance, fatigue resistance, etc . The mechanical performance of a component depends on the manufacturing process and raw material used, these being the two most important factors in the representation and manufacturing cost of a component. The manufacturing process of a particular mechanical component was physically simulated with two alternative materials, both available from the manufacturer with two different heat treatments, in addition to the use of shot peening by the end of the process, generating eight different manufacturing routes. Were evaluated the SAE 1045H steel and DIN 38MnVS6 as an alternative raw material, in addition to heat treatment of quenching and tempering, the current process, and forced air cooling Chemical and microstructural analysis of each steel composition and heat treatment were performed, in addition to evaluation of hardness, tensile strength, impact resistance, analysis of residual stresses and fatigue performance. The requirements of mechanical properties were satisfactory for all conditions except for the SAE 1045H air-cooled. The fatigue performance of materials without shot peening were not satisfactory, only for DIN 38MnVS6 air cooled the performance was close to the specification, so all manufacturing routes without shot peening were disapproved. For materials with shot peening, only the SAE 1045H presented non-satisfactory result, other materials attended fatigue specification. It was observed the influence of surface compressive residual stresses in the component fatigue performance, furthermore, it was verified the possibility of producing the component three different routes, allowing a cost reduction up to 12%.

O objetivo deste trabalho foi estudar diferentes rotas de fabricação de um componente automotivo e avaliar quais destas rotas permitiriam o atendimento dos requisitos técnicos com possibilidade de redução dos custos de fabricação. Os fabricantes de autopeças estão inseridos em um mercado de alto risco e elevada competitividade, assim, estes fabricantes, arcam com diversos custos para atendimento de requisitos, em alguns casos exigentes em demasia e desnecessários, por parte do cliente. O foco de componentes automotivos deve se basear em requisitos de natureza mecânica, como resistência a tração, resistência ao impacto, resistência a fadiga, etc. O desempenho mecânico de um componente depende do seu processo de fabricação e da matéria-prima utilizada, sendo estes os dois fatores de maior importância e representatividade no custo de fabricação de um componente. O processo de fabricação de um componente mecânico específico foi simulado fisicamente com duas matérias primas alternativas disponíveis no fabricante e com dois tratamentos térmicos distintos, além da utilização de shot peening no final do processo, gerando 8 diferentes rotas de fabricação Foram avaliados os aços SAE 1045H e DIN 38MnVS6 como opções de matéria-prima alternativa, além dos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e resfriamento em esteira. Foram realizadas análises de composição química e microestrutural para cada aço e tratamento térmico, além de avaliação de dureza, resistência a tração, resistência ao impacto, análise de tensões residuais e desempenho em fadiga. Os requisitos de dureza e resistência mecânica foram satisfatórios para todas as condições, exceto para o SAE 1045H com resfriamento em esteira. O desempenho em fadiga dos materiais sem shot peening não foram satisfatórios, apenas para o DIN 38MnVS6 com resfriamento em esteira apresentou desempenho próximo ao esperado, sendo todas rotas de fabricação sem shot peening reprovadas. Para os materiais com shot peening, apenas o SAE 1045H apresentou resultado insatisfatório, os demais materiais atenderam a especificação de fadiga. Pôde ser observada a influência das tensões residuais superficiais compressivas no desempenho em fadiga do componente, além disto, foi verificado a possibilidade de produzir o componente em três diferentes rotas de produção, podendo gerar uma redução de custo de até 12%. / The aim of this work was to study different manufacturing routes of an automotive component and, meantime, evaluate which of these routes would allow the fulfillment of technical requirements with the possibility of reducing manufacturing costs. Auto parts manufacturers are placed in a high-risk and highly competitive market, in addition to shouldering costs to meet requirements in some demanding and, sometimes, unnecessary cases by the customer. The focus of automotive components should be based on requirements of a mechanical nature, such as tensile strength, impact resistance, fatigue resistance, etc . The mechanical performance of a component depends on the manufacturing process and raw material used, these being the two most important factors in the representation and manufacturing cost of a component. The manufacturing process of a particular mechanical component was physically simulated with two alternative materials, both available from the manufacturer with two different heat treatments, in addition to the use of shot peening by the end of the process, generating eight different manufacturing routes. Were evaluated the SAE 1045H steel and DIN 38MnVS6 as an alternative raw material, in addition to heat treatment of quenching and tempering, the current process, and forced air cooling Chemical and microstructural analysis of each steel composition and heat treatment were performed, in addition to evaluation of hardness, tensile strength, impact resistance, analysis of residual stresses and fatigue performance. The requirements of mechanical properties were satisfactory for all conditions except for the SAE 1045H air-cooled. The fatigue performance of materials without shot peening were not satisfactory, only for DIN 38MnVS6 air cooled the performance was close to the specification, so all manufacturing routes without shot peening were disapproved. For materials with shot peening, only the SAE 1045H presented non-satisfactory result, other materials attended fatigue specification. It was observed the influence of surface compressive residual stresses in the component fatigue performance, furthermore, it was verified the possibility of producing the component three different routes, allowing a cost reduction up to 12%.

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Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-08Bitstream added on 2014-06-13T19:14:23Z : No. of bitstreams: 1 silvajunior_g_me_guara.pdf: 2753248 bytes, checksum: 05b8f846d2550bb9618bdde67704e992 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A falha por fadiga é resultado de nucleação e propagação de trinca em consequência de um carregamento cíclico. Na indústria aeronáutica, em componentes como trens de pouso, a resistência à fadiga é um importante parâmetro a ser considerado em projeto, assim como resistência ao desgaste e à corrosão. O aço inox 15-5PH é aplicado em diversos componentes nos eixos estruturais do trem de pouso. A sua aplicação justifica-se devido a sua alta resistência mecânica e elevada resistência à corrosão. Contudo sua aplicação é restringida devido a sua baixa resistência ao desgaste, fazendo-se necessária a utilização de um tratamento superficial de endurecimento de superfície. O método de HVOF vem sendo considerado uma alternativa à eletrodeposição do cromo pela indústria aeronáutica, para aumento de resistência ao desgaste e à corrosão. Nesta pesquisa, é realizado o estudo do comportamento em fadiga do aço inoxidável 15-5PH tratado superficialmente em três condições: revestido com WC-13Co-4Cr, e WC-18Co por HVOF; e revestido com cromo eletrodepositado. O tratamento de shot peening foi aplicado com intuito de recuperar a resistência à fadiga nos materiais revestidos. Os ensaios de fadiga e a medida de tensões residuais proporcionam uma análise comparativa da resistência à fadiga dos revestimentos estudados. O presente trabalho tem como objetivo comparar a influência dos revestimentos WC-13Co-4Cr e WC-18Co, aplicados por HVOF, com revestimento de cromo eletrodepositado, na resistência à fadiga axial do aço inox 15-5PH, com intuito substituir o método de eletrodeposição do cromo pelo de HVOF. Os resultados mostram que o aço 15-5PH revestido com WC-13Co-4Cr por HVOF é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência à fadiga / Fatigue failure is result of a crack initiation and propagation, in consequence of a cyclical load. In aeronautical industry, components as landing gear, the fatigue strength is an important parameter to be considered in project, as well as the corrosion and wear resistance. The 15-5PH stainless steel is applied on carrying axles in landing gear. The reason for its application is due to high mechanical strength, and corrosion resistance. Nevertheless the application of 15-5PH it‟s restricted due to low wear resistance, becoming necessary a hardening surface treatment. The method of HVOF has been considering the alternative to chromium electroplated by the aircraft industry, in order to improve the wear and corrosion resistance. This research present an evaluation of fatigue strength of 15-5PH stainless steel in three main conditions of surface treatments: coated by HVOF with WC-13Co-4Cr, and WC-18Co; and coated with chromium electroplated. The shot peening treatment was applied in order to restore the fatigue strength on coated materials. The fatigue tests and residual stress measurement were carried out to obtain a comparative analysis among coated materials. The main propose of this research is compare the influence of WC-13Co-4Cr, WC-18Co coated by HVOF, with chromium electroplated, on the fatigue strength of 15-5PH, in order to replace the electroplating method by HVOF. The results show that 15-5PH coated with WC-13Co-4Cr by HVOF is the best coating system to be applied considering the fatigue strength performance

Resumo: O tubo superior do garfo suspensão é um dos componentes de grande importância no conjunto de peças que compõe uma bicicleta, pois durante a operação é submetido a carregamentos cíclicos e caso falhe pode causar acidentes ao ciclista. Este componente é confeccionado por processo de usinagem a partir de um perfil tubular extrudado em liga de alumínio Al 6013-T6. Neste trabalho foi realizado um estudo sobre o comportamento em fadiga desta liga de alumínio submetida a diferentes condições de shot peening, objetivando aumentar a resistência à fadiga do material e conseqüentemente aumentar a vida útil/segurança do componente. Para ensaiar os corpos-de-prova em perfil tubular com geometria embasada nas dimensões do tubo superior, desenvolveu-se uma metodologia especifica de ensaio. Os ensaios mostraram que o processo de fabricação de rosca por conformação mecânica aumentou consideravelmente a resistência à fadiga dessa liga em relação ao processo de fabricação por usinagem convencional. Os efeitos de concentradores de tensão como filetes de rosca usinada e defeitos superficiais são extremamente prejudiciais para a vida em fadiga da liga Al 6013-T6. Os tratamentos de shot peening realizados pela empresa Zirtec induziram um perfil significativo de tensões residuais compressivas, porém, reduziram a vida em fadiga da liga Al 6013-T6 em perfil tubular. Esse efeito foi potencializado com intensidades Almen elevadas. O aumento na vida em fadiga ocorreu apenas nos corpos-de-prova que foram lixados na superfície interna. O shot peening com esfera de vidro e intensidade Almen intermediária apresentou a maior vida em fadiga. Os resultados deste trabalho estão sendo usados para providenciar melhorias na matéria prima e como base para novos ensaios com o tubo superior. / Abstract: The fork supension's steerer tube is one of component of great importance in a set that makes a bicycle, since during operation is subjected to cyclic loading and if fails may cause accident to the rider. This component is manufactured by machining processes from the extrusion tubular profile in aluminum alloy 6013-T6. This work carried out a study on the fatigue behavior of aluminum alloy subjected to different shot peening conditions, proposing to increase the fatigue strength and consequently to increase a useful life/safety of the component. To test tubular profile specimen with geometry based in steerer tube dimensions, has developed a specific methodology for testing. The tests showed that thread forming by manufacturing process, increase the fatigue strength of this aluminum alloy comparing the manufacturing process through conventional machining. The effects of concentration stress like machined thread and surface defects are extremely detrimental to fatigue life alloy AL 6013-T6. Shot peenig treatment carried out in Zirtec company induced a significant compressive residual stress profile, but decrease the fatigue life alloy Al 6013-T6 in tubular profile. This effect was strengthened with high Almen intensities. The fatigue life incresase ocurred only specimen that were polished on the inner surface. Shot peening using glass shot and intermediate Almen intensity had the greatest fatigue life. The results os this work are being used to provide improvements in primary material and as a basis for new test on the stereer tube. / Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientador: Maria Odila Hilario Cioffi / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Carlos Angelo Nunes / Mestre