Resumo: 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 / Abstract: 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 / Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientador: Maria Odila Hilario Cioffi / Banca: Carlos de Moura Neto / Banca: Midori Yoshikawa Costa / Mestre

Le procédé de grenaillage permet d’améliorer la durée de vie en fatigue des pièces mécaniques dans l’industrie. La mise en compression de la surface par les billes introduit un gradient de déformations inélastiques hétérogènes qui engendre un champ de contraintes résiduelles. Ce sont principalement ces contraintes résiduelles de compression qui sont à l’origine du gain de durée de vie. Les contraintes résiduelles générées évoluent lors des sollicitations thermomécaniques des composant mécaniques après grenaillage. La relaxation et la fatigue ont été étudiées à l’échelle des phases sur l’acier de type TRIP780, acier multiphasé (ferrite, bainite, austénite) possédant une phase austénitique résiduelle susceptible de se transformer en martensite sous un chargement thermomécanique. Pour cet acier, le gain de durée de vie dû au grenaillage est dépendant de la stabilité des contraintes résiduelles de compression dans les différentes phases au cours des chargements mécaniques généralement cyclique. Des essais de flexion cycliques ont été réalisés sur des éprouvettes planes afin de déterminer les durées de vie en fonction des conditions de grenaillage. Avec l’aide d’essais cycliques interrompus, l’évolution des profils de contraintes, de dosage de phase et des largeurs intégrales ont été caractérisée par diffraction des rayons X dans les phases ferritiques et austénitique montrant ainsi la relaxation des contraintes résiduelles en fonction du chargement mécanique appliqué (niveau des contraintes et nombre de cycles). A partir de ces différents résultats, des simulations utilisant la méthode des éléments finis ont été développées pour prédire la relaxation. Après génération numérique des champs de contraintes dans l’éprouvette (méthode thermique fictive), des modèles de comportement élastoplastiques globaux et par phases ont été proposés dans le cas de faibles nombres de cycle. Dans une dernière partie, un post-traitement global par critère de fatigue multiaxial de type Crossland intégrant les résultats sur la relaxation a été proposé. Les résultats ont alors été comparés aux courbes expérimentales de fatigue. / Shot peening process aim at enhancing life duration of mechanical parts in industry. Balls introduce a compressive state on the surface of the part by strain hardening the subsurface which must be accommodated by elastic strain. Compressive residual stresses are mainly the origin of the enhancing life duration. These residual stresses evolve during thermomechanical solicitations after shot-peening. Relaxation and life duration are studied at the phase scale in the TRIP780 steel – a multiphased steel (bainite, ferrite and austenite) owning a metastable austenitic phase which can transform in martensite under thermomechanical solicitations. In this steel, life duration gain depends on the compressive residual stresses stability in the different phases during cyclic loads. Bending test were carried out on thick samples to determine life duration in function of shot-peening conditions. With interrupted cyclic test, the evolution of the residual stress profile, phase partition and integral width were characterized by X-ray diffraction in ferritic and austenite phases showing the relaxation of residual stresses following the mechanical loads (loading level and number of cycle). With these experimental results, finite element simulations were carried out to forecast the relaxation. After residual stress numerical generation (fictive thermal method), global and by-phase comportment models were proposed in the case of the low number cycles. In the last part, a post-treatment by multiaxial fatigue criterion like Crossland one integrating relaxation results was proposed. The results were compared to the experimental fatigue curves.

Aços inoxidáveis são materiais usados em aplicações específicas onde uma boa resistência à corrosão, boa resistência à oxidação e boa resistência mecânica são requeridas. O processo de shot peening tem sido utilizado para melhorar as propriedades mecânicas de superfícies metálicas. Além disso, o processo de shot peening pode ter influência no comportamento eletroquímico do material, dependendo dos parâmetros de processos utilizados na aplicação do mesmo. Shot peening é um processo aplicado para acrescentar tensões residuais compressivas em superfícies metálicas com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga, a resistência à corrosão sob tensão, e desgaste abrasivo. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do processo de shot peening na morfologia da superfície, na resistência à corrosão e na resistência à oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 430. Na realização deste estudo foi definida a utilização de três condições de amostras, sendo a primeira amostra com a superfície no estado como recebido, a segunda amostra com superfície lixada e a terceira a amostra tratada com o processo de shot peening. Para avaliar influência do processo de shot peening na morfologia da superfície das amostras, foram realizados os ensaios de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de perfilometria e avaliação da molhabilidade. Para avaliar a influência do shot peening no comportamento eletroquímico da superfície das amostras foram realizados, avaliação do potencial de circuito aberto (OCP), polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Ensaio de oxidação por ganho de massa em alta temperatura foi realizado para analisar a influência do shot peening na resistência a oxidação e a análise de difração de raio-X foi realizada para avaliar as fases presentes. Os resultados obtidos demonstraram que as amostras de aço inox AISI430 tratadas com shot peening apresentaram um comportamento mais hidrofílico comparado com as amostras na condição como recebido e lixada. Além disso, o processo de shot peening, com os parâmetros de processo de aplicação usados neste estudo, alterou significativamente a morfologia da superfície reduzindo à resistência a oxidação e a resistência à corrosão das amostras de aço inoxidável AISI 430. / Stainless steels are used in specific applications where corrosion resistance, oxidation resistance and a high mechanical resistance are required. The shot peening process has been used in order to improve the metallic surfaces mechanical properties. Thus, the shot peening process might have influence in the electrochemical behavior of the material, depending of the defined process parameters. Shot peening is a process applied in order to add residual compression stresses in metallic surfaces with the intent of improving the fatigue life, stress corrosion cracking, and galling. The proposal of this study is to evaluate the effect of the shot peening process in the morphology of the surface, corrosion resistance and oxidation resistance of a ferritic stainless steel AISI430. In order to perform this study it was established the use of three samples conditions, being the first one with the surface in the original state condition (as received), the second one with the sanded surface and the third one treated through shot peening. In order to evaluate the influence of the shot peening in the morphology of surface of samples, there were submitted to optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), profilometry test and wettability test. In order to evaluate the effect of the shot peening process in the electrochemical behavior of the surface of samples, the tests such as open circuit potential monitoring (OCP), potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy were carried out. Oxidation test was carried out to analyze the influence of the shot peening in the oxidation resistance and the X-ray diffraction (XRD) was performed to evaluate the presented phases. The obtained results showed that the samples of stainless steel AISI 430 treated with shot peening had a more hydrophilic behavior compared with the samples in the original state condition and sanded surface. Beyond that, the shot peening process with the used process parameters of application in this study changed significantly the morphology of the surface reducing the oxidation resistance and corrosion resistance of the samples of stainless steel AISI430.

Aços inoxidáveis são materiais usados em aplicações específicas onde uma boa resistência à corrosão, boa resistência à oxidação e boa resistência mecânica são requeridas. O processo de shot peening tem sido utilizado para melhorar as propriedades mecânicas de superfícies metálicas. Além disso, o processo de shot peening pode ter influência no comportamento eletroquímico do material, dependendo dos parâmetros de processos utilizados na aplicação do mesmo. Shot peening é um processo aplicado para acrescentar tensões residuais compressivas em superfícies metálicas com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga, a resistência à corrosão sob tensão, e desgaste abrasivo. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do processo de shot peening na morfologia da superfície, na resistência à corrosão e na resistência à oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 430. Na realização deste estudo foi definida a utilização de três condições de amostras, sendo a primeira amostra com a superfície no estado como recebido, a segunda amostra com superfície lixada e a terceira a amostra tratada com o processo de shot peening. Para avaliar influência do processo de shot peening na morfologia da superfície das amostras, foram realizados os ensaios de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de perfilometria e avaliação da molhabilidade. Para avaliar a influência do shot peening no comportamento eletroquímico da superfície das amostras foram realizados, avaliação do potencial de circuito aberto (OCP), polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Ensaio de oxidação por ganho de massa em alta temperatura foi realizado para analisar a influência do shot peening na resistência a oxidação e a análise de difração de raio-X foi realizada para avaliar as fases presentes. Os resultados obtidos demonstraram que as amostras de aço inox AISI430 tratadas com shot peening apresentaram um comportamento mais hidrofílico comparado com as amostras na condição como recebido e lixada. Além disso, o processo de shot peening, com os parâmetros de processo de aplicação usados neste estudo, alterou significativamente a morfologia da superfície reduzindo à resistência a oxidação e a resistência à corrosão das amostras de aço inoxidável AISI 430. / Stainless steels are used in specific applications where corrosion resistance, oxidation resistance and a high mechanical resistance are required. The shot peening process has been used in order to improve the metallic surfaces mechanical properties. Thus, the shot peening process might have influence in the electrochemical behavior of the material, depending of the defined process parameters. Shot peening is a process applied in order to add residual compression stresses in metallic surfaces with the intent of improving the fatigue life, stress corrosion cracking, and galling. The proposal of this study is to evaluate the effect of the shot peening process in the morphology of the surface, corrosion resistance and oxidation resistance of a ferritic stainless steel AISI430. In order to perform this study it was established the use of three samples conditions, being the first one with the surface in the original state condition (as received), the second one with the sanded surface and the third one treated through shot peening. In order to evaluate the influence of the shot peening in the morphology of surface of samples, there were submitted to optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), profilometry test and wettability test. In order to evaluate the effect of the shot peening process in the electrochemical behavior of the surface of samples, the tests such as open circuit potential monitoring (OCP), potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy were carried out. Oxidation test was carried out to analyze the influence of the shot peening in the oxidation resistance and the X-ray diffraction (XRD) was performed to evaluate the presented phases. The obtained results showed that the samples of stainless steel AISI 430 treated with shot peening had a more hydrophilic behavior compared with the samples in the original state condition and sanded surface. Beyond that, the shot peening process with the used process parameters of application in this study changed significantly the morphology of the surface reducing the oxidation resistance and corrosion resistance of the samples of stainless steel AISI430.

The aim in this dissertation was to improve our understanding of the effectiveness of shot peening in prolonging fatigue life, of 7075-T6 Aluminium Alloy round bar, taking into consideration surface residual stress, microstructural and micro-hardness parameters. Three point bending, high stress, moderately low cycle, fatigue tests were conducted to study the effects of shot peening and associated surface residual compressive stresses on fatigue life. The influence of shot peening on the microstructure was explored, including the application of mechanical small plastic straining and surface skimming, to vary the surface residual compressive stresses and induce strain hardening. Tests were performed to measure residual stress-depth distribution, plastic straining, micro-hardness, and the microstructure analysed on scanning electron microscopy (SEM) fractographs. The Juvinall and Marshek life prediction model was used in conjunction with the Gerber equation for non-zero mean stress applications to generate a proposed life prediction model for this material which is user-friendly. The proposed life prediction model has a linear equation format with the flexibility to conservatively accommodate most of the various types, and combinations, of treatments applied in this research by the use of customised constants. The results show that there was good correlation between actual and predicted fatigue life as well as useful insights into the role of the microstructure in explaining fatigue life behaviour.

Aços inoxidáveis são materiais usados em aplicações específicas onde uma boa resistência à corrosão, boa resistência à oxidação e boa resistência mecânica são requeridas. O processo de shot peening tem sido utilizado para melhorar as propriedades mecânicas de superfícies metálicas. Além disso, o processo de shot peening pode ter influência no comportamento eletroquímico do material, dependendo dos parâmetros de processos utilizados na aplicação do mesmo. Shot peening é um processo aplicado para acrescentar tensões residuais compressivas em superfícies metálicas com o objetivo de melhorar a resistência à fadiga, a resistência à corrosão sob tensão, e desgaste abrasivo. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do processo de shot peening na morfologia da superfície, na resistência à corrosão e na resistência à oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 430. Na realização deste estudo foi definida a utilização de três condições de amostras, sendo a primeira amostra com a superfície no estado como recebido, a segunda amostra com superfície lixada e a terceira a amostra tratada com o processo de shot peening. Para avaliar influência do processo de shot peening na morfologia da superfície das amostras, foram realizados os ensaios de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de perfilometria e avaliação da molhabilidade. Para avaliar a influência do shot peening no comportamento eletroquímico da superfície das amostras foram realizados, avaliação do potencial de circuito aberto (OCP), polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Ensaio de oxidação por ganho de massa em alta temperatura foi realizado para analisar a influência do shot peening na resistência a oxidação e a análise de difração de raio-X foi realizada para avaliar as fases presentes. Os resultados obtidos demonstraram que as amostras de aço inox AISI430 tratadas com shot peening apresentaram um comportamento mais hidrofílico comparado com as amostras na condição como recebido e lixada. Além disso, o processo de shot peening, com os parâmetros de processo de aplicação usados neste estudo, alterou significativamente a morfologia da superfície reduzindo à resistência a oxidação e a resistência à corrosão das amostras de aço inoxidável AISI 430. / Stainless steels are used in specific applications where corrosion resistance, oxidation resistance and a high mechanical resistance are required. The shot peening process has been used in order to improve the metallic surfaces mechanical properties. Thus, the shot peening process might have influence in the electrochemical behavior of the material, depending of the defined process parameters. Shot peening is a process applied in order to add residual compression stresses in metallic surfaces with the intent of improving the fatigue life, stress corrosion cracking, and galling. The proposal of this study is to evaluate the effect of the shot peening process in the morphology of the surface, corrosion resistance and oxidation resistance of a ferritic stainless steel AISI430. In order to perform this study it was established the use of three samples conditions, being the first one with the surface in the original state condition (as received), the second one with the sanded surface and the third one treated through shot peening. In order to evaluate the influence of the shot peening in the morphology of surface of samples, there were submitted to optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), profilometry test and wettability test. In order to evaluate the effect of the shot peening process in the electrochemical behavior of the surface of samples, the tests such as open circuit potential monitoring (OCP), potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy were carried out. Oxidation test was carried out to analyze the influence of the shot peening in the oxidation resistance and the X-ray diffraction (XRD) was performed to evaluate the presented phases. The obtained results showed that the samples of stainless steel AISI 430 treated with shot peening had a more hydrophilic behavior compared with the samples in the original state condition and sanded surface. Beyond that, the shot peening process with the used process parameters of application in this study changed significantly the morphology of the surface reducing the oxidation resistance and corrosion resistance of the samples of stainless steel AISI430.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 204-217).

Este trabalho foi estruturado visando apresentar os efeitos causados pelo shot peening (jateamento por esferas) em componentes mecânicos. Este processo introduz tensões residuais compressivas na superfície do material, o que retarda a nucleação de trincas de fadiga, promovendo aumento na vida em fadiga. O material utilizado foi o aço SAE 1060, laminado, com um perfil de 15 por 5mm. Para o jateamento foram selecionados dois tamanhos de esferas de aço: S110 e S280. Para cada tamanho foram realizadas três condições de cobertura superficial no material: 80%, 100% e 500%. Foram realizados metalografia, ensaio de tração, análise de tensões residuais, curvas de fadiga, rugosidade, perfil de microdureza e efetuadas análises da fratura e da superfície do material com e sem jateamento. Os resultados apontaram uma melhoria significativa no desempenho em fadiga com a esfera S110 na condição de 100% de cobertura associado às tensões residuais compressivas obtidas. / This work study the effects of shot peening on mechanical components. This process introduces compressive residual stresses in the surface of the material, and cause delays the nucleation of cracks of fatigue, promoting increase in the life fatigue. The material used was SAE 1060 steel, cold rolled, with section of 15x5mm. For the shot peening two sizes of steel spheres had been selected: S110 and S280. For each size three conditions of superficial covering in the material had been carried through: 80%, 100% and 500%. Had been realized analysis of metallography, tensile test, analysis of residual stresses, fatigue test, analysis of roughness, hardness test, surface analysis in the material with and without shot peening. The results indicated a significant improvement in the fatigue performance with the S110 sphere in the 100% of covering condition associated with the compressive residual stresses.

Este trabalho foi estruturado visando apresentar os efeitos causados pelo shot peening (jateamento por esferas) em componentes mecânicos. Este processo introduz tensões residuais compressivas na superfície do material, o que retarda a nucleação de trincas de fadiga, promovendo aumento na vida em fadiga. O material utilizado foi o aço SAE 1060, laminado, com um perfil de 15 por 5mm. Para o jateamento foram selecionados dois tamanhos de esferas de aço: S110 e S280. Para cada tamanho foram realizadas três condições de cobertura superficial no material: 80%, 100% e 500%. Foram realizados metalografia, ensaio de tração, análise de tensões residuais, curvas de fadiga, rugosidade, perfil de microdureza e efetuadas análises da fratura e da superfície do material com e sem jateamento. Os resultados apontaram uma melhoria significativa no desempenho em fadiga com a esfera S110 na condição de 100% de cobertura associado às tensões residuais compressivas obtidas. / This work study the effects of shot peening on mechanical components. This process introduces compressive residual stresses in the surface of the material, and cause delays the nucleation of cracks of fatigue, promoting increase in the life fatigue. The material used was SAE 1060 steel, cold rolled, with section of 15x5mm. For the shot peening two sizes of steel spheres had been selected: S110 and S280. For each size three conditions of superficial covering in the material had been carried through: 80%, 100% and 500%. Had been realized analysis of metallography, tensile test, analysis of residual stresses, fatigue test, analysis of roughness, hardness test, surface analysis in the material with and without shot peening. The results indicated a significant improvement in the fatigue performance with the S110 sphere in the 100% of covering condition associated with the compressive residual stresses.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09601.pdf: 14581150 bytes, checksum: 039930ea0467d8cb98d0f2a68ecb3072 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP