Es un caso particular dentro de la gama del granallado, mediante el cual se inducen tensiones de compresión en una superficie metálica, exponiéndola a un chorro de partículas esféricas a alta velocidad y manteniendo controlados los parámetros de la operación. Durante el granallado, además de producir el efecto mencionado se limpia la superficie como en una tarea normal de granallado, pero éste es sólo un efecto secundario del proceso, siendo el propósito básico el incremento de la resistencia a la fatiga del material.
El proceso de shot peening es principalmente utilizado en componentes sujetos a esfuerzos de flexión o torsión siendo las siguientes las más comunes aplicaciones:
Cuando la granalla de forma esférica, es impulsada en un flujo de alta velocidad, impacta sobre una superficie metálica conformando en la misma un perfil superficial constituido por valles y crestas redondeadas y productos por la deformación plástica del metal durante el impacto. Dicha deformación se extiende entre los 50 y 250 micrones de profundidad. El efecto obtenido luego del granallado constituye el aplastamiento de los granos metalográficos de la superficie del metal. Con ello, se produce dos efectos:
En resumen, el shot peening aumenta la resistencia a la fatiga particularmente en resortes, elásticos, flejes, barras estabilizadoras de coches, engranajes y como efecto secundario produce un aumento de la resistencia a la corrosión, la eliminación de tensiones residuales induciendo una tensión de comprensión uniforme en toda la superficie además de limpiarla mediante el granallado
Con la única limitación de la conformación exterior (esférica) los abrasivos más utilizados en procesos de shot peening son los siguientes:
Es el abrasivo ampliamente utilizado, pues mediante el adecuado tratamiento térmico impuesto a las granallas durante el proceso de fabricación combinan un buen valor de dureza con aceptable capacidad de rotura siendo el costo menor al de granalla de alambre. Los tamaños, tamizados según sus distintas granulometrías y clasificados según un número característico se encuentran normalizados según SAE en el Standard SAE J444
Es el abrasivo que más aceptación está teniendo actualmente en el mundo debido a que tiene una excelente dureza con muy bajo nivel de rotura lo que implica un relativo bajo consumo de abrasivo y sobre todo manteniendo un nivel de granulometría constante en un porcentaje elevado de partículas. Los tamaños, según sus distintas granulometrías y clasificados según un número característico se encuentran normalizados según SAE en el Standard SAE J441
Comprende a las granallas de fundición gris, blanca y maleable. Se utilizan en aquellos casos donde se requiere efectuar un trabajo de shot peening de bajo costo inicial. Esto se debe al bajo costo relativo de estas granallas, a pesar de tener una vida útil muy inferior a las de acero debido a su mayor fragilidad. En el caso del shot peening la rotura del abrasivo adquiere una gran importancia ya que es imprescindible que el impacto sobre la superficie lo realice una partícula esférica los que se torna difícil de controlar utilizando un abrasivo con lata de velocidad de fractura.
En cuanto a las granallas de fundición nodular se utilizan en escala muy limitada pues debido a su baja dureza las intensidades logradas son pobres y además dejan residuos de grafito en las piezas granalladas.
Se utilizan para el conformado de chapas delgadas, logrando valores de intensidad bajo. Se utilizan para hacer shot peening en chapas de acero inoxidable o materiales que no ferrosos que no puedan ser contaminados con abrasivos de acero al carbono
Los equipos utilizados para efectuar shot peening son esencialmente similares a los empleados para otras tareas de granallado, con el agregado de una instalación auxiliar que permite realizar el más estricto control de los parámetros de ejecución. En cuanto a la impulsión de la granalla hay dos métodos utilizados a saber:
El reciclaje de la granalla es de vital importancia en la tarea y durante el cual es necesario separar de las esferas que no han sufrido deterioro y son reutilizables, todo el polvo desprendido durante la operación y las partículas de abrasivo fracturado. Además se debe contar con sistema automático de reposición continua de abrasivo. Es importante para la uniformidad del granallado disponer de sistemas de movimiento que permitan a las partes una total exposición frente al flujo de abrasivo. Otros elementos adicionales son las máscaras que se utilizan en aquellos casos donde el tratamiento debe ser selectivo dejando expuesto sólo las zonas a tratar. Para la utilización de la microesfera de vidrio se emplean equipos en medio seco o líquido. Los equipos en medio seco son generalmente del tipo de proyección por succión. Mientras que los de granallado en medio líquido utilizan una bomba de impulsión y de homogeneización. Debido al gran porcentaje de fractura de las microesferas de vidrio es necesario una alta eficiencia en el equipo separador y recuperador de abrasivo.
Las variables más importantes en el proceso del Shot peening son las siguientes:
La efectividad y calidad el Shot peening dependen del eficiente control de cada una de las variables mencionadas.
Ese ensanchamiento provoca un aumento del área de la superficie granallada quedando la cara opuesta con el área original, produciendo por ese motivo, la curvatura de la chapa que será función de la intensidad del granallado aplicado. Por ello, la intensidad del shot peening se mide en base a la altura del arco experimentado por la lámina granallada en condiciones normalizadas. Suponiendo una densidad máxima de impactos (saturación), la intensidad dependerá de la velocidad, tamaño y dureza de la partícula esférica proyectada y del ángulo y distancia de proyección de la misma.
La menor intensidad capaz de producir los efectos deseados es la más eficiente y la de menor costo. Ello se debe a que se trabaja con la partícula de menor tamaño, realizando el proceso en el menor tiempo de exposición. Otro factor importante es el espesor de la zona que adquiere las tensiones de compresión luego del shot peening. Ese espesor o profundidad de ataque dependerá de la intensidad del proceso y de la dureza del material tratado.
Cn x 1 – (1 – C) n donde
C1 = (%) factor de cobertura para un ciclo de impactos.
Cn = (%) Factor de cobertura luego de n ciclos de impactos
n = número de ciclo
La relación indica el factor de cobertura tiende al 100% a medida que aumenta el número de ciclos.
Cobertura Total Cobertura Parcial
Es difícil efectuar la medida precisa de factores de cobertura por encima del 98%. De forma tal que se mide una probeta con un factor de cobertura inferior relacionándola con el tiempo de exposición correspondiente y de alto el necesario para el factor de cobertura deseado. Entonces, debido a que la medición del factor de cobertura se puede realizar hasta el 98%, dicho valor se toma arbitrariamente como el valor de saturación. De allí, el factor de cobertura se expresa en base al tiempo de exposición como un múltiplo del tiempo requerido para obtener la cobertura del 98%.
Existen varios métodos para medir el factor de cobertura, pero el más utilizado consiste en los siguientes:
El ensayo Almen es el método normalizado mediante standard SAEJ442a para la medición de la intensidad del Shot peening. El efecto que se utiliza para la medición es la curvatura producida en una lámina delgada sometida al flujo de partículas esféricas bajo condiciones normalizadas. El ensayo se mide en base a tres rangos de intensidades: N, A y C para cada una de ellas difiere el espesor de la probeta de medición, según sea el rango de intensidad a medir. Y por último el instrumento de medición que consta de un reloj comparador, graduado en milésimas de pulgada (o 0.025 mm) con una base perpendicular a la barra de medición con cuatro bolillas de apoyo formando un plano en l cual apoyará la probeta a medir. Dicha probeta se curva durante el proceso del shot peening y se mide la altura de la combinación de curvatura longitudinal y transversal sobre la cara no granallada. La medición se indica mediante el número Almen indicado en el comparador y la letra de la probeta correspondiente. Así 13 A indica que el ensayo Almen A la intensidad obtenida es 13. En la práctica se recomiendan los siguientes rangos de utilización.
Para efectuar la medición se procede de la siguiente forma:
La aplicación fundamental del tratamiento de shot peening se refiere al aumento de la resistencia a la fatiga de distintos elementos. Sin embargo, otras utilizaciones secundarias son:
Las piezas sometidas a shot peening experimentan una considerable elevación de la resistencia a la fatiga, en especial en elementos como resortes, flejes, engranajes, barras, herramientas como frezas, mechas, punzones, matrices, etc.
El shot peening es adecuado para ciertas operaciones de conformación de chapas delgadas. Se usa particularmente en componentes estructurales para la industria aeronáutica tales como chapas de fuselaje. Si dichas curvaturas se realizan por métodos de conformación mecánica en frío o en caliente, las chapas adquirirán tensiones residuales muy altas e inadecuadas a las funciones a cumplir.
Es el caso de piezas que han quedado tensionadas luego del tratamiento térmico, de conformación, mecanizado, etc. Mediante la aplicación del shot peening se eliminan tensiones residuales de tracción, uniformando una tensión de compresión en toda la superficie.
La resistencia a la corrosión de un metal sometido al shot peening aumenta debido a la disminución de los espacios Inter.-granulares de la superficie y además debido a la eliminación de tensiones residuales de tracción, las cuales aumentan la energía del sistema aumentando de esa forma la posibilidad de corrosión.
La adhesión de láminas de plata sobre aceros, de gran utilidad en ciertos procesos es efectiva cuando se logra un excelente anclaje entre ambos. Una forma de medirla es someter al conjunto al tratamiento de shot peening. En las zonas donde dicho anclaje es pobre, la lámina de plata deformará dejando ondulada la superficie.
Las piezas tratadas mediante shot peening, no pueden ser posteriormente sometidas a deformaciones mecánicas, calentamientos (salvo los muy leves), mecanizados y ni aún pulidos debido a que la capa superficial que adquirió las tensiones de compresión es de muy bajo espesor. Sólo se admite como tratamiento posterior, un pasivado de la superficie como prevención de la corrosión.
A los fines que puedan encontrar información adicional pueden recurrir a las normas SAE J441, SAE J442, SAE J 443, SAE J 444, SAE J 445 SAE J 827, o al manual SAE HS-84 “Manual on Shot Peening”