Melhoria de vida à fadiga em ligas aeronáuticas de alumínio por micro shot peening

Abstract

A melhoria da resistência à fadiga em ligas de alumínio é de grande interesse em todos os sectores industriais, em particular na indústria aeronáutica, onde é de suma importância a combinação entre uma boa resistência mecânica e uma baixa densidade. Uma maneira eficaz de melhorar a resistência mecânica é a introdução de tensões residuais de compressão nas camadas superficiais das peças, onde se dá a iniciação de fendas. O shot peening, ou grenalhagem, é um tratamento superficial bastante utilizado capaz de introduzir tensões residuais de compressão na superfície das peças. Neste trabalho, é analisada a influência do tratamento micro-shot peening na resistência à fadiga da liga de alumínio AA7475-T7351. O objectivo principal consiste na obtenção das curvas de projecto à fadiga do respectivo material, sob a influência da espessura dos provetes utilizados, da razão de tensões utilizada e do tratamento superficial previamente realizado. Procedimentos complementares como a medição das tensões residuais, rugosidade, microdureza, análise microestrutural e análise de defeitos do material, foram realizados de modo a melhor se compreender o comportamento da liga AA7475-T7351. Foi realizada uma previsão numérica da vida à fadiga para posteriormente se comparar com os resultados experimentais. Os resultados obtidos mostraram que o tratamento realizado gerou grandes deformações plásticas na superfície dos provetes, introduzindo tensões residuais de compressão e aumentando a microdureza à superfície. Os resultados dos ensaios de fadiga mostraram uma redução da resistência à fadiga nos provetes grenalhados, devido ao mau acabamento superficial imposto e à presença de defeitos internos no material.

Improvement of fatigue strength in aluminium alloys is of great interest on all industrial sectors, in particular in the aeronautical industry, which is much important to combine good mechanical strength and low density. An effective way of improving mechanical strength is to introduce compressive residual stresses in the surface layers of parts, where the initiation of cracks occurs. Shoot peening is a widely used surface treatment that can introduce compressive residual stresses on parts surface. In this work it is analysed the influence of micro-shot peening on the fatigue strength of aluminium alloy AA7475-T7351. The main objective is to obtain the fatigue strength curves of the respective material under the influence of thickness of the used specimens, the stress ratio and the performed surface treatment. Complementary tests for measurement of residual stresses, surface roughness, micro hardness, microstructural and material internal defects analysis were conducted to better understand the aluminium alloy AA7475-T7351 behaviour. Numerical prediction of fatigue life was performed in order to compare with the experimental results. Results obtained show that the treatment yielded large plastic deformations on the surface of the specimens and has introduced compressive residual stresses and enhanced surface hardness. Results of fatigue testing showed a fatigue strength reduction in peened specimens due to the poor surface finish obtained and the presence of material internal defects.