Resumen de Análisis del shot peening como paliativo en fatiga por fretting
La fatiga por fretting es un tipo especial de fatiga que se produce en las superficies de contacto de uniones mecánicas tales como uniones atornilladas, uniones roblonadas, álabes de turbinas, uniones de ejes, cables metálicos trenzados o rotores de generadores.
Con la intención de aumentar la vida de estos componentes bajo el efecto de la fatiga por fretting, en la industria es bastante usual aplicar el tratamiento superficial de shot peening sobre estos componentes mecánicos. Esto es debido a que durante la fatiga por fretting se producen unas altas tensiones y deformaciones en las superficies en contacto y que además presentan altos gradientes (variación muy rápida con respecto a la profundidad). Este tratamiento introduce tensiones residuales de compresión y transforma la microestructura del material en las cercanías de la superficie, además de producir un importante aumento de la rugosidad superficial. Los altos valores de tensiones y deformaciones producidos por la fatiga por fretting dan lugar a una pronta nucleación/iniciación de grietas tanto en la superficie como internamente y su posterior propagación hasta la rotura completa de la pieza. Además, se producen daños superficiales tales como el desgaste de la capa superficial y la oxidación del material. En ocasiones estas distribuciones de tensiones llegan a profundidades similares a aquellas en donde se produce la máxima tensión de compresión debida al tratamiento de shot peening. Por este motivo el shot peening es un buen paliativo de la iniciación o propagación de pequeñas grietas e incluso elimina la aparición de estas en algunas condiciones. Así, una pieza con este tratamiento puede alcanzar vidas a fatiga por fretting mucho más altas que sin él, incluso no romper. Además de estas tensiones residuales de compresión, el shot peening, tiene otras consecuencias como la alteración y modificación de las características microestructurales haciendo el que material se endurezca en la zona afectada por el shot peening. Otra de las consecuencias es la alteración de la rugosidad superficial de las probetas tratadas. Estos aspectos, que aun influenciando enormemente en el comportamiento frente a la fatiga por fretting, no se han estudiado en profundidad en la bibliografía. Por ello en esta tesis se estudia el efecto producido por el shot peening en una serie de ensayos de fatiga por fretting. Estos ensayos se hicieron con contacto cilíndrico, donde se tiene una alta concentración de tensiones en el borde de dicho contacto con un alto gradiente de tensiones en función de la profundidad. Anteriormente en el grupo de investigación al que este proyecto pertenece, se han realizado exhaustivos estudios sobre fatiga por fretting con contacto esférico y el efecto de las tensiones residuales generados por diferentes tratamientos superficiales tales como es el shot peening y el láser peening.
Para estudiar el efecto causado por el tratamiento superficial de shot peening en fatiga por fretting con contacto cilíndrico se realizaron una serie de ensayos de fatiga por fretting en las que algunas probetas estaban tratadas con shot peening y otras no. El material empleado en la fabricación de las probetas para los ensayos fue el Al-7075-T651 de amplio uso en la industria aeroespacial. Se realizaron ensayos con diferentes combinaciones de cargas que crean distintos estados tensionales. De esta forma se puede ver con qué combinaciones de carga es más o menos efectivo el tratamiento de shot peening.
Por otra parte, estudios previos realizados en este grupo de investigación, mostraron que ante una situación de fatiga por fretting, superficies con una cierta textura o rugosidad pueden producir mejoras sustanciales en la vida a fatiga por fretting. Para comprobar este supuesto se han realizado una serie de ensayos específicos, dos tipos de ensayos en probetas sin tensiones residuales inducidas por el shot peening donde a las probetas de uno de los tipos de ensayo se les alteraba la rugosidad superficial para reproducir la rugosidad producida por el shot peening. Otros dos tipos de ensayos eran en probetas con shot peening donde a las probetas de uno de estos tipos de ensayos se eliminaba la rugosidad por pulido. Al igual que la rugosidad, en esta tesis se estudian y cuantifican los efectos causados por la relajación de tensiones residuales, hecho que afecta a la vida a fatiga por fretting debido a que esta relajación de tensiones residuales puede llegar a alcanzar hasta un $50\%$ según estudios anteriores.
Una vez finalizados los ensayos se han analizado las superficies de fractura, grietas y huellas marcadas por los contactos en todas las probetas ensayadas. Así, se han ver los daños producidos durante un ensayo, evaluarlo y compararlo con diferentes probetas ensayadas. Todo este se ha realizado como paso previo para continuar y estudiar nuevos métodos de predicción de vida en fatiga por fretting.
