The Shot Peener s Corner

Transcripción

1 The Shot Peener s Corner Nº 7

2 The Shot Peener s Corner es una colaboración entre ELECTRONICS INC. e IPAR-BLAST, S.L. Cada artículo, es una traducción del reportaje más destacado de la revista THE SHOT PEENER. ELECTRONICS INC. es lider mundial en formación y difusión del shot peening. IPAR-BLAST, S.L. es subcontratista de tratamientos superficiales de precisión. Entre los cuales se encuentra el shot peening. 2

3 The Shot Peener s Corner Nº 7 Términos clave en el control de la intensidad para los nuevos técnicos de Shot Peening Texto traducido por Eduardo Vázquez IPAR-BLAST, S.L. El control de la intensidad es esencial para la reproducibilidad y repetibilidad del proceso y es un área en la que muchos nuevos técnicos de shot peening podrían agradecer un consejo. Con el ánimo de ser útiles, hemos aportado algunas definiciones para los términos clave en el proceso de control de la intensidad. Placa Almen. También conocida como probeta Almen ó cupón Almen, son probetas de test ó ensayo fabricadas de acero muelle s/sae que sirven para medir la energía del haz de granalla ó la intensidad. La placa se fija en un soporte y se somete al haz de granalla proyectado por la máquina. La tensión de compresión residual provocada por el perdigoneado de la placa, provocará que esta se arquee hacia el lado impactado cuando la placa se libere del soporte. La cantidad de altura de arco ó flecha es una función de la intensidad y es cuantificable y repetible. La altura de arco ó flecha de las placas Almen, se mide en un medidor Almen. Las placas Almen se agrupan en 3 categorías basándose en su espesor: N, A y C. Se pueden hacer más clasificaciones dentro de estas 3 categorías si tenemos en cuenta la plenitud previa y la dureza. Espesor Placa Almen N = 0,031 (0,79 mm) Placa Almen A = 0,051 (1,29 mm) Placa Almen C = 0,094 (2,39 mm) El espesor determina la capacidad de la placa de arquearse durante el perdigoneado, por lo que cada placa tiene un rango de intensidad apropiado tal y como lo representará la altura del arco ó flecha medido en un medidor Almen. La placa Almen A es considerada la placa estándar y es normalmente utilizada cuando el rango de intensidad requerido está entre 0,004 y 0,024 Almen A. Cuando la intensidad requerida es más baja que 0,004 Almen A, se debe utilizar la placa Almen N. La placa Almen C se debe utilizar cuando se quieren alcanzar intensidades superiores a 0,024 Almen A. 3

4 The Shot Peener s Corner Nº 7 El factor de conversion entre unidades Almen es: 0,001 Almen C = 0,0035 Almen A 0,001 Almen A = 0,003 Almen N La longitud y la anchura de los 3 tipos de placas Almen, es la misma: 3 x 0,75 (76,2 mm x 19,05 mm). Planitud. Véase Prearco Dureza La dureza afectará al rendimiento de la placa Almen. A mayor dureza, la altura de arco ó flecha disminuirá. Las placas Almen A y C tienen un rango de dureza entre HRC. Las placas Almen N tienen un rango de dureza de 72,5-76 HRA. En aplicaciones tan críticas como las aeroespaciales, los diseñadores podrán incluso especificar placas Almen con rangos de dureza incluso menores. Medidor Almen. Un medidor Almen mide la altura del arco de una placa Almen sometida a shot peening. La altura del arco, es una representación cuantitativa de la fuerza aplicada por el haz de granalla ó la intensidad del haz de granalla. La energía del haz de granalla, influye directamente en la cantidad de tensiones de compresión inducidas en la superficie de cualquier componente. Los medidores Almen tienen un visualizador digital de indicación 0,0001 (0,001mm) y resolución 0,00005 (0,00127mm). La alta resolución, mejora la precisión y asegura la repetibilidad y reproducibilidad en el proceso de shot peening. Véase la figura 1. Fijación Almen. Las placas Almen, se montan sobre las fijaciones Almen antes de ser sometidas al haz de granalla. Las fijaciones Almen, se montan en piezas reales ó utillajes que simulen la posición real de la zona que debe ser tratada con shot peening. Véase la figura 1 Test Almen. El test Almen, es una parte crucial en un proceso de shot peening controlado, porque mediante el, se controla la intensidad del shot peening. La inten- 4

5 The Shot Peener s Corner Nº 7 sidad es la energía del haz de granalla y es la que afecta a la cantidad de tensiones de compresión inducidas en la superficie de un componente. Las placas Almen, los medidores y las fijaciones Almen, son herramientas estándar normalizadas en la industria del shot peening y son utilizadas para realizar el test Almen; un procedimiento, para medir la altura del arco de una placa Almen sometida a shot peening. Las alturas de arco obtenidas en los tests Almen son utilizadas para dibujar la Curva de Saturación. Los datos obtenidos de la curva de saturación, verificarán si la intensidad del proceso es la adecuada. Véase la curva de saturación Un test Almen, asegurará que la máquina de shot peening está correctamente ajustada y funcionando de acuerdo a los parámetros que permitirán evitar daños en componentes de alto valor. Los tests Almen, se suelen repetir durante los lotes de producción largos para comprobar que ninguno de los parámetros ha variado. Altura de arco. La altura de arco es el grado de curvatura de una placa Almen sometida a shot peening. Es medida en un medidor Almen y expresada en pulgadas ó milímetros. Es la representación cuantitativa de la fuerza aplicada por el haz de granalla. Intensidad Almen. La Intensidad Almen es la designación que especifica una altura de arco (medida en un medidor Almen) y el tipo de placa Almen utilizada. Por ejemplo, la designación correcta para una altura de arco de 0,012 (0,30mm) en una placa Almen de tipo A es 0,012A ó 0,30A. Este tipo de designación, es habitualmente simplificada a 12A. Figura 1. Materiales y pasos en un Test Almen 5

6 The Shot Peener s Corner Nº 7 Cobertura. La extensión cubierta de una superficie dada. La cobertura es la medida, de la superficie inicial, cubierta por impactos de shot peening. Es uno de los parámetros clave del proceso de shot peening y es controlada por el tiempo de ciclo de máquina. La cobertura se especifica en porcentaje. Si el objetivo es el 100% de cobertura, la duración del tiempo de ciclo de máquina para alcanzar el 100% de cobertura dependerá de la dureza del material a tratar con shot peening. El tiempo necesario para alcanzar el 100% de cobertura se determina por inspección visual y puede ser corroborado con herramientas de control de cobertura. Una vez establecido para un componente determinado, el operario de shot peening utilizará este tiempo como base para alcanzar niveles superiores de cobertura (por ejemplo 150% (x1,5), 200%(x2) ó 300%(x3)). Los conceptos de cobertura y saturación, y el tiempo necesario para obtener ambos, son habitualmente confundidos tanto por nuevos operarios como por operarios experimentados. Siempre se necesitará más tiempo para obtener el 100% de cobertura que para obtener saturación, que es la intensidad de un proceso de shot peening obtenida desde una curva de saturación. El tiempo de granallado en una curva de saturación NO ES el tiempo de ciclo necesario para alcanzar el 100% de cobertura en la placa Almen. Así mismo, el tiempo de ciclo de máquina necesario para alcanzar el 100% de cobertura en un componente será diferente. Por su diferente dureza y extension de superficie. Véase curva de saturación. Tiempo de exposición. El tiempo de exposición ó también llamado tiempo de peening, se corresponde con la variable de tiempo cuando construimos una curva de saturación. El tiempo de exposición no es la cantidad de tiempo necesario para el ciclo de máquina, ya que en la mayoría de los casos, llevará más tiempo alcanzar el grado de cobertura deseado en cualquier componente que en una placa Almen. Véase figura 2 y curva de saturación. Intensidad. La intensidad es la medida de la energía del haz de granalla. La energía del haz de granalla, es diréctamente proporcional a la cantidad de tensiones residuales inducidas en la superficie de un componente. Las tensiones superficiales de compresión mejoran la resistencia a la fatiga mecánica de los metales y la resistencia a algunos tipos de corrosión por tensión. La intensidad puede ser controlada mediante el diámetro de la granalla, el tipo de granalla, el ángulo de impacto y la velocidad del 6

7 The Shot Peener s Corner Nº 7 haz de granalla. La intensidad se expresa como la altura de arco de una placa Almen medida en un medidor Almen. Por ejemplo, si una especificación pide una intensidad de 0,010 ±0,002A, lo que se pide es una intensidad de 0,010 con una tolerancia de 0,002 medidas en una placa Almen de tipo A. El rango aceptado, será desde 0,008 hasta 0,012. Verificación de la intensidad. Véase curva de saturación. Fatiga de los metales. La fatiga de los metales, es la progresión del daño estructural localizado cuando un material es sometido a cargas cíclicas. Cargas aplicadas de forma repetitiva. Si las cargas superan cierto umbral, en la superficie comenzarán a formarse microgrietas. Alguna de estas grietas, alcanzará un tamaño crítico y la estructura metálica se romperá. El shot peening, genera tensiones residuales de compresión que aumentan la resistencia de los metales a la fatiga. Véase la figura 3. Plasticidad. La plasticidad, es la capacidad de deformación irreversible de un material sometido a determinadas fuerzas. En el shot peening, los impactos de la granalla, generan indentaciones. El metal shot peenizado mostrará la plasticidad por los cambios permanentes ocurridos en la superficie del material. Prearco. El prearco, ó la variación de la planitud perfecta. En una placa Almen sin shot peening actúa como un filtro en el sistema de medición. Una placa Almen con un prearco de 0,001 tendrá una medida de altura de arco 0,001 mayor que una con prearco cero. Del mismo modo, si el prearco es negativo, la altura de arco medida será igualmente menor. Para evitar tener que hacer estas compensaciones, se pueden tomar medidas netas. Las placas Almen se clasifican en grados. En función de las tolerancias de prearco admitidas en una amplia gama de aplicaciones, desde la automoción, hasta la aeroespacial. Tensiones residuales de compresión. Las tensiones residuales, son aquellas que permanecen después de haber eliminado la causa de las tensiones. El shot peening, crea una capa de tensiones residuales de compresión, una capa de ten- 7

8 The Shot Peener s Corner Nº 7 siones beneficiosas para la resistencia a la fatiga de los metales algunos tipos de corrosión por tensión. Véase tensión. Curva de saturación. Saturación (nombre): Estado ó proceso que ocurre cuando algo no puede ser más absorbido, combinado ó añadido. Una curva de saturación es la representación gráfica de la altura de arco vs. el tiempo de exposición, para determinar la intensidad (la velocidad/energía del haz de granalla). Es el método aceptado/estandarizado para verificar ó establecer la intensidad requerida. La curva de saturación debe ser dibujada con un mínimo de 4 alturas de arco diferentes medidas en placas Almen diferentes y con los mismos parámetros de máquina. La saturación, se define como el primer punto (T) de la curva en el cual, doblando el tiempo de exposición (2T) produce un incremento de altura de arco igual ó inferior al 10%. Esto, es conocido como la regla del 10%. La altura de arco en T, será definida como intensidad del haz de granalla para un ajuste de parámetros de máquina determinado. Si la altura de arco (intensidad) en T no está dentro del rango de intensidad requerido, se deberá de modificar alguno de los parámetros de la máquina y se deberá de volver a dibujar toda la curva desde cero. Véase la figura 2. Programa solver de curva de saturación. Dibujar las alturas de arco lleva tiempo y es habitualmente inexacto. Para simplificar y agilizar este proceso, existen programas de resolución de curvas de saturación. Figura 2. El punto de saturación en la curva, se dará cuando duplicando el tiempo de exposición, el incremente del arco sea igual ó inferior al 10% 8

9 The Shot Peener s Corner Nº 7 Especificación. Una especificación es la lista de requerimientos específicos que debe cumplir un material, producto ó servicio. Los productos y procedimientos del shot peening están regulados por especificaciones públicas como las emitidas por la SAE (Society of Automotive Engineers), especificaciones de clients ó especificaciones internas. Los requerimientos de una especificación de shot peening, tendrán habitualmente estos componentes: Referencias a normas industriales (por ejemplo SAE J442), área a shot pensar, tipo de granalla e intensidad. Tensión. Cuando se aplica una fuerza a un objeto, se dice que está sometido a tensión. De hecho, la tensión puede ser una medida de la respuesta de un objeto cuando se somete a una fuerza. Puede ser positiva ó negativa, dependiendo de la naturaleza de la fuerza. Si una región de un componente se estira, la tensión será positiva ó de tracción. Si la región es comprimida, la tensión será negativa ó de compresión. Las tensiones de tracción, son consideradas malas las de compresión, buenas. Imagine una pequeña grieta generada en la superficie (Figura 3). Si la tensión alrededor de la grieta es de tracción, la grieta se propagará. Pero si la tensión de alrededor es de compresión, la grieta no propagará (ó lo hará más despacio). El shot peening, induce tensiones de compresión en superficie para anular ó retardar el crecimiento ó propagación de las grietas y por lo tanto mejorar la vida a fatiga y resistencia de componentes críticos. Tensiones de tracción. Las tensiones de tracción, son el estado tensional previo a la expansión de un material. Esto es, un material tenderá a alongarse en la dirección en la que tenga las tensiones de tracción. Las tensiones de tracción, son lo contrario a las de compresión. Figura 3. Comparación entre tensiones de tracción y de compresión 9

10 IPAR-BLAST, S.L. Pol. Ind. Ibur Erreka, 40 - bajo EIBAR (Guipúzcoa) TEL FAX shot-peening@ipar-blast.com 10 ELECTRONICS INC Magnetic Drive MISHAWAKA (Indiana ) EE.UU. TEL: / FAX: