Quando especificar duplo shot peening

Há duas situações típicas que o justificam. A primeira são os componentes de máxima exigência, nos quais se busca o melhor desempenho possível e o custo do processo pesa menos frente ao valor da peça. A segunda é o aumento de exigência sobre peças que já recebem shot peening: quando as cargas aumentam ou se exige mais vida útil, acrescentar uma segunda passada costuma ser a melhoria de menor custo e menor reprojeto frente a mudar material, geometria ou tratamento térmico.

O duplo shot peening é a especificação de referência em componentes de alta exigência, e a Metalcym já fabricou equipamentos para várias de suas aplicações típicas: transmissões e coroas de veículos pesados, molas e feixes de molas, e componentes aeronáuticos. Como referência do benefício alcançável, em transmissões de veículos pesados um fabricante obtém cerca de 25% mais potência na mesma caixa aplicando duplo shot peening. Além disso, a Metalcym desenvolve equipamentos especiais para acompanhar os fabricantes na colocação em marcha do processo de duplo shot peening.

A objeção habitual é que, por ter duas etapas, exigiria duplicar equipamentos. A resposta depende da tecnologia e do volume. Em processos por ar comprimido, as duas passadas com granalhas de tamanhos diferentes costumam ser resolvidas em uma mesma máquina, porque a classificação por peneiramento que separa a granalha fina da grossa é gerenciada sem dificuldade em processo controlado. Já em processos por turbina e em aplicações de grande volume de produção, essa separação torna-se mais complexa e o recomendável é dispor de dois equipamentos dedicados em linha, um por etapa —como no shot peening de hastes de bombeio, em que o primeiro trabalha em alta intensidade e o segundo em baixa. A Metalcym projeta ambas as configurações, sempre com a granalha de cada etapa sob controle.

Tampouco é universalmente conveniente: em geometrias particulares —por exemplo molas helicoidais de arame fino com contato entre espiras— uma segunda passada mal dimensionada pode sobrecarregar o núcleo do arame. A decisão é tomada contra o modo de falha real da peça, não por padrão.

Primeira etapa — granalha grande. Utiliza granalha de maior diâmetro e, em geral, maior intensidade Almen. Produz deformação plástica profunda, elevadas tensões residuais de compressão e maior profundidade da camada afetada, o que melhora a resistência à iniciação e à propagação de trincas. Em contrapartida, deixa uma superfície de maior rugosidade.

Segunda etapa — granalha fina. Aplica uma granalha muito menor e de menor intensidade. Reduz os picos de rugosidade da primeira etapa, aumenta a deformação plástica muito próxima da superfície, eleva a magnitude das tensões de compressão nos primeiros mícrons e refina a microestrutura. Não elimina as tensões profundas já geradas, pois sua energia é insuficiente para isso.

A segunda passada costuma ser feita com granalha de aço mais fina; em engrenagens cementadas, a bibliografia reporta também o uso de vidro ou cerâmica, mais duros que o meio de aço convencional e que a própria superfície cementada, como opção de casos específicos.

Com tensões residuais de compressão na superfície, diminui a tensão efetiva de tração, aumenta o número de ciclos necessários para iniciar a trinca e reduz-se a velocidade de propagação. Além disso, a menor rugosidade aportada pela segunda etapa reduz os fatores de concentração de tensões, retardando ainda mais a iniciação.

É a combinação —compressão profunda da primeira etapa e compressão superficial mais acabamento da segunda— que explica a melhoria na vida em fadiga.

Convém separar dois planos. Como fabricante do equipamento, a Metalcym assegura e repete aquilo que o processo de jateamento efetivamente controla: a intensidade e a cobertura, verificadas por ensaio Almen. O jateamento atua sobre a superfície da peça; o desempenho final em fadiga depende também de seu histórico prévio —material, composição química, tratamento térmico—, igualmente determinante e fora do alcance do equipamento.

A tensão residual efetiva em um dado componente é verificada por difração de raios X, um método conhecido e utilizado por muitas empresas para caracterizar seu processo. É uma medição do resultado sobre aquela peça em particular —não um parâmetro que o equipamento controle—, pois depende do tipo de peça, do material, do tratamento térmico e do jateamento (tipo de granalha, dureza, velocidade de impacto).

Nota: O único método de controle conhecido até a data em processos de shot peening é a medição de intensidade e cobertura (ensaio Almen). Em contrapartida, a tensão residual está diretamente relacionada ao tipo de peça, ao material, ao tratamento térmico e ao jateamento (tipo de granalha, dureza, velocidade de impacto, etc.); caso alguma dessas variáveis seja alterada, afetará diretamente a tensão residual obtida.

Para o desenvolvimento do processo, a prática recomendada é ensaiar à fadiga peças de um mesmo lote com e sem o tratamento, a fim de quantificar a melhoria sobre o componente real. As normas de referência (SAE J442/J443/J2277, AMS) são citadas a título orientativo.

O duplo shot peening compensa quando há um modo de falha por fadiga concreto que o peening simples não cobre e a peça justifica o controle adicional. Bem especificado —duas etapas complementares— e executado na configuração adequada de equipamento, é a via mais eficiente de ganhar vida em fadiga em componentes críticos.

Na Metalcym projetamos e fabricamos equipamentos de shot peening que asseguram resultados repetíveis de intensidade e cobertura, sob medida para o componente e para o nível de controle requerido.