Cuándo especificar doble shot peening

Hay dos situaciones típicas que lo justifican. La primera son los componentes de máxima exigencia, donde se busca el mejor desempeño posible y el costo del proceso pesa menos frente al valor de la pieza. La segunda es el aumento de exigencia sobre piezas que ya reciben shot peening: cuando las cargas suben o se pide más vida útil, sumar una segunda pasada suele ser la mejora de menor costo y menor rediseño frente a cambiar material, geometría o tratamiento térmico.

El doble shot peening es la especificación de referencia en componentes de alta exigencia, y CYM ha fabricado equipos para varias de sus aplicaciones típicas: transmisiones y coronas de vehículo pesado, resortes y ballestas, y componentes aeronáuticos. Como referencia del beneficio alcanzable, en transmisiones de vehículo pesado un fabricante obtiene alrededor de un 25% más de potencia sobre la misma caja aplicando doble shot peening. Además, CYM desarrolla equipos especiales para acompañar a los fabricantes en la puesta a punto del proceso de doble shot peening.

La objeción habitual es que, al ser dos etapas, obligaría a duplicar equipos. La respuesta depende de la tecnología y del volumen. En procesos por aire comprimido, las dos pasadas con granallas de distinto tamaño suelen resolverse en una misma máquina, porque la clasificación por tamizado que separa la fina de la gruesa se maneja sin dificultad en proceso controlado. En cambio, en procesos por turbina y en aplicaciones de gran volumen de producción esa separación se vuelve más compleja y lo recomendable es disponer dos equipos dedicados en línea, uno por etapa —como en el shot peening de varillas de bombeo, donde el primero trabaja a alta intensidad y el segundo a baja. CYM diseña ambas configuraciones, siempre con la granalla de cada etapa bajo control.

Tampoco es universalmente conveniente: en geometrías particulares —por ejemplo resortes helicoidales de alambre fino con contacto entre espiras— una segunda pasada mal dimensionada puede sobrecargar el núcleo del alambre. La decisión se toma contra el modo de falla real de la pieza, no por defecto.

Primera etapa — granalla grande. Usa granalla de mayor diámetro y, en general, mayor intensidad Almen. Produce deformación plástica profunda, elevadas tensiones residuales de compresión y mayor profundidad de la capa afectada, lo que mejora la resistencia a la iniciación y a la propagación de grietas. Como contrapartida, deja una superficie de mayor rugosidad.

Segunda etapa — granalla fina. Aplica una granalla mucho más pequeña y de menor intensidad. Reduce los picos de rugosidad de la primera etapa, incrementa la deformación plástica muy cerca de la superficie, aumenta la magnitud de las tensiones de compresión en los primeros micrones y refina la microestructura. No elimina las tensiones profundas ya generadas, porque su energía es insuficiente para ello.

La segunda pasada suele hacerse con granalla de acero más fina; en engranajes cementados, la bibliografía reporta también el uso de vidrio o cerámica, más duros que el medio de acero convencional y que la superficie cementada, como opción de casos específicos.

Con tensiones residuales de compresión en la superficie disminuye la tensión efectiva de tracción, aumenta el número de ciclos necesarios para iniciar la grieta y se reduce la velocidad de propagación. Además, la menor rugosidad que aporta la segunda etapa baja los factores de concentración de tensiones, retrasando todavía más la iniciación.

Es la combinación —compresión profunda de la primera etapa y compresión superficial más acabado de la segunda— la que explica la mejora en vida a la fatiga.

Conviene separar dos planos. Como fabricante del equipo, CYM asegura y repite lo que el proceso de granallado sí controla: la intensidad y la cobertura, verificadas por ensayo Almen. El granallado actúa sobre la superficie de la pieza; el desempeño final a la fatiga depende además de su historia previa —material, composición química, tratamiento térmico—, igualmente determinante y fuera del alcance del equipo.

La tensión residual efectiva en un componente dado se verifica por difracción de rayos X, un método conocido y usado por muchas empresas para caracterizar su proceso. Es una medición del resultado sobre esa pieza en particular —no un parámetro que el equipo controle—, porque depende del tipo de pieza, el material, el tratamiento térmico y el granallado (tipo de granalla, dureza, velocidad de impacto).

Nota El único método de control conocido a la fecha en procesos de shot peening es la medición de intensidad y cobertura (ensayo Almen). En cambio, la tensión residual está directamente relacionada con el tipo de pieza, el material, el tratamiento térmico y el granallado (tipo de granalla, dureza, velocidad de impacto, etc.); si alguna de estas variables cambia, afectará directamente la tensión residual obtenida.

Para el desarrollo del proceso, la práctica recomendada es ensayar a fatiga piezas de un mismo lote con y sin el tratamiento, para cuantificar la mejora sobre el componente real. Las normas de referencia (SAE J442/J443/J2277, AMS) se citan a título orientativo.

El doble shot peening rinde cuando hay un modo de falla por fatiga concreto que el peening simple no cubre y la pieza justifica el control adicional. Bien especificado —dos etapas complementarias— y ejecutado en la configuración adecuada de equipo, es la vía más eficiente de ganar vida a la fatiga en componentes críticos.

En CYM diseñamos y fabricamos equipos de shot peening que aseguran resultados repetibles de intensidad y cobertura, a medida del componente y del nivel de control requerido.