En metalurgia , el granallado es el proceso de trabajar la superficie de un metal para mejorar las propiedades del material, generalmente por medios mecánicos, como golpes de martillo , mediante granallado ( shot peening ), enfocando luz ( peening láser ), o en los últimos años. , con impactos de columna de agua (water jet peening) y chorros de cavitación (cavitation peening). [1] Con la notable excepción del granallado por láser, el granallado es normalmente un proceso de trabajo en frío que tiende a expandir la superficie del metal frío, induciendo así tensiones de compresión o aliviando tensiones de tracción ya presentes. También puede fomentar el endurecimiento por deformación de la superficie del metal.
La deformación plástica por granallado induce una tensión de compresión residual en una superficie granallada, junto con una tensión de tracción en el interior. Este estado de tensión se parece al que se observa en el vidrio templado y es útil por razones similares.
Las tensiones de compresión superficial confieren resistencia a la fatiga del metal y a algunas formas de corrosión , ya que las grietas no crecerán en un ambiente compresivo. El beneficio se produce a expensas de mayores tensiones de tracción en las zonas más profundas de la pieza. Sin embargo, las propiedades de fatiga de la pieza mejorarán, ya que las tensiones normalmente son significativamente mayores en la superficie, en parte debido a imperfecciones y daños en la superficie.
El trabajo en frío también sirve para endurecer la superficie del material. Esto hace que sea menos probable que se formen grietas en la superficie y proporciona resistencia a la abrasión . Cuando un metal se endurece por deformación, su límite elástico aumenta pero su ductilidad disminuye. El endurecimiento por deformación en realidad aumenta el número de dislocaciones en la red cristalina del material. Cuando un material tiene un gran número de dislocaciones, la deformación plástica se ve obstaculizada y el material continuará comportándose de manera elástica mucho más allá del límite elástico elástico del material endurecido sin deformación.
La deformación plástica por granallado puede resultar útil para estirar la superficie de un objeto.
Un uso común de este proceso de granallado (estiramiento) se puede ver en las industrias de reparación de automóviles y fabricación personalizada de automóviles, donde se utiliza el granallado manual o asistido por máquina para estirar láminas de metal delgadas para crear superficies curvas. El método manual utiliza un martillo de mano y es una forma de aplanado . También existen métodos asistidos por máquina que utilizan una versión de un martillo eléctrico para granallar la chapa.
Otro uso del proceso de granallado es aplanar láminas de metal y se utiliza específicamente como técnica principal para aplanar correas de acero utilizadas en operaciones de prensado y transporte industrial. En este proceso, una correa de acero que tiene una curvatura transversal se puede aplanar granallando la superficie cóncava para estirarla y eliminando así la curvatura transversal igualando la longitud de la superficie a través de la correa entre las superficies previamente cóncavas y convexas. El granallado de correas de acero generalmente se logra mediante el uso de equipos especializados y granallado especial.
Cuando se utiliza el granallado para inducir tensión residual o endurecer un objeto, se debe tener cuidado con las piezas delgadas para no estirar la pieza de trabajo. Cuando el estiramiento es inevitable, es posible que sea necesario hacer concesiones en el diseño de la pieza o en la aplicación del proceso.
El granallado manual también se puede realizar después de soldar para ayudar a aliviar las tensiones de tracción que se desarrollan al enfriar el metal soldado (así como el metal base circundante). El nivel de reducción de la tensión de tracción es mínimo y sólo ocurre en o cerca de la superficie de soldadura. Otros métodos, como los puntos calientes (si corresponde), ayudan a reducir las tensiones de tracción residuales. El granallado inducirá una mayor dureza en la soldadura y esto es algo que debe evitarse. Por esta razón, el granallado normalmente no es aceptado por la mayoría de códigos, normas o especificaciones. [2] Cualquier granallado que se realice sobre una soldadura debería haberse realizado en la pieza de prueba de calificación del procedimiento de soldadura.
La pieza de prueba de calificación del procedimiento de soldadura replica todas las variables esenciales que se utilizarán en la soldadura de producción. Si la soldadura se granalla durante la calificación de un procedimiento de soldadura, las pruebas mecánicas posteriores de la pieza de prueba de calificación del procedimiento demostrarán las propiedades mecánicas de la soldadura. Estas propiedades mecánicas deben, como mínimo, coincidir con las propiedades mecánicas de los materiales que se han soldado entre sí. Si no lo hacen, el procedimiento ha fallado y el procedimiento de soldadura no es aceptable para su uso en soldadura de producción.
Las hojas de hoz y guadaña tradicionalmente se han afilado mediante un granallado ocasional seguido de un afilado frecuente en el campo durante su uso. Una hoja se puede afilar reformando el acero maleable para crear un perfil de borde que luego se puede afilar . Las muescas y cortes en el borde de la hoja se pueden eliminar mediante granallado y luego se forma un nuevo perfil de borde para pulir.
Las hojas se pueden granallar libremente utilizando varios diseños de yunques de granallado o trabajar en una plantilla de granallado. Una plantilla de granallado puede tener tapas intercambiables que establecen diferentes ángulos: primero se puede colocar un ángulo grueso a unos 3 milímetros (0,12 pulgadas) del borde y luego se coloca un ángulo fino en el borde, dejando un borde que se presta para ser fácilmente perfeccionado. Luego, la hoja se puede afilar utilizando piedras de afilar progresivamente más finas hasta que esté lista para su uso. [3] [4]
Se dice que el término granallado deriva del antiguo término sueco pæna , golpear con un martillo. [5]
El uso del granallado para mejorar las propiedades materiales de los metales se remonta a la antigüedad. [6] El oro se martillaba para mejorar mecánicamente los cascos ya en el año 2700 a. C. [7] y el bronce se martillaba para fortalecer las armaduras en la antigua Grecia. [8] [9] En la Edad Media, el martillado se utilizaba para fortalecer y dar forma a las espadas. Las aplicaciones posteriores para mejorar la resistencia del metal incluyen el martillado de cañones de artillería en el siglo XVIII. [7] Del mismo modo, los herreros solían utilizar un martillo de bola para dar forma y mejorar la vida útil de los resortes del carro. [8]
Las primeras investigaciones científicas sobre las propiedades de los metales se llevaron a cabo en el siglo XIX, especialmente en el contexto de los fallos por fatiga en el desarrollo ferroviario y la revolución industrial. Wöhler, por ejemplo, llevó a cabo numerosos trabajos sobre la resistencia a la fatiga de metales sometidos a ciclos de tensión. [10] Kirkaldy realizó experimentos sobre la resistencia a la tracción del hierro forjado y el acero y Bauschinger probó los límites elásticos del hierro y el acero durante el estiramiento y la compresión. [11]
No fue hasta principios del siglo XX que los tratamientos superficiales de los metales comenzaron a convertirse en métodos de procesamiento técnico, y el granallado (en realidad, una miríada de pequeños golpes de martillo [8] ) se convirtió en una alternativa al laminado para aumentar la resistencia a la fatiga. [7] En 1927, EG Herbert describió el efecto de endurecimiento del proceso de “lluvia”, durante el cual una corriente de pequeñas bolas de acero “llovió” sobre una superficie de acero, mientras que O Föppl demostró el efecto beneficioso del trabajo en frío para aumentar la resistencia a la fatiga en 1929. [ 6]
La primera patente para el granallado se obtuvo en Alemania en 1934, pero nunca se implementó comercialmente. De forma independiente, en 1930, algunos ingenieros de Buick notaron que el granallado (como se lo llamó originalmente) hacía que los resortes fueran resistentes a la fatiga. Este proceso fue adoptado luego por la industria automotriz. Zimmerli publicó un informe por primera vez en 1940. John Almen investigó más y durante la Segunda Guerra Mundial lo introdujo en la industria aeronáutica. [12]
En 1950, el granallado se convirtió en un proceso aceptado y se incluía en la literatura de ingeniería. Ese mismo año se inventó el shot peen para formar el revestimiento del ala del avión Super Constellation . [12]
A principios de la década de 1970, el granallado experimentó una importante innovación cuando investigadores como Allan Clauer de los laboratorios Battelle en Columbus, Ohio, aplicaron rayos láser de alta intensidad sobre componentes metálicos para lograr tensiones residuales de compresión profunda, lo que patentaron como Laser Shock Peening y se hicieron conocidos. como granallado láser a finales de la década de 1990, cuando se aplicó por primera vez a las aspas de ventiladores de motores de turbinas alimentadas por gas para la Fuerza Aérea de EE. UU.