En metalurgia , el peening es el proceso de trabajar la superficie de un metal para mejorar sus propiedades materiales, generalmente por medios mecánicos, como golpes de martillo , mediante granallado ( shot peening ), enfocando la luz ( laser peening ), 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 peening láser, el peening 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 del metal de la superficie.
La deformación plástica producida por el granallado induce una tensión de compresión residual en la superficie granallada, junto con una tensión de tracción en el interior. Este estado de tensión se asemeja 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 entorno de compresión. El beneficio se produce a expensas de tensiones de tracción más altas en la parte más profunda de la pieza. Sin embargo, las propiedades de fatiga de la pieza mejorarán, ya que las tensiones normalmente son significativamente más altas 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 somete a un endurecimiento 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, se impide la deformación plástica y el material seguirá comportándose de forma elástica mucho más allá del límite elástico elástico del material no endurecido por deformación.
La deformación plástica producida por granallado puede ser 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 de automóviles personalizados, donde se utiliza granallado manual o asistido por máquina para estirar chapas finas para crear superficies curvas. El método manual utiliza un martillo de granallado manual y es una forma de aplanado . También existen métodos asistidos por máquina que utilizan una versión de un martillo eléctrico para granallar la chapa metálica.
Otro uso del proceso de granallado es el de aplanar chapas metálicas y se utiliza específicamente como técnica principal para aplanar correas de acero utilizadas en operaciones industriales de transporte y prensado. En este proceso, una correa de acero que tiene una curvatura transversal se puede aplanar granallando la superficie cóncava para estirarla y, de ese modo, eliminar la curvatura transversal al igualar la longitud de la superficie a lo largo de la correa entre las superficies cóncavas y convexas anteriores. El granallado de correas de acero se logra generalmente utilizando equipo especializado y granalla especial para granallado.
Cuando se utiliza granallado para inducir tensión residual o endurecer un objeto, se debe tener cuidado con las piezas delgadas para no estirarlas. Cuando el estiramiento es inevitable, es posible que sea necesario realizar concesiones en el diseño de la pieza o en la aplicación del proceso.
El granallado manual también se puede realizar después de la soldadura para ayudar a aliviar las tensiones de tracción que se desarrollan al enfriarse en el metal soldado (así como en el metal base circundante). El nivel de reducción de la tensión de tracción es mínimo y solo se produce en la superficie de soldadura o cerca de ella. Otros métodos, como los puntos de calor (si corresponde), ayudan a reducir las tensiones de tracción residuales. El granallado inducirá una mayor dureza en la soldadura y esto es algo que se debe evitar. Por este motivo, el granallado normalmente no es aceptado por la mayoría de los códigos, normas o especificaciones. [2] Cualquier granallado que se realice en una soldadura debe haberse realizado en la pieza de prueba de calificación del procedimiento de soldadura.
La pieza de prueba de calificación del procedimiento de soldadura reproduce 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, la prueba mecánica posterior de la pieza de prueba de calificación del procedimiento demostrará 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 es así, el procedimiento ha fallado y el procedimiento de soldadura no es aceptable para su uso en la soldadura de producción.
Las hojas de las guadañas y las hoces se han afilado tradicionalmente 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 de la hoja mediante granallado y luego se forma un nuevo perfil de borde para afilar.
Las hojas se pueden martillar con diferentes diseños de yunques o trabajar con una plantilla de martillado. Una plantilla de martillado puede tener tapas intercambiables que fijan diferentes ángulos: primero se puede fijar un ángulo grueso a unos 3 milímetros (0,12 pulgadas) del borde y luego se fija un ángulo fino en el borde, dejando un borde que se presta a ser afilado fácilmente. Luego, la hoja se puede afilar utilizando piedras de afilar cada vez más finas hasta que esté lista para su uso. [3] [4]
Se dice que el término peening deriva del antiguo término sueco pæna , que significa golpear con un martillo. [5]
El uso del martillado 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 reforzar 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 los cañones de las armas 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 de los carruajes. [8]
Las primeras investigaciones científicas sobre las propiedades de los metales se llevaron a cabo en el siglo XIX, en particular en el contexto de las fallas por fatiga en el desarrollo ferroviario y la revolución industrial. Wöhler, por ejemplo, realizó un trabajo extenso sobre la resistencia a la fatiga de los 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]
Fue recién a principios del siglo XX que los tratamientos de superficie de los metales comenzaron a convertirse en métodos de procesamiento técnico, con el granallado (que consiste en una miríada de pequeños golpes de martillo [8] ) como 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 de aguacero”, durante el cual una corriente de pequeñas bolas de acero “llovía” 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. En 1930, algunos ingenieros de Buick se dieron cuenta de que el granallado (como se lo denominó originalmente) hacía que los resortes fueran más resistentes a la fatiga. Este proceso fue adoptado por la industria automotriz. Zimmerli publicó por primera vez un informe en 1940. John Almen realizó más investigaciones 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 lo incluyó en la literatura de ingeniería. Ese mismo año, se inventó el conformado por granallado para formar el revestimiento del ala del avión Super Constellation . [12]
Una innovación significativa en la tecnología de granallado a principios de la década de 1970 fue el desarrollo del tratamiento de impacto ultrasónico (UIT) por parte de Efim Statnikov, [13] que utiliza penetradores guiados en forma de varilla para transmitir impulsos de alta frecuencia a la superficie tratada. [14]
A principios de la década de 1970, el peening experimentó otra innovación importante cuando investigadores como Allan Clauer en los laboratorios Battelle en Columbus, Ohio, aplicaron rayos láser de alta intensidad sobre componentes metálicos para lograr tensiones residuales de compresión profundas, que patentaron como Laser Shock Peening, y se conoció como laser peening a fines de la década de 1990, cuando se aplicó por primera vez a las aspas de ventiladores de motores de turbina a gas para la Fuerza Aérea de los EE. UU.