Effect of shot peening at high temperature in a SAE 5160 spring steel

O processo de jateamento com granalhas é um tratamento superficial, muito utilizado em peças, com o intuito de melhorar as propriedades de resistência à fadiga. A deformação controlada do impacto das esferas introduz tensões residuais compressivas na camada superficial do material. Geralmente, este processo é executado na temperatura ambiente. Existem poucos estudos exploratórios de se executar este tratamento superficial em temperaturas acima da ambiente, para a promoção de um aumento na vida em fadiga causada por uma maior deformação plástica. Este trabalho teve como principal objetivo o estudo do efeito do jateamento com granalhas, executados em temperaturas fora da ambiente, no comportamento em fadiga de lâminas fabricadas de aço mola SAE 5160, utilizado pela indústria automobilística. Foram realizados ensaios de fadiga por flexão em três pontos em corpos de prova no formato do componente original. Estas amostras foram jateadas nas temperaturas de 25, 100, 150, 200, 250 e 300ºC. Os resultados deste trabalho permitiram a obtenção de algumas conclusões importantes quanto ao processo de jateamento que deverão influir diretamente no processo de fabricação destas lâminas e possivelmente de outros componentes mecânicos. Com o aumento da temperatura, ocorreu primeiramente um acréscimo no nível das tensões residuais na faixa de temperatura de 25 a 100ºC, passando a decrescer continuadamente até a temperatura de 300ºC e um aumento crescente da rugosidade superficial. O jateamento a 200ºC promoveu um melhor desempenho, pois executado nesta temperatura, proporcionou a melhor associação de tensão residual introduzida e encruamento, resultando em, um acréscimo de aproximadamente 10 vezes na vida em fadiga.Shot peening is a surface treatment commonly used in parts with the aim of improving fatigue properties. The controlled plastic deformation caused by the impact of the shots introduces compressive residual stresses on the surface layer of the material. Normally, this process is performed at room temperature, however a few studies propose to perform this surface treatment above room temperature in order to increase the fatigue strength due to the associated higher plastic deformation. The aim of this work was to study the effects of shot peening process above room temperature on the fatigue properties of a SAE 5160 leaf spring steel used by the automotive industry. Three point bending fatigue tests were performed in test pieces with the same geometry of the original component. Test pieces were peened at 25, 100, 150, 200, 250 and 300ºC. Increasing temperature, it was observed an increase in surface roughness (i.e. plastic deformation). However, residual stress values increase up to 100ºC and decrease continuously above this temperature. Fatigue strength was the highest for parts peened at 200ºC possibly due to an optimized association of residual stress and hardening effects caused by the plastic deformation. These results may directly affect the fabrication process of spring leaves and other mechanical parts