Melhoria da vida à fadiga de ligas aeronáuticas de alumínio por Ultrasonic peening e microshot peening

Abstract

O alumínio e as suas ligas são amplamente usadas num vasto e variado conjunto de aplicações, e têm grande interesse em particular nas industrias aeronáuticas e aeroespaciais. As ligas de alumínio oferecem boas propriedades mecânicas aliadas a baixas densidades, a relativo baixo custo. A liga em estudo, a AA7475-T7351, já por si é uma liga melhorada na sua composição e têmpera, com o propósito de aumentar a sua resistência à fadiga e tenacidade à fratura. A sua performance é superior a muitas outras ligas comerciais tais como a AA7050 e a 7075. O objetivo deste trabalho é melhorar ainda mais o desempenho da liga em estudo pela introdução de tensões residuais de compressão na superfície. Foram estudados três processos com esse fim: o Ultrasonic Peening e o dois tipos de Microshot Peening. Foram realizados no material tratado ensaios de fadiga, análises de microdurezas, microestruturas, rugosidades, tensões residuais por Difração de Raios-X. Foram feitas ainda observações da superfície de fratura por Microscópio Eletrónico de Varrimento. Todos os tratamentos melhoraram a vida à fadiga da liga de alumínio, apesar de cada tratamento introduzir modificações substancialmente diferentes na superfície do material. Para além de todos os procedimentos experimentais, foram feitas previsões da vida à fadiga segundo o Método de Molski-Glinka para todos os tratamentos, tendo em conta as tensões residuais, medidas pela Difração de Raios-X, que afetam a tensão média. As previsões correlacionam-se, em geral, de forma muito satisfatória com os resultados experimentais.

Aluminium and its alloys have a wide range of applications, in particular in the aerospace and aeronautical industries. The Aluminium Alloys offer good mechanical properties and low densities at relatively good prices. The alloy in study, AA7475-T7351, is an improved version of other aluminium alloy, and is better than many commercially available high strength aerospace aluminium alloys such as 7050 and 7075 alloys. This work aims to further improve the mechanical properties of the AA7475-T7521 alloy by applying three different peening processes: Ultrasonic Peening (USP) and Microshot Peening with two different beads size (MSP). Uniaxial fatigue tests were conducted. Residual stresses were evaluated by X-Ray diffraction Method, and the fracture surface were observed and analysed by Scanning Electron Microscope. The microstructures of the specimens were observed by optic microscope. Microhardness and roughness were also measured. All of the superficial treatment enhanced the specimens fatigue lives, in spite of creating different superficial conditions. In addition to all the experimental procedures, analytic predictions according to Molski-Glinka approach (using the value of the residual stresses determined by X-Ray diffraction as mean stress) were made. In general, these predictions related well to the experimental results.