فلز را تصور کنید که دیگر در برابر ترک خوردگی و خوردگی آسیب پذیر نیست، بلکه مانند یک قلعه نفوذناپذیر مستحکم شده است. این تحول از طریق شات پینینگ امکان پذیر می شود، یک عملیات سطحی دقیق که جان تازه ای به فلزات می بخشد و آنها را قادر می سازد تا حتی در سخت ترین محیط ها مقاومت کنند.

شات پینینگ، که به عنوان شات بلاست نیز شناخته می شود، یک فرآیند کار سرد است که خواص مکانیکی فلزات و مواد کامپوزیت را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. در اصل، این تکنیک شامل بمباران یک قطعه کار با ذرات کروی با سرعت بالا - معمولاً از فلز، شیشه یا سرامیک - برای ایجاد تغییر شکل پلاستیکی روی سطح است. این یک لایه تنش فشاری ایجاد می کند که مانند زره نامرئی عمل می کند، به طور موثر شروع و انتشار ریزترک ها را سرکوب می کند و در عین حال عمر خستگی و مقاومت در برابر خوردگی را به طرز چشمگیری بهبود می بخشد.

• افزایش عمر خستگی: بارزترین مزیت شات پینینگ توانایی آن در افزایش چشمگیر عمر خستگی یک قطعه فلزی است. با معرفی تنش های فشاری، اثرات مضر تنش های کششی را خنثی می کند و تشکیل ترک را به تاخیر می اندازد. در برخی موارد، اجزای پین شده بهبود عمر خستگی تا 1000٪ را نشان می دهند.
• مقاومت در برابر خوردگی تنشی: لایه فشاری نه تنها با خستگی مبارزه می کند، بلکه با ترک خوردگی ناشی از تنش نیز مبارزه می کند - پدیده ای مخرب ناشی از عمل ترکیبی تنش کششی و محیط های خورنده. شات پینینگ تنش های کششی سطحی را از بین می برد و این خطر را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
• کاهش نقص سطح: این فرآیند می تواند عیوب جزئی سطح مانند خراش و ریزترک ها را از طریق تغییر شکل پلاستیکی ترمیم کند، این عیوب را از بین می برد و تأثیر آنها را بر عملکرد به حداقل می رساند.
• بهبود سطح نهایی: فراتر از بهبودهای مکانیکی، شات پینینگ می تواند بافت سطح فلز را اصلاح کند. با تنظیم اندازه رسانه و پارامترهای فرآیند، تولیدکنندگان می توانند به انواع پرداخت های زیبایی دست یابند. در معماری، این تکنیک اغلب سطوح فلزی ظریف و مات ایجاد می کند.

جادوی شات پینینگ در ایجاد تنش فشاری نهفته است. هنگامی که رسانه با سرعت بالا به سطح برخورد می کند، باعث تغییر شکل پلاستیکی موضعی می شود. این تغییر شکل سعی می کند مواد سطحی را منبسط کند، اما فلز اطراف که تحت تأثیر قرار نگرفته است، این انبساط را محدود می کند و تنش های فشاری را در سطح ایجاد می کند. برای حفظ تعادل، تنش های کششی متعادل در عمق بیشتری در مواد ایجاد می شوند. با این حال، از آنجایی که ترک ها معمولاً در سطوح ایجاد می شوند، لایه فشاری در جلوگیری از شکست بسیار ارزشمندتر است.

دو معیار کلیدی بر اثربخشی شات پینینگ حاکم است:

شدت اندازه گیری شده با استفاده از نوارهای آزمایشی استاندارد، انرژی جنبشی منتقل شده در طول پینینگ را منعکس می کند. شدت بالاتر تنش فشاری بیشتری ایجاد می کند، اما انرژی بیش از حد می تواند باعث کار بیش از حد مضر شود. مقیاس آلمن - که توسط جان آلمن توسعه یافته است - شدت را با اندازه گیری انحنای نوارهای فلزی نازک پس از پینینگ، تعیین می کند. هنگامی که یک نوار 10٪ تغییر شکل می دهد، دو برابر شدن زمان نوردهی باید 10٪ تغییر شکل دیگر ایجاد کند، اگر ثبات فرآیند حفظ شود.

این درصد نشان می دهد که سطح چقدر کامل تحت تأثیر قرار گرفته است. در حالی که پوشش 100٪ به این معنی است که هر ناحیه حداقل یک بار ضربه خورده است، چندین پاس توزیع یکنواخت تنش را تضمین می کند. جالب اینجاست که در پوشش 150٪، حدود 52٪ از نقاط سطح پنج یا بیشتر ضربه را تحمل می کنند که در پوشش 200٪ به 84٪ می رسد. دستیابی به پوشش بهینه به هندسه رسانه، سختی مواد و زمان نوردهی بستگی دارد - رسانه های نرم تر روی مواد سخت تر به پردازش طولانی تری نیاز دارند.

شات پینینگ شامل سه مرحله اصلی است:

1. آماده سازی سطح: تمیز کردن آلاینده هایی مانند روغن و زنگ زدگی را از بین می برد و تماس مناسب رسانه را تضمین می کند.
2. پینینگ: سیستم های خودکار رسانه را از طریق هوای فشرده (پنوماتیک) یا نیروی گریز از مرکز (انفجار چرخ) به حرکت در می آورند و شدت، پوشش و مدت زمان را با دقت کنترل می کنند.
3. پس از درمان: فرآیندهای اضافی مانند تمیز کردن، غیرفعال سازی یا پوشش ممکن است برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی یا ظاهر دنبال شود.

تکنیک های نوظهور مانند پینینگ اولتراسونیک، پینینگ جت آب و پینینگ لیزری دقت بالاتری را برای کاربردهای تخصصی ارائه می دهند.

• شات فولادی ریخته گری: رایج ترین گزینه، ارائه سختی و دوام بالا برای کاربردهای عمومی.
• مهره های شیشه ای: رسانه های نرم تر برای سطوح ظریف که نیاز به پرداخت خوب دارند.
• مهره های سرامیکی: مقاومت در برابر سایش و خوردگی استثنایی برای شرایط شدید.
• شات سیم برش: ذرات فولادی اقتصادی که در ابتدا موثر هستند اما اغلب برای از بین بردن لبه های تیز آماده می شوند.

• هوافضا: عمر خستگی پره های توربین، ارابه فرود و سایر اجزای ایمنی را افزایش می دهد - گاهی اوقات بهبودی ده برابری در طول عمر را به دست می آورد.
• خودرو: میل لنگ موتور، میله های اتصال و چرخ دنده های انتقال را برای بهبود قابلیت اطمینان تقویت می کند.
• تولید: عمر مفید فنرها، یاتاقان ها و ابزارهای برش را افزایش می دهد.
• ساخت و ساز: مقاومت در برابر خوردگی و زیبایی نماهای فلزی و پل ها را بهبود می بخشد.

• تولید فنر: برای اجزای با چرخه بالا مانند فنرهای سوپاپ، جایی که الزامات عملکرد گاهی اوقات مواد را فراتر از محدودیت های استاندارد سوق می دهد - فنرهای مسابقه ای شدید ممکن است تنها دو پاس یک چهارم مایل قبل از نیاز به تعویض دوام بیاورند.
• پردازش نوار فولادی: پینینگ درجه بندی شده از مرکز به لبه ها تحت فشارهای کنترل شده (تا 90 psi برای برخی از فولادهای ضد زنگ) لایه های فشاری ایجاد می کند که با ترک خوردگی در مواد نواری مبارزه می کند.
• پوشش پین: فرآیندهای ترکیبی مانند "آبکاری شات پین" ناسا پوشش ها - از روان کننده های جامد گرفته تا بیوسرامیک ها - را با ترکیب پینینگ با رسوب پودر جاسازی می کنند. تکنیک های نوظهور مانند پوشش واسطه برخورد تعدیل شده با دما (TM-CMC) حتی برنامه های پلیمری و آنتی بیوتیکی را فعال می کنند.

پراش اشعه ایکس و پروفیل سختی، توزیع تنش های زیرسطحی را ترسیم می کند و نشان می دهد که چگونه عواملی مانند هندسه قطعه، خواص مواد و پارامترهای پینینگ بر نتایج تأثیر می گذارند. توسعه فرآیند مناسب از افت تنش سطحی که می تواند عملکرد را به خطر بیندازد جلوگیری می کند - گاهی اوقات نیاز به درمان های چند مرحله ای برای بهینه سازی گرادیان تنش دارد.

در نهایت، توانایی شات پینینگ در انتقال تنش های فشاری مفید از طریق انتقال انرژی جنبشی کنترل شده، آن را برای افزایش عملکرد اجزای فلزی در صنایع بی شماری ضروری می کند.