Imagine uma superfície metálica que não seja mais vulnerável a rachaduras e corrosão, mas fortalecida como uma fortaleza impenetrável. Essa transformação é possível através do shot peening, um tratamento superficial de precisão que dá nova vida aos metais, permitindo-lhes resistir até mesmo aos ambientes mais severos.

Shot peening, também conhecido como jateamento, é um processo de trabalho a frio que melhora significativamente as propriedades mecânicas de metais e materiais compósitos. Basicamente, a técnica envolve bombardear uma peça com partículas esféricas de alta velocidade – normalmente feitas de metal, vidro ou cerâmica – para induzir deformação plástica na superfície. Isso cria uma camada de tensão compressiva que atua como uma armadura invisível, suprimindo efetivamente o início e a propagação de microfissuras, ao mesmo tempo que melhora drasticamente a vida em fadiga e a resistência à corrosão.

• Vida útil prolongada da fadiga:A vantagem mais notável do shot peening é sua capacidade de aumentar drasticamente a vida útil de fadiga de um componente metálico. Ao introduzir tensões de compressão, neutraliza os efeitos prejudiciais das tensões de tração, retardando a formação de fissuras. Em alguns casos, os componentes martelados apresentam melhorias na resistência à fadiga de até 1.000%.
• Resistência à corrosão sob tensão:A camada compressiva não apenas combate a fadiga, mas também combate a fissuração por corrosão sob tensão – um fenômeno destrutivo causado pela ação combinada de tensão de tração e ambientes corrosivos. O shot peening elimina as tensões de tração superficial, reduzindo substancialmente esse risco.
• Mitigação de defeitos de superfície:O processo pode reparar pequenas imperfeições superficiais, como arranhões e microfissuras, por meio de deformação plástica, atenuando essas falhas e minimizando seu impacto no desempenho.
• Melhoria do acabamento superficial:Além das melhorias mecânicas, o shot peening pode refinar a textura da superfície de um metal. Ao ajustar o tamanho da mídia e os parâmetros do processo, os fabricantes podem obter vários acabamentos estéticos. Na arquitetura, a técnica geralmente cria superfícies metálicas sutis e foscas.

A magia do shot peening reside na criação de tensão de compressão. Quando a mídia de alta velocidade impacta a superfície, causa deformação plástica localizada. Esta deformação tenta expandir o material da superfície, mas o metal não afetado circundante restringe esta expansão, gerando tensões de compressão na superfície. Para manter o equilíbrio, as tensões de tração de equilíbrio se desenvolvem mais profundamente no material. No entanto, uma vez que as fissuras normalmente se originam nas superfícies, a camada compressiva revela-se muito mais valiosa na prevenção de falhas.

Duas métricas principais governam a eficácia do shot peening:

Medida utilizando tiras de teste padronizadas, a intensidade reflete a energia cinética transferida durante o martelamento. Maior intensidade cria maior tensão de compressão, mas energia excessiva pode causar excesso de trabalho prejudicial. A escala Almen – desenvolvida por John Almen – quantifica a intensidade medindo a curvatura de finas tiras de metal após martelar. Quando uma tira se deforma em 10%, duplicar o tempo de exposição deve produzir mais 10% de deformação se a consistência do processo for mantida.

Esta porcentagem indica quão profundamente a superfície foi impactada. Embora 100% de cobertura signifique que cada área foi atingida pelo menos uma vez, múltiplas passagens garantem uma distribuição uniforme da tensão. Curiosamente, com uma cobertura de 150%, cerca de 52% dos pontos de superfície sofrem cinco ou mais impactos, aumentando para 84% com uma cobertura de 200%. Alcançar a cobertura ideal depende da geometria da mídia, da dureza do material e do tempo de exposição – mídias mais macias em materiais mais duros exigem processamento mais longo.

Shot peening envolve três estágios principais:

1. Preparação de superfície:A limpeza remove contaminantes como óleos e ferrugem, garantindo o contato adequado com a mídia.
2. Peening:Sistemas automatizados impulsionam a mídia por meio de ar comprimido (pneumático) ou força centrífuga (explosão de roda), controlando com precisão a intensidade, a cobertura e a duração.
3. Pós-Tratamento:Processos adicionais como limpeza, passivação ou revestimento podem ocorrer para melhorar a resistência ou a aparência à corrosão.

Técnicas emergentes como peening ultrassônico, peening por jato de água e peening a laser oferecem precisão superior para aplicações especializadas.

• Granalha de aço fundido:A opção mais comum, oferecendo alta dureza e durabilidade para aplicações gerais.
• Contas de vidro:Mídia mais macia para superfícies delicadas que exigem acabamentos finos.
• Contas de cerâmica:Excepcional resistência ao desgaste e à corrosão para condições extremas.
• Tiro de fio cortado:Partículas de aço econômicas inicialmente eficazes, mas frequentemente condicionadas para remover arestas vivas.

• Aeroespacial:Aumenta a vida útil das pás da turbina, do trem de pouso e de outros componentes críticos para a segurança, às vezes alcançando melhorias de dez vezes na vida útil.
• Automotivo:Fortalece virabrequins do motor, bielas e engrenagens de transmissão para maior confiabilidade.
• Fabricação:Prolonga a vida útil de molas, rolamentos e ferramentas de corte.
• Construção:Melhora a resistência à corrosão e a estética de fachadas e pontes metálicas.

• Fabricação de primavera:Crítico para componentes de alto ciclo, como molas de válvulas, onde as demandas de desempenho às vezes levam os materiais além dos limites padrão – as molas de corrida extrema podem sobreviver a apenas duas passagens de quatrocentos metros antes de exigirem substituição.
• Processamento de tiras de aço:O martelamento graduado do centro para as bordas sob pressões controladas (até 90 psi para alguns aços inoxidáveis) cria camadas compressivas que combatem rachaduras em materiais de tira.
• Revestimento de pena:Processos híbridos como o "shot peen chapeamento" da NASA incorporam revestimentos - de lubrificantes sólidos a biocerâmicas - combinando peening com deposição de pó. Técnicas emergentes, como o revestimento mediado por colisão modulada por temperatura (TM-CMC), permitem até mesmo aplicações de polímeros e antibióticos.

A difração de raios X e o perfil de dureza mapeiam as distribuições de tensão subterrânea, revelando como fatores como geometria da peça, propriedades do material e parâmetros de peening influenciam os resultados. O desenvolvimento adequado do processo evita quedas de tensão superficial que podem comprometer o desempenho – às vezes exigindo tratamentos em vários estágios para otimizar o gradiente de tensão.

Em última análise, a capacidade do shot peening de transmitir tensões de compressão benéficas através da transferência controlada de energia cinética o torna indispensável para melhorar o desempenho dos componentes metálicos em inúmeras indústrias.