Applicazione dei criteri di progetto a fatica a componenti pallinati e verifica sperimentale

Shot peening is a surface treatment usually used to increase the fatigue strength of components subjected to cyclic loading. A shot stream of small particles is thrown against the surface of the component to be processed. These media can be of two different nature: metallics or ceramics; it depends on the component to be processed. The shot stream causes the formation of a superficial compressive layer and it is responsable of surface hardening. These two factors have been long recognized to have benefical effect on the fatigue strength of a component. But we have a detrimental effect too, which is the increase of surface roughness; so in order to give the best results, the process parametres (material, velocity, shape and size of the shots) have to be correctly chosen. Normally shot peening is done on notched part, that’s because the strain high gradient just under the notch results in considerable decrease in the stress level, and the compressive layer decreases the crack grouth rate. In literature we can’t find yet a criteria for the prediction of the fatigue limit of shot peened parts which is universally accepted, this depends on the complessive and not deterministic nature of the phenomen. So the target of the work is to make a comparison between the methods for the prediction of the fatigue limit of shot peened components which have been proposed in academic’s world. First of all it is made a theoretical comparison between the criteria and then it is made a numerical comparison: the criteria are applied to two different experimental campaigns (rotating bending and axial fatigue), in order to check which of the methods is able to give the best fit of the experimental results. The comparison lights the limits of the methods and the field in which they can be successfully applied; where possible it have been introduced appropriate corrections in order to have a better agreement with the experimental results.

La pallinatura (shot peening) è un trattamento superficiale utilizzato solitamente per incrementare il limite di fatica di componenti sottoposti a carichi ciclici. Viene eseguita scagliando sulla superficie del componente da trattare un flusso di pallini di materiale metallico o ceramico. Si ottiene la formazione sul componente di uno sforzo residuo di compressione e si assiste inoltre ad un fenomeno di incrudimento superficiale. A fianco di questi due fattori positivi che, come noto, comportano un incremento del limite di fatica, si assiste anche ad un peggioramento delle condizioni di finitura superficiale. Proprio per questo motivo i parametri di processo (materiale, diametro, forma e velocità dei pallini) devono essere opportunamente scelti. Lo shot peening viene tipicamente realizzato su componenti che presentano un effetto di intaglio, in quanto la deformazione plastica che si genera all’apice dell’intaglio, con relativo sforzo di compressione residuo, fa diminuire in misura considerevole il livello di formazione e propagazione delle cricche a fatica. A oggi non esiste in letteratura un criterio che venga universalmente riconosciuto ed utilizzato per la previsione del limite di fatica di componenti trattati attraverso lo shot peening; ciò è dovuto alla complessa natura del fenomeno e alla variabilità dei parametri di processo. L’obiettivo che si propone la tesi è quello di effettuare un confronto critico fra i vari metodi che sono stati utilizzati a livello accademico per il calcolo del limite di fatica di componenti pallinati. Dapprima viene eseguito un confronto teorico, dopo il quale si procede ad un confronto numerico: i criteri di progetto a fatica sono stati applicati ai provini di due campagne sperimentali (una a flessione rotante e l’altra a fatica assiale) in modo tale da verificare numericamente il livello di accuratezza di ciascuno dei metodi. Nel confronto numerico sono emersi i limiti di applicabilità dei criteri di progetto e sono state applicate, ove possibile, opportune correzioni per una più corretta implementazione e una migliore fit dei risultati osservati sperimentalmente.