Experimental Investigation of Controlled Single and Multiple Impacts of Shot Peening on Titanium Ti-6A1-4V Alloy, 300M Steel and Aluminium Alloy 7050-T7451

Pendant le processus de grenaillage, plusieurs coups sphériques impactent la surface du composant à des vitesses élevées provoquant une déformation plastique de la surface du composant. Cette déformation plastique introduit des contraintes résiduelles de compression bénéfiques sous la surface dans le matériau et, dans certains cas, augmente la dureté sous la surface en raison de l'évolution de la microstructure sous la surface, améliorant durée de vie et résistance à l'usure. Le processus de grenaillage est régi par un certain nombre d'imparamètres importants qui déterminent le rendement de grenaillage. Pour mieux comprendre le coup processus de grenaillage et résultats de grenaillage sur différents matériaux, il est essentiel d'étudier l'effet de paramètres de processus individuels pour différents matériaux cibles. En utilisant un canon de grenaillage à un seul coup, l'effet des paramètres de grenaillage individuels tels que comme la vitesse de tir, le diamètre de tir, l'angle d'impact et les propriétés du matériau sur l'indentation diamètre, profondeur d'indentation et changement de la valeur du coefficient de restitution (CoR) après un et trois impacts sur les alliages aérospatiaux sont étudiés. La recherche porte sur trois différents alliages : alliage Titane Ti- 6Al-4V, acier 300 M (fourni par SAFRAN Tech.) et Alliage d'aluminium AA 7050-T7451. La vitesse et la taille du tir, l'angle d'impact et les qualités du matériau cible sont tous paramètres pertinents, selon la littérature. Pour grenailler les échantillons, 1,19 mm et Des tailles de grenailles de 2,5 mm en acier inoxydable 440 HRC ont été choisies. Au cours de la procédure de grenaillage, une pression de canon allant de 0,013 MPa à 0,55 MPa a été utilisée. Pour l'expérimentation analyse, trois angles d'impact de 0°, 15° et 30° ont été choisis. Deux haute résolution des radars ont été utilisés pour analyser la trajectoire 3D du tir. Caméras haute résolution ont été utilisés pour mesurer l'impact et la vitesse de rebond du tir impactant. Les principales conclusions de l'étude sont que l'augmentation de la pression des canons entraîne une exposition inverse. augmentation essentielle de la vitesse d'impact. La vitesse moyenne passe de 16,4 m/s à 82,1 m/s pour le diamètre de grenaille de 2,5 mm et 9,7 m/s à 57,7 m/s pour le diamètre de grenaille de 1,19 mm lorsque la pression est augmentée de 0,01 MPa à 0,55 MPa. L'angle d'impact réel variait entre +14° pour un angle cible de 0°, ± 8° pour un angle cible de 15° et ±4° pour un angle cible de 30°. Le diamètre et la profondeur d'indentation sont influencés par le diamètre de la taille de la grenaille et l'impact de la grenaille rapidité. Dans le cas d'une interaction tir-cible d'un diamètre de tir de 2,5 mm, l'augmentation de la vitesse de 16,4 m/s à 82,1 m/s entraîne une augmentation du diamètre moyen de l'indentation dans le titane Ti-6Al-4V de 522,83 μm à 1073,3 μm soit seulement 183,12 μm à 432 μm avec 1,19 coup de mm. De même, pour l'acier 300M, le diamètre moyen passe de 465 μm à 1023,3 μm viii pour un diamètre de grenaille de 2,5 et de 181,4 μm à 416,83 μm pour un diamètre de grenaille de 1,19 mm. Aluminium L'alliage AA7050 T-7451 a observé un changement significativement plus élevé du diamètre d'indentation moyen soit 619,83 μm à 1403,6 μm pour un diamètre de grenaille de 2,5 mm et 233,66 μm à 578,6 μm pour diamètre de tir 1,19 mm. Pour vérifier le diamètre de l'indentation, les résultats ont été en outre analysés et comparés avec les deux autres techniques telles que l'analyse des contours GT et analyse de polissage conventionnelle. L'échantillon d'essai grenaillé à 0,06 MPa et 0,27 MPa avec 2,5 mm a été utilisé pour l'analyse. On observe qu'en mesurant l'indentation diamètre, l'erreur maximale avec la technique de l'échantillon de coupe est de 25 % lors de l'utilisation du contour GT analyse, l'erreur maximale pourrait être de 15%. Le diamètre de tir, les angles d'impact de l'incident, les vitesses de tir et le nombre d'impacts ont tous eu un impact sur la valeur du coefficient de restitution (CoR), qui a été mesuré et comparé. Pour résumer, le diamètre du tir n'a pas d'effet sur la valeur du CoR, cependant l'impact l'angle, la vitesse de tir et le nombre d'impacts ont tous un effet sur la valeur CoR. Le CdR la valeur varie de 0,30 à 0,89. La valeur du CoR augmente avec le nombre d'impacts dans le même région augmente. Le diamètre d'indentation augmente à mesure que la vitesse d'impact augmente et le diamètre de la grenaille passe de 1,19 mm à 2,5 mm. La vitesse d'impact varie moins inférieure à ±5 m/s pour une pression d'impact donnée.

Abstract

During the shot peening process, multiple spherical shots impact the component surface at high speeds causing plastic deformation of the component surface. This plastic deformation introduces beneficial sub-surface compressive residual stresses into the material and, in some cases, increases sub-surface hardness due to sub-surface microstructure evolution, improving fatigue life and wear resistance. The shot peening process is governed by a number of important parameters that determine the shot peening output. To better understand the shot peening process and peening results on different materials, it is critical to study the effect of individual process parameters for different target materials. Using a single-shot peening cannon, the effect of individual shot peening parameters such as shot velocity, shot diameter, angle of impact, and material properties on indentation diameter, indentation depth, and change in the coefficient of restitution (CoR) value after a single and three impacts on aerospace alloys is investigated. The research focus on three different alloys: Titanium Ti-6Al-4V Alloy, 300M Steel (supplied by SAFRAN Tech.) and Aluminum Alloy 7050-T7451. The shot velocity and size, the angle of impact, and the target material characteristics are all relevant parameters, according to the literature. To shot peen the samples, 1.19 mm and 2.5 mm stainless steel 440 HRC shot sizes were chosen. During the shot peening procedure, a cannon pressure ranging from 0.013 MPa to 0.55 MPa was used. For the experimental analysis, three impact angles of 0°, 15°, and 30° were chosen. Two high-resolution highspeed cameras were utilised to analyse the shot's 3D trajectory. High-resolution cameras were used to measure the impact and rebound velocity of the impacting shot. The study's main conclusions are that increasing cannon pressure causes an inverse exponential increase in impact velocity. The mean velocity increases from 16.4 m/s to 82.1 m/s for the shot diameter of 2.5 mm and 9.7 m/s to 57.7 m/s for the shot diameter of 1.19 mm when the pressure is increased from 0.01 MPa to 0.55 MPa. The true impacting angle varied between +14° for 0° target angle, ± 8° for 15° target angle and ±4° for 30° target angle. Indentation diameter and depth are influenced by shot size diameter and shot impacting velocity. In the case of shot-target interaction of 2.5 mm shot diameter, the increase in velocity from 16.4 m/s to 82.1 m/s results in increasing mean diameter of indentation in Titanium Ti-6Al- 4V Alloy from 522.83 μm to 1073.3 μm which is only 183.12 μm to 432 μm with 1.19 mm shot. Similarly, for 300M Steel, the mean diameter increases from 465 μm to 1023.3 μm for 2.5 shot diameter and 181.4 μm to 416.83 μm for 1.19 mm shot diameter. Aluminum Alloy 7050-T7451 observed a significantly higher change in mean indentation diameter i.e. 619.83 μm to 1403.6 μm for shot diameter 2.5 mm and 233.66 μm to 578.6 μm for shot diameter 1.19 mm. To verify the diameter of the indentation, the results were further analysed and compared with the other two techniques such as Contour GT analysis and conventional polishing analysis. The test sample shot peened at 0.06 MPa and 0.27 MPa with 2.5 mm has been used for the analysis. It is observed that in measuring indentation diameter, the maximum error with cutting sample technique was 25 % while using contour GT analysis the maximum error could be 15 %. Shot velocity, shot size, incident impacting angle and the number of impacts all had an impact on the CoR value, which was measured and compared. To summarise, the diameter of the shot has no effect on the CoR value, however the impact angle, shot velocity, and the number of impacts all has an effect on the CoR value. The CoR value ranges from 0.30 to 0.89. The CoR value increases as the number of impacts in the same region increases. The indentation diameter increases as the impacting velocity increases and the shot diameter increases from 1.19 mm to 2.5 mm. The impact velocity varies less than ±5 m/s for a given impact pressure.