Preliminary Assessment of the Vibro-Peening Process for Improving the Fatigue Life of Aerospace Components

Le vibro-grenaillage est un procédé dérivé du vibro-finissage qui a pour double objectif la finition de pièces métalliques et l'introduction de contraintes résiduelles compressives pour l'amélioration de la vie en fatigue. Bien que ce procédé apparaisse dans la littérature depuis les années 2000, très peu d'articles ont été publiés sur le sujet. Cette étude, réalisée en partenariat avec Safran Aerospace Defense Security et VibraFinish Ltd, a pour objectif de quantifier les effets du vibro-grenaillage sur des alliages utilisés dans l'industrie aérospatiale afin d'en évaluer le potentiel pour des applications industrielles. Cette étude expose les effets du vibro-grenaillage sur l'alliage titane Ti-6Al-4V et l'alliage d'acier cémenté E-16NiCrMo-13, dont les échantillons ont été fournis par Safran, et les compare à ceux induits par le grenaillage traditionnel, utilisant comme paramètre de contrôle l'intensité Almen. Les effets mesurés dans cette étude sont la rugosité de surface, les contraintes résiduelles en compression ainsi que la dureté. La revue de littérature a montré que la fréquence et la masse de média étaient potentiellement significatifs sur les effets induits par le procédé. Ces paramètres ont été retenus comme variables pour l'étude. L'étude présentée démontre la capacité du procédé de vibro-grenaillage à atteindre des intensités Almen comparables à celles atteintes par le procédé de grenaillage dans l'industrie aérospatiale, les intensités ciblés étant 0.12 mmA, 0.18 mmA et 0.25 mmA. Les échantillons d'alliage titane et acier ont finalement été traités à ces trois intensités puis observés en termes de rugosité, dureté et contraintes résiduelles. Finalement, des échantillons des mêmes matériaux ont été grenaillés aux intensités 0.12 mmA et 0.18 mmA dans les laboratoires de Safran, nous permettant une comparaison fidèle des deux procédés. Cette étude démontre que le vibro-grenaillage est capable de produire systématiquement des intensités de grenaillage entre 0.12 mmA et 0.25 mmA. De plus, il a été montré que le procédé induisait des contraintes résiduelles en compression et modifiait l'aspect de surface des pièces, réduisant (E-16NiCrMo13) ou effaçant (Ti-6Al-4V) les marques de fraisage et de rectifiage des échantillons. La rugosité moyenne de surface a été abaissée à 0.3-0.4 μm pour les deux matériaux. Cette étude permet également de conclure que la dureté en surface des échantillons a été accrue par le vibro-grenaillage, indépendamment des paramètres machine. À intensités Almen égales, le vibro-grenaillage a induit des contraintes en compression plus importantes et plus profondes que le grenaillage traditionnel. Également, le vibro-grenaillage a produit une rugosité plus faible que le grenaillage traditionnel. Le potentiel du procédé de vibro-grenaillage à combiner deux procédés en un (finition et grenaillage) ou éventuellement augmenter la vie en fatigue, a été démontré.