Mejoramiento del proceso de granallado para resortes de ballesta utilizando medición de esfuerzos residuales por difracción de rayos X

Improving the shotbalsting process for making crossbow springs using x-ray diffraction for measuring residual strength

Se midieron diferentes perfiles de esfuerzos residuales por difracción de rayos X en las zonas cercanas a la superficie de un acero AISI-SAE 5160H empleado en la fabricación de resortes de ballesta, utilizando diferentes condiciones de granallado y desarrollando un diseño de experimentos para encontrar condiciones de proceso que ofrezcan intensidades Almen y perfiles de esfuerzos residuales en compresión adecuados. Por último se escogieron las combinaciones de variables que tienden a presentar resultados más adecuados bajo los parámetros utilizados en el estudio realizado, con el fin de fabricar resortes bajo las mismas condiciones y finalmente ciclarlos y determinar su comportamiento en pruebas de fatiga.

Introducción

El granallado es comúnmente utilizado a nivel industrial para generar superficies deformadas plásticamente en componentes que se encuentran sometidos a cargas cíclicas o que sean susceptibles de presentar fallas por corrosión bajo esfuerzos (Stress Corrosion), este proceso es controlado o monitoreado durante su ejecución por medio de la probeta Almen, sin embargo, cuando se quiere obtener una distribución adecuada de esfuerzos residuales generados por aquel, es necesario recurrir a herramientas como la difracción de rayos X que permiten medir perfiles de esfuerzos residuales. Estos esfuerzos en compresión inducidos por el granallado pueden retardar o detener el crecimiento y/o propagación de las grietas generadas por los fenómenos anteriormente mencionados.

Los resortes de ballesta son elementos sometidos a cargas cíclicas que actúan en forma similar a como lo hace  una viga en voladizo; uno de sus lados está sometido a tensión, mientras que el otro se encuentra sometido a compresión. Las fracturas observadas en estos resortes se originan en un alto porcentaje sobre el lado que se encuentra sometido a tensión, y es precisamente sobre este lado sobre el que se realiza el proceso de granallado, el cual, se encarga de generar un perfil de esfuerzos que disminuyen el esfuerzo neto que actúa sobre el elemento cuando se encuentra en servicio. La forma como se distribuyen estos esfuerzos influye en la vida del resorte, por lo que actualmente en las grandes industrias que los desarrollan se incluye la medición de esfuerzos residuales por difracción de rayos X en los controles de calidad del proceso de producción. En nuestro país, sin embargo, no  se tiene conocimiento de reportes en los que se haya empleado esta técnica para caracterizar los esfuerzos residuales presentes en un acero y mucho menos de la utilización de la misma para adecuar un proceso de manufactura, por lo que se considera un aporte importante para la academia y la industria a nivel nacional.