As tensões residuais da usinagem são sempre prejudiciais ao desempenho?
Do ponto de vista de engenharia e metalurgia, os esforços residuais provenientes da usinagem não são universalmente prejudiciais; seu impacto no desempenho depende inteiramente do tipo (trativo ou compressivo), magnitude, profundidade e distribuição do esforço em relação à carga de serviço do componente. Uma visão simplista de que todo esforço residual é ruim pode levar à perda de oportunidades de melhoria de desempenho.
A Dupla Natureza dos Esforços Residuais
Esforços Residuais Trativos Detrimentais
Na grande maioria dos casos, os esforços residuais trativos na superfície e próximos à superfície são indesejáveis e ativamente prejudiciais. Eles atuam como uma pré-carga que se sobrepõe às cargas de serviço aplicadas, reduzindo efetivamente a resistência à fadiga e promovendo a iniciação e propagação de fissuras. Isso é crítico para componentes sujeitos a cargas cíclicas, como aqueles em aplicações de Aeroespacial ou Automotiva. Além disso, esforços trativos podem acelerar o cracking por corrosão sob tensão (SCC) em ambientes susceptíveis e reduzir a estabilidade ao flambagem de estruturas de parede fina. Esses esforços normalmente surgem de usinagem agressiva que gera calor excessivo, fazendo com que o material da superfície flua plasticamente ao esfriar, entrando em tensão.
Esforços Residuais Compressivos Benéficos
Por outro lado, os esforços residuais compressivos na superfície são frequentemente introduzidos intencionalmente para melhorar o desempenho. Esses esforços compressivos precisam ser superados pelas cargas de serviço trativas antes que uma fissura possa iniciar. Isso melhora significativamente a vida à fadiga, a resistência à propagação de fissuras e pode também aumentar a resistência a certos tipos de desgaste e fretting.
Processos como Shot Peening, Nitretação e Laser Peening são projetados especificamente para induzir uma camada profunda de esforço compressivo na superfície. Mesmo certos processos de usinagem e retificação controlados, quando otimizados com geometria e parâmetros corretos, podem gerar um estado residual compressivo líquido na superfície, transformando um potencial problema em benefício de desempenho.
Estratégias de Usinagem para Controle de Esforços Residuais
O objetivo da usinagem moderna não é necessariamente eliminar todos os esforços residuais, mas gerenciá-los. Para componentes críticos, isso envolve:
Parâmetros de Usinagem Otimizados: Utilizar ferramentas afiadas, ângulos de corte positivos, coolant de alta pressão e avanços e velocidades adequados para minimizar a geração de calor e deformação plástica, reduzindo assim a magnitude dos esforços trativos.
Alívio de Esforço Pós-Usinagem: Uma etapa crucial de Tratamento Térmico, especialmente após operações de desbaste, para homogeneizar e reduzir o nível geral de esforços na peça antes da usinagem final.
Engenharia de Esforço Intencional: Para a operação final, selecionar um processo conhecido por induzir esforços compressivos benéficos ou especificar um processo secundário como peening após a usinagem completa.
Conclusão: Contexto é Fundamental
Portanto, afirmar que os esforços residuais induzidos pela usinagem são sempre prejudiciais é incorreto. A chave é definir primeiro os requisitos de desempenho da peça. Para um suporte não crítico e submetido a cargas estáticas, os esforços residuais podem ser irrelevantes. No entanto, para um disco de turbina rotativo feito de Inconel 718 ou um componente de suspensão submetido a cargas dinâmicas, o estado de esforços residuais é um atributo de qualidade crítico que deve ser meticulosamente controlado e frequentemente projetado para ser compressivo. A sofisticação está em compreender essa dualidade e especificar os processos de fabricação de acordo.
