Quantification and evaluation of residual stresses in a raw material used in the manufacture of aeronautical turbine disks

Abstract

Tensões residuais são inerentes aos processos metalúrgicos e de manufatura, acarre- tando consequências benéficas ou prejudiciais às propriedades dos materiais e, con- sequentemente, ao desempenho das peças finais. Geometrias de paredes finas são

particularmente afetadas por tais tensões, sofrendo deformações que resultam na ne- cessidade de retrabalho, aumentando o tempo de produção e os custos associados.

Nesse cenário, é fundamental a análise das tensões residuais iniciais, presentes na matéria-prima, e das oriundas dos processos de fabricação envolvidos na manufatura de componentes que demandam alta precisão e que operam sob condições extremas e de constante solicitação mecânica. A caracterização adequada dessas tensões é essencial para garantir a integridade dimensional, estrutural e funcional das peças produzidas, especialmente em aplicações que exigem alta confiabilidade, como no setor aeroespacial. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta uma metodologia de avaliação dos estresses residuais presentes em uma matéria-prima utilizada para a fabricação de discos para turbinas aeronáuticas. Para isso, o método proposto por (Sachs, 1927) e a expansão apresentada por (Garcia-Granada; Smith; Pavier, 2000)

serão utilizados para mensurar as tensões residuais do material, a partir de deforma- ções geradas no processo de mandrilamento e medidas por meio de strain gages e de

um sistema eletrônico de medição. As análises indicaram a presença de um estado de tensão residual inicial relevante, com resultados consistentes entre os métodos utilizados e magnitudes entre 35 MPa e 65 MPa.

Residual stresses are inherent to metallurgical and manufacturing processes, having beneficial or detrimental consequences for material properties and, consequently, the performance of the final parts. Thin-walled geometries are particularly affected by such

stresses, suffering deformations that result in the need for rework, increasing produc- tion time and associated costs. In this scenario, it is essential to analyze the initial

residual stresses present in the raw material and those arising from the manufactur- ing processes involved in the manufacture of components that demand high preci- sion and operate under extreme conditions and constant mechanical stress. Proper

characterization of these stresses is essential to guarantee the dimensional, structural and functional integrity of the pieces produced, especially in applications that require high reliability, such as in the aerospace sector. In this context, this paper presents a

methodology for evaluating the residual stresses present in a raw material used to man- ufacture aeronautical turbine disks. To this end, the method proposed by (Sachs, 1927)

and the expansion presented by (Garcia-Granada; Smith; Pavier, 2000) will be used to measure the residual stresses in the material, based on deformations generated in the boring process and measured using strain gages and an electronic measuring system. The analyses indicated the presence of a significant initial residual stress state, with consistent results between the methods used, and magnitudes between 35 MPa and 65 MPa.