The influence of compressive residual stress on metallurgical and mechanical properties of materials exposed to shot peening: a review

ABSTRACT

This study includes a detailed review of the effects of both conventional shot peening and severe shot peening processes, which produce nano-crystallized layers on different materials such as aluminum, titanium, stainless steel, iron, magnesium alloys, and nickel superalloys, as well as composites. The description of current developments highlights the most important properties of the main lightweight metals extensively utilised in the aerospace, automotive, and biomedical sectors. The formation of refined nano-crystallized surfaces occurs due to the creation of compressive residual stress and the occurrence of severe plastic deformation after the application of the shot peening method, improving the poor metallurgical characteristics and minimal values of mechanical parameters such as fatigue strength, damping, tensile strength, and microhardness.We discussed using a combination of peening methods (e.g. laser shock peening, dual shot peening and shot peening) on weldments. This approach results in optimised surface roughness, work hardening, and compressive residual stresses. This study includes a detailed explanation of the challenges involved, current applications, and the direction of future growth in fields such as additive manufacturing. Introduction of modern shot peening simulation tools that can predict in-depth microstructural changes is necessary.

Cette étude inclut un examen détaillé des effets des procédés de grenaillage conventionnel et de grenaillage sévère, qui produisent des couches nano-cristallisées sur différents matériaux tels que l’aluminium, le titane, l’acier inoxydable, le fer, les alliages de magnésium et les superalliages de nickel, ainsi que les matériaux composites. La description des développements actuels souligne les propriétés les plus importantes des principaux métaux légers largement utilisés dans les secteurs aérospatial, automobile et biomédical. La formation de surfaces nano-cristallisées raffinées se produit en raison de la création d’une contrainte résiduelle de compression et de l’occurrence d’une déformation plastique sévère après l’application de la méthode de grenaillage, améliorant les mauvaises caractéristiques métallurgiques et les valeurs minimales des paramètres mécaniques tels que la résistance à la fatigue, l’amortissement, la résistance à la traction et la microdureté. Il existe une relation directement proportionnelle entre l’augmentation de la valeur de l’intensité Almen, les valeurs de couverture et l’amélioration des propriétés mécaniques. Nous avons discuté de l’utilisation d’une combinaison de méthodes de grenaillage (par exemple, grenaillage par choc laser, double grenaillage et grenaillage) sur les ensembles soudés. Cette approche a pour résultat une rugosité de surface optimisée, un écrouissage et des contraintes résiduelles de compression. Cette étude comprend une explication détaillée des défis impliqués, des applications actuelles et de la direction de la croissance future dans des domaines tels que la fabrication additive. L’introduction d’outils modernes de simulation du grenaillage qui peuvent prédire les changements microstructuraux en profondeur est nécessaire. Ces outils devraient être peu coûteux et permettre une meilleure compréhension de l’impact du procédé de grenaillage en optimisant correctement les paramètres du procédé.

KEYWORDS:

• Shot peening
• compressive residual stress
• nano-crystallization
• severe plastic deformation (SPD)
• Almen intensity

Acknowledgements

The researcher acknowledges the support of Vellore Institute of Technology, Vellore campus, in completing the trials and appreciates their assistance.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Data availability statement

The author confirms that the data supporting the findings of this study are available within the article and its supplementary materials.

Additional information

Funding

This work was supported by Vellore institute of technology, Vellore campus.