Abstract
Facing the actual demand for efficient joining technologies for multi-materials structures, Friction Riveting was shown to be an alternative joining technology for thermoset composite profiles in civil infrastructure. This process is based on plasticizing and deforming the tip of a rotating metallic rivet within a polymeric component through frictional heating. The feasibility of friction-riveted hybrid joints of Ti-6Al-4V/glass-fiber reinforced thermoset polyester was already demonstrated in a separate work. This paper complements this study by analyzing the rivet rotational speed effect on the process temperature, joint microstructure and the local and global mechanical properties of the joint. Joints were produced using two different levels of rotational speed: 9000 rpm and 10000 rpm (the other parameters were kept constant). The results showed process temperatures (655-765 °C) up to 96% higher than the onset decomposition temperature of the polyester matrix (370 °C); this led to severe degradation of the composite in the joint area. The increase in rotational speed, and therefore in heat generation, led to a statistically insignificant increase of the rivet penetration depth and the rivet diameter widening. However, the extension of the degraded composite area increased 47% which was responsible to deteriorate in 50% the joint tensile strength (from 4.0 ± 1.2 kN to 2.0 ± 0.7 kN). Moreover, the microhardness map of the joined rivet evidenced possible phase transformations in the alloy, favoring the material hardening by increasing in rotational speed. However, no correlations could be established between the changes in hardness and the joint tensile strength since the joints majority failure by full rivet pull-out. Thereby, for the improvement of friction-riveted Ti-6Al-4V/ glass-fiber reinforced thermoset polyester joints, the optimization of rotational speed is essential. This can guarantee the formation of efficient anchored joints and wider rivet tip deformation, concomitantly with the minimizing of the extension of the matrix degradation and finally leading to better tensile strength of the joints.
A Rebitagem por Fricção tem se demonstrado como alternativa para união de perfis de compósito termofixo aplicados na construção civil, frente às necessidades atuais por tecnologias eficientes de união de estruturas multimateriais. Nesse processo, a extremidade de um rebite metálico é plastificada e forjada dentro de um componente polimérico, via calor friccional. Sua viabilidade técnica já foi demonstrada para juntas de Ti-6Al-4V/poliéster termofixo reforçado com fibra de vidro. Este artigo tem como objetivo complementar esse estudo através da análise do efeito da velocidade de rotação do rebite na temperatura do processo, microestrutura e propriedades mecânicas locais e globais das juntas. Foram fabricadas juntas com dois níveis de velocidade de rotação: 9000 rpm e 10000 rpm (os demais parâmetros foram mantidos constantes). Temperaturas do processo (655-765 °C) superiores em 96% da temperatura de início de decomposição da matriz de poliéster (370 °C) foram atingidas, desencadeando degradação polimérica acentuada na região de união. O aumento da velocidade de rotação e, portanto, do aporte térmico, não contribuiu estatisticamente para o aumento na profundidade de penetração e na largura da extremidade deformada do rebite. Porém, a extensão da área polimérica degradada aumentou em 47%, a qual resultou em redução proporcional de 50% da resistência à tração das juntas (de 4,0 ± 1,2 kN para 2,0 ± 0,7 kN). Adicionalmente, mapas de microdureza no rebite evidenciaram possíveis transformações de fase da liga que favoreceram seu endurecimento, com o aumento da velocidade de rotação. Contudo, nenhuma correlação pôde ser evidenciada entre a dureza e o desempenho mecânico das juntas sob tração, já que as amostras falharam majoritariamente por arrancamento completo do rebite da placa de compósito. Portanto, no desenvolvimento de juntas rebitadas por fricção de Ti-6Al-4V/ poliéster termofixo reforçado com fibra de vidro, a otimização da velocidade de rotação é essencial para se obter suficiente deformação plástica do rebite e minimizar a extensão da degradação da matriz de poliéster, garantindo um satisfatório desempenho mecânico sob tração das juntas.
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