FricRiveting of aluminum 2024-T351 and polycarbonate: Temperature evolution, microstructure and mechanical performance

Abstract

Friction Riveting (FricRiveting) is an innovative, fast and energy-efficient spot joining process used to join lightweight hybrid metal-polymer and metal-composite structures. In this process, a cylindrical metallic rivet is used to join one or more thermoplastic components by means of plasticizing and deforming the tip of a metallic rivet through frictional heating and pressure inside the polymeric parts. This work studies the feasibility of the FricRiveting technique for polycarbonate/aluminum 2024-T351 alloy spot joints by investigating the temperature development (measured by infrared thermography), microstructure (evaluated by optical microscopy) and mechanical properties (investigated by tensile testing) of the joints. The thermographic temperature investigation indicated that the average peak process temperatures were from 280

Influência da Velocidade de Rotação do Rebite na Microestrutura e no Desempenho Mecânico de Juntas de Compósito Termofixo Rebitadas por Fricção

“…A influência destes parâmetros na qualidade e desempenho mecânico de juntas rebitadas por fricção já foi investigada para diferentes combinações de materiais [10,13,18,19]. Blaga et al [19] mostrou que VR é um dos parâmetros que mais influenciam a resistência ao cisalhamento sob tração de juntas dissimilares de titânio puro grau 2 e PEI-FV.…”

“…Assim, a hipótese de nulidade não foi rejeitada. É de conhecimento que maiores valores de P e L contribuem para maior ancoragem do rebite no componente polimérico resultando em juntas mais resistentes à tração [10] e ao cisalhamento sob tração [10,12,14]. Desta forma, não se espera significante contribuição da geometria da região de ancoragem do desempenho mecânico das juntas investigadas neste trabalho.…”

“…A fase beta, mais dúctil (estrutura cristalina cúbica de corpo centrado) em comparação a fase alfa (estrutura cristalina hexagonal compacta) [29], possivelmente foi responsável pelo decaimento da dureza em A 9000 rpm , enquanto que a mudança morfológica em A 10000 rpm pode, em parte, explicar o endurecimento da Região 1 devido a presença de estruturas aciculares finas, possivelmente formações do tipo Widmanstätten (lamelas desenvolvidas a partir de regiões de contorno de grão). Estudos anteriores em Rebitagem por Fricção para juntas híbridas metal-termoplásticos [10,31] já descreveram as zonas microestruturais presentes no rebite metálico (zona do metal afetada pelo calor-MZAC e zona do metal termo mecanicamente afetada-MZTMA). Neste trabalho, as mudanças microestruturais e seu efeito na resistência mecânica local dos rebites sugerem a presença da MZTMA na extremidade deformada do rebite, a qual foi endurecida (Regiões 2 e 3), com aumento da extensão desta zona de A 9000 rpm para A 10000 rpm .…”

“…Técnicas no estado sólido com geração de calor com base em energia friccional como a União Pontual por Fricção (Friction Spot Joining-FSpJ) [4][5][6], a Rebitagem por Injeção baseada em Energia Friccional (Friction-based Injection Clinching Joining, F-ICJ) [7], a Rebitagem Plástica por Fricção (Friction Staking) [8] e a Rebitagem por Fricção (Friction Riveting, FricRiveting) [9] vem sendo empregadas com sucesso na união de componentes termoplásticos e/ou compósitos-termoplásticos reforçados com fibras e ligas metálicas leves, como titânio, alumínio e magnésio. A viabilidade técnica da Rebitagem por Fricção já foi investigada para juntas híbridas de termoplásticos não reforçados como policarbonato (PC) [10] e poliéter-imida (PEI) [11] unidos com rebite da liga de alumínio 2024-T3. Trabalhos em juntas de laminado de PEI reforçado com fibra de vidro (PEI-FV) [12], poli(éter-éter-cetona) reforçado com fibras curtas de carbono (PEEK-FC) [13], unidos com rebite de titânio puro e poliamida 6 reforçado com fibra de vidro (PA6-FV) unido com liga de alumínio 6056-T6 [14] também foram publicados.…”

An Aluminum/Polycarbonate (Al/PC) Joint by Homogeneous Low Voltage Electron Beam Irradiation (HLEBI) to PC Prior to Lamination Assembly and Hot-Press

“…Recent advances for Al/PC joints include friction stir welding (FSW) between polycarbonate and AA 7075 aluminum alloy; 7) friction riveting (FricRiveting), a spot joining process used to fabricate 2024-T351 aluminum/PC joints; 8) and fabrication of an epoxy-glued Al/PC butt-joint increasing ultimate tensile load 81% and reducing material volume by 15% by aring outside edges at joining similar in shape to bamboo growth. 9) In this study, an Al/PC joint was developed without the use of welding, fasteners, rivets, chemical treatment, or glue by a new adhesion method, a double-step treatment consisting of applying low dose (= 0.30 MGy) of homogeneous low energy electron beam irradiation (HLEBI) to the PC prior to lamination assembly and hot-press.…”