Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-10-03T18:50:36Z No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T14:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Friction Riveting is an innovative spot joining technology for metal-polymer hybrid structures. This MSc thesis provided for the first time in the literature, a fundamental understanding on the Friction Riveting process for metal-thermoset composites joints. Joints of Ti-6Al-4V rivet and pultruded glass fiber reinforced thermoset polyester part were produced under three joining conditions with different heat input. Thorough analytical techniques were used to understand the physics of the process and the effect of the energy input on the final microstructure of the joined parts, the physico-chemical changes in the composite and the local and global mechanical properties of the joints. The process temperature reached values up to 761 ± 2°C indicating intrinsic degradation of the composite, formation of a softened/molten glass interlayer between the rivet and the composite and complex metallurgical transformations in the metallic rivet. Through monitoring of the process temperature and torque, an unstable friction regime was observed for FricRiveting of pultruded thermoset composites leading to distinguished extents of composite degradation. The microstructure of the Ti-6Al-4V alloy changed across the length of the rivet, from the equiaxed morphology to acicular structures in the rivet tip, where plastic deformation occurred. Three microstructural zones were proposed for each joint part including two thermo-mechanically affected zones and a heat affected zone. Microhardness mapping was performed in the metallic rivet evidencing an increase from the center to the tip of the rivet, with a hardness increment of over 20% compared to the base material (HVTi6Al4V= 300- 320 HV). The glass interphase consolidated in the metallic surface reached values of up to 974 HV followed by a drastic decrease to 24 HV in the polyester matrix located out of the joint area. The ultimate bearing strength ranged between 60 MPa and 166 MPa. Lesser composite degraded areas led to stronger joints. Two failure modes were observed combining initial composite bearing followed by final failure through shear of the rivet with partial rivet pullout or by full rivet pull-out. Complex failure micro-mechanisms were observed including the combination of cohesive and adhesive failures through the glass layer and the damaged composite interface. Friction-riveted joints achieved an ultimate lap shear strength of up to 80% to that of a similar bolted joint. A case study for a presumptive truss bridge application of friction-riveted joints showed a necessary of 92 rivets per truss node, 43% less than previous studies and with potential for further optimization. / Rebitagem por Fricção é uma tecnologia de união pontual inovadora para estruturas híbridas metal-polímero. Esta tese de mestrado apresenta pela primeira vez na literatura um entendimento aprofundado do processo de Rebitagem por Fricção para juntas de metal e compósito termofixo. Juntas de rebite de Ti-6Al-4V e componente pultrudado de poliéster termofixo reforçado com fibra de vidro foram produzidas seguindo três condições de processo com diferentes aportes térmicos. Diversas técnicas analíticas foram utilizadas para entender a física do processo e o efeito do aporte térmico na microestrutura final dos componentes unidos, mudanças físico-químicas no compósito, formação de camada vítrea intermediária entre o compósito e o rebite metálico e transformações metalúrgicas. Através do monitoramento da temperatura processual e do torque, um regime friccional não estável foi observado para a Rebitagem por Fricção de compósito pultrudado termofixo resultando em distintas extensões da degradação do compósito. A microestrutura da liga de Ti-6Al-4V transforma-se ao longo da secção transversal do rebite, de uma morfologia equiaxial no centro do rebite para uma estrutura acicular em sua extremidade, onde ocorre deformação plástica. Três zonas microestruturais foram propostas para cada componente da junta incluindo duas zonas termo mecanicamente afetadas e uma termicamente afetada. Mapa de microdureza foi realizado no rebite metálico evidenciando um aumento do centro para a extremidade do mesmo, próximo a 20% comparado com o material de base (HVTi6Al4V= 300-320 HV). A interfase vítrea consolidada na superfície do rebite metálico apresentou dureza em torno de 974 HV seguido de um drástico decaimento para 24 HV na matriz de poliéster localizada fora da região de união. A tensão máxima de apoio variou entre 60 e 166 MPa. Juntas com menor área degradada apresentaram os melhores desempenhos mecânicos em ensaio quase estático de cisalhamento. Dois modos de falha foram observados combinando um modo de falha inicial por deformação plástica severa no compósito seguida de falha final por cisalhamento no rebite metálico com parcial remoção do mesmo ou por remoção completa do rebite. Complexos micro mecanismos de falha foram observados incluindo a combinação de falha adesiva e coesiva através da interface entre interfase vítrea e compósito degradado. Juntas rebitadas por fricção atingiram resistência ao cisalhamento de 80% da obtida para juntas parafusadas. O estudo de caso para uma ponte hipotética treliçada revelou um número necessário de rebites de até 92 rebites por nó da ponte, 43% a menos que o encontrado em trabalhos anteriores, com potencial para futuras optimizações.