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Previous issue date: 2016-12-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Multimaterial structures between aluminum and titanium alloys are a
technologically attractive field of research and their increasing use in the
transportation sector for weight and emission reduction is part of the motivation
of this study. The currently used techniques are either too expensive or limited
in performance, especially by excessive formation of undesirable intermetallic
compounds, opening opportunities for innovation in this area. Friction spot
welding (FSpW), a solid state joining process recently developed by Helmholtz
Zentrum Geesthacht, has proven to be one of the promising technologies for
joining dissimilar materials as it involves short steps and low thermal cycles,
also with the advantages of adding no weight to the structure and having
geometrical compatibility to replace rivets. The present work studies the
feasibility in welding AA5754-H22/Ti6Al4V and AA6181-T4/Ti6Al4V joints
through FSpW. In addition, it is intended to establish the microstructure/
properties / process relationships of the resultant joints, in order to understand
the formation and growth of the joining interface and its consequences on the
mechanical performance. The proposed joints are produced in overlap
configuration through different combinations of parameters, which were
established by statistical methods involving design of experiments, and later
submitted to mechanical and metallurgical characterization. The results reveal
that Al/Ti dissimilar joints with high strength and reproducibility can be produced
by using FSpW. The mechanical behavior of the joints presents a strong
dependence on the intermetallic thickness formed at the bounding interface,
identified as TiAl3. Tool rotational speed and dwell time are key process
parameters in controlling the resistance of welded joints. Moreover, the bending
load associated to differences in stiffness and/or thickness of the welded
specimen appears as an important variable influencing the crack propagation
path during shear and fatigue tests. / Estruturas multimateriais entre ligas de alumínio e titânio são um campo de
estudo atrativo tecnologicamente e seu uso crescente no setor de transportes,
visando à redução de peso e de emissão de gases, faz parte da motivação
deste trabalho. As técnicas de soldagem utilizadas atualmente na união de tais
materiais são limitadas em certos aspectos, sobretudo pela formação excessiva
de compostos intermetálicos indesejáveis, abrindo caminhos para inovação
nesta área. A soldagem a ponto por fricção (FSpW) tem demonstrado ser uma
das alternativas promissoras na união de materiais dissimilares, destacando-se
principalmente por ser um processo de poucas etapas, sem adição de peso,
com baixos ciclos térmicos e compatibilidade geométrica para substituir rebites.
O presente trabalho estuda a viabilidade técnica da soldagem dissimilar das
juntas AA5754-H22/Ti6Al4V e AA6181-T4/Ti6Al4V através do processo FSpW.
Ao mesmo tempo busca estabelecer a relação microestrutura / propriedades /
processamento, a fim de compreender a possível formação e crescimento dos
compostos intermetálicos na região interfacial e as suas consequências no
desempenho das juntas. As juntas foram produzidas em configuração de
sobreposição por diferentes combinações de parâmetros, estabelecidas por
metodologias estatísticas de planejamento de experimentos, e posteriormente
submetidas à caracterização mecânica e metalúrgica. Os resultados obtidos
demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser
produzidas através do processo de soldagem proposto. O comportamento
mecânico apresenta uma forte dependência em relação à espessura dos
compostos intermetálicos formados na camada interfacial, constituída
principalmente por grãos alongados de TiAl3, sendo a velocidade de rotação da
ferramenta e o tempo de mistura parâmetros de processo chaves no controle
da resistência das juntas soldadas. Ademais, a carga de flexão associada à
diferença de rigidez e/ou espessura entre as ligas de alumínio e titânio
demonstra ser uma variável importante nos ensaios de cisalhamento e fadiga,
influenciando o caminho de propagação das trincas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8598 |
| Date | 09 December 2016 |
| Creators | Plaine, Athos Henrique |
| Contributors | Alcântara, Nelson Guedes de |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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