Tecnologia Científica

A tecnologia de rebitagem permite fixadores de magnésio leves para eficiência de combustível
A nova tecnologia de rebitagem baseada em fricção, chamada de Rebitagem por Martelo Rotativo (RHR), evita a necessidade de pré-aquecer o metal para formar o rebite e melhora a junta de fixação.
Por Susan Bauer - 03/09/2021


A nova tecnologia de rebitagem de martelo giratório da PNNL permite que rebites de magnésio leves sejam usados ​​sem pré-aquecê-los. O processo também é mais rápido do que a rebitagem convencional. Crédito: Andrea Starr | Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico

Se Rosie, a Rebitadeira, tivesse acesso a uma nova tecnologia de rebitagem, o personagem da fama da Segunda Guerra Mundial poderia ter trabalhado mais rápido e feito produtos mais leves. Hoje, uma técnica de rebitagem recentemente patenteada desenvolvida pelo Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) torna o magnésio leve mais fácil de formar e reduz o tempo necessário para juntar cada rebite.

O magnésio é um dos metais mais leves - tornando-o ideal para melhor economia de combustível em veículos. Mas fica atrás do alumínio e do aço no uso industrial porque às vezes é frágil e difícil de moldar em peças estruturais. A nova tecnologia de rebitagem baseada em fricção, chamada de Rebitagem por Martelo Rotativo (RHR), evita a necessidade de pré-aquecer o metal para formar o rebite e melhora a junta de fixação. Também funciona com rebites de alumínio, que são usados ​​na construção de aviões. O método de processamento também é significativamente mais rápido, o que pode economizar tempo e dinheiro na construção de aviões e veículos.

Tornando um processo antigo novo

A rebitagem é uma das técnicas mais antigas conhecidas para unir diferentes materiais. Os antigos egípcios usavam rebites de madeira para unir alças de metal a potes de barro. A rebitagem, então, é transmitida através de eras e civilizações e pode ser vista em estruturas romanas, navios vikings, armaduras medievais e outros itens históricos.

Com o advento de novos materiais nos séculos 19 e 20, a rebitagem de aço tornou-se onipresente em uma grande variedade de aplicações estruturais, que vão desde edifícios a pontes e navios de guerra a aviões. Mas o processo de rebitagem permaneceu praticamente inalterado. Pegue um pedaço de metal cilíndrico com uma tampa em forma de cogumelo em uma das extremidades, deslize a haste ou haste através dos orifícios nos dois materiais que deseja unir e bata em uma das extremidades da haste com um martelo para formar uma segunda cabeça que aperta o dois materiais juntos.

Tente fazer isso com um rebite de magnésio e provavelmente se estilhaçaria. Enquanto uma liga de magnésio tem alta resistência para seu peso leve, o magnésio tende a ser quebradiço em temperatura ambiente. Normalmente, os rebites de liga de magnésio são aquecidos para torná-los macios o suficiente para martelar e dobrar sem quebrar.

O aquecimento de cada rebite é lento e caro, portanto, os rebites de magnésio raramente são usados, embora sejam 30% mais leves do que os rebites de alumínio usados ​​para unir chapas de magnésio.
 
Martelando um novo tipo de tecnologia de rebitagem

A tecnologia RHR, desenvolvida pela PNNL, não requer o pré-aquecimento dos rebites de magnésio. O processo, descrito no Journal of Magnesium and Alloys, usa rebites de magnésio sem pré-aquecimento. E faz isso de quatro a 12 vezes mais rápido, ao mesmo tempo que elimina o tempo que leva para pré-aquecer os rebites na rebitagem de impacto convencional e oferece benefícios adicionais de resistência aprimorada e propriedades de prevenção de corrosão.

RHR é um desdobramento da soldagem por fricção e agitação. A técnica usa uma pequena ferramenta rotativa, chamada de martelo. A força rotacional gera calor por meio de fricção e deformação, o que amolece o magnésio o suficiente para formar a cabeça do rebite enquanto também mistura a parte inferior da cabeça do rebite para ligar metalurgicamente com a folha de metal subjacente. Essa fusão de metais forma uma ligação contínua que evita a corrosão.

"Foram necessárias muitas tentativas para encontrar o equilíbrio certo entre a velocidade de rotação do martelo e a velocidade com que o inserimos no rebite", disse o pesquisador Tianhao Wang. "Mas, no final das contas, encontramos um ponto ideal na faixa de processamento em que a cabeça do rebite não aderiu à ferramenta, nem quebrou durante o processo RHR."

O processo recentemente patenteado deforma o metal de tal forma que sua estrutura cristalina é alterada. Usando microscópios de alta potência, os pesquisadores foram capazes de ver como os grãos foram refinados e reorientados para tornar o magnésio mais formável e mais forte.

Soluções de rebitagem para fabricação de aeronaves

O autor correspondente, Scott Whalen, observa que o RHR também funciona com rebites de alumínio, como os usados ​​em aeronaves. Com centenas de milhares de rebites em todos os aviões comerciais - a maioria feitos de liga de alumínio 2024 - Whalen diz que o processo pode reduzir custos e aumentar a eficiência da linha de produção.

Os rebites feitos de liga de alumínio 2024 são muito fortes para rebitar se armazenados em temperatura ambiente. Portanto, eles devem ser recozidos ou amolecidos e, em seguida, armazenados em um freezer para mantê-los macios antes da rebitagem.

"Uma vez na linha de produção, esses" rebites de caixa de gelo "devem ser usados ​​em menos de 15-30 minutos, caso contrário, eles se tornam muito difíceis de rebitar", disse Whalen. "No entanto, o RHR pode rebitar rebites de alumínio 2024 depois de estarem no estado totalmente endurecido, de modo que o armazenamento a frio não é necessário. Isso significa que os rebites não precisariam mais ser armazenados em um freezer, a rebitagem não é sensível ao tempo e os rebites não utilizados não mais precisam ser novamente tratados termicamente e recolocados em um armazenamento refrigerado. "

Tecnologia de rebitagem mais rápida baseada em fricção

O processamento RHR do alumínio é extremamente rápido. A rebitagem convencional leva entre 1–3 segundos por rebite, enquanto RHR requer apenas 0,25 segundos. Essa economia de tempo pode se traduzir em 40 horas economizadas por 100.000 rebites. "Isso significaria uma semana inteira a menos gasta rebitando em apenas uma fração de um avião comercial se RHR fosse adotado", disse Whalen.

RHR é apenas um de um conjunto de tecnologias de manufatura disruptivas para processar ligas metálicas e compostos que estão sendo desenvolvidos pela PNNL. Essas técnicas de processamento de fase sólida envolvem deformar materiais sem derreter para aquecer, misturar, fabricar e unir metais e outros materiais. Os materiais resultantes têm propriedades extraordinárias em comparação com aqueles produzidos por métodos de fabricação convencionais.

 

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