Este documento descreve um estudo das propriedades mecânicas de uma estrutura de alumínio poroso produzida por fundição. Os resultados dos testes mecânicos mostraram que o alumínio poroso é mais frágil e menos resistente à tração e compressão do que o alumínio sólido, mas pode absorver mais energia em compressão. O estudo conclui que estruturas de alumínio poroso podem ser usadas como absorvedores de impacto.

1. ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS
DE UMA ESTRUTURA DE ALUMÍNIO
POROSO
7º Congresso de Pesquisa e Iniciação Científica
19 e 20 de Outubro, 2017, Brasília, DF, Brasil
Felipe Lucchesi lucchesi.universitario@gmail.com
Tiago de Melo tiago.melomec@gmail.com

2.  Qr Code
ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UMA
ESTRUTURA DE ALUMÍNIO POROSO

3. O interesse no meio acadêmico e no meio industrial sobre metais celulares ou
porosos visa analisar as propriedades destes, já que possuem grande capacidade em
reunir propriedades físicas e mecânicas, sendo superior aos metais maciços em
algumas aplicações.
As propriedades que mais se destacam são: redução do peso específico, grande
capacidade de absorção de energia em deformação por compressão, atenuação de
vibrações, além da capacidade de isolamento térmico e acústico, entre outras.
 Introdução

4. A redução do peso específico está relacionada diretamente a reduzida densidade do
material, que pode alcançar a ordem de 30% a 50% em relação ao material maciço.
Porém são encontradas dificuldades na produção destes metais, como a
caracterização mecânica, relacionada à complexidade de processo e restrição de
geometria.
 Introdução

5. No mercado atual um dos materiais considerados mais maleáveis no setor
metal/mecânico são as ligas de alumínio.
Estas podem assumir estruturas atípicas com mais facilidade que outros materiais.
 Introdução

6. Este trabalho visa a confecção das estruturas celulares e a realização de um estudo
sobre suas propriedades mecânicas. Para tal foram confeccionados corpos de provas
de estrutura solida e porosas, afim de comparar resultados obtidos nos ensaios de
tração, compressão, cisalhamento, fadiga, impacto e condutividade térmica.
 Objetivos

7. Além de averiguar a influência de paramentos de processo nas características
estruturais, como dimensões das galerias abertas ou fechadas, metalúrgicas e físicas
de tais estruturas porosas. E por fim avaliar comparar resultados obtidos com a
literatura.
 Objetivos

8. O material utilizado é composto de 2/3 de uma liga metálica de alumínio A6351 e
1/3 de NaCl, agente responsável por criar os poros da estrutura. A densidade relativa
da espuma pode ser controlada através da variação do grau de densificação do pré
molde de NaCl. Podendo ser preenchida de 64% a 90% de alumínio.
 Materiais

9. As espumas são produzidas por um processo de fundição, onde a liga de alumínio
sendo aquecida até seu ponto de fusão e despejada em um molde preenchida de
NaCl em seu interior, assim o alumínio em estado liquido com a capacidade de fluir
pelo molde preenchendo-o e englobando as partículas de NaCl.
O processo de infiltração requer que o metal líquido seja conduzido para os espaços
entre as partículas de NaCl, a fim de superar a força capilar resultante de condições
sem umidade entre alumínio e cloreto de sódio.
 Métodos

10. Após sua solidificação a estrutura é retirada do molde e submersa em água, onde
neste meio as partículas de NaCl será diluída no intuito de o espaço por ela ocupada
fique vazia, e após esse processo a estrutura com galerias vazias denominada de
estrutura porosa estará finalizada.
 Métodos

11. Os resultados encontrados mostram um comportamento estrutural do alumínio
poroso em relação ao solido, mais frágil e menos resistente a tração e compressão,
dureza Rockweel superior e uma deformação 20% maior pela mesma carga
fornecida na compressão, isso é um fator importante para absorção de impacto.
 Resultados
Alumínio Sólido Alumínio Poroso

12.  Ensaio de Compressão

13.  Ensaio de Cisalhamento
Alumínio Sólido Alumínio Poroso

14.  Ensaio de Tração
Alumínio Sólido Alumínio Poroso

15. Foram obtidos também resultados do ensaio de condutividade térmica (keff) em
função da fração volumétrica de cada tipo de estrutura, onde pode-se notar que a
estrutura porosa conduz menos calor que a estrutura sólida, cerca de 7.327% a
menos.
 Resultados

16. Tubos também podem alcançar uma maior rigidez. mostra o efeito de comparação
de resultados em testes de compressão de vários tubos. No caso de tubos
preenchidos, a curva de tensão é mais elevada do que nos tubos não preenchidos.
Pelo fato dessa curva ser mais longa em tubos preenchidos, a absorção de energia
de colisão se torna mais adequada com o uso deles.
 Resultados Externos
Figura - (Fonte: ASHBY, M. F.; et alii.. Metal Foams: A Design Guide. Boston: Butterworth-Heinemann, 2000.157p,158p)
(a) Um cilindro esponjoso e um cilindro tubular submetidos a esforços de compressão.
(b) Cilindros após absorção de energia, podendo observar as diferenças de deformação.
(c) Diagrama de Tensão-deformação dos diferentes tipos de tubos.
(a)
(b) (c)

17. Se o tubo em fases posteriores for dobrado, a espuma de alumínio será
compactada – um efeito de neutraliza ainda mais a deformação por compressão. A
área abaixo da curva em tubos cheios é maior e, por consequência, o potencial de
absorção de energia também. Portanto, tubos preenchidos podem ser usados como
absorvedores de colisão para carros.
Tubos preenchidos com menor diâmetro podem absorver a mesma
energia que tubos não preenchidos com o mesmo diâmetro. Então, tubos
preenchidos precisam de menos espaço, o que torna uma grande vantagem para
indústria automobilística.
 Resultados Externos
Fonte: Several types of tubes and profiles – filled with aluminium foam
(IFAM Germany)

18. Todos os objetivos deste projeto foram alcançados e os resultados dos ensaios
comparados com as literaturas de referências. O projeto foi escolhido por ser
inovador no mercado mundial, que fomentará novas descobertas nos
procedimentos de fundição e nas áreas onde poderão ser utilizadas.
 Conclusão

19. Esse processo de confecção oferece uma forma versátil e econômica para a
produção de espumas. Os resultados se mostraram otimistas para aplicação dessas
estruturas para o meio industrial, onde a mesma obtém um ótimo resultado como
isolante térmico (galerias fechadas), ótimo condutor térmico (galerias abertas) e
também para absorção de impactos com bastante semelhanças a estruturas do tipo
colmeia.
 Conclusão
Figura – Tipos de estruturas celulares de alumínio – fornecido por: metalfoam.net
Galerias fechadas Galerias abertas

20.  Projetos Futuros
A grande interesse em dar continuidade no projeto para projetar um atenuador
de impactos para equipe Alpha Crucis Scuderia, equipe de fórmula SAE da
faculdade, pois trata-se de um material inovador com grande capacidade em
absorver impactos e possuindo baixa densidade, teria uma grande vantagem na
redução de peso do projeto.

21. ASHBY, M. F.; et alii.. Metal Foams: A Design Guide. Boston: Butterworth-Heinemann, 2000. 250p
BANHART, J. Metal Foams—from Fundamental Research to Applications. Department of Materials Science,
Hahn-Meitner-Institut, Berlin, 2000.
BANHART, J. Aluminium Foams For Lighter Int. J. Vehicle Design, Vol. 37, Nos. 2/3, 2005.
FONSECA, A. J. Fabricação, por tixo-infiltração, de materiais de baixa densidade a partir da liga AA7075 e
caracterização de suas propriedades físicas e mecânicas. Dissertação (doutorado) – Faculdade de Engenharia
Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 2011.
KAMMER, C.: Aluminium foam Merkblatt W17, Aluminium-Zentrale Düsseldorf, Alemanha. 1999.
MELO, S. S. A. Análise comparativa de dois processos de produção de matéria-prima para tixoconformação:
agitação mecânica e fusão parcial controlada, Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Engenharia Mecânica,
Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 2000.
MOTZ, C.; PIPPAN, R.; KRISZT, B. Mechanical Properties and Determination Characterization of Cellular Metals
In: DEGISCHER, H.P.; KRISZT, B. Handbook of Cellular Metals – Production, Processing, Applications.
Weinheim: Wiley-VCH, 2002. p.183-202.
SCHWARTZ, D. S. et.al. Porous and cellular materials for structural applications. MRS Proceedings Vol. 521,
Warrendale, PA. 1998, p. 53/178.
SILVA, B. M. A. Influencia da microestrutura inicial e material de molde na tixoconformação da liga A356.
2004. 147f. Dissertação (Mestrado). Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas,
Campinas. p.186
SILVA, R. R. Produção de Esponjas Metálicas por Tixoconformação em Pré-Formas Removíveis e sua
Caracterização Mecânico-Metalúrgica. Campinas: Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual
de Campinas, 2008, 124p. Dissertação (mestrado)
 Bibliográficas Referências

22. Tiago de Melo agradece à UDF, Fap-DF, UNB-Gama, ao CNPq por todo o apoio
concedido a este projeto.

23. Obrigado !