Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5432
Título: Produção e análise de espumas sintáticas via tixoinfiltração da liga de alumínio aa6351 em balões fly ash
Autor(es): Paschoal, João Paulo de Oliveira
Orientador(es): Silva, Rodrigo Henriques Lopes da
Palavras-chave: Morfologia
Pesquisa metalúrgica
Alumínio - Metalurgia
Morphology
Metallurgical research
Aluminum - Metallurgy
Data do documento: 28-Fev-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: PASCHOAL, Joao Paulo de Oliveira. Produção e análise de espumas sintáticas via tixoinfiltração da liga de alumínio aa6351 em balões fly ash. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020.
Resumo: Metais celulares vêm sendo amplamente estudados por apresentarem grande potencial para diversas aplicações na engenharia da mobilidade, pois possibilitam que sejam combinadas diferentes características em um só material, como, por exemplo, baixa densidade aliada à alta rigidez específica, capacidade de absorção de energia em impactos e de amortecimento de vibrações e, até mesmo, isolamentos térmico e acústico. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi desenvolver uma metodologia de produção de espumas sintáticas com matriz de alumínio (Aluminum Matrix Syntactic Foam, AMSF); uma subdivisão dos metais celulares onde os poros na matriz metálica são provenientes de partículas ocas; sendo posteriormente analisadas quanto às suas características morfológicas, metalúrgicas, físicas e mecânicas. Para a produção da AMSF, balões Fly Ash de três diferentes malhas foram devidamente posicionados entre dois discos da liga de alumínio AA6351 no interior de um molde de aço, que após passar por um tratamento de fusão parcial controlada até 645ºC e estando com aproximadamente 80% de fração líquida segundo ensaios de Calorimetria Exploratória Diferencial (CED) e simulações termodinâmicas (ThermoCalc), a liga foi impelida a se infiltrar na pré-forma contendo balões Fly Ash soltos por meio da ação de uma prensa hidráulica. O compósito gerado foi um painel sanduíche com inserto de AMSF, cuja morfologia foi investigada por microtomografia computadorizada de raios-x e microscopias óptica e eletrônica, propriedades mecânicas avaliadas por ensaios de compressão quase-estático e testes de dureza por micro endentação Vickers. Assim sendo, foi possível observar que o processo de fabricação foi bem sucedido para a produção de AMSFs com os balões das três diferentes malhas. Porém, os da malha 60 se destacaram por possibilitarem a produção de camadas de espuma mais espessas, com cerca de 7,5 mm, adicionando 5% em massa de balões com relação a porção do disco superior da liga de alumínio. Não obstante, devido às suas características de integridade estrutural, a espuma sintática com balões da malha 60 foi o principal foco das análises. Portanto, com distribuição homogênea de balões na matriz e com valores médios de 42% de porosidade, microestrutura refinada com dureza de 65 HV100, tensão offset de 37 MPa e absorção de energia (W) com 25 % de deformação de 18 MJm-3 , conclui-se que a rota de produção de AMSFs por tixoinfiltração foi bem sucedida. Finalmente, espumas sintáticas com matriz de alumínio já estudadas possuíam balões inteiramente ocos e sem estrutura interna, diferentemente dos utilizados neste trabalho, cujos balões possuíam paredes internas e fibras que possibilitaram maior resistência à compressão. Isso propiciou a permanência de vazios internos na estrutura do compósito, mesmo em altas deformações.
Abstract: Cellular metals have demonstrated great potential for several applications in mobility engineering. They allow different characteristics in a single material, such as low density with high specific rigidity, energy absorption capacity in impacts and vibration dampening, and even thermal and acoustic insulation. In this sense, this work aims to develop a methodology for syntactic foams with an aluminum matrix (Aluminum Matrix Syntactic Foam, AMSF) production, a subdivision of cellular metals wherein the pores in the metallic matrix come from hollow particles, with subsequent analyses of the material's morphological, metallurgical, physical and mechanical characteristics. For the production of AMSF, Fly Ash balloons of three different meshes were positioned between two AA6351 aluminum alloy discs inside a steel mold, which after undergoing a controlled partial melting treatment up to 645 ºC and approximately 80% of liquid fraction, according to Differential Exploratory Calorimetry (DEC) and thermodynamic simulations (Thermo-Calc). Then, the alloy was driven to infiltrate the preform containing loose Fly Ash balloons through the action of a hydraulic press. The manufactured composite was a sandwich panel with an AMSF insert whose morphology was investigated by X-ray computed microtomography and optical and electronic microscopy, and mechanical properties evaluated by quasi-static compression tests and Vickers micro-indentation hardness tests. Therefore, it was possible to observe that the manufacturing process was suitable for the production of AMSFs using the balloons of the three different meshes. However, those of mesh 60 stood out for allowing thicker foam layers, about 7.5 mm, adding 5% by mass of balloons concerning the upper disk portion of the aluminum alloy. However, because of their structural integrity characteristics, syntactic foam with balloons from mesh 60 was the main focus of the analyses. Therefore, with a homogeneous distribution of balloons in the matrix and with average values of 42% porosity, refined microstructure with 65 HV100 hardness, 37 MPa offset strain and 18 MJm-3 energy absorption (W) with 25% deformation, we concluded that the AMSFs production route by infiltration was successful. Finally, syntactic foams with an aluminum matrix already studied had entirely hollow balloons and no internal structure, unlike those used in this work, whose balloons had inner walls and fibers that enabled higher compression resistance. The inner walls and fibers allowed internal voids to remain in the composite structure, even in high deformations.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5432
Aparece nas coleções:CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
CP_PPGEM_M_Paschoal,_Joao_Paulo_de_Oliveira_2020.pdf7,32 MBAdobe PDFThumbnail
Visualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.