[pt] No presente trabalho foi feita inicialmente uma revisão bibliográfica sobre a formação e redução da ferrita de zinco. Em seguida fez-se um estudo cinético e termodinâmico da sua formação a partir da mistura dos óxidos de ferro puro, Fe2O3 e de zinco puro, ZnO, em proporção mássica estequiométrica ã do composto Fe2O3/ZnO = 2/1, considerando que este composto tem sido considerado como o constituinte de maior porcentagem em peso nos pós de aciaria elétrica (fornos elétricos a arco).A ferrita de zinco, que geralmente se forma no aquecimento de diferentes proporções de misturas dos óxidos constituintes, incluindo a estequiométrica, foi caracterizada térmica (DTA-TGA) e estruturalmente (XRD). A temperatura onde começou a se formar a ferrita de zinco e os resultados quantitativos das conversões da sua síntese, foram calculadas pelo software Topas 2,1 Difracc Plus, usando o método Reitveld XRD. Os seguintes resultados da análise cinética da formação de ferrita de zinco, foram obtidos; a baixas temperaturas (650-730 graus Celsius) as conversões obtidas ajustaram-se ao modelo de reação de interface ou modelo topoquímico, sendo a reação química o mecanismo de controle obtendo-se uma Ea = 65,6 kcal / mol e um k = 2,32 x 10-3 K-1 ; nas altas temperaturas (750 - 1000 graus Celsius) o ajuste ao modelo de crescimento populacional modificado, foi o mais adequado, sendo o mecanismo de controle o difusional e obtendo-se uma Ea =16,1 kcal /mol e k = 570 K -1. Finalmente encontrou-se um estágio de transição entre os dois mecanismos numa temperatura aproximada de 745 graus Celsius (controle misto). Foram gerados vários diagramas operacionais de predominância de fases (DOPF)necessários para orientar os trabalhos perimentais. Estes diagramas consistiram de uma análise termodinâmica da redução de misturas de ZnO e Fe2O3 pelos gases redutores CO e H2, focando primordialmente à formação e a redução da ferrita de zinco. Foram utilizados os seguintes software: HSC versão 5,0 e Mathcad versão 6,0. Os resultados desta avaliação foram os DOPF dos seguintes sistemas: Zn-C-O, Zn-H-O, Zn-C-H-O, Fe-C-H-O e Zn-Fe-C-H- O com a variação das atividades de suas fases metálicas e de seus óxidos. / [en] The present work includes initially a bibliographical revision on the formation and reduction of the zinc ferrite. Further a thermodynamic and kinetic study was made, focusing its formation from an equimolar mixture of pure iron oxide Fe2O3, and pure zinc oxide ZnO, due to the fact that this substance is often the major constituent in the electric arc furnace dust. The zinc ferrite that is formed during the operation of the electric arc furnaces doesn t necessarily results from an equimolar mixture; it could be produced from a wide range of constituents compositions. Initially the equimolar mixture was characterized thermally (DTA-TGA) and structurally (XRD). The temperature where this compound began its formation and the quantitative results regarding the zinc ferrite synthesis conversion were calculated by the software Topas 2,1 Difracc Plus, using the Reitveld XRD method. The following experimental results from the kinetic analysis of the zinc ferrite formation were obtained: at low temperatures (650-730 Celsius Degree) the phenomena fitted the interface reaction model, or topochemical model, being the chemical reaction the control mechanism. The obtained data in this case was: Ea equal 65,6 kcal / mol and k equal 2,32 x 10-3 K-1. On the other hand, at high temperatures (750-1000 Celsius Degree) the modified population growth formalism showed the best fit, being the diffusional mechanism the controlling process. Again the obtained data was: Ea equal 16,1 kcal / mol and k equal 570 K-1. Finally a transition between the two mechanisms was found to happen at approximate 744 Celsius Degree (mixed control). Several DOPF (phase predominance operational diagrams) were obtained based upon the thermodynamic analysis of the Fe2O3 - ZnO mixtures reduction driven by CO and H2 reducing gases, focusing the formation and reduction of zinc ferrite compound. For that purpose the softwares HSC 5,0 and MathCAD 6,0 were utilized. The DOPF for the systems: Zn-C-O, Zn-H-O, Zn-C-H- O, Fe-C-H-O and Zn-Fe-C-H-O, considering the activities of their metallic and their oxides phases, were generated and discussed.

Neste trabalho estudamos o efeito da temperatura T e do campo magnético externo H sobre o modelo de Ising de spin 1/2 com interações competitivas J1 e J2 = -pJ1 entre primeiros e segundos vizinhos, respectivamente, numa direção axial (modelo ANNNI), e o efeito do campo de anisotropia cristalina D sobre o estado fundamental de um modelo ANNNI de spin maior que 1/2. No primeiro modelo levantamos os diagramas de fases p-T e H-T na aproximação de campo médio. Nestes diagramas encontramos diversos tipos de transições de fases tais como transições quase-contínuas e transições singular-contínuas. Encontramos também evidências da existência de pontos ípsilon () e pontos superdegenerados até então só encontrados nos diagramas de fases do estado fundamental de modelos do tipo Frenkel-Kontorova. No segundo modelo levantamos os diagramas p-D a T=0 para os dez primeiros valores de spin S. Estudamos a evolução das fronteiras de fases e de pontos de encontro de mais que duas fases sobre estas fronteiras conforme S é variado. Constatamos que as diferenças entre diagramas com S inteiro e diagramas com S semi-inteiro tendem a desaparecer com o crescimento de S. / In this work we studied the effect of the temperature T and external magnetic field H on the spin 1/2 lsing model with competing interactions J1 and J2 = -pJ1 between the first- and second-neighbors, respectively, along an axial direction (ANNNl model), and the effect of the crystal field anisotropy D on the ground state of the ANNNl model with spins greater than 1/2. In the first model we built the p-T and H-T phase diagrams in the mean-field approximation. In these phase diagrams we found various types of phase transitions such as quasi-continuous and singular-continuous phase transitions. We also found evidences for the upsilon point (1) and superdegenerate points, which have previously been found only on the groundstate phase diagrams of Frenkel-I<ontorova type models.

Neste trabalho estudamos o efeito da temperatura T e do campo magnético externo H sobre o modelo de Ising de spin 1/2 com interações competitivas J1 e J2 = -pJ1 entre primeiros e segundos vizinhos, respectivamente, numa direção axial (modelo ANNNI), e o efeito do campo de anisotropia cristalina D sobre o estado fundamental de um modelo ANNNI de spin maior que 1/2. No primeiro modelo levantamos os diagramas de fases p-T e H-T na aproximação de campo médio. Nestes diagramas encontramos diversos tipos de transições de fases tais como transições quase-contínuas e transições singular-contínuas. Encontramos também evidências da existência de pontos ípsilon () e pontos superdegenerados até então só encontrados nos diagramas de fases do estado fundamental de modelos do tipo Frenkel-Kontorova. No segundo modelo levantamos os diagramas p-D a T=0 para os dez primeiros valores de spin S. Estudamos a evolução das fronteiras de fases e de pontos de encontro de mais que duas fases sobre estas fronteiras conforme S é variado. Constatamos que as diferenças entre diagramas com S inteiro e diagramas com S semi-inteiro tendem a desaparecer com o crescimento de S. / In this work we studied the effect of the temperature T and external magnetic field H on the spin 1/2 lsing model with competing interactions J1 and J2 = -pJ1 between the first- and second-neighbors, respectively, along an axial direction (ANNNl model), and the effect of the crystal field anisotropy D on the ground state of the ANNNl model with spins greater than 1/2. In the first model we built the p-T and H-T phase diagrams in the mean-field approximation. In these phase diagrams we found various types of phase transitions such as quasi-continuous and singular-continuous phase transitions. We also found evidences for the upsilon point (1) and superdegenerate points, which have previously been found only on the groundstate phase diagrams of Frenkel-I<ontorova type models.

O CVM - Cluster Variation Method, ou Método Variacional de Clusters é um método para cálculos termodinâmicos, baseado na aproximação de campo médio para a energia livre. Em sua concepção original, o CVM dispõe apenas de contribuições configuracionais. A proposta do presente trabalho é neste sentido aprimorar o método com a incorporação de outras componentes à energia livre. Acreditamos que as contribuições volumétricas, tanto dilatacionais quanto vibracionais, são de grande importância, e estas contribuições à energia livre foram aqui adicionadas ao método. Outro objetivo do presente trabalho foi verificar se esta abordagem solucionaria o problema da escala de temperaturas de cálculos ab initio aliados ao CVM. Nestes cálculos, a escala de temperaturas dos diagramas de fases geralmente é duas a três vezes maior que o verificado experimentalmente ou, equivalentemente, que os resultados CVM a partir de dados experimentais. Um novo algoritmo de minimização foi deste modo proposto para levar em conta os efeitos vibracionais e a inclusão do volume como variável. O algoritmo é baseado no NIM (Natural Iteration Method), que é utilizado para a minimização no caso configuracional. Um método para os cálculos vibracionais foi elaborado a partir do modelo de Debye-Grüneisen, com considerações adicionais elásticas, adaptado para sistemas multicomponentes (isto é, ligas). O modelo é baseado naquele desenvolvido por Anderson, quando existem dados ab initio de constantes elásticas, ou Moruzzi-Janak-Schwarz caso contrário. Em cálculos ab initio é possível determinar as constantes elásticas de cada estrutura considerada. Com estes dados, a temperatura de Debye e o módulo de volume a 0K são determinados com maior precisão. Dados de primeiros princípios relativos a energias de coesão/formação em função do volume para o sistema prototípico Fe-Al CCC (ferro-alumínio cúbico de corpo centrado) foram utilizados como exemplo para a obtenção de parâmetros para o modelo. / The Cluster Variation Method (CVM), used in thermodynamical calculations, is based in the mean-field approximation to the free energy. The CVM was originally devised to treat configurational-only cases. The scope of the present work is to enhance the method's capabilities, introducing other free energy components. The volumetric contributions, either dilatacional or vibrational, are believed to be of great importance, and are therefore incorporated here in the method. Another aim is to verify whether this approach would solve the temperature range calculated with CVM using ab initio data. In this kind of calculation, the phase diagram temperature range is usually twice or three times as large as experimentally verified or, equivalently, as the ones obtained in CVM calculations using experimental data. Therefore, a new minimisation algorithm was proposed to handle with the vibrational effects and the volume as a variable. The algorithm is based on the NIM (Natural Iteration Method), which is used for the minimization in the configurational case. The Debye-Grüneisen approximation has been adapted, with elastical considerations, for multicomponent systems (i.e., alloys). The method is based on Anderson model, when ab initio elastic constants are available, or on Moruzzi-Janak-Schwarz model otherwise. In ab initio calculations it is possible to determine the elastic constants for each structure considered. Using these data, Debye temperature and bulk modulus at 0K are determined with greater accuracy. First-principles cohesion/formation energies in function of volume for the b.c.c. Fe-Al (body-centered cubic iron-aluminum) system were used as an example to derive parameters to the model.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-05-03T23:21:33Z No. of bitstreams: 1 PriscilaValdeniaDosSantos_TESE.pdf: 1843795 bytes, checksum: 90c4e994c9a54d049c923beefec400bf (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-05-05T22:38:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PriscilaValdeniaDosSantos_TESE.pdf: 1843795 bytes, checksum: 90c4e994c9a54d049c923beefec400bf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-05T22:38:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PriscilaValdeniaDosSantos_TESE.pdf: 1843795 bytes, checksum: 90c4e994c9a54d049c923beefec400bf (MD5) Previous issue date: 2015-07-15 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Neste trabalho investigamos o efeito dos campos aleat?rios no modelo Blume-Capel com intera??es de longo alcance. O modelo ? completamente sol?vel no ensemble can?nico, e sua densidade de energia livre nos leva a resultados correspondentes a uma teoria de campo m?dio. S?o estudados os casos para spin S = 1 sob influ?ncia de desordem temperada na presen?a de: (i) um campo cristalino aleat?rio; (ii) de um campo magn?tico aleat?rio; (iii) e de ambos. Para uma escolha adequada do campo aleat?rio, mostramos que o modelo apresenta uma variedade de comportamentos multicr?ticos, linhas de transi??o cont?nuas e de primeira ordem, al?m de fen?menos de re-entr?ncia. Os diagramas de fases, obtidos a partir do c?lculo da energia livre por spin, exibem diversas topologias em fun??o do par?metro que mede o grau de desordem. / In the presente work we investigate the ferromagnetic Blume-Capel (BC) model, for spin 1 and infinite-ranged interactions, under the influence of local quenched disorder. The model is exactly solved within the canonical ensemble. The obtained free energy density lead us to mean-field results. In the first part we study the BC model under the influence of a random crystal-field anisotropy, but otherwise without a magnetic field. In the second part we consider the BC model under a bimodal random magnetic field and a uniform crystal-field anisotropy term. This model was previously studied by Kaufman and Kanner. We give special attention to anisotropy versus temperature phase diagrams which may present reentrant phenomena. Finally, in the third part we consider a generalized version where both local fields - magnetic and crystal-field anisotropy - are diluted and, in the present case, modeled by discrete probability distribution. The phase diagram obtained and presented in this work exhibit a rich variety of multicritical behavior, presenting both continuous and first-order transition lines. Also, for some specific cases there is room for the existence of reentrant effects. This seems to be a characteristic of the Blume-Capel model under the presence of randomness.

O CVM - Cluster Variation Method, ou Método Variacional de Clusters é um método para cálculos termodinâmicos, baseado na aproximação de campo médio para a energia livre. Em sua concepção original, o CVM dispõe apenas de contribuições configuracionais. A proposta do presente trabalho é neste sentido aprimorar o método com a incorporação de outras componentes à energia livre. Acreditamos que as contribuições volumétricas, tanto dilatacionais quanto vibracionais, são de grande importância, e estas contribuições à energia livre foram aqui adicionadas ao método. Outro objetivo do presente trabalho foi verificar se esta abordagem solucionaria o problema da escala de temperaturas de cálculos ab initio aliados ao CVM. Nestes cálculos, a escala de temperaturas dos diagramas de fases geralmente é duas a três vezes maior que o verificado experimentalmente ou, equivalentemente, que os resultados CVM a partir de dados experimentais. Um novo algoritmo de minimização foi deste modo proposto para levar em conta os efeitos vibracionais e a inclusão do volume como variável. O algoritmo é baseado no NIM (Natural Iteration Method), que é utilizado para a minimização no caso configuracional. Um método para os cálculos vibracionais foi elaborado a partir do modelo de Debye-Grüneisen, com considerações adicionais elásticas, adaptado para sistemas multicomponentes (isto é, ligas). O modelo é baseado naquele desenvolvido por Anderson, quando existem dados ab initio de constantes elásticas, ou Moruzzi-Janak-Schwarz caso contrário. Em cálculos ab initio é possível determinar as constantes elásticas de cada estrutura considerada. Com estes dados, a temperatura de Debye e o módulo de volume a 0K são determinados com maior precisão. Dados de primeiros princípios relativos a energias de coesão/formação em função do volume para o sistema prototípico Fe-Al CCC (ferro-alumínio cúbico de corpo centrado) foram utilizados como exemplo para a obtenção de parâmetros para o modelo. / The Cluster Variation Method (CVM), used in thermodynamical calculations, is based in the mean-field approximation to the free energy. The CVM was originally devised to treat configurational-only cases. The scope of the present work is to enhance the method's capabilities, introducing other free energy components. The volumetric contributions, either dilatacional or vibrational, are believed to be of great importance, and are therefore incorporated here in the method. Another aim is to verify whether this approach would solve the temperature range calculated with CVM using ab initio data. In this kind of calculation, the phase diagram temperature range is usually twice or three times as large as experimentally verified or, equivalently, as the ones obtained in CVM calculations using experimental data. Therefore, a new minimisation algorithm was proposed to handle with the vibrational effects and the volume as a variable. The algorithm is based on the NIM (Natural Iteration Method), which is used for the minimization in the configurational case. The Debye-Grüneisen approximation has been adapted, with elastical considerations, for multicomponent systems (i.e., alloys). The method is based on Anderson model, when ab initio elastic constants are available, or on Moruzzi-Janak-Schwarz model otherwise. In ab initio calculations it is possible to determine the elastic constants for each structure considered. Using these data, Debye temperature and bulk modulus at 0K are determined with greater accuracy. First-principles cohesion/formation energies in function of volume for the b.c.c. Fe-Al (body-centered cubic iron-aluminum) system were used as an example to derive parameters to the model.

[ES] La fabricación aditiva, de sus siglas en inglés AM (Additive Manufacturing) es un proceso que construye objetos sólidos tridimensionales mediante la superposicióon de materiales basados en un modelo de diseño asistido por ordenador. La AM está llamada a convertirse en la próxima revolución industrial, transformando el panorama del desarrollo y la producción. La AM ofrece numerosas ventajas, como posibilidades de diseño complejas y flexibles, la eliminación de procesos intermedios como el mecanizado, la independencia de los costes de producción del tamaño de los lotes, la reducción de los residuos de material, las estructuras ligeras, las reparaciones personalizadas de las máquinas y la capacidad de desarrollar nuevos materiales, entre otras ventajas. En las tecnologías de fabricación aditiva que emplean un rayo láser como fuente de energía, la materia prima inicial (en forma de polvo o cable) es fundida por la fuente de calor láser de forma controlada, capa a capa, hasta crear un componente con dimensiones finales o casi finales. Estas tecnologías implican someter el material impreso a un proceso térmico único, en el que el material se funde en un área muy específica y luego se enfría rápidamente a velocidades extremadamente altas de hasta 10^6 K/s. Por lo tanto, las microestructuras que surgen de los procesos de fabricación en AM difieren significativamente de las que se consiguen en los procesos tradicionales. Además, los materiales que se emplean principalmente en la AM no se han diseñado explícitamente para estas tecnologías. Las características específicas de los procesos de AM pueden utilizarse para lograr microestructuras y propiedades distintas en aceros que han sido adaptados para aprovechar las rápidas velocidades de enfriamiento y la historia térmica del proceso, entre otros factores. Por el momento, el número de calidades de acero comerciales disponibles en el mercado de la AM es limitado. Diversas industrias demandan nuevos grados de acero con menor densidad para disminuir el peso sin comprometer las propiedades mecánicas. Los aceros con alto contenido en manganeso se consideran materiales muy prometedores para aplicaciones estructurales debido a su excepcional combinación de resistencia y ductilidad, con una baja densidad. Sin embargo, a pesar de sus excepcionales propiedades, los aceros con alto contenido en manganeso se enfrentan a diversas limitaciones o retos durante las técnicas de procesado convencionales. Afortunadamente, la solidificación rápida puede resolver estos problemas. En este sentido, las tecnologías de AM basadas en láser proporcionan velocidades de enfriamiento rápidas, así como flexibilidad en términos de diseño geométrico. Los nuevos retos de estas tecnologías implicarán la microsegregación y el agrietamiento en caliente o hot cracking en inglés, que se producen durante la solidificación. Esta tesis está dedicada a explotar el método CALPHAD para realizar cálculos termodinámicos con el fin de diseñar varios aceros con alto contenido en manganeso que puedan prevenir eficazmente los problemas de solidificación rápida en AM. Las composiciones de acero diseñadas se produjeron en forma de polvo para AM mediante atomización con gas. Se analizaron los polvos para determinar su microestructura en relación con la química y la velocidad de enfriamiento. Ajustando adecuadamente los parámetros de impresión, estos polvos de acero con alto contenido en manganeso se imprimieron con éxito en AM, dando lugar a densidades relativas superiores al 99.9%. Se analizó la microestructura de estas muestras totalmente densas y se comparó con sus respectivos polvos, con el fin de identificar cualquier diferencia resultante de las variaciones en la velocidad de enfriamiento y los ciclos térmicos. Por último, tras definir el mejor conjunto de condiciones de impresión para cada composición de polvo, se produjeron varias muestras para evaluar las propiedades mecánicas. / [CA] La fabricació additiva, de les seues sigles en anglés AM (Additive Manufacturing) és un procés que construïx objectes sòlids tridimensionals mitjançant la superposició de materials basats en un model de disseny assistit per ordinador. L'AM està cridada a convertir-se en la pròxima revolució industrial, transformant el panorama del desenvolupament i la producció. L'AM oferix nombrosos avantatges, com a possibilitats de disseny complexes i flexibles, l'eliminació de processos intermedis com el mecanitzat, la independència dels costos de producció de la grandària dels lots, la reducció dels residus de material, les estructures lleugeres, les reparacions personalitzades de les màquines i la capacitat de desenvolupar nous materials, entre altres avantatges. En les tecnologies de fabricació additiva que empren un raig làser com a font d'energia, la matèria primera inicial (en forma de pols o filferro) és fosa per la font de calor làser de manera controlada, capa a capa, fins a crear un component amb dimensions finals o quasi finals. Estes tecnologies impliquen sotmetre el material imprés a un procés tèrmic únic, en el qual el material es funde en una àrea molt específica i després es refreda ràpidament a velocitats extremadament altes de fins a 10^6 K/s. Per tant, les microestructures que sorgixen dels processos de fabricació en AM diferixen significativament de les que s'aconseguixen en els processos tradicionals. A més, els materials que s'empren principalment en l'AM no s'han dissenyat explícitament per a estes tecnologies. Les característiques específiques dels processos d'AM poden utilitzar-se per a aconseguir microestructures i propietats diferents en acers que han sigut adaptats per a aprofitar les ràpides velocitats de refredament i la història tèrmica del procés, entre altres factors. De moment, el nombre de qualitats d'acer comercials disponibles en el mercat de l'AM és limitat. Diverses indústries demanden nous graus d'acer amb menor densitat per a disminuir el pes sense comprometre les propietats mecàniques. Els acers amb alt contingut en manganés es consideren materials molt prometedors per a aplicacions estructurals a causa de la seua excepcional combinació de resistència i ductilitat, amb una baixa densitat. No obstant això, malgrat les seues excepcionals propietats, els acers amb alt contingut en manganés s'enfronten a diverses limitacions o reptes durant les tècniques de processament convencionals. Afortunadament, la solidificació ràpida pot resoldre estos problemes. En este sentit, les tecnologies d'AM basades en làser proporcionen velocitats de refredament ràpides, així com flexibilitat en termes de disseny geomètric. Els nous reptes d'estes tecnologies implicaran la microsegregació i l'esquerdament en calent, o hot cracking en anglés, que es produïxen durant la solidificació. Esta tesi està dedicada a explotar el mètode CALPHAD per a realitzar càlculs termodinàmics amb la finalitat de dissenyar diversos acers amb alt contingut en manganés que puguen previndre eficaçment els problemes de solidificació ràpida en AM. Les composicions d'acer dissenyades es van produir en forma de pols per a AM mitjançant atomització amb gas. Es van analitzar les pólvores per a determinar la seua microestructura en relació amb la química i la velocitat de refredament. Ajustant adequadament els paràmetres d'impressió, estes pólvores d'acer amb alt contingut en manganés es van imprimir amb èxit en AM, donant lloc a densitats relatives superiors al 99.9%. Es va analitzar la microestructura d'estes mostres totalment denses i es va comparar amb les seues respectives pólvores, amb la finalitat d'identificar qualsevol diferència resultant de les variacions en la velocitat de refredament i els cicles tèrmics. Finalment, desprès de definir el millor conjunt de condicions d'impressió per a cada composició de pols, es van produir diverses mostres per a avaluar les propietats mecàniques. / [EN] Additive manufacturing (AM) is a process that builds three-dimensional solid objects by layering materials based on a computer-aided design model. AM is set to become the next industrial revolution, transforming the landscape of development and production. AM provides numerous benefits, including complex and flexible design possibilities, the elimination of intermediate processes like machining, production cost independence from batch size, reduced material waste, lightweight structures, customized machine repairs, and the ability to develop new materials, among other advantages. In additive manufacturing technologies that employ a laser beam as an energy source, the initial raw material (in the form of powder or wire) is melted by the laser heat source in a controlled manner, layer by layer, until a component with final or nearly final dimensions is created. These technologies involve subjecting the printed material to a unique thermal process, where the material is melted in a very specific area and then rapidly cooled at extremely high rates of up to 10^6 K/s. Hence, the microstructures that arise from the manufacturing processes in AM differ significantly from those achieved in traditional processes. Moreover, the materials predominantly employed in AM have not been explicitly designed for these technologies. The specific characteristics of AM processes can be utilized to achieve distinct microstructures and properties in steels that have been tailored to take advantage of the rapid cooling rates and thermal history of the process, among other factors. For the moment, the number of commercial steel grades available in the AM market is limited. Various industries are demanding new steel grades with lower density to decrease weight without compromising mechanical properties. High manganese steels are regarded as highly promising materials for structural applications due to their exceptional combination of strength and ductility, with low density. Nevertheless, despite the exceptional properties of high manganese steels, they encounter various limitations or challenges during conventional processing techniques. Fortunately, rapid solidification may solve these issues. In this sense, laser-based AM technologies provide rapid cooling rates, as well as flexibility in terms of geometric design. The new challenges of these technologies will involve micro-segregation and hot cracking occurring during solidification. This thesis is dedicated to exploiting the CALPHAD method to perform thermodynamic calculations in order to design various high manganese steels that can effectively prevent fast solidification issues in AM. The steel compositions designed were produced in the form of powder for AM using gas atomization. Powders were analyzed to determine their microstructure in relation to the chemistry and cooling rate. By adjusting properly, the printing parameters, these high manganese steel powders were successfully printed in AM, resulting in relative densities exceeding 99.9%. The microstructure of these fully dense samples was analyzed and compared to their respective powders, in order to identify any difference resulting from variations in cooling rate and thermal cycling. Lastly, after defining the best set of printing conditions for each powder composition, various samples were produced to evaluate the mechanical properties, to determine the correlation between the composition, microstructure and properties of these steels. In addition, lattice structures that are close to final part geometries were constructed to quantify the energy absorbed during compression by one of these high manganese steels. The results were then compared to those of 316L, revealing that the high manganese steel absorbs roughly twice as much the specific energy in compression. This finding demonstrates the potential of these novel AM steels for use in industrial applications. / Sánchez Poncela, M. (2024). Design of High Mn Fe-Mn-Al-C Low Density Steels for Additive Manufacturing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205174