Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2915.pdf: 6861793 bytes, checksum: 76539b54569a8fd74709e00486c01bab (MD5) Previous issue date: 2009-12-17 / Universidade Federal de Minas Gerais / Aiming at the improvement of the wear resistance of a glass former composition, the Fe66B30Nb4, the alloy was modified with the addition of Ti, resulting in the theoretical compositions: Fe63B29Nb4Ti4 (SF1) and Fe65B30Nb4Ti1 (SF2). These compositions were spray formed from the melts into two small deposits each one with different set of processing parameters. The crystalline microstructures obtained were characterized by optical microscopy, SEM/EDS, XRD, DSC and chemical analysis of Nb, Ti (by optical spectroscopy) and N (by thermal conductivity). Also, a melt spun ribbon was produced with the Fe65B30Nb4Ti1 alloy. This procedure provided some information about metastable phases which could form in the deposits: borides, sub-borides and amorphous phase. Finally, several hardness and DSRW wear tests were conducted. Materials weight losses were discussed in comparison to high chromium white cast iron. The spray formed deposit of Fe65B30Nb4Ti1, produced with the SF2 parameters set up, presented 51% less mass loss when comparing with high chromium white cast iron. The rapidly cooled Fe63B29Nb4Ti4 alloy presented a worse wear resistance result than the slowly cooled Fe65B30Nb4Ti1 alloy. Some factors which could have influenced these results were discussed. / Buscando-se um material mais resistente ao desgaste a liga Fe66B30Nb4, normalmente utilizada para formacao de vidros metalicos, foi modificada com a adicao de 1 e 4 % at. de Ti resultando nas composicoes teoricas Fe65B30Nb4Ti1 e Fe63B29Nb4Ti4 , denominadas CS2 e CS1, respectivamente. Cada uma destas composicoes foi processada por conformacao por spray com parametros diferentes, resultando em dois depositos cristalinos com graus teoricos de resfriamento e microestruturas diferenciados. A microestrutura destes depositos foi estudada por microscopia otica, MEV/EDS, DRX, DSC e foi feita analise quimica de Nb e Ti por espectrometria otica e N por termocondutividade. Por melt spinning foi fabricada uma fita da liga Fe65B30Nb4Ti1, a mesma usada na CS2, que forneceu informacoes sobre as fases metaestaveis possiveis: boretos, sub-boretos e fase amorfa. Tambem foram realizados ensaios de dureza e desgaste roda de borracha (DSRW), conforme a norma ASTM G 65, nos materiais obtidos por conformacao por spray. Na condicao de supostamente menor resfriamento a resistencia ao desgaste do material resultante da CS2, a liga Fe65B30Nb4Ti1, foi superior por um fator multiplicativo proximo de 2 em relacao ao ferro fundido branco alto cromo. Processada em condicoes, em que como esperado, resultaram em maior refinamento microestrutural a liga da CS1 Fe63B29Nb4Ti4 apresentou comportamento bastante inferior ao material da CS2, liga Fe65B30Nb4Ti1. Alguns fatores que podem ter influenciado estes resultados sao discutidos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2966.pdf: 2784925 bytes, checksum: 8922ba424c6da7e89ad71315278b4fee (MD5) Previous issue date: 2006-04-26 / The Brazilian aluminum industry is ranked among the sixth biggest aluminum producers worldwide and plays an important role in the local market. Continuous improvement in aluminum industry points to more metal output at lower costs. The potlining is an important subsystem in this process due to high cost involved and more recently due to environmental aspects. Using a systemic approach, this work aimed to increase potlife and thus minimize the aluminum costs. In this opportunity, a careful post-mortem analysis in electrolyte cells were performed to account for the sequence of incidents that led to the final pot failure and make the right decision to minimize or even eliminate the limiting factors to obtain a longer potlife. Besides pot failure mechanisms and pot design changes, some other factors that may be detrimental to potlife at Alcoa Aluminum S.A Pocos de Caldas, MG were also investigated thoroughly, such as preheating and pot start-up technique and lining materials (cathode bottom blocks technical and economic aspects). The results from this study were paramount to make the right decision in respect to pot design through minimizing pot design misconceptions and using appropriate materials. Both preheating and pot start-up procedure were also changed in an attempt to minimize the risks of fatal cathode damage caused by high thermal gradients during these two practices. Knowing that a perfectly constructed and operated cell is not easily obtained, all modifications in respect to pot design, lining material, preheating and pot start-up practices were based on solid and careful diagnosis and will certainly contribute to obtain a long potlife at Alcoa Aluminum Pocos de Caldas, MG. / A indústria do alumínio no Brasil é a sexta maior do mundo e apresenta uma expressiva participação na economia nacional. O aprimoramento nas técnicas de obtenção do alumínio tem por objetivo o aumento de produção a um menor custo operacional. O revestimento de cubas eletrolíticas é um subsistema deste processo e tem alto impacto financeiro na produção e mais recente devido ao aspecto ambiental. Utilizando uma abordagem sistêmica, este trabalho teve por objetivo aumentar a vida útil das cubas e conseqüentemente diminuir o custo de produção de alumínio. Para tanto, as análises post-mortem de cubas foram empregadas, buscando identificar os principais mecanismos de falha e posteriormente sugerir mudanças visando minimizar ou eliminar os principais fatores limitantes a vida útil destes fornos. Além do estudo do mecanismo de falha e das alterações de projeto, foram abordados alguns outros fatores que podem afetar a vida útil das cubas eletrolíticas da Unidade da Alcoa Alumínio S/A, Poços de Caldas, MG, tais como métodos de pré-cozimento, partida de cuba e materiais de revestimento de cubas (particularmente através de um estudo técnico-econômico da utilização de blocos catódicos grafitizados). O resultado deste trabalho foi crucial para alterar o projeto de revestimento de cubas para um mais robusto, através da diminuição dos pontos falhos identificados nas autópsias e emprego de materiais apropriados. Os procedimentos de pré-cozimento e partida de cuba foram também alterados visando diminuir os riscos de uma falha catastrófica do catodo associada ao choque térmico durante estas duas etapas. Mesmo considerando que a perfeição no revestimento de cubas não é algo fácil de obter, todas as modificações no projeto, material, pré-cozimento e partida de cubas foram baseadas em um estudo técnico minucioso e certamente irão contribuir para atingir um aumento de vida útil nas cubas eletrolíticas das Alcoa Alumínio S.A. unidade Poços de Caldas, MG.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3036.pdf: 14240983 bytes, checksum: ee6c8c44e8b6ec5c94280d7b7d936f6b (MD5) Previous issue date: 2009-04-13 / Financiadora de Estudos e Projetos / Investment casting of Titanium parts free of defects is very difficult owing to the reactivity of this element in the liquid state .The objective of this study was to evaluate the reactivity of titanium with refractory oxides of high thermodynamic stability, such as yttria and alumina. Centrifugal castings of small parts were carried out by melting the metal in an yttria coated crucible and pouring the liquid into molds coated with a mixture of yttrium and aluminum oxides. As binder for the powders were added colloidal suspensions of silica, alumina, yttria or zirconium acetate. Only the silica and alumina colloidal bonded the moulds with useful mechanical strength allowing the centrifugal casting trials. Both, yttria colloidal and zirconium acetate were excluded of the trials. By analyzing the hardness profile it could be noted that a similar curve was obtained for different moulds (oxides plus binder) related to the hardened layer thickness. However, the molds using a higher thermodynamic stability combination of binder and oxides presented lower Vicker values. The pair Yttria/Alumina colloidal induced less than 350 Vickers and Alumina/Alumina colloidal less than 720 Vickers on the surface of titanium as cast, for instance. Finally, a mathematical simulation of the process was proposed and it could be well adjusted and compared to the experimental graphics. / A obtenção de peças de titânio pelo processo de fundição de precisão, livre de defeitos, é extremamente complicada devido à elevada reatividade do titânio no estado líquido com os constituintes do molde, os óxidos cerâmicos. Este trabalho objetivou estudar a reatividade do titânio com óxidos de alta estabilidade termodinâmica, a saber: de alumínio e de ítrio. Foram realizadas tentativas de fundição centrífuga de pequenas peças utilizando cadinhos revestidos com ítria e vazamento sobre moldes revestidos majoritariamente com os óxidos citados. Como aglomerantes destes pós refratários foram utilizadas suspensões coloidais de sílica, de alumina e de ítria além de acetato de zircônio. Os dois últimos não proporcionaram aos moldes resistência mecânica suficiente para serem trabalhados, sendo excluídos dos testes de fundição. Com os aglomerantes à base de sílica e alumina foram então construídos os moldes nos quais foi vazado o titânio (comercialmente puro) por fundição centrífuga. Através de perfis de microdureza Vickers verificou-se um comportamento similar das combinações de aglomerante mais refratário no que tange a espessura da camada alfa endurecida. No entanto, as combinações de maior estabilidade termodinâmica apresentaram menores valores de microdureza na superfície das amostras, com o par ítria/alumina apresentando resultados abaixo de 350 Vickers e o par alumina/alumina cerca de 720 Vickers na superfície de contato com o molde. Ao final, foi proposta uma simulação matemática do processo gerando gráficos teóricos que puderam ser bem ajustados aos gráficos experimentais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3107.pdf: 6254906 bytes, checksum: 73ea74c0286c326dea5191d461f409e7 (MD5) Previous issue date: 2009-11-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / In order to analyze the microstructure and to know the dynamic softening mechanics that take place during the hot work in F 138 stainless steel, physical simulation was carried out through continuous isothermal hot torsion tests in a wide range of temperatures and strain rates, covering the real conditions of processing used in the manufacture of orthopedic implants with this material. The plastic flow stress curves obtained in this study showed a typical behavior of dynamic recrystallization. Also was determined the peak and steady-state stresses (σp, σss) and strains (εp, εss) and also the value of apparent activation energy for F 138 stainless steel, which is Q = 475kJ/mol. Through the curves of work-hardening rate vs. equivalent stress (θ vs. σ), the values of critical stress (σc) and strain (εc) for initiation of dynamic recrystallization are obtained. The metallographic observation was used to measure the average grain size under all deformation conditions, and also for the pre-deformed grain, D0 = 85.1μm. Thus it was possible to obtain empirical mathematical equations for the studied steel, which relate the processing parameters with the average grain size, since the resulting grain varies with processing conditions. The obtained data in this study will form a database which could be used in softwares of thermomechanical processing numerical simulation, which will permit the previous evaluation of resulting microstructure in a hot work processing of this material. / A fim de analisar a microestrutura e conhecer os mecanismos de amaciamento dinâmicos atuantes sob trabalho a quente no aço inoxidável F 138, foi feita a simulação física através de ensaios de torção a quente isotérmicos contínuos em uma ampla faixa de temperaturas e taxas de deformação, abrangendo as condições reais de processamento utilizadas na fabricação de próteses ortopédicas com este material. As curvas de escoamento plástico obtidas neste trabalho apresentaram um comportamento típico de recristalização dinâmica, de onde se determinou as tensões e deformações de pico e de estado estacionário e também o valor da energia de ativação aparente para o aço F 138, que é de Q = 475 kJ/mol. Através das curvas da taxa de encruamento vs. tensão equivalente obteve-se os valores da tensão e deformação críticas para início da recristalização dinâmica. A observação metalográfica permitiu medir o tamanho médio de grão resultante para todas as condições de deformação, e também para o grão pré-deformado, D0 = 85,1 m. Com isso, foi possível obter parâmetros para formulação de equações matemáticas empíricas do aço em questão, que relacionam os parâmetros de processo.com o tamanho médio de grão, uma vez que o grão resultante varia com as condições de processamento. Os dados obtidos neste trabalho formarão um banco de dados para posterior simulação numérica em softwares de processamento termomecânico, que permitirão avaliar previamente a microestrutura resultante em um processamento a quente deste material. Assim, este trabalho foi realizado com o intuito de conhecer os mecanismos de amaciamento dinâmicos do aço F 138, bem como sua microestrutura resultante em uma extensa faixa de condições de deformação a quente, a fim de aperfeiçoar seu processamento industrial, no sentido de obter condições para melhorar suas propriedades mecânicas finais através do controle microestrutural.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3117.pdf: 5379734 bytes, checksum: ba586b8b11555913f61445e59c0efbd2 (MD5) Previous issue date: 2010-05-05 / The increase in the world steel production mainly observed in the last decade demanded a significant growth in the hot metal production through the blast furnace process. A key point in blast furnaces operation is related to the taphole mix used to plug the hole that is where the tapping is carried out. The taphole mix is a key aspect for the production flow of integrated mills because, in the blast furnaces, it is responsible to maintain a stable tapping, ensuring the supply of hot metal to the steelmaking, maintaining all stages of the crude steel plants in synchrony. The taphole mixes for blast furnace are very special products in the broad universe of refractory materials due to its complex chemistry composition, being applied in extreme conditions of temperature and demand. In this context, the literature and the technical aspects related to taphole mixes require a more comprehensive technical contribution, considering the influence of some additives on their properties. The aim of this work is to evaluate the influence of different raw materials and additives on the properties of taphole mixes related to their densification, adhesion and usinability features. The results of the tests were assessed according to the AHP (Analytical Hierarchy Process) method, which allows for the selection of the best formulation considering all the parameters involved. / O elevado aumento na produção mundial de aço, observado principalmente a partir da última década, gerou um crescimento significativo na indústria de fabricação de ferro gusa via altos-fornos, como é o caso nas indústrias siderúrgicas nacionais. Um ponto crítico do processo de redução do minério de ferro via alto-forno está relacionado à massa refratária utilizada para vedar (tamponar) o furo de corrida, que é por onde ocorre o vazamento de gusa e escória líquidos. Essa massa de tamponamento é de extrema importância para todo o fluxo de produção de uma usina integrada pois, nos altos-fornos, ela é responsável por controlar um vazamento estável de gusa e escória, garantindo o abastecimento de gusa na aciaria, mantendo em sincronismo todas as etapas de produção do aço bruto nessas usinas. As massas de tamponamento para altos-fornos constituem uma categoria de produtos muito especiais no amplo universo dos materiais refratários devido à sua complexa constituição química, além de serem aplicadas em condições extremas de temperatura. Além disso, é um produto que necessita apresentar desempenho com resposta consistente e rápida. Nesse contexto, a literatura carece de estudos com conteúdo técnico mais abrangente, considerando a influência dos seus constituintes em suas propriedades.O objetivo deste trabalho foi, por meio de uma abordagem sistêmica, avaliar a influência de algumas matérias-primas das massas em suas propriedades, sendo essas ligadas à sua densificação, adesão e usinabilidade. Para isso, utilizou-se técnicas empregadas na caracterização das massas de tamponamento e outras técnicas encontradas na literatura, que foram aprimoradas. A metodologia AHP (Analytical Hierarchy Process), empregada para escolha da melhor formulação testada, mostrou que a composição M5 com elevado teor de anti-oxidantes obteve resultados superiores, considerando os aspectos de adesão, usinabilidade e densificação do produto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3138.pdf: 2797122 bytes, checksum: da6799e838cbdb9cbde4d35e501f2ebd (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / The hot rolling process is a kind of industrial method used in raw material manufacturing for surgical implant pieces. The hot rolling processing has been the subject of many studies and the knowledge of this process is very well established. However, this process requires the control of several parameters such as the geometry of billets and rolling rolls, the initial and finishing deformation temperatures and strain rates, pass schedule, total reduction of rolling process and the capacity of the equipment. The most important feature of the metallurgical processing is the final quality of the produced material, since all parameters described above act upon processing and they can change the material behavior. Therefore, the best would be that all the process parameters were well known and controlled. The aim of this work was to analyze how the rolling processing parameters like temperature, deformation, strain rate and stress level vary during hot rolling of an ASTM F138 alloy billets. This analysis was conducted using a commercial software based on finite elements methods developed for hot work processing simulation. The processing data were attained from an industrial plant and two similar passes of a hot rolling schedule were simulated. The first pass promoted the change of a billet from a square geometry to an oval shape and the second from oval to round shape. The evolution and distribution of strain, strain rate, temperature and stress throughout the billets during hot rolling were determined and analyzed. The results showed that the numerical simulation was efficient to describe parameter evaluations, since the results are similar to those observed in a real rolling processing. The achieved results can be used as a data base for analysis of defects and failures upon processing and also to progressive improvement of the industrial processing. / O processo de laminação a quente é um dos processos utilizados para a fabricação de matéria-prima utilizada em peças de implantes cirúrgicos. A laminação a quente tem sido objeto de muitos estudos e o conhecimento sobre este processo parece ser bem consolidado. Todavia este processo requer o controle de muitos parâmetros, como a geometria dos tarugos e dos cilindros de laminação, a relação entre os cilindros e o tarugo, a temperatura e velocidade de laminação, plano de passes, redução total de laminação, capacidade máxima do equipamento, entre outros. O mais importante do processo acaba se tornando a qualidade final do material produzido, pois todos os parâmetros descritos acima variam, e estas variações não podem impactar negativamente na qualidade do produto final. Assim o ideal seria que todos os parâmetros de processo fossem bem conhecidos e controlados. O objetivo deste trabalho foi analisar como parâmetros do processo de laminação tais como temperatura, deformação, taxa de deformação e tensão aplicada variam durante a laminação de um tarugo da liga ASTM F138 utilizando um software comercial, desenvolvido para análises de processo de conformação com base nos métodos dos elementos finitos. Foram simulados dois passes de laminação semelhantes aos que ocorrem em um processo real, sendo o primeiro passe quadrado-oval e outro oval-redondo. Foi analisada a variação dos parâmetros ao longo do tarugo durante a laminação. Os resultados mostraram que a simulação numérica foi eficiente em avaliar os parâmetros investigados, pois os resultados obtidos são semelhantes aos encontrados em um processo real de laminação. Estes dados encontrados com a ajuda de um software de simulação servirão como base de estudos para análise de defeitos e também da melhoria contínua de processo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3208.pdf: 5827738 bytes, checksum: 5abb591b495a83ca8efab983e7636bb5 (MD5) Previous issue date: 2006-03-31 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aeronautic industry has been studying the FSW (Friction Stir Welding) process since its development by TWI (The Welding Institute), in 1991. Nowadays it has been used in the airplanes fuselage of the Eclipse Aviation Co. and in non structural parts of the Airbus A380, in recent times started. Thus, the knowledge on welding of aeronautic aluminum alloys is very important to give safety in the use of the process and to development of new possibilities of joints for these alloys. Dissimilar welding allows some freedom on project design i.e. possibilities to join materials with different properties. The challenge of this work is to join materials with different mechanical properties using FSW, which is based on mechanical deformation. For this aim, dissimilar joints, 2024-T351 to 6056-T4 and 7075-T76 to 6056-T4, have been welded. The rotational speed was maintained constant and the travel speed was variable. The best parameters were identified according to the final quality of the welds after microstructural analyses and mechanical properties evaluation (tensile and microhardness tests). The analyses of the thermal cycles and forces developed during the weld, and the evaluation of the quality weld determine the best parameters that can produce a better combination between heat input and the best weld quality. It is concluded that the mechanical properties of the dissimilar joints improve with increasing weld travel speed and when the 6056 alloy is placed in the advancing side of the joint. / O processo de soldagem FSW (Friction Stir Welding) vem sendo estudado pela indústria aeronáutica desde seu desenvolvimento pelo TWI (The Welding Institute) em 1991. Atualmente, está sendo utilizado na fuselagem dos aviões da empresa Eclipse Aviation Co. e em partes não estruturais do A380 da Airbus, lançado recentemente. Desta forma, o estudo da soldagem das ligas de alumínio aeronáuticas por esse processo se faz muito importante na garantia da segurança e do desenvolvimento de novas possibilidades de união entre essas ligas. A soldagem dissimilar permite aos projetistas maior liberdade na criação de seus projetos, possibilitando a união de materiais de diferentes propriedades num mesmo componente. O desafio deste trabalho é unir ligas de diferentes propriedades mecânicas por um processo de soldagem, cujo princípio de união é a deformação mecânica. Para tanto, foram soldadas juntas dissimilares das ligas 2024-T351 e 6056-T4 e das ligas 7075-T76 e 6056-T4. Na soldagem, a rotação da ferramenta foi mantida constante e a velocidade de soldagem variável. Os parâmetros utilizados foram avaliados através da qualidade final das soldas obtidas. A qualidade das soldas, por sua vez, foi analisada pela microestrutura resultante, via microscopia ótica, e pelas propriedades mecânicas, via ensaios de tração e microdureza. A análise dos ciclos térmicos desenvolvidos durante a soldagem e das forças imprimidas durante o processo, aliados à avaliação das soldas, permitem determinar os parâmetros de processo, que resultem numa combinação ótima de menor aporte térmico e melhor qualidade de solda. Concluiu-se que as propriedades mecânicas das juntas dissimilares melhoram com o aumento da velocidade de soldagem e com o posicionamento da liga menos resistente mecanicamente (6056) no lado de avanço da ferramenta.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3246.pdf: 12136478 bytes, checksum: 2cc488c82afe73f029ef1b7b18aa2596 (MD5) Previous issue date: 2009-04-07 / Financiadora de Estudos e Projetos / In the present work, scaffolds were obtained through the controlled sintering of Biosilicate®. This material possesses good mechanical properties and its bioactivity level is comparable to that of bioglasses, making it an interesting candidate for use as a scaffold to stimulate bone tissue regeneration. Previous studies have found that a secondary crystalline phase is formed when Biosilicate® is heat-treated at high temperatures (T > 700°C). The in vitro bioactivity tests revealed that the presence of the secondary phase is not harmful, but instead enhances the bioactivity of Biosilicate® to a level comparable to that of Bioglass - 45S5. Two different techniques were used in the synthesis of scaffolds: (1) the addition of porogen agents, and (2) the replication method. Five porogen agents were tested and compared: naphthalene, cassava starch, corn starch, polyethylene beads and carbon black. The first technique yielded scaffolds with a total porosity of 67 to 87% in a highly interconnected porous structure. The best result was achieved with carbon black, which resulted in an average pore size of 230 μm and a total porosity of 87%, making it the most promising porogen agent for application as a scaffold. The replication technique led to the formation of scaffolds with a total porosity of 96% and open cells in the range of 435 945 μm, with an average cell size of 650 μm. / No presente trabalho, foram obtidos scaffolds através da sinterização controlada do Biosilicato®. Este material apresenta boas propriedades mecânicas e nível de bioatividade comparável ao dos biovidros, sendo um candidato interessante para ser empregado como scaffold no auxílio da regeneração óssea. Estudos anteriores reportam que quando este material é tratado termicamente em temperaturas superiores a 700°C, ocorre o aparecimento de uma fase cristalina secundária. Os testes de bioatividade in vitro revelaram que a presença da fase secundária não é prejudicial, mas torna o nível de bioatividade do Biosilicato® ainda maior, igualando-o ao nível de bioatividade do Bioglass - 45S5. Duas técnicas diferentes foram utilizadas na síntese dos scaffolds: (1) via adição de agentes porogênicos e (2) método da réplica. Cinco agentes porogênicos foram testados e comparados: naftaleno, amido de mandioca, amido de milho, microesferas de polietileno e negro de fumo. A técnica de adição de agentes porogênicos permitiu a obtenção de scaffolds exibindo porosidade total entre 67 e 87%, com uma estrutura de poros altamente interconectada. O melhor resultado foi alcançado através do uso do negro de fumo, onde o tamanho médio de poros obtido foi de 230 μm e uma porosidade total de 87%, tornando-o o mais promissor para aplicação como scaffold. O método da réplica permitiu a obtenção de scaffolds exibindo uma porosidade total de aproximadamente 96% e abertura de células na faixa de 435 945 μm, com abertura média de 650 μm.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3295.pdf: 13186492 bytes, checksum: 333013414f8ad152831c0e6d5db2531d (MD5) Previous issue date: 2008-04-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / The increasing steelmaking production level in association with the steel quality requirements led to the use of high performance materials. In this context, the use of refractory castables increased, due to their production and application versatilities. Magnesia is one of the most important refractory raw material, as it presents a high refractoriness and corrosion resistance to basic slags. Due to their ability to accommodate slags elements without loosing structural integrity, in-situ spinel castables (MgAl2O4) are commonly used for steel ladle lining. Nevertheless, there are many simultaneous challenges for this system optimization: (i) the MgO hydration can spoil the castable structure and result in processing problems, on shaping and drying; (ii) the intermediate temperatures mechanical strength level should be kept at suitable values and (iii) the expansion, as a consequence of spinel and CA6 formation, must be under control. Due to the lack of a systemic and conclusive analysis related to these aspects, the evaluation of these castables raw materials and their association was carried out in this work, based on the requirements pointed out above. Concerning magnesia hydration, advances were attained by the correct dispersion and particles packing. The compositions designed also resulted in suitable mechanical properties at intermediate temperatures, inhibiting cracking problems during the material s pre-heating stage. Regarding the expansive phases formation at high temperatures, all evaluated variables (cement content, binder system, magnesia source, microsilica content and aggregates nature) affected in a significant way the alumina-magnesia castables stability, providing several routes for the expansion control by the microstructural engineering of these materials. The results attained helped the scientific and technological advances in this subject. / O crescente nível de produção do setor siderúrgico e a constante busca pelo aumento de qualidade do aço demandam a utilização de materiais com desempenho superior. Neste contexto, o extenso uso de concretos refratários se destaca, dada a sua versatilidade de produção e aplicação. Uma das matérias primas refratárias mais importantes é a magnésia, devido à sua elevada refratariedade e resistência à corrosão em meios básicos. Nesta classe de materiais, encontram-se os concretos espinelizados in-situ (MgAl2O4), que possui como principal vantagem a capacidade de acomodação de elementos deletérios da escória sem a perda da sua integridade estrutural. No entanto, diversos são os desafios para a otimização deste sistema: (i) o controle da hidratação do MgO, que pode danificar a estrutura do concreto e dificultar diversas etapas de seu processamento, tais como a moldagem e a secagem; (ii) a manutenção da resistência mecânica em temperaturas intermediárias e (iii) o gerenciamento da expansão, decorrente de fases como o espinélio e o CA6. Devido à ausência de uma análise sistêmica e conclusiva na literatura sobre estes aspectos, a avaliação das matérias-primas e suas combinações para esta classe de concretos foi efetuada tomando como diretrizes os tópicos acima mencionados. Quanto à hidratação da magnésia, foram obtidos avanços quanto ao modo de controle de tal fenômeno, por meio da correta dispersão e empacotamento de partículas. Este cuidado com as formulações também resultou em propriedades mecânicas adequadas em temperaturas intermediárias, evitando-se problemas de trincamentos durante a pré-queima do material. Com relação à formação de fases expansivas em temperaturas elevadas, todas as variáveis estudadas (teor de cimento, tipo de ligante, fonte de magnésia, teor de microssílica e tipo de agregado) influenciaram de modo relevante na estabilidade volumétrica dos concretos alumina-magnésia, propiciando diversas alternativas para o controle da expansão por meio da engenharia de microestrutura destes materiais e contribuindo para o avanço científico e tecnológico no assunto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3296.pdf: 5077679 bytes, checksum: fe2995795d550b8472d994e69567ff00 (MD5) Previous issue date: 2009-09-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / Rare earth doped ceria has a great potential to be used as electrolyte in temperatures around 800 °C in fuel cells due to its higher electrical conductivity than YSZ. However, the reduction of Ce+4 to Ce+3 in low oxygen partial pressure has introduced limitations for using doped ceria electrolyte due to electronic conduction. Among the several ceria solid solutions, CeO2-ZrO2-Y2O3 attracts attention because its stability at temperatures around 800 °C and oxygen partial pressures up 10-18 atm. On the other hand, ceria solid solutions are very sensitive to the purity of the raw material. For these reason, it is common to find secondary phase along the grain boundary blocking the electrical conduction. For these electrolytes, impurities control the grain boundary conductivity. In this work, powders (Ce0,9-xYx)Zr0,1 and (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 with 0.10 ≤ x ≤ 0.24 were prepared by oxides mixing. The effect of successive calcinations and the addition La2O3 was evaluated. Samples obtained by isostatic pressing, were sintered between 1450 and 1600 ° C with two hours of soaking time. Sintered samples were characterized by density measurements, X rays diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. Among all samples, those doped with 12 mol% of co-dopant aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) showed similar electrical behavior. For these samples it was observed a large increase of grain boundary electrical conductivity for calcined compositions and doped with La2O3 resulting a total electrical conductivity of 4,4x10-4 S.cm-1 at 450 °C in the same order of magnitude of electrolytes Z8Y prepared for this work. Compositions containing Y+3 and La2O3 showed higher electrolytic domain compared to the other investigated compositions. / Céria dopada com terras raras apresentam grande potencial para serem utilizadas como eletrólito em pilhas a combustível em temperaturas próximas a 800 °C devido à maior condutividade elétrica comparada à YSZ. Entretanto, a redução do íon Ce+4 para Ce+3 em baixas pressões parciais de oxigênio limita a utilização de eletrólitos baseados em céria dopada devido à condução eletrônica. Entre as várias soluções sólidas, CeO2-ZrO2-Y2O3 têm atraído atenção por causa da estabilidade em temperaturas ao redor de 800 °C e em pressões parciais de oxigênio de até 10-18 atm. Entretanto, soluções sólida de céria são muito sensíveis à pureza das matérias primas e por esta razão, é comum encontrar fase secundária silicosa no contorno de grão bloqueando a condução elétrica. Para estes eletrólitos as impurezas controlam a condutividade do contorno de grão. Nesta dissertação, pós de (Ce0, 9-xYx)Zr0,1 e (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 com 0,10 ≤ x ≤ 0,24 foram preparados via mistura de óxidos. O efeito de calcinações sucessivas e a adição do aditivo seqüestrante de sílica La2O3 foram avaliados. Amostras obtidas por prensagem isostática foram sinterizadas entre 1450 e 1600 °C com patamar de duas horas. Amostras sinterizadas foram caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância. Dentre todas as amostras, aquelas dopadas com 12 %mol de co-dopante aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) apresentaram comportamento elétrico semelhante. Para estas amostras foi observado um grande aumento na condutividade elétrica do contorno de grão para composições calcinadas e aditivadas com La2O3 refletindo em uma condutividade elétrica total de 4,4x10-4 S.cm-1 a 450 °C da mesma ordem de magnitude de eletrólitos de Z8Y preparados neste trabalho. Composições contendo Y+3 e aditivadas com La2O3 apresentaram maior domínio eletrolítico comparada às outras composições investigadas.