Estágio realizado na SAPA II Perfis - e orientado pelo Eng. Horário Cardoso / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Estágio realizado na Ferespe- Fundição de Ferro e Aço, Lda / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. 2007. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Metalúrgica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Henrique Santos

Neste trabalho foram estudadas estruturas cerâmicas laminares formadas por lamelas de alumina de alta pureza e lamelas do compósito alumina/zircônia parcialmente estabilizada. Estas estruturas foram conformadas por colagem de barbotina sequencial. Nas lamelas constituídas pelo compósito alumina/zircônia foi investigado o efeito do teor de zircônia parcialmente estabilizada nas propriedades do compósito laminar. Depois de dominada a técnica de produção dos compósitos, as propriedades mecânicas destas cerâmicas foram caracterizadas e otimizadas. Foi verificada a influência da espessura relativa entre as camadas no campo de tensões residuais formado. Um estudo sistemático foi desenvolvido para relacionar as propriedades mecânicas dos compósitos laminares com mecanismos microscópicos existentes neste tipo de cerâmicas. Neste estudo foram realizados testes instrumentados de dureza, ensaios de flexão, medidas de fluorescência de rubi para avaliação do nível de tensionamento interno, ensaios de dureza, análises por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica, e simulações computacionais por elementos finitos. Os resultados mostraram que, além da influência da espessura relativa entre as lâminas, há uma forte influência da razão de aspecto (RA=L/d, onde L é a largura da lâmina e d seu comprimento). / In this study, laminar ceramic structures formed by layers of high purity alumina and alumina/partially stabilized zirconia composite layers were investigated. These structures were formed by sequential slip casting. In the alumina/zirconia layers it was investigated the effect of partially stabilized zirconia content on the composite properties. After mastering the experimental technique to produce the laminar ceramic composites, their mechanical properties were characterized and optimized. The influence of the thickness of adjacent layers on the residual stress fields formed was investigated. A systematic study was settled to correlate the mechanical properties of laminar composites with microscopic mechanisms peculiar of this type of ceramics. The samples were characterized by hardness instrumented tests (HIT), bending tests, fluorescence measurements, hardness tests, scanning electron microscopy and optical microscopy, and computational simulations using finite elements. The results showed that, besides the influence of the relative thickness between the layers there was a strong influence of the aspect ratio (AR = W / d, where W is the width of the layer and d its length).

Algumas cultivares de pessegueiros, nectarineiras e ameixeiras têm apresentado baixa frutificação e irregularidade de produção, em distintos locais da região Sul. Dentre elas, pode-se citar as cultivares de pessegueiro Granada e Riograndense. A cv. Granada tem sido uma das mais utilizadas na produção de frutos para indústria, sendo também promissora para consumo in natura. Mesmo em anos de baixa produção, as plantas desta cultivar apresentam florescimento abundante, e flores de aparência externa normal. Os objetivos deste estudo foram identificar, caracterizar e descrever as principais causas da baixa frutificação e da instabilidade produtiva do pessegueiro ‘Granada’. Experimentos com diferentes tratamentos, para simular temperaturas elevadas durante a pré-floração e floração, foram conduzidos a campo, em Charqueadas, na Depressão Central do Rio Grande do Sul. Considerou-se a alta temperatura nestes estádios fenológicos como a principal causa do mau desempenho reprodutivo e produtivo da cultivar. Os resultados evidenciaram que o pessegueiro ‘Granada’ apresenta, nas condições climáticas desta Região, desenvolvimento inadequado dos óvulos, baixa a média produção e viabilidade do pólen, alta quantidade e percentagem de flores com pistilos morfologicamente normais e baixos níveis de abscisão de gemas florais. Sob temperaturas acima de 25ºC, durante a pré-floração e floração, em estufa, a produção de frutos é irrisória a nula. Esta condição promove floração e brotação antecipadas, menor desenvolvimento morfológico e funcional dos óvulos, bem como redução na produção e viabilidade do pólen. A baixa viabilidade do pólen está relacionada com a ocorrência de baixa produção de pólen morfologicamente normal sob elevadas temperaturas na pré-floração e floração. O Cancro de Fusicoccum (Phomopsis amygdali) também contribui para o mau desempenho produtivo do pessegueiro ‘Granada’ na região. / Some cultivars of peach, nectarines, and plum have presented low and irregular fruit production in distinct places of Southern Brazil. For instance, it may be mentioned the peach cultivars Granada and Riograndense. Currently, ‘Granada’ has been one of the most employed cultivars as a fruit producer for industry and it has received eminence as a promising cultivar for in nature consumption. Even in low production years, plants of this cultivar have had an abundant blooming, and flowers evidencing a normal morphology. The objectives of this study had been to identify, to characterize and to describe the main causes of low and unstable fruit production in peach ‘Granada’. Experiments with different treatments, to simulate high temperatures during the preflowering and flowering periods were carried out in Charqueadas, located in the Central Depression of Rio Grande do Sul State, Brazil. It was considered high temperature during those phenological stages as the main cause for low reproductive and productive performance of the cultivar. The results had evidenced that ‘Granada’ trees presents, in the climatic conditions of the Central Depression of the Rio Grande do Sul, Brazil, inadequate development of ovules, low production and viability of the pollen, high amount and percentage of flowers with morphological normal pistils, and low levels of abscission of floral buds. Under temperatures above to 25ºC, during the pre-flowering and flowering periods, in greenhouse, the production of fruits is very low to absent. This condition promotes anticipation of blooming and sprouting, delaying the morphologic and functional development of ovules, and reduction of pollen production and viability. The low pollen’s viability is related to the occurrence of low production of morphological normal pollen under high temperatures during pre-flowering and flowering. The Canker of Fusicoccum (Phomopsis amygdali) also contributes for low productive performance of ‘Granada' peach in the region.

O objetivo deste trabalho visa analisar criticamente o processo de fabricação do arame galvanizado, discutindo a influência de variáveis, tais como: composição química do aço, velocidade dos fios na linha de galvanização e temperaturas associadas ao tratamento térmico, garantindo com isto um produto aderente as novas necessidades apresentadas pelo setor da avicultura que emprega o arame galvanizado BWG 18 na confecção de telas. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E. (Design of Experiments), com coleta de amostras sob diferentes empregos (matéria prima) e condições operacionais (alteração de velocidades na linha de galvanização) e posterior realização de ensaios e análises de laboratório nas amostras coletas. Na etapa final foi realizado a avaliação e discussão dos resultados obtidos, identificando o produto galvanizado que melhor atende as propriedades mecânicas exigidas na fabricação de telas para o setor de avicultura. / The objective of this work aims at critically analyze the process of manufacture of the galvanized wire, arguing the influence of variables, such as: chemical composition of the steel, wire speed in the galvanizing line and temperatures associates to the heat treatment, ensuring with this an adherent product the new necessities presented for the poultry keeping that uses galvanized wire BWG 18 in the manufacturing of wire mesh. The adopted methodology involved the stages of revision of literature and experimental procedure D.O.E. (Design of Experiments), with acquisition of samples under different jobs (raw material) and operational conditions (alteration of speeds in the galvanizing line) and later accomplishment of assays and analyses of laboratory in the samples collections. In the final stage it was carried through the evaluation and quarrel of the acquired results, identifying the galvanized product that better takes care of the demanded mechanical properties in the manufacture of wire mesh for the poultry keeping sector.

Na presente tese, foi investigado o crescimento térmico de filmes dielétricos (óxido de silício e oxinitreto de silício) sobre carbeto de silício. Além disso, os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação, com o intuito de acelerar a taxa de crescimento do filme de SiO2, também foram investigados. A tese foi dividida em quatro diferentes etapas. Na primeira, foram investigados os estágios iniciais da oxidação térmica do SiC: mudanças no ambiente químico dos átomos de Si foram observadas após sucessivas etapas de oxidação térmica de uma lâmina de SiC. A partir desses resultados, em conjunto com a análise composicional da primeira camada atômica da amostra, acompanhou-se a evolução do processo de oxidação nesses estágios iniciais. Na etapa seguinte, foram utilizadas as técnicas de traçagem isotópica e análise por reação nuclear com ressonância estreita na curva de seção de choque na investigação do mecanismo e etapa limitante do crescimento térmico de filmes de SiO2 sobre SiC. Nesse estudo, compararam-se os resultados obtidos de amostras de óxidos termicamente crescidos sobre Si e sobre SiC. Na terceira etapa, foram investigados os efeitos da irradiação iônica do SiC antes de sua oxidação nas características finais da estrutura formada. Finalmente, comparam-se os resultados da oxinitretação térmica de estruturas SiO2/SiC e SiO2/Si utilizando dois diferentes gases: NO e N2O.

As cinzas oriundas do tratamento térmico dos resíduos gerados pela indústria do couro são ricas em óxido de cromo. Uma possível destinação para essas cinzas seria a produção de ligas ferrocromo. No entanto, a presença de fósforo em quantidades acima dos limites especificados para as ligas torna necessária a desfosforação. Alguns ácidos promovem a formação de compostos fosfatados (que ficam em solução) através da lixiviação, possibilitando a remoção do fósforo das cinzas. Foram realizados experimentos para verificar a influência dos parâmetros envolvidos na desfosforação e definir quais são significativos, buscando as condições mais favoráveis para que seja atingida a máxima remoção do fósforo. Foi utilizado o ácido sulfúrico e os parâmetros estudados foram: a concentração das soluções de ácido, a razão ácido/cinza, a granulometria das partículas das cinzas e a temperatura. Os experimentos seguiram um planejamento fatorial completo 24 sendo que também foram realizados experimentos no ponto central da região experimental, a fim de verificar se a curvatura de segunda ordem estava presente na modelagem do sistema e quais as condições experimentais necessárias para se obter a maior conversão de fósforo. Foi realizada a análise de variança a fim de testar a significância dos efeitos e para determinar se o modelo de segunda ordem foi mais apropriado para descrever a resposta do que o modelo de primeira ordem. Os principais fatores e algumas interações entre fatores foram fortemente significativos no sistema experimental, e, além disso, a curvatura quadrática também se mostrou significativa, sendo proposto um novo planejamento experimental que envolve todos os fatores, para a montagem do modelo de segunda ordem: o planejamento fatorial composto de face centrada (CFC). Uma nova análise de variança foi realizada, para avaliar a significância dos fatores, interações e efeitos quadráticos. Todos os efeitos principais bem como dois efeitos de interação mantiveram-se significativos, e os efeitos quadráticos dos fatores também foram importantes para a modelagem do sistema.Com base nestes resultados, um modelo linear de segunda ordem foi proposto, o qual ilustra a dependência da resposta com os fatores codificados. O modelo foi significativo e a máxima conversão predita pelo modelo proposto foi de 99,0% para as seguintes condições: 60°C, solução com 15% de H2SO4 e partículas com diâmetro médio de 0,038 mm. Experimentalmente foi obtido 98,6% de remoção de fósforo das cinzas nestas mesmas condições. O modelo foi utilizado para encontrar as condições de funcionamento ideal na região experimental, pela maximização da lixiviação de fósforo a partir das cinzas. A máxima remoção obtida pela otimização do processo foi de 99,2±2,5% nas condições de 60ºC, 13,9% em peso de H2SO4 na solução de lixiviação, 4,80 (ml de solução de ácido)/(g de cinzas), 0,0370 ± 0,0370 mm de tamanho de partícula. Os resultados obtidos demonstraram a viabilidade do processo de desfosforação por lixiviação ácida com ácido sulfúrico, sendo que um balanço de massa indicou que o teor de fósforo remanescente é aceitável para a produção de ligas ferrocromo. / The ashes coming from the thermal treatment of waste generated by the leather industry are rich in chromium oxide. One possible destination for the ashes is the production of ferrochromium. However, the presence of phosphorus in quantities above the limits specified for the alloys necessitates the dephosphorization. Some acids promote the formation of phosphate compounds (which are in solution) by leaching, allowing the removal of phosphorus from the ashes. Experiments were performed to verify the influence of the parameters involved in the dephosphorization and determine which are significant, seeking the most favorable conditions for maintaining the maximum removal of phosphorus. Sulfuric acid was used and the parameters studied were: the concentration of acid solutions, the amount of acid, the particle size of the ash and temperature. The experiments followed a complete factorial design 24, and experiments were also conducted at the midpoint of the experimental region in order to verify that the curvature of the second order was present in modeling the system and what the experimental conditions necessary to obtain the highest conversion of phosphorus. We performed analysis of variance to test the significance of effects and to determine if the second order model was more appropriate to describe the response that the first order model. The main factors and some interactions were highly significant factors in the experimental system, an, moreover, the quadratic curve was also significant, proposed a new experimental design that involves all the factors, to assemble the model of second order: the facecentered composite design (FCC). A new analysis of variance was performed to assess the significance of the factors, interactions and quadratic effects. All main effects and two interaction effects remained significant, and quadratic effects of factors were also important for system modeling. Based on the results, a secondorder linear model was proposed, which illustrates the dependence of the response to the encoded factors. The model was significant and the maximum predicted by the model proposed conversion was 99.0% for the following conditions: 60º C, 15% solution of H2SO4 and particles with an average diameter of 0.038 mm. Experimentally obtained was 98.6% removal of phosphorus from the ashes under the same conditions. The model was used to find the optimal operating conditions in the experimental region by maximizing the leaching of phosphorus from the ashes. The maximum removal obtained by the optimization process was 99,2 ± 2,5% under the conditions of 60ºC, 13.9 wt% H2SO4 the leaching solution, 4,80 (ml of acid solution). (g of ash) -1, 0.0370 ± 0.0370 mm particle size. The results demonstrated the feasibility of the process of dephosphorization by acid leaching with sulfuric acid, using a mass balance which indicated that the level of remaining phosphorus is acceptable for the production of ferrochrome alloy.

Os aços tratados através de cementação, têmpera e revenido são amplamente utilizados em componentes que necessitam ter dureza e resistência mecânica em conjunto com uma boa tenacidade no núcleo. A têmpera intensiva é um método que apresenta vantagens, tais como possibilidade de evitar trincas devido ao resfriamento extremo, aumento na resistência mecânica e desempenho superior na fadiga. Uma vez que a taxa de resfriamento é muito alta, pode-se utilizar aço de baixo carbono ao invés de aços ligados. O presente trabalho tem por objetivo comparar amostras de aço cementadas que foram temperadas posteriormente: amostras de aço AISI 1020 cementadas e temperadas intensivamente foram comparadas com amostras de aço AISI 8620 cementadas e temperadas via convencional. Ainda, amostras do mesmo aço AISI 1020 cementado com tratamentos distintos de têmpera intensiva e convencional foram comparadas. Os resultados mostram que quando a mesma qualidade de aço AISI 1020 foi comparada, a têmpera intensiva obteve desempenho superior em propriedades mecânicas e metalúrgicas. Ao comparar as ligas de aços AISI 1020 e AISI 8620, foi observado que o aço AISI 1020 cementado e intensivamente temperado possui tamanho de grão três vezes maior do que amostras aço de AISI 8620 cementado e temperado via convencional. Portanto os benefícios da têmpera intensiva foram encobertos por causa desse fato. / Steels treated through carburizing, quenching and tempering are broadly used in components that need to have hardness and superficial mechanical resistance together with a good toughness at the core of the component. Intensive quenching is a method that presents some advantages, such as the possibility of avoiding cracking due to extreme cooling, the increase in mechanical resistance and improvement in fatigue performance, among others. Once the cooling rate is very high, it can be used low carbon steels instead of low alloy steel. The present work aims to compare carburized steel samples that were quenched afterwards: carburized and intensively quenched AISI 1020 steel samples were compared to carburized and conventionally quenched AISI 8620 steel samples. Additionally, samples of the same steel AISI 1020 were treated with different quenching process, conventional and intensive in order to make comparisons. Results showed that when the same carburized AISI 1020 steel quality was compared, intensive quenching was superior in performance in mechanical and metallurgical properties. When comparing different alloys it was found that samples of intensively quenched AISI 1020 steel presented grain sizes which are three times bigger than the ones conventionally quenched AISI 8620 steel. Therefore the benefits of intensive quenching are overcome by this fact.