Abstract This thesis studies the factors that govern transverse cracking during continuous casting of low carbon, niobium microalloyed and boron microalloyed steels. Crack susceptibility in the thick slab, billet and thin slab casting processes are compared by using typical conditions in laboratory hot ductility tests. There is limited published literature on hot ductility in aluminium-killed and siliconkilled boron microalloyed steels and the proposed mechanisms of failure by transverse cracking are contradictory. Few published papers specifically compare hot ductility behaviour of any steels between thick slab, billet and thin slab continuous casting processes. Thus, the basis of this research is to assess the influence of casting parameters and compositional variations on hot ductility behaviour in low carbon steels, niobium microalloyed steels, aluminium-killed boron microalloyed steels and silicon-killed, boron microalloyed steels. The typical temperature ranges, cooling rate and strain rate conditions of the continuous casting processes were used in reheated and in situ melted hot tensile tests performed on steel specimens. Solidification, transformation and precipitation temperatures were calculated using solubility equations and modelled using the Thermo-CalcTM thermodynamics program. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy were used to determine the modes of failure in the tested specimens. In the low carbon steels, hot ductility was improved by increasing the strain rate; by calcium treatment, which minimises copper sulphide and iron sulphide formation; and by maintaining a nickel to copper ratio of 1:1. It was shown that thin slab casting conditions provided the best hot ductility results for the low carbon steels. All the niobium steels showed poor ductility in the single-phase austenite temperature region, indicating that intergranular precipitation of fine niobium carbonitrides was the cause of the poor ductility. It was shown that the hot ductility was greatly improved by calcium treatment, by decreasing the cooling rate and by increasing the strain rate. Slow iv thin slab and thick slab casting conditions provided the best hot ductility results for the niobium steels. Hot ductility was substantially improved in the aluminium-killed boron steels by increasing the boron to nitrogen ratio from 0.19 to 0.75. The results showed that, at cooling rates generally associated with thick slab, bloom and slow thin slab casting, a boron to nitrogen ratio of ≥0.47 was sufficient to avoid a ductility trough altogether. However, under conditions typically experienced in fast thin slab and billet casting, a boron to nitrogen ratio of 0.75 was required to provide good hot ductility. The mechanism of the ductility improvement with increasing boron to nitrogen ratio was found to be enhanced precipitation of boron nitride, leading to a decrease in nitrogen available for aluminium nitride precipitation. In the silicon-killed boron steels, it was found that the boron to nitrogen ratio had the overriding influence on hot ductility and hence on crack susceptibility. Excellent hot ductility was found for boron to nitrogen ratios above 1. Additionally, analysis of industrial casting data showed that the scrap percentage due to transverse cracking increased significantly at manganese to sulphur ratios below fourteen. An exponential decay relationship between the manganese to sulphur ratio and the average scrap percentage due to transverse cracking was determined as a tool to predict scrap levels in the casting plant.

L'utilisation d'alliages de magnésium est d'un intérêt majeur pour l’allègement des structures dans le domaine aéronautique. Leur principal inconvénient est leur forte oxydation rendant leur coulée hasardeuse. Aujourd'hui, l’association de la simulation numérique avec les procédés automatisés d'impression 3D de moule en sable et de coulée Basse-Pression (BP) promet l’amélioration de la robustesse de fabrication tout en limitant les itérations à l’échelle industrielles. Toutefois, ces méthodes récentes souffrent d’un manque de données sur la préparation et la génération des défauts lors du remplissage des alliages comme le RZ5.Dans ce travail, après avoir défini dans quelle mesure les règles métiers actuelles de préparation des alliages Mg-Zr sont adaptées au procédé BP, des essais de coulabilité expérimentaux à l’échelle industrielle ont été développés. L’analyse des données expérimentales et de simulations numériques des écoulements permettent d’établir des modèles analytiques de prédiction du risque inclusions d’oxydes et de malvenue. Ces modèles sont utilisés pour proposer une cartographie du procédé limitant les défauts de remplissage, et pour définir une méthodologie de conception des grappes de coulée spécifique à la BP appliquée sur une pièce industrielle en RZ5. / The use of magnesium alloys has a considerable interest to reduce the mass of components in the aeronautics industry. The main drawback of magnesium alloys is their high oxidization leading to hazardous casting conditions. Nowadays, a renewed interest for magnesium alloys is related to the association of casting simulation software with Low-Pressure Casting (LPC) and sand printing. It should improve process robustness and limit the part design iterations. Nevertheless, these recent process lack of data on melt refining and the castability of magnesium alloy as RZ5 in LPC.This work proposes an experimental analysis of the actual Mg-Zr refining rules to define in what extent they are suitable in LPC process. Experimental castability tests at the industrial scale are then developed and they are compared with fluid flow simulations. They permit to establish analytical models of oxide inclusions and misrun predictions to define a process map limiting these defects. A specific LPC part design methodology is proposed and is applied on an industrial part.

Este trabalho teve como objetivo estudar o potencial do uso de farelo obtido do resíduo da extração do pigmento de cúrcuma (Cúrcuma longa L.) na elaboração de filmes biodegradáveis. Primeiramente, foi conduzido um estudo da extração de corante de cúrcuma por método Soxhlet para simular o processo industrial, dessa forma, utilizaram-se dois tipos de solventes, etanol: isopropanol (1:1) e metanol: acetona (1:1). A partir das tortas foi feito um processo de moagem e peneiragem na tentativa de isolar o amido presente, apesar de não ter obtido sucesso, este processo permitiu obter diferentes frações de farelo de cúrcuma. As frações foram divididas em 80 (F1), 200 (F2), 270 (F3), 400 (F4) mesh e fração centrifugada (F5). A caracterização das tortas de cúrcuma e das frações consistiu em análise da composição centesimal, MEV, difração de raios X e FTIR. A partir destas frações foram elaborados filmes pela metodologia casting. Os filmes foram caracterizados por MEV, difração de raios X, FTIR, análise antioxidante, propriedades mecânicas, solubilidade em água, umidade e permeabilidade ao vapor de água. Os filmes feitos a partir das frações (metanol:acetona) apresentaram melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os feitos a partir da frações (etanol:isopropanol), porém industrialmente o solvente utilizado para a extração do pigmento é o etanol:isopropanol. Assim, o filme elaborado a partir da fração FE2 (200 mesh) (etanol:isopropanol) foi o escolhido para realizar o estudo de otimização do processo de elaboração destes filmes por ter as melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os filmes feitos a partir das frações FE3 e FE5 . Para o estudo da otimização foi desenvolvido um planejamento experimental 22 com quatro pontos axiais e três pontos centrais para estudar o efeito da temperatura de aquecimento (Ta) e do pH da solução filmogênica sobre as propriedades mecânicas, umidade, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água dos filmes plastificados com glicerol (22 g de glicerol/100 g da fração) e sorbitol (30 g de sorbitol/100 g da fração). Os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multi-resposta. As condições ótimas obtidas para obter filmes com melhores propriedades mecânicas e funcionais foram: T=84,7ºC e pH 8,3, para filmes com glicerol e T=87,6ºC e pH 8,5 para filmes com sorbitol. Os filmes com glicerol quando comparados com o sorbitol, apresentaram menor índice de cristalinidade, menor teor de curcuminóides pela análise por HPLC e DPPH. Os filmes de farelo de cúrcuma com sorbitol foram mais resistentes, pouco elongáveis e menos permeáveis ao vapor de água do que filmes elaborados com glicerol. / This work aimed to study the potential of the bran residue obtained from the extraction of the pigment from turmeric (Curcuma longa L.) in the preparation of biodegradable films. The extraction of the turmeric dye was conducted by Soxhlet procedure in orer to simulate the industrial process. Two types of solvents were employed ethanol isopropanol (1:1) and methanol acetone (1:1). The pies were crushed and sieved in an attempt to isolate the starch, but no success was achieved. However, this process yielded different fractions, which ensured better characterization of the material. The fractions were divided into 80 (F1), 200 (F2), 270 (F3) and 400 (F4) mesh subfractions and centrifuged (F5). The analysis of pies and turmeric fraction were characterized by chemical composition, SEM, XRD and spectroscopy. Films were prepared from these fractions by film casting methodology, and were characterized by SEM, X-ray diffraction and FTIR analysis; they were also analyzed in terms of their antioxidant, mechanical, water solubility, moisture permeability, and water vapor properties. The films prepared from fractions (methanol: acetone) showed better mechanical and barrier properties than those prepared from the fractions (ethanol: isopropanol), but industrially the solvent used for the extraction of pigment is ethanol: isopropanol. Thus, the film prepared from fractional FE2 (200 mesh) (ethanol: isopropanol) which have the best mechanical and barrier properties than the films prepared from fractions from FE3 and FE5, was chosen for the optimization of the preparation of these films. To this end, we developed an experimental design 22 with four axial points and three focal points, for evaluation of the effect of the heating temperature (Ta) and the filmogenic solution pH on the mechanical properties, moisture, solubility, and permeability to water vapor of the films plasticized with glycerol (22 g fraction glycerol/100 g) and sorbitol (30 g sorbitol/100 g fraction). Results were examined by using response surface methodology and analysis multi-response analysis. The optimum conditions for attainment of films with better mechanical properties and functional characteristics were: T = 84.7 º C and pH 8.3 for films with glycerol, and T = 87.6 ° C and pH 8.5 for films with sorbitol. Compared to films plasticized with sorbitol, the films containing glycerol, had lower crystallinity index, lower content of curcuminoids as verified by HPLC analysis and DPPH. The turmeric bran films plasticized with sorbitol were more resistant, less elongated, and slightly permeable to water vapor compared to films prepared with glycerol.

A principal motivação para o desenvolvimento do presente projeto de doutorado foi comparar as microestruturas e texturas resultantes da liga de alumínio 3003 obtida por lingotamento contínuo e semicontínuo. O processo “roll caster" (lingotamento contínuo em cilindros) tem sido crescentemente utilizado na indústria de laminação de alumínio. Produtos que antes sofriam altos graus de deformação durante seu processamento são hoje obtidos nas dimensões próximas da espessura final. Com o intuito de entender este processo relativamente novo, as microestruturas e as texturas (macrotextura e microtextura), ao longo da espessura, das chapas produzidas por lingotamento contínuo e por lingotamento semicontínuo (placas fundidas com 250 mm de espessura, seguido de homogeneização e laminação a quente) foram analisadas. Foi possível constatar que os materiais provenientes dos dois processos diferem bastante e que ao longo da espessura também há grandes diferenças. Foi possível observar que durante o processamento “roll caster" há considerável deformação plástica, com a formação de células de discordâncias e subgrãos. Foi possível observar, também, que a microestrutura, a morfologia e o tamanho de grão, da amostra “caster" bruta de fundição são mais homogêneos que na amostra laminada a quente. As duas chapas, a laminada a quente e a obtida por lingotamento contínuo, exibem forte gradiente de textura ao longo da espessura. A textura predominante nos dois processos, ao longo da espessura, é a do tipo latão {011}. A evolução da textura do material proveniente do processo “roll caster" também foi caracterizada após laminação e posterior recristalização, revelando a presença de componentes típicas de laminação e de recristalização de alumínio. Após laminação a frio com redução de 91% e posterior tratamento térmico de 400°C por 1 h, a chapa proveniente do processo “caster" apresentou uma textura de recristalização caracterizada pela presença da componente cubo (recristalização) somada à parcela de textura de deformação. No caso do alumínio e suas ligas, sabe-se que esta textura proporciona os melhores resultados para minimizar o efeito de orelhamento durante a estampagem. Outro ponto relevante do trabalho foi o aperfeiçoamento da técnica de extração de precipitados para a liga 3003, uma vez que, a extração de precipitados em ligas de alumínio é especialmente problemática, pois a maioria das partículas presentes dissolve-se até mais facilmente que a matriz de alumínio. Algumas técnicas foram testadas: 1. dissolução química em solução de iodo em metanol; 2. dissolução eletrolítica em solução de ácido benzóico e hidroxiquinolina em clorofórmio e metanol; 3. dissolução eletrolítica em solução de ácido perclórico, butil glicol, álcool etílico e água; 4. dissolução química em solução de fenol. A técnica que apresentou melhores resultados foi a dissolução química com fenol, onde foi possível separar os precipitados da matriz alumínio. Com o auxílio desta técnica foi possível analisar as transformações de fase do composto intermetálico Al6Mn durante tratamentos térmicos. Obtiveram-se dados da completa transformação da fase Al6Mn em alfa-AlMnSi, também conhecida na literatura como, transformação "six to alfa". A precipitação e os precipitados desempenham um papel importante na cinética de recristalização e no tamanho de grão final. Para se entender este comportamento, comparou-se uma chapa que sofreu tratamento térmico antes da laminação com outra chapa que foi laminada no estado bruto de fundição. Os resultados revelaram que a recristalização foi retardada na amostra, inicialmente, bruta de fundição. A precipitação ocorreu simultaneamente com a recristalização, com isso, os dispersóides precipitaram preferencialmente na microestrutura deformada, em subcontornos ou nas discordâncias isoladas, levando a um considerável atraso no rearranjo das discordâncias e na nucleação da recristalização. / The main reason for the development of this PhD Thesis was to compare the microstructures and textures of the 3003 aluminum alloy produced from continuous and semi-continuous casting processes. The roll caster process (continuous casting) has been increasingly used in the aluminum industry. Products usually obtained by means of heavy rolling operations in the past are nowadays obtained with dimensions close to the final ones using the roll caster technology. To understand this new process, microstructures and textures (macrotexture and microtexture) along the thickness of the sheet produced by continuos casting and semi-continuous casting (plates with 250 mm thickness, followed by homogenization and hot rolling) have been investigated. It was possible to verify that materials coming from these two processes did differ each other a lot mainly across the thickness. During roll casting the plastic deformation was large enough to promote the formation of dislocation cells and subgrains. It was also possible to notice that the microstructure, morphology, and grain size from as-cast sample are more homogenous than the ones found in hot rolled samples. Both the sheets obtained by hot rolling and continuous casting have shown a strong texture gradient across the thickness. The predominant texture in both processes is the Brass component {011} . The texture evolution from sheets obtained by roll casting was also determined after rolling and subsequent recrystallization. It shows the presence of typical components of rolling and recrystallization of aluminum. After 91% cold rolling and subsequent recrystallization at 400°C for 1 h, the cube component (recrystallization texture) and the deformation texture were observed. It is well known that this texture minimizes earing effects during deep drawing of aluminum products. Another relevant point in this work was the development of the technique for the extraction of precipitates for the aluminum 3003 alloy. The extraction of precipitates extraction is particularly problematic in aluminum because most of the particles tend to dissolve more readily than the aluminum matrix. Some of the techniques performed are the following: 1. chemical dissolution with iodine in methanol solution; 2. electrolytic dissolution with benzoic acid and hydroxyquinoline in chloroform and methanol; 3. electrolytic dissolution with perchloric acid, butyl-glycol and ethanol; 4. chemical dissolution with phenol solution. Chemical dissolution with the phenol solution was the technique that provided the best results. It was possible to separate precipitates from the aluminum matrix. With this extraction technique it was possible to analyze phase transformations of the intermetallic compound Al6Mn during heat treating of this alloy. The phase transformation of the Al6Mn compound into alfa-AlMnSi, also known as 6-to-alfa transformation, could be followed in detail by means of this technique. Precipitation plays an important role in the recrystallization kinetics and final grain size. Therefore, to understand this behavior, the roll cast aluminum alloy was cold rolled from two distinct starting conditions: as-cast and heat-treated (homogeneized) conditions. It was shown that recrystallization was delayed in the sheet rolled from the as-cast condition. Precipitation has occurred simultaneously with recrystallization, in such a manner that dispersoids did precipitate in the deformed microstructure, preferentially, at subgrain boundaries or at free dislocations. As a result, the rearrangement of the dislocations and further recrystallization nucleation has been significantly retarded.

Em metalurgia, a busca pela qualidade, baixo custo e alta produtividade têm feito empresas e institutos de pesquisa trabalharem juntos, procurando novas tecnologias que supram as necessidades do mercado. Dentre essas novas tecnologias, se destaca o processo de lingotamento contínuo de tiras de aço, utilizando o conceito de twin roll, cuja proposição inicial foi sugerida no século XIX por Henry Bessemer. Este trabalho apresenta a modelagem, análise e controle de um sistema de bobinamento de tiras de aço produzidas através de lingotamento contínuo do tipo twin roll , em uma planta localizada no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. As características do processo foram primeiramente apresentadas. A modelagem matemática do sistema de bobinamento foi realizada, levando-se em consideração os componentes envolvidos no sistema. As variações paramétricas foram então evidenciadas. O sistema de controle foi primeiramente implementado utilizando-se um controlador do tipo PID, pelo fato desse tipo de controle ser altamente difundido industrialmente. Para maior precisão do sistema de controle, propôs-se a introdução de um sensor ultrasônico para medição das variações do raio de bobinamento. Por último realizou-se o projeto de um compensador robusto utilizando a metodologia LQG/LTR. Para a realização das simulações utilizou-se o programa Matlab/simulink. / In metallurgy, the quest for quality, low cost, and high productivity have resulted in companies and research institutes working together to find new technologies to satisfy the customer demand. Among these new technologies is the direct steel strip casting, using the twin roll concept suggested in the 19th century by Henry Bessemer. This work presents the modelling, analysis and control of a steel strip coiling system using twin roll direct casting, in a plant installed at the Technological Research Institute of Sao Paulo. The characteristics of the process are first introduced. The mathematic modelling of the coiling system used, take into account the system components. The parametric changes were adressed. The control system was first implemented using a PID controller as this kind of control is highly used in the industry. An ultrasonic sensor was introduced in the system to improve the control precision by coiling radius measurement. Last a robust compensator using the LQG/LTR method was designed. The simulations were done using Matlab/Simulink software.

Ripple marks and oscillation marks are undesirable defects which occur on the surface of solidified steel produced industrially in the ingot and the continuous casting processes, respectively; these defects are characterized by more or less evenly spaced indentations on the metal surface. Although the mechanisms for their formation are thought to be qualitatively understood, there is still considerable scope for improvement as regards quantitative mathematical modeling. In this thesis, models for the two processes are developed. For the case of ripple marks, transient twodimensional (2D) momentum and heat transfer in ingot casting is considered, and a criterion is derived, in terms of the process parameters, that can help to inform how to avoid such marks. For the case of oscillation marks in continuous casting, a novel numerical formulation for a transient 2D model is developed with the aim of tracking the spatial location of the first point of molten steel to solidify, since this determines the profile of the final oscillation mark. In both cases, the models are nondimensionalized, and the sizes of the dimensionless parameters that appear are used to derive asymptotically reduced models, with a view to not only clarifying the qualitative behavior, but also as a means to reducing the computational expense; both finite-difference and finite-element methods are used to solve the resulting model equations. One of the conclusions is that, although experimentalists and metallurgists have, in the past, treated the two cases as being linked, the present modeling approach shows quite clearly, and perhaps for the first time, how they quantitatively differ. / Marcas de ondulação e marcas de oscilação são defeitos indesejáveis que ocorrem na superfície do lingote de aço solidificado produzido industrialmente; esses defeitos são caracterizados por recortes mais ou menos uniformemente espaçados na superfície do metal. Embora se acredite que os mecanismos para sua formação sejam entendidos qualitativamente, ainda há considerável espaço para melhorias no que diz respeito à modelagem matemática quantitativa. Nesta tese, os modelos para os dois processos são desenvolvidos. Para o caso de marcas de ondulação, considera-se a transferência bidimensional e transitória (2D) de calor e de momento no lingotamento, e um critério é derivado, em termos dos parâmetros do processo, que pode ajudar a informar como evitar tais marcas. Para o caso de marcas de oscilação em lingotamento contínuo, uma nova formulação numérica para um modelo 2D transiente é desenvolvida com o objetivo de rastrear a localização espacial do primeiro ponto de aço fundido para solidificar, pois isso determina o perfil da marca final de oscilação. Em ambos os casos, os modelos são adimensionalizados, e os tamanhos dos parâmetros adimensionais que aparecem são usados para derivar modelos assintoticamente reduzidos, visando não apenas esclarecer o comportamento qualitativo, mas também como meio de reduzir o gasto computacional; ambos os métodos de diferenças finitas e elementos finitos são usados para resolver as equações do modelos resultantes. Uma das conclusões é que, embora os experimentalistas e metalúrgicos tenham, no passado, tratado os dois casos como estando ligados, a presente abordagem de modelagem mostra claramente, e talvez pela primeira vez, como eles diferem quantitativamente.

Este estudo teve como objetivo avaliar a alteração da rugosidade superficial e a dispersão de íons para o meio após tribocorrosão experimental das ligas CoCrMo, NiCr e NiCrTi, comercialmente utilizadas na fabricação de próteses odontológicas, utilizando solução de saliva artificial (Fusayama) como eletrólito com valores de pH 3,0; 6,5 e 9,0. Foram fundidas 15 amostras de cada liga (&Oslash;13x2mm) por chama e 15 por máquina de fundição com atmosfera inerte de argônio, sendo cinco amostras para cada pH analisado. A tribocorrosão experimental foi realizada na configuração esfera sobre superfície, utilizando esfera de zircônia (&Oslash;10mm), em equipamento de ciclagem vertical, simulando o movimento do ciclo mastigatório, com aplicação de 5N de carga e monitoramento do potencial de circuito aberto (OCP). O sistema operou a velocidade de 60 ciclos por minuto, totalizando 7500 ciclos após 15 minutos de ensaio, equivalente ao tempo de contato dental diário. Foi utilizada saliva artificial de pH 3,0; 6,5 e 9,0 e leituras de rugosidade de superfície foram realizadas antes e após os ensaios de tribocorrosão experimental em microscópio confocal a laser. A saliva utilizada foi armazenada em tubos de Falcon DNA-free e submetida à quantificação da dispersão de íons metálicos para a solução, por meio de análise de ICP-MS. O comportamento das ligas em contato com a esfera de zircônia durante o ensaio de tribocorrosão experimental realizado em potencial de circuito aberto foi alterado em função do pH do meio (P<0,001) e da técnica de fundição utilizada (P<0,001). Todas as amostras apresentaram tendência à repassivação após a remoção do contato com a esfera, indicando formação de novo filme protetor na superfície da liga. A liberação de íons foi maior nas amostras fundidas por chama e em contato com pH 3,0 (ácido), sendo o analito níquel liberado em maior concentração (P=0,010). Entretanto, os valores encontrados estão abaixo dos limites indicados como causadores de citotoxicidade e alterações celulares. Os resultados indicam que as amostras fundidas por chama apresentaram rugosidade de superfície estatisticamente maior que as fundidas por plasma (P=0,042), sendo observado nessas amostras a presença de defeitos na superfície e possíveis falhas de fundição que favorecem o processo corrosivo. O pH da saliva e a técnica de fundição exerceram influência sobre o comportamento de repassivação das ligas, rugosidade de superfície e quantidade de íons liberada para o meio, sendo os melhores resultados encontrados quando a técnica de fundição por plasma foi utilizada. / The aim of this study was to evaluate the changes in surface roughness and ions release to the environment after experimental tribocorrosion of CoCrMo, NiCr and NiCrTi alloys, commercially applied in dental prosthesis, using artificial saliva solution (Fusayama) as electrolyte with different levels of pH (3.0; 6.5 and 9.0). Fifteen samples were casted by flame from each alloy (&Oslash;13x2mm) and 15 by plasma in a casting machine with an inert atmosphere (argon), five samples for each pH analyzed. The experimental tribocorrosion was performed in a ball-on-flat configuration, using a zirconia ball (&Oslash;10mm) in vertical cycling equipment, simulating the masticatory cycle movement, applying 5N of load and recording the open circuit potential (OCP). The system operated at 60 cycles per minute, a total of 7500 cycles after 15 minutes, corresponding to the daily tooth contact. Artificial saliva at pH 3.0; 6.5 and 9.0 was used and surface roughness measurements were performed before and after the experimental tribocorrosion tests in a laser confocal microscope. After the tests, the saliva was stored in a DNA-free Falcon tubes and subjected to measurement of the ion release to the solution by means of ICP-MS analysis. The behavior of the alloys in contact with the zirconia ball during the experimental tribocorrosion performed in open circuit potential changed according to the pH (P<0.001) and the casting technique (P<0.001). All samples trended to repassivate when the ball contact was removed, indicating new formation of the protective film on alloy surface. The ion release was higher in the samples casted by flame and in contact with pH 3.0 (acid), nickel analyte being released in a higher concentration (P=0.010). However, the values found are below the limits specified to induce cytotoxicity and cellular changes. The results reflected that the samples casted by flame presented surface roughness statistically greater than those casted by plasma (P=0.042) and it was observed in these samples the presence of surface defects and possible casting flaws that enhance the corrosion process. The pH of the saliva and the casting technique presented influence on the repassivation behavior of the alloys, surface roughness and quantity of ions released into the environment, where the best results were found when the plasma casting technique was used.

Este estudo teve como objetivo avaliar a alteração da rugosidade superficial e a dispersão de íons para o meio após tribocorrosão experimental das ligas CoCrMo, NiCr e NiCrTi, comercialmente utilizadas na fabricação de próteses odontológicas, utilizando solução de saliva artificial (Fusayama) como eletrólito com valores de pH 3,0; 6,5 e 9,0. Foram fundidas 15 amostras de cada liga (&Oslash;13x2mm) por chama e 15 por máquina de fundição com atmosfera inerte de argônio, sendo cinco amostras para cada pH analisado. A tribocorrosão experimental foi realizada na configuração esfera sobre superfície, utilizando esfera de zircônia (&Oslash;10mm), em equipamento de ciclagem vertical, simulando o movimento do ciclo mastigatório, com aplicação de 5N de carga e monitoramento do potencial de circuito aberto (OCP). O sistema operou a velocidade de 60 ciclos por minuto, totalizando 7500 ciclos após 15 minutos de ensaio, equivalente ao tempo de contato dental diário. Foi utilizada saliva artificial de pH 3,0; 6,5 e 9,0 e leituras de rugosidade de superfície foram realizadas antes e após os ensaios de tribocorrosão experimental em microscópio confocal a laser. A saliva utilizada foi armazenada em tubos de Falcon DNA-free e submetida à quantificação da dispersão de íons metálicos para a solução, por meio de análise de ICP-MS. O comportamento das ligas em contato com a esfera de zircônia durante o ensaio de tribocorrosão experimental realizado em potencial de circuito aberto foi alterado em função do pH do meio (P<0,001) e da técnica de fundição utilizada (P<0,001). Todas as amostras apresentaram tendência à repassivação após a remoção do contato com a esfera, indicando formação de novo filme protetor na superfície da liga. A liberação de íons foi maior nas amostras fundidas por chama e em contato com pH 3,0 (ácido), sendo o analito níquel liberado em maior concentração (P=0,010). Entretanto, os valores encontrados estão abaixo dos limites indicados como causadores de citotoxicidade e alterações celulares. Os resultados indicam que as amostras fundidas por chama apresentaram rugosidade de superfície estatisticamente maior que as fundidas por plasma (P=0,042), sendo observado nessas amostras a presença de defeitos na superfície e possíveis falhas de fundição que favorecem o processo corrosivo. O pH da saliva e a técnica de fundição exerceram influência sobre o comportamento de repassivação das ligas, rugosidade de superfície e quantidade de íons liberada para o meio, sendo os melhores resultados encontrados quando a técnica de fundição por plasma foi utilizada. / The aim of this study was to evaluate the changes in surface roughness and ions release to the environment after experimental tribocorrosion of CoCrMo, NiCr and NiCrTi alloys, commercially applied in dental prosthesis, using artificial saliva solution (Fusayama) as electrolyte with different levels of pH (3.0; 6.5 and 9.0). Fifteen samples were casted by flame from each alloy (&Oslash;13x2mm) and 15 by plasma in a casting machine with an inert atmosphere (argon), five samples for each pH analyzed. The experimental tribocorrosion was performed in a ball-on-flat configuration, using a zirconia ball (&Oslash;10mm) in vertical cycling equipment, simulating the masticatory cycle movement, applying 5N of load and recording the open circuit potential (OCP). The system operated at 60 cycles per minute, a total of 7500 cycles after 15 minutes, corresponding to the daily tooth contact. Artificial saliva at pH 3.0; 6.5 and 9.0 was used and surface roughness measurements were performed before and after the experimental tribocorrosion tests in a laser confocal microscope. After the tests, the saliva was stored in a DNA-free Falcon tubes and subjected to measurement of the ion release to the solution by means of ICP-MS analysis. The behavior of the alloys in contact with the zirconia ball during the experimental tribocorrosion performed in open circuit potential changed according to the pH (P<0.001) and the casting technique (P<0.001). All samples trended to repassivate when the ball contact was removed, indicating new formation of the protective film on alloy surface. The ion release was higher in the samples casted by flame and in contact with pH 3.0 (acid), nickel analyte being released in a higher concentration (P=0.010). However, the values found are below the limits specified to induce cytotoxicity and cellular changes. The results reflected that the samples casted by flame presented surface roughness statistically greater than those casted by plasma (P=0.042) and it was observed in these samples the presence of surface defects and possible casting flaws that enhance the corrosion process. The pH of the saliva and the casting technique presented influence on the repassivation behavior of the alloys, surface roughness and quantity of ions released into the environment, where the best results were found when the plasma casting technique was used.

O fluxante é uma escória sintética que influencia na qualidade superficial do aço e na estabilidade do processo de lingotamento contínuo. Este produto é aplicado diretamente sobre o aço líquido na região do molde de cobre refrigerado a água e atua diretamente no resfriamento primário do aço. O fluxante tem as propriedades físico-químicas adaptadas para cada tipo de aço e também para as condições de lingotamento. Na superfície do aço líquido, o fluxante funde e forma uma poça líquida, atuando como isolante térmico, protegendo o aço da reoxidação e absorvendo inclusões principalmente de Al2O3. A poça líquida escoa, lubrificando e controlando a transferência de calor na interface entre o molde e a pele de aço em solidificação. O problema de qualidade superficial do aço, quando relacionado ao fluxante, se resume a alarmes de colamento, trincas de quina, marcas de oscilação profundas e trincas longitudinais, sendo este último um problema particular do aço médio carbono. Neste trabalho, foram analisados diferentes fluxantes baseados inicialmente no fluxante comercial aplicado no lingotamento contínuo de placas de aço médio carbono. Todos os fluxantes foram desenvolvidos com composições químicas similares. O objetivo foi avaliar o impacto da substituição de fontes de matérias-primas em diferentes composições de modo a avaliar as propriedades físico-químicas com base no fluxante comercial de referência. Como resultado, de todas as propriedades físico-químicas, foi a temperatura de cristalização que sofreu a alteração mais significativa. / The mould flux is a synthetic slag which influences the quality of steel surface and also the stability of the continuous casting process. This product is applied in direct contact with the surface of liquid steel in the region of the water cooled cupper mold and acts directly on the primary cooling of steel. The mould flux has the physical and chemical properties adapted for each type of steel as weel as casting conditions. On the surface of liquid steel, the mould flux melts and forms the liquid pool, working as an insulator, protecting the steel against reoxidation and also absorbing mainly Al2O3 inclusions. The liquid pool flows, lubricating and controlling the heat transfer in the interface between the mold and the steel shell during solidification. The surface quality issues when related with mould flux can cause alarms of breakout, corner cracks, deep oscillation marks, longitudinal cracks that is a particular problem in medium carbon steel grade. In this study, different mould fluxes were investigated and compared to a commercial mould flux applied to the continuous casting of slabs in the medium carbon steel grade. All mould fluxes were developed with a similar chemical composition. The main goal was to evaluate the impact of changing raw material sources on the physicochemical properties of the different mould fluxes and the results was compared with a commercial standard mould flux. As result, variations in the crystallization temperatures were observed more than others properties analyzed.

A crescente escassez de recursos energéticos renováveis bem como o aumento contínuo dos seus custos, tem requerido uma redução drástica no consumo de energia utilizada para o transporte de cargas e passageiros nas últimas décadas. Uma alternativa é a redução de peso com a utilização de ligas leves em substituição às ligas convencionais utilizadas no setor de transporte. Nesse conceito o uso de ligas de magnésio é justificado pela sua baixa densidade. Dentre as ligas de magnésio, a matriz ASTM série ZK é a que apresenta maior resistência mecânica e a adição de elementos de terras raras (RE) elevam a resistência à corrosão, a temperatura de trabalho e o limite de escoamento, devido à formação de filmes de óxidos finos e densos, além de intermetálicos de alto ponto de fusão e de maior dureza. A formação de intermetálicos do tipo MgZn de baixo ponto de fusão, torna as ligas de matriz do tipo ZK susceptíveis à formação de trinca à quente durante a soldagem, inviabilizando o uso de processos de soldagem convencionais. Uma alternativa é a solda por fricção e mistura mecânica (SFMM) realizada abaixo da temperatura de fusão. Neste trabalho, foram produzidas ligas ZK60, ZK60-1,5RE (liga ZK60 com adição de 1,5% em peso de mischmetal) por fundição convencional e ZK60-1,5RE tixofundidas com batimento mecânico no estado semissólido. Todas foram laminadas a quente em um laminador simétrico e soldadas por fricção e mistura mecânica. Os métodos de fundição e resfriamento apresentaram materiais isentos de defeitos e com homogeneidade química, além do batimento mecânico proporcionar uma microestrutura com grãos globulares homogêneos. A adição de Mischmetal deu origem a uma microestrutura com granulometria aproximadamente 22% menor. Quando comparado com o método de fundição, a liga fundida com batimento no estado semissólido apresentou uma diminuição no tamanho médio de grão de aproximadamente 26%. A laminação deu origem a uma microestrutura parcialmente recristalizada, com tamanho médio de grãos entre 3 e 4 &#956;m. A rede de intermetálicos foi quebrada, porém, manteve-se contínua para as ligas com adição de Mm. Quanto à resistência mecânica, a liga ZK60 foi superior, devido à menor quantidade e redes intermitentes de intermetálicos, uma vez que tanto para as ligas fundidas quanto para as laminadas, as trincas foram originadas nas regiões de aglomeração de intermetálicos. As ligas com adição de Mm apresentaram melhor estabilidade térmica durante a soldagem e melhor acabamento superficial, sendo possível a soldagem com rotação de 1200 rpm e velocidade de avanço de 400 mm/min enquanto a liga ZK60 só foi possível a soldagem com 200 mm/min. As análises das tensões residuais apresentaram valores e perfis semelhantes e seguem o fluxo de material, bem como a textura dos cordões de solda. Os mapas de microdureza na secção transversal do cordão de solda revelaram maior dureza nas zonas de mistura, e valores ainda maiores e mais homogêneos para liga ZK60, pode-se afirmar que os intermetálicos do tipo MgZn tem maior dureza que os do tipo MgZnRE. / The growing scarcity of renewable energy resources, as well as the continued rise in costs has required in recent decades a dramatic reduction in energy used for transportation freight and passenger, which is increasing daily all over the world. An alternative is to weight reduction with the use of light alloys, this concept the use of magnesium alloys is justified by their low density, about 1/3 lower than that of aluminum. Among the magnesium alloy, the matrix is ZK type that has greater mechanical strength and the addition of rare earth elements (RE) to increase corrosion resistance, working temperature and yield strength due to the formation of thin films and density oxides, and intermetallic of the high melting point and higher hardness. The formation of intermetallic of the MgZn type, which has a low melting point, makes alloys with matrix of the ZK type susceptible to formation of hot crack during the welding, making impossible the use of conventional welding processes, an alternative is the friction stir welding (FSW) that the union is made below the melting point. This work shows the studies the addition of 1.5% wt. of mischmetal (Mm) in the ZK60 alloy and effects of the casting process with mechanical mixing in the semi-solid state. Were produced the alloys: ZK60, ZK60-1.5RE with conventional casting and ZK60-1.5RE Tixo with mechanical mixing in the semi-solid state, all were hot-rolled in a symmetrical laminator and welded with friction stir welding (FSW) process. The methods of casting and cooling gave resulted in materials free of defects and chemical homogeneity, and the mechanical mixing provides homogeneous microstructure with globular grains. The alloy with mischmetal addition had an average grain size of about 22% lower than ZK60 alloy, when compared to the casting method the ZK60- 1.5RE Tixo alloy had an average grain size of about 26% lower than ZK60-1.5RE alloy. The rolling process gave rise to a partially recrystallized microstructure with average grain size of between 3.3 and 4.23 &#956;m, the intermetallic network were broken, however, kept continuous for alloys with Mm addition. As for mechanical strength was higher for ZK60 alloy, due smaller amount and intermittent network of the intermetallic. The alloys with Mm addition had better thermal stability during welding and showed better surface quality, being possible to do a welding with rotation of 1200 rpm and advancing speed of 400 mm/min while the ZK60 alloy only was possible the welding with advancing speed of 200 mm/min. The analyzes of residual stresses had similar values and profiles and follow the flow of material as well as the texture of the weld beads. The micro hardness maps in the cross section of the weld bead showed a higher hardness in the mixing zones, and higher and more homogeneous values for ZK60 alloy, and can thus affirm that the intermetallic MgZn type has higher hardness than the MgZnRE type.