Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global. / Optimization methods that use optimality conditions of first and/or second order are known to be efficient. Commonly, such iterative methods are developed and analyzed in the light of knowledge concerning the mathematical analysis in n-dimensional Euclidean spaces, whose nature is of local character. Consequently, these methods lead to iterative algorithms that perform only local searches. Thus, the application of such algorithms to the calculation of global minimizers of a non-linear function, especially non-convex and multimodal, depends strongly on the location of the starting points. The Topographical Global Optimization method is a clustering algorithm, which uses an ingenious approach based on elementary concepts of graph theory, in order to generate good starting points for local search methods, from points distributed uniformly in the interior of the feasible set. The purpose of this work is two-fold. The first is a revisit to the Topographical Global Optimization method, where, for the first time, its foundations are formally described and its basic properties are mathematically proven. In this context, we propose a semi-empirical formula for computing the key parameter of this clustering algorithm, and, using a robustand efficient direction interior-point method, we extend the use of the Topographical Global Optimization method to problems with inequality constraints. The second objective is the application of this method to the phase stability analysis of mixtures, a difficult and important global optimization problem of the chemical engineering thermodynamics. Furthermore, in order to have an initial assessment of the power of this technique,first we solve 70 test problems, and then compare the performance of the method considered here with the MIDACO solver, a powerful software recently introduced in the field of global optimization.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas. / Nowadays, there are mathematical models capable of predicting accurately the relationships among state properties; and this task is very important in Chemical Engineering context, since these models can be used to evaluate the performance of chemical processes. Moreover, they are of fundamental importance for oil reservoir simulation and separation processes. These models are known as equations of state and can be used in phase equilibrium problems, mainly in vapor-liquid equilibrium. Recently, a mathematical theorem was formulated (Reduction Theorem), which provides the conditions for the reduction in the dimensionality of the phase equilibrium problem for multicomponent mixtures described by cubic equations of state and classical mixing and combination rules. This theorem shows how to a well-defined class of thermodynamic models (cubic equations of state and classical mixing rules), one can reduce the dimensionality of various phase equilibrium problems. This method is very advantageous for mixtures of many components, providing a significant reduction in the computation time and producing accurate results. In this work, we presented some numerical experiments with test-mixtures using the reduction technique to obtain dew point pressures at specified temperatures.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global. / Optimization methods that use optimality conditions of first and/or second order are known to be efficient. Commonly, such iterative methods are developed and analyzed in the light of knowledge concerning the mathematical analysis in n-dimensional Euclidean spaces, whose nature is of local character. Consequently, these methods lead to iterative algorithms that perform only local searches. Thus, the application of such algorithms to the calculation of global minimizers of a non-linear function, especially non-convex and multimodal, depends strongly on the location of the starting points. The Topographical Global Optimization method is a clustering algorithm, which uses an ingenious approach based on elementary concepts of graph theory, in order to generate good starting points for local search methods, from points distributed uniformly in the interior of the feasible set. The purpose of this work is two-fold. The first is a revisit to the Topographical Global Optimization method, where, for the first time, its foundations are formally described and its basic properties are mathematically proven. In this context, we propose a semi-empirical formula for computing the key parameter of this clustering algorithm, and, using a robustand efficient direction interior-point method, we extend the use of the Topographical Global Optimization method to problems with inequality constraints. The second objective is the application of this method to the phase stability analysis of mixtures, a difficult and important global optimization problem of the chemical engineering thermodynamics. Furthermore, in order to have an initial assessment of the power of this technique,first we solve 70 test problems, and then compare the performance of the method considered here with the MIDACO solver, a powerful software recently introduced in the field of global optimization.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas. / Nowadays, there are mathematical models capable of predicting accurately the relationships among state properties; and this task is very important in Chemical Engineering context, since these models can be used to evaluate the performance of chemical processes. Moreover, they are of fundamental importance for oil reservoir simulation and separation processes. These models are known as equations of state and can be used in phase equilibrium problems, mainly in vapor-liquid equilibrium. Recently, a mathematical theorem was formulated (Reduction Theorem), which provides the conditions for the reduction in the dimensionality of the phase equilibrium problem for multicomponent mixtures described by cubic equations of state and classical mixing and combination rules. This theorem shows how to a well-defined class of thermodynamic models (cubic equations of state and classical mixing rules), one can reduce the dimensionality of various phase equilibrium problems. This method is very advantageous for mixtures of many components, providing a significant reduction in the computation time and producing accurate results. In this work, we presented some numerical experiments with test-mixtures using the reduction technique to obtain dew point pressures at specified temperatures.

Orientador: Maria Isabel Felisberti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T22:37:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_RosalvadosSantos_D.pdf: 38406911 bytes, checksum: 574d251b2b2578b4a3d9fd0b4e82fcf7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, estudou-se o comportamento de fases de soluções binárias e ternárias de poliolefinas funcionalizadas com hidroxilas (EVOH) e ácido carboxílico (PEAA) nos solventes dimetilformamida e álcool benzílico. Utilizou-se EVOH contendo 27 e 44 mol % e PEAA contendo 80 mol % de etileno. As soluções exibem o comportamento de fases do tipo UCST, apresentando separações de fases líquido-líquido (L-L) e sólido-líquido (S-L). As temperaturas de separação de fases L-L e S-L, TL-L e TS-L, respectivamente, foram determinadas para soluções com diferentes composições por inspeção visual e por DSC, respectivamente. Enquanto TS-L para as soluções binárias de EVOH varia fortemente da com a composição das soluções binárias, TS-L para as soluções binárias de PEAA é praticamente constante. Estes resultados foram interpretados sob a ótica de um modelo em que a cristalização do PEAA, que envolve os segmentos de etileno do copolímero, ocorre quase na ausência de solvente. Já a cristalização do EVOH, que envolve os segmentos hidroxilados, ocorre em meio ao solvente, em uma condição em que o potencial químico do polímero varia com a composição da solução. Este modelo pode ser comprovado por estudos de fluorescência empregando-se o pireno e o acetato de uranila como sondas hidrofóbica e hidrofílica, respectivamente. Estes estudos de fluorescência permitiram também acessar transições não detectáveis por DSC. As soluções ternárias homogêneas apresentam mais de uma separação de fases L-L quando submetidas a resfriamento. O diagrama de fases ternário foi construído determinando-se as composições das soluções em equilíbrio, decorrentes da primeira separação de fases L-L, por termogravimetria de alta resolução. Os diagramas de fases das soluções ternárias resultantes das combinações possíveis entre os diferentes polímeros e solventes apresentam regiões de miscibilidade limitadas localizadas em regiões próximas aos vértices, sendo as composições das fases em equilíbrio características de cada combinação nas soluções ternárias. Os materiais resultantes da evaporação do solvente de soluções submetidas ao processo TIPS (Temperature Induced Phase Separation) são compactos ou porosos, dependendo da afinidade polímero-solvente. Entretanto, as morfologias dos materiais resultantes de soluções ternárias submetidas ao processo TIPS são únicas e características do par polímero-polímero, demonstrando que a estratégia de combinação de polímeros para controlar a morfologia é viável / Abstract: The phase behavior of binary and ternary solutions of functionalized poliolefins with hydroxyls (EVOH) and carboxylic acid (PEAA) were studied using dimethylformamide and benzyl alcohol as solvents. PEAA containing 80 mol % and EVOH containing 27 and 44 mol % of ethylene were used. The binary and ternary solutions present a typical UCST behavior associated to liquid-liquid (L-L) and solid-liquid (S-L) phase separation. The temperatures related to L-L and S-L phase separation, TL-L e TS-L, respectively, were determined visually and using DSC, respectively. While TS-L depends on the EVOH solution composition, it is practically constant for PEAA solutions. These results were explained using a model in which the crystallization of PEAA from the solution occurs in absence of solvent, once it involves the polyethylene segments. On the contrary, the crystallization of EVOH from the solution, that involves the hydroxylated segments, occurs in presence of the solvent. This condition leads to the decrease of the chemical potential of EVOH in the solution. The models could be proved by fluorescence experiments using pyrene and uranyl acetate as hydrophobic and hydrophilic probes, respectively. Moreover, the fluorescence experiments allow accessing other transitions not detectable by DSC for ternary solutions. The homogeneous ternary solutions present more than one L-L phase separation by cooling. The ternary diagram was determined by the first L-L phase separation using the composition data accessed by high resolution thermogravimetry. The ternary solutions of all possible combination of polymers and solvents show a restricted miscibility window in the regions near the vertices. The composition of the phases in equilibrium is characteristic of each ternary solution, as well as, the morphology of the materials resulting from the evaporation of the solvent after the solution being subjected to TIPS (Temperature Induced Phase Separation) process. This process applied to binary and ternary solutions resulted in dense or porous materials depending on the polymer-solvent affinity. However, the morphology resulting from ternary solutions subjected to TIPS process and solvent evaporation is unique, showing that the strategy of combining different polymers is a viable route to control the morphology of polymers / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Argamassas no estado fresco são suspensões heterogêneas multifásicas com grande extensão granulométrica, tendo um comportamento relativamente complexo. Para a sua caracterização reológica já é empregado o ensaio de squeeze flow, método normalizado (ABNT NBR 15839/2010) que fornece informações importantes sobre o fluxo das argamassas em condições similares às de aplicação prática. No entanto, alguns fenômenos relevantes relacionados ao squeeze flow de suspensões não podem ser diretamente avaliados somente através da resposta padrão do ensaio (curva carga ou tensão vs. deslocamento), como o tipo de fluxo e a ocorrência de separação de fases, não havendo ainda um método consolidado para investigação destes efeitos. Neste contexto, uma técnica de mapeamento dinâmico da distribuição de pressão interfacial é apresentada como ferramenta para a complementação do método, visando permitir uma análise mais aprofundada durante o ensaio de squeeze flow em argamassas, nas configurações de área e de volume constante, que podem fornecer informações diferentes. Um método de quantificação gravimétrica da separação de fases foi empregado ainda para verificação do fenômeno. Essa metodologia inovadora requer desenvolvimento, e dessa forma são analisados, além da influência de variáveis do material, aspectos do ensaio e diferentes procedimentos de tratamento e calibração dos dados desenvolvidos para análise dos resultados. Modelos teóricos são utilizados para a comparação das distribuições de pressão experimentais com previsões para fluidos de comportamento conhecido, o que ajuda a indicar o tipo de fluxo predominante. O método desenvolvido mostrou grande potencial para a análise de fluxos complexos, sobretudo suspensões concentradas, e contribui com a ampliação do conhecimento sobre o comportamento reológico de argamassas e os fatores que o influenciam. / Mortars while in fresh state are multiphasic heterogeneous suspensions with wide granular extension, presenting a relatively complex behavior. For rheological evaluation the squeeze flow test is already employed, being a standard test (ABNT NBR 15839/2010) and providing relevant information about the flow behavior of mortars under conditions which are similar to those in practical situations. Nevertheless, important phenomena related to the squeeze flow of suspensions cannot be directly assessed by the usual results from the test (load or stress vs. displacement curves), like type of flow and the occurrence of phase separation. There is not yet a stablished method for the investigation of these effects. In this context, a dynamic pressure mapping technique is presented as a tool in addition to the method, aiming to achieve a more thorough analysis during the squeeze flow of mortars, both in constant area and constant volume configuration, which can provide different information. A phase separation quantification method was employed to validate the phenomenon. This original methodology require development, thus aspects regarding the test setup are analyzed, besides the influence of material, and different data treatment and calibration procedures developed for the analysis of test results. Theoretical models are employed for comparison between experimental pressure distribution and predictions for fluids with known behavior, which aids in the determination of flow regime predominance. The developed method has shown great potential for the analysis of complex fluids, especially concentrated suspensions, and contributes to the expansion of knowledge on the rheological behavior of mortars and the influencing factors.

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

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do DEMAR/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas Me-Si-B (Me = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental do sistema ternário Ta-Si-B em sua região rica em Ta e a modelagem termodinâmica dessa mesma região. A projeção liquidus e a seção isotérmica a 1900 ºC, ambas na região rica em Ta, de Ramos (2005), são as únicas informações experimentais para o sistema ternário Ta-Si-B encontradas na literatura. Ramos (2005) identifica em várias de suas amostras a presença de uma nova fase ternária, denominada φ, de estrutura ainda não determinada. A pesquisa de Ramos (2005) foi realizada sempre com amostras produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Ta, Si e B puros. Nessa condição de preparação das amostras, houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico, mesmo após tratamentos térmicos prolongados (1900 oC por 48 horas). Já, neste trabalho, as amostras foram, em sua maioria, produzidas por tratamento térmico de pastilhas prensadas a partir de pós de Ta, Ta5Si3 e TaB. Com essa mudança na forma de confeccionar os experimentos conseguiu-se maior facilidade na obtenção da condição de equilíbrio termodinâmico das amostras durante os tratamentos térmicos, embora ainda com resultados não totalmente satisfatórios. De uma forma geral, os resultados de Ramos (2005) são confirmados no presente trabalho. Uma proposta de relação de fases a 2000 ºC é apresentada para a região envolvendo as fases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 e TaB. A estabilidade da fase D88, proposta por Nowotny, Lux e Kudielka (1956), também é confirmada e os resultados sugerem que sua estequiometria seja Ta5Si3B. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. A otimização do sistema binário Ta-B é realizada por Kaufman (1991) e Chad (2003). A otimização do sistema binário Ta-Si é realizada por Vahlas, Chevalier e Blanquet (1989) e Kaufman (1991). A otimização do sistema binário Si-B é realizada por Fries e Lukas (1991), Zaitsev e Kodentsov (2001) e Fiorani e Coelho (2006). A única otimização adotada completamente é a de Fiorani e Coelho para o sistema binário Si-B. Para o sistema binário Ta-B é adotada a otimização de Chad (2003) com a inclusão de uma nova fase, denominada φ, de alta temperatura, a mesma do sistema ternário, que teria sua origem nesse sistema binário. Já, para o sistema binário Ta-Si é necessária uma nova otimização, por haver algumas inconsistências termodinâmicas nas otimizações anteriores, que poderiam levar a uma descrição inadequada das relações de fases no sistema ternário Ta-Si-B e em sistemas de ordem superior. Neste trabalho é apresentada uma proposta para a modelagem termodinâmica do sistema ternário, que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais disponíveis. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of DEMAR/EEL-USP is the study of phase stability in ternary Me-Si-B systems (Me = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. It includes the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. Giving continuity to this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the ternary Ta-Si-B system in the Ta-rich region and the thermodynamic modeling of this system. The liquidus projection and an isothermal section at 1900 ºC from Ramos (2005), both in the Ta-rich region, are the only experimental information found in literature. Ramos (2005) identifies in several of her samples the presence of a new ternary phase, named as φ, of structure not yet determined. The research of Ramos (2005) is carried out with samples produced from pure Ta, Si and B via arc melting. In this method of sample preparation, it is difficult to obtain thermodynamic equilibrium conditions during heat treatments at 1900 ºC for 48 h. In the present work, the majority of samples were produced via sintering of pressed pellets from Ta, Ta5Si3 and TaB powders. With this method of sample preparation, the attainment of equilibrium conditions was easier during the heat treatments, even though not completely satisfactory. In general, the results of Ramos (2005) were confirmed. A proposal for the phase relations at 2000 ºC is presented for the region involving the phases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 and TaB. The stability of the D88 phase, proposed by Nowotny, Lux and Kudielka (1956), is also confirmed and the results suggest that its stoichiometry is near Ta5Si3B.No thermodynamic modeling for this ternary system is found in literature. The optimization of the binary Ta-B system is carried out by Kaufman (1991) and Chad (2003). The optimization of the binary Ta-Si system is carried out by Vahlas, Chevalier and Blanquet (1989) and Kaufman (1991). The optimization of the Si-B binary system is carried out by Fries and Lukas (1991), Zaitsev and Kodentsov (2001) and Fiorani and Coelho (2006). In this work the thermodynamic data from Fiorani and Coelho (2006) is used for the Si-B system. For the binary Ta-B system it was adopted the optimization from Chad (2003) with the inclusion of the high temperature φ phase, the same one of the ternary system, which has its origin in this binary system. In addition, for the binary system Ta-Si a new optimization is necessary, since some thermodynamic inconsistencies in the previous optimizations would lead to an inadequate description of the phase relations in the Ta-Si-B and systems of higher order. Thus, in this work presents for the first time a thermodynamic modeling for the Ta-Si-B system, which reproduces the available experimental results satisfactorily.

No presente trabalho, foi realizado um estudo sobre a influência da adição do boro em um aço C-Mn, nas transformações de fases por resfriamento contínuo, através da técnica dilatométrica. Para este estudo, utilizou-se dois aços de composição química semelhante: o aço 10B22 com 30 ppm de boro e o aço sem boro é o E1522, equivalente. Foram traçadas as curvas de CCT dos dois aços, onde analisou-se o efeito de temperabilidade do boro através das curvas de resfriamento. Os materiais foram ensaiados em um dilatômetro de resfriamento rápido, utilizando corpos de prova cilíndricos, resfriados por injeção de ar e hélio. Os resultados gráficos dos processos de resfriamento foram comparados com análises metalográficas ótica estruturais e quantitativas e também por medidas de dureza. Detalhes microestruturais, tais como, contagem de fases formadas em função das taxas de resfriamento, tamanho de grão, distribuição de inclusões e precipitados, foram extraídos, através de um sistema de análise de imagens. Complementando o trabalho, foi realizado uma completa documentação fotográfica das microestruturas, com uma indicação final do tratamento térmico mais adequado aos aços C-Mn microligados ao boro. / This work presents a study about the influence of boron on phase transformation by continuous cooling in a C-Mn steel using the dilatometric technique. For this study two close chemical composition steels were applied: a 10B2 steel with 30 ppm of boron and a E1522 steel without boron. For both steels the CCT curves were obtained, where the effect of boron on hardenability was analysed throughout continuous cooling curves. Both materials were testedcin a high speed quenching dilatometer, using cilindricals samples quenched by helium blow on their surfaces. The graphics results of cooling processes were compared with microstructural and quantitative optical metallographic analysis and hardness measurements. Microstructural features as such phases fraction as a function of cooling rates, grain size, and distributions of inclusions and precipitates were obtained through an image analysis system. In addition, complete microstructural photography documentation was carried out where it was possible to indicate the best heat treatment to boron microalloyed C-Mn steels.

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do LOM/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas MR-Si-B (MR = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental de pontos críticos do sistema Cr-Si-B na região rica em Cr e a modelagem termodinâmica completa do sistema. Foram utilizadas informações da projeção liquidus de Chad (2008) e realizadas medidas experimentais para a determinação das composições das fases em diversas relações de equilíbrio a 1200 ºC, ambas na região rica em Cr. As amostras foram produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Cr, Si e B de alta pureza; tratadas termicamente a 1200oC por 200 horas e caracterizadas via difração de raios X e MEV/Microssonda eletrônica. Nessa condição de preparação das amostras, não houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico. De uma forma geral, as relações de fases a 1200oC de Chad (2008) são confirmadas no presente trabalho. Não foi verificada através de medida por análise térmica diferencial até a temperatura de 1550oC a transformação polimórfica ?Cr5Si3 _ ?Cr5Si3, que segundo Chang (1968) ocorre a 1505oC. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. Para a otimização do sistema ternário foram utilizados os coeficientes de Coughanowr, Ansara e Lukas (1998) para o binário Cr-Si; os coeficientes de Campbell e Kattner (2002) para o binário Cr-B e os coeficientes de Fries e Lukas (1998) para o binário Si-B. Foram usados dois modelos para as fases T1 e T2 para descrever suas solubilidades de B e Si, respectivamente. O modelo adotado para a fase ?Cr5Si3 (T1) foi o de solução com três sub-redes (Cr)4(Cr)1(Si,B)3 e o modelo adotado para a fase Cr5B3 (T2) foi o de solução com três sub-redes (Cr)5(B,Si)2(B)1. Estes dois modelos estão compatíveis com aqueles adotados para outros sistemas MR-Si e MR-Si-B. Para a fase CrSS (BCC_A2), o modelo escolhido para permitir a solubilidade de B e/ou Si foi o substitucional para o Si e o intersticial para o B, resultando em uma descrição com duas sub-redes (Cr,Si)1(B,Va)3. A adoção destes modelos compatíveis com otimizações já desenvolvidas e publicadas é importante para permitir o desenvolvimento de uma base de dados multicomponentes MRSi- B que possibilitará previsões confiáveis para as relações de fases em sistemas de ordem superior. A otimização atual reproduziu bem a seção isotérmica a 1200oC e a projeção liquidus do sistema Cr-Si-B na região rica em Cr. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of LOM/EEL-USP is the study of phase stability in MR-Si- B ternary systems (MR = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. These research activities include the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. In a continuation of this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the Cr-Si-B ternary system in the Cr-rich region and the thermodynamic modeling of the complete system. Experimental data from the liquidus projection of Chad (2008) were used and experimental measurements were performed to determine the compositions of various phases in equilibrium at 1200°C, both in the Cr-rich region. The samples were produced by arcmelting high-purity pieces of Cr, Si and B, followed by heat treatment at 1200oC for 200 hours. The samples were characterized by X-ray diffraction and SEM/WDS microanalysis. With this preparation procedure, no difficulty was found to bring the samples to the thermodynamic equilibrium condition. In general, the phase relations at 1200oC proposed by Chad (2008) were confirmed in this study. The polymorphic transformation ?Cr5Si3 _ ?Cr5Si3, which according to Chang (1968) occurs at 1505oC, has not been verified by differential thermal analysis experiments performed until 1550oC. No thermodynamic modeling for this ternary system was found in the literature. The binary coefficients of Coughanowr, Ansara and Lukas (1998) for the Cr-Si, Campbell and Kattner (2002) for the Cr-B and Fries and Lukas (1998) for the Si-B were used in the optimization of the ternary system. Two models for T1 and T2 phases were used to describe their B and Si solubilities, respectively. The model adopted for ?Cr5Si3 (T1) was the solution with three sublattices (Cr)4(Cr)1(Si,B)3 and for Cr5B3 (T2) was the solution with three sublattices (Cr)5(B,Si)2(B)1. These two models were consistent with those adopted in other RM-Si and RM-Si-B systems. For the phase CrSS, the substitutional and interstitial models were used to describe the solubility of Si and B in the BCC structure, respectively, resulting in a solution with two sublattices (Cr,Si)1(B,Va)3. These models are compatible with other previously published optimizations. This is important to enable the development of a multicomponent MR-Si-B database, which will enable reliable predictions for the phase relations in higher-order systems. The Cr-rich region of the isothermal section at 1200oC and of the liquidus projection are well reproduced by the coefficients of the present optimization.