REDEMAT - Doutorado (Teses)

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Efeitos de adições de Cr2O3, NiO e ZnO sobre a formação do clínquer Portland e de adições de Al2O3 e Fe2O3 sobre a decomposição de seu composto majoritário.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2005) Ferreira, Andréa Vidal; Tenório, Jorge Alberto Soares
O co-processamento de resíduos em fornos de cimento é, nos dias atuais, umas das principais soluções adotadas para a disposição final de resíduos industriais. Parte deste trabalho tem por objetivo determinar os efeitos de adições de Cr2O3, NiO e ZnO sobre a formação dos compostos principais do clínquer do cimento Portland, visando ao co-processamento de resíduos industriais que contenham os metais cromo, níquel ou zinco, considerados de difícil disposição. Neste sentido, foi preparada uma farinha sintética que, posteriormente, sofreu adições dos óxidos de interesse. As amostras de farinha, pura e com adições, foram submetidas a um tratamento térmico de maneira a reproduzir o processo industrial de clinquerização. Análise térmica diferencial, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura, espectrometria de dispersão em comprimento de onda e difração de raios X associada ao método de refinamento de Rietveld foram utilizadas para caracterização das amostras de farinha e de clínquer obtidas. Os resultados obtidos permitem concluir que adições dos óxidos em teores de até 1% em massa não causam alterações significativas no clínquer. Tal fato sinaliza positivamente para o co-processamento de resíduos que contenham os metais cromo, níquel ou zinco. Uma segunda parte do trabalho tem por objetivo determinar os efeitos dos óxidos Al2O3 e Fe2O3 sobre a decomposição do silicato tricálcico C3S, componente majoritário do clínquer Portland. Neste sentido, foram construídos diagramas CCT para a decomposição do C3S, dopado com 0,8 e 2,0% de Al2O3 e também dopado com 0,5 e 0,8% de Fe2O3, permitindo a quantificação dos efeitos dos óxidos.
Síntese e caracterização de hidroxiapatita e compósitos a partir de matéria-prima reciclada.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Mendes Filho, Antônio Alves; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Pós de hidroxiapatita, HA foram produzidos separadamente por síntese hidrotérmica e calcinação, utilizando-se precursores alternativos, como sulfato de cálcio (gesso), corais, ostras, conchas, casca de ovo e, principalmente, osso bovino. Para a maioria das sínteses hidrotérmicas, o enchimento da autoclave foi de 85%, as temperaturas de 220°C e 280°C, os tempos de síntese foram 4 e 20 horas; as calcinações dos precursores foram realizadas na temperatura de 800°C, por 3 horas, e as dos produtos a 900°C e 1100ºC, por 5 horas. Pós de HA foram também produzidos com Ca(OH)2 e Ca(H2PO4)2.H2O, por 20 horas a 250ºC. Um novo processo, em patenteamento, envolveu o tratamento e a posterior calcinação de osso bovino entre 300 e 1200°C e tempo variando entre 3 e 10 horas, produzindo a “hidroxiapatita natural, HA-N”, em um processo inovador, de alta produtividade, baixo custo e alta qualidade. Os produtos deste trabalho foram caracterizados por difração de raios X, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura, microssonda eletrônica, fluorescência de raios X, picnometria a He, adsorção de nitrogênio, espectroscopia de infravermelho, absorção atômica, testes mecânicos e testes de citotoxicidade. Produziram-se ainda cerâmicas bifásicas de fosfato de cálcio, por mistura da hidroxipatita natural (HA-N, aos óxidos titânia (TiO2), zircônica monclínica (m-ZrO2), magnésia (mgO), CaTiO3 (titanato de cálcio), alumina (Al2O3) e sílica (SiO2), para estudar as melhores combinações para propriedades mecânicas e bioatividade. O desempenho dos pós de HA-N foi também testado com recobrimentos de HA-N pura sobre substratos de aço 316L. Os resultados de testes de riscamento sobre os recobrimentos das peças com os pós de hidroxiapatita, processados neste trabalho, foram comparados com os das peças recobertas com pós de hidroxiapatita comerciais. Dispositivos com propriedades físicas e químicas selecionadas foram submetidos a testes “in vitro”. O presente trabalho determinou a efetividade de produção de HA por vários métodos, incluindo rotas e precursores, gerou o processo de produção da HA-N, determinou o efeito das proporções de diferentes pós cerâmicos na síntese de compósitos de HA-N, estudou as condições de deposição de recobrimentos de HA-N e seus compósitos e, por fim, determinou a citotoxicidade dos produtos, todos estes consistindo de resultados considerados inéditos.
Estudo e desenvolvimento de um processo de tratamento de resíduos siderúrgicos através da técnica de bombardeamento ultra-sônico.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Souza, Erivelto Luís de; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Este trabalho descreve um processo inovador de tratamento de resíduos siderúrgicos, principalmente lama grossa de aciaria, através de uma técnica inovadora e original que se baseia em uma associação de um bombardeamento ultra-sônico e uma agitação mecânica, com o objetivo de recuperar o conteúdo metálico desses resíduos. Tal processo já se encontra patenteado junto ao INPI. Durante o processo de fabricação do aço, em conversores LD, o ferro líquido projetado na atmosfera oxidante do conversor, solidifica-se sob a forma de pequenas esferas com uma gama variada de tamanhos. Entretanto, nem todas as esferas são perfeitas, pois algumas acabam por não conseguir completar sua esferoidização, devido às condições variadas de tamanho, velocidade de resfriamento e tensões superficiais. Quanto menor o tamanho das partículas esféricas, maior o grau de oxidação das mesmas, formando-se assim uma poeira que, em contato com a água de lavagem, gera um “cimento” ligante, que agrega as demais esferas, com partículas não metálicas inerentes à produção de aço (escória; coque; CaO; etc.). Esta “poeira” preenche inclusive as cavidades de algumas das esferas ocas. Após a lavagem dos gases, a “lama” formada conterá então microesferas de aço (completas e ocas) aglomeradas entre si e com as impurezas, através da ação agregante das partículas finas, aqui denominadas de “poeira”. Esta lama, considerada rejeito industrial, tem um certo custo de estocagem e manuseio. A técnica em questão consiste na aplicação de ondas ultra-sônicas sobre uma polpa, formada pela adição de água à lama grossa proveniente do classificador (parafuso). Este bombardeamento ultra-sônico, promove a dispersão das micropartículas ligantes da lama e, conseqüentemente, atua nas partículas maiores causando sua desagregação e limpando o interior das partículas ocas. Deve-se ressaltar que este processo mantém a integridade das partículas que compõem a lama. A aplicação de ondas ultra-sônicas em uma polpa constituída de materiais de diferentes densidades acelera a precipitação das partículas mais densas. Assim, torna-se necessário uma eficiente macroagitação desta polpa, de forma a manter as partículas em suspensão, permitindo a ação do bombardeamento ultra-sônico e o escoamento completo da polpa, sem entupimento. Após a desagregação, as partículas que compõem a polpa estarão completamente liberadas. A polpa é então encaminhada a uma etapa de concentração gravítica para a recuperação das partículas esféricas de elevado teor metálico (90 a 96% Fe). Os produtos finais das mesas de concentração (concentrados, misto e rejeito) atuam como bons indicadores de controle do processo de fabricação de aço. Esse material quando recuperado evita um impacto ambiental pela descarga de teores de ferro metálico no ambiente, que pode alterar as propriedades físicas e químicas do solo, afetando drasticamente os microorganismos que nele habitam. Este trabalho apresenta também um estudo enfatizado nos microorganismos que compõem a biota e são responsáveis pela capacidade de gerar vida no solo.
Efeito dos elementos Ti e Nb no comportamento em fadiga de aços inoxidáveis ferríticos utilizados no sistema de exaustão de veículos automotores.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Faria, Ricardo Augusto; Godefroid, Leonardo Barbosa
A indústria automobilística é um setor industrial de alta competitividade que objetiva melhoria da qualidade na aplicação final aliada à redução de custo. O sistema de exaustão dos veículos sofreu uma grande evolução nos últimos 20 anos, tendo que se adequar às leis ambientais mais exigentes e a uma maior garantia de vida útil. Estes fatores têm contribuído para a maior utilização de aços inoxidáveis, principalmente, ferríticos, neste componente. É observado que, entre os danos mais comumente observados no sistema de exaustão de veículos automotores, 80% são atribuídos à corrosão e os 20% restantes à fadiga. Neste trabalho é feito um estudo do efeito dos elementos estabilizadores da ferrita, titânio e nióbio, sobre o comportamento mecânico de aços inoxidáveis ferríticos. Para tal, foram realizados diversos ensaios de fadiga avaliando o efeito da temperatura e do meio corrosivo em aços inoxidáveis ferríticos em diferentes condições de estabilização (mono e biestabilização). O estudo foi completado com ensaios de fluência, corrosão, oxidação cíclica além de análises microestruturais. Os elementos titânio e nióbio apresentaram efeito nas propriedades dos aços inoxidáveis ferríticos, principalmente, quando encontrados livres em solução sólida (∆Nb e ∆Ti). Para temperaturas até 300ºC, não se verificou o efeito direto da composição química nas propriedades mecânicas dos aços estudados, mas sim através do controle do tamanho de grão. Melhoria da resistência à corrosão foi obtida com a presença de cromo e titânio. Os aços inoxidáveis ferríticos estudados apresentaram comportamento mecânico muito próximos até a temperatura de 850ºC. Para temperaturas elevadas, ∆Ti teve o efeito de diminuir a resistência à oxidação cíclica e aumentar a vida útil em fadiga térmica. ∆Nb teve o efeito de aumentar a vida útil em fadiga térmica e fadiga isotérmica bem como a resistência à fluência. O maior teor de ∆Nb propiciou a precipitação de Fases de Laves em contornos de grão impedindo o crescimento de grão e aumentando a coesão entre os mesmos.
Estudo da resistência ao fogo do concreto de alto desempenho com metacaulim e adição de fibras.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2006) Carvalho, Espedito Felipe Teixeira de; Gouveia, Antônio Maria Claret de
Considerando-se que a melhoria na resistência ao fogo do CAD (concreto de alto desempenho) passa por ações capazes de reduzir a sua fragilidade frente ao fenômeno do lascamento, e que a principal delas está relacionada à introdução de fibras que facilitem a percolação do material durante o aquecimento, foi esta tese desenvolvida com o objetivo de analisar o comportamento de um CAD de metacaulim, em situação de incêndio, que tenha recebido adições de fibras, como as de polipropileno e de sisal. Foram preparados trezentos e doze corpos de prova cilíndricos usando 52 combinações em dois projetos fatoriais do tipo 4x3x2, com diferentes teores de metacaulim e fibras, estas em dois comprimentos distintos. Com idade média de 250 dias e um grau de umidade que correspondia a 66,1% de sua umidade de saturação, cada corpo de prova foi testado em forno aquecido pela queima de óleo diesel, em que a curva tempo-temperatura seguiu o ensaio-padrão da norma NBR 5628, idêntica, nesse aspecto, à ISO 834, adotada internacionalmente. Foram realizados ensaios de porosidade à água, absorção, variações de volume e resistência à penetração de íons cloreto. Técnicas de análises de imagens foram empregadas para o estudo da fissuração, de distribuição de tamanhos de poros e para a determinação da dimensão fractal da microestrutura dos concretos envolvidos. Para as análises de fissuração foram empregados dois métodos: um por microscopia ótica em lâminas delgadas impregnadas com corante e com quantificação de áreas por algoritmo especialmente criado para tal, e outro por microscopia eletrônica de varredura (MEV) associada ao analisador de imagens Quantikov. Este último sistema foi também empregado para o estudo da microestrutura dos concretos, quanto à distribuição de tamanhos de poros e a dimensão fractal. Quinze das cinqüenta e duas misturas não sofreram qualquer lascamento, sendo que nove delas eram da fibra de sisal e as outras seis da fibra de polipropileno. Submetidos os resultados a análises estatísticas, foi possível concluir: (a) os níveis de metacaulim não apresentaram influência significativa no lascamento do CAD; (b) o mesmo pode ser dito em relação ao comprimento das fibras; (c) ambas as fibras empregadas foram efetivas na redução do lascamento; e (d) as fibras de sisal apresentaram melhores resultados que as de polipropileno. As fibras reduziram a incidência de lascamentos, mas, contrariando a literatura, não se confirmou nesta pesquisa algo dado como absolutamente certo no meio técnico: que as fibras fundidas de polipropileno seriam absorvidas pela matriz do concreto, liberariam seu espaço e, por isso, teriam efeito majorado no combate ao problema. O estudo mostrou que a adição de fibras atenua a tendência ao lascamento, mas, para os teores práticos de adição, não o previne totalmente. De uma forma geral, misturas que se apresentaram com maior permeabilidade aos íons cloreto apresentaram também menor número de lascamentos, ao passarem pelo forno.
Redes de fusíveis livres de escala para simulação de fratura em materiais compósitos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Pinheiro, Carlos Felipe Saraiva; Bernardes, Américo Tristão
O problema de fraturas de materiais compósitos tem sua relevância destacada devido ao amplo emprego de materiais compostos por fases distintas, usados para atender necessidades específicas e aliar custo e funcionalidade. O tratamento teórico desses tipos de materiais inclui modelos simplificados, mas que envolvem cálculos muitas vezes impraticáveis para a obtenção de respostas práticas de interesse. Como alternativa, modelos de rede para meios não homogêneos oferecem a possibilidade de se introduzir a simulação computacional como uma ferramenta viável para se obter predições ou respostas qualitativas para o comportamento mecânico de materiais compósitos. Um dos modelos mais bem sucedidos nessas últimas duas décadas é certamente o modelo da rede de fusíveis. Ele se dispõe a embutir a desordem em escala mesoscópica, explorando a analogia entre a lei de Ohm para a condução com a lei de Hooke para materiais elásticos. Dessa forma, tem-se uma rede composta de nós interligados por fusíveis, os quais podem vir a queimar, criando falhas no material à medida que se aumenta a voltagem que se aplica às extremidades da rede. É o análogo de um material onde trincas crescem e coalescem à medida que se lhe aplica uma tensão, com a vantagem de que se troca a abordagem tensorial do problema mecânico pela relação linear entre corrente e voltagem em resistores. Esse modelo tem sido historicamente aplicado usando-se redes quadradas, cúbicas ou triangulares, mas sempre regulares. A introdução da desordem é feita pela remoção prévia de ligações (diluição) da rede ou de se atribuir estatisticamente resistências ou limites de tolerâncias diferentes aos fusíveis. A tese que se defende aqui é a de que redes livres de escala possam servir para descrever o problema de fratura sem que se lance mão da introdução ad hoc da desordem. Para isso, é necessário se inventar novas formas para pensar o carregamento de uma rede livre de escala, baseando-se em suas propriedades topológicas e não geométricas, uma vez que a localização dos nós não tem significado claro nessas redes. As redes livres de escala são caracterizadas pela existência de muitos nós com pouquíssimas ligações e de um ou poucos hubs altamente conectados. Identificados os papéis de nós centrais e periféricos nessas redes, propusemos três modos de carregamento que revelaram perfis de resposta da curva constitutiva semelhantes a casos clássicos de materiais reforçados por fibras e de alta porosidade. Investigando as propriedades dessas redes, inclui-se simulações com redes apolonianas (também livres de escala) e redes aleatórias, também na classe das redes complexas. Adicionou-se o papel da atribuição de resistências segundo várias distribuições estatísticas e o que se revelou foi a distinção de classes de universalidades definidas apenas pelos modos de carregamento.
Cinética de lixiviação dos concentrados de zinco utilizados na Votorantim metais.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Souza, Adelson Dias de; Leão, Versiane Albis
A cinética de lixiviação de concentrados de zinco (sulfetados e silicatados) foi estudada no presente trabalho. Primeramente, foram avaliados os efeitos de temperatura, concentrações de íon férrico e ácido sulfúrico, velocidade de agitação e tamanho de partícula sobre a cinética de lixiviação de um concentrado sulfetado em soluções ácidas de sulfato férrico. O processo de lixiviação pôde ser separado em dois estágios. Inicialmente, a cinética de dissolução do concentrado sulfetado era controlada por reação química na superfície das partículas de sulfeto de zinco. Posteriormente, a cinética de dissolução era controlada pela difusão do íon férrico através da camada de enxofre elementar (camada de cinza) formada na superfície do sólido. A energia de ativação da etapa controlada por reação química foi de 6,6kcal/mol (27,5kJ/mol) e o valor encontrado para o estágio final, controlado por difusão do reagente na camada de produto foi de 4,7kcal/mol (19,6kJ/mol). As ordens de reação com respeito à concentração de íon férrico e ácido sulfúrico eram cerca de 0,50 e 1,00, respectivamente. As análises de MEV-EDS das partículas de sulfeto “in natura” e lixiviadas mostraram um progressivo aumento da espessura da camada de enxofre elementar sobre a superfície do sólido. A formação desta camada de enxofre era uma evidência adicional da mudança da etapa controladora do processo de dissolução do sulfeto com o progresso da reação. Também foi estudada a cinética de lixiviação do concentrado calcinado de silicato de zinco, incluindo os efeitos do tamanho de partícula (0,038–0,075mm), temperatura (30 o C–50 o C) e concentração inicial de ácido (0,2–1,0 mol/L). Os resultados mostraram que a redução do tamanho de partícula aumenta levemente a velocidade de lixiviação, enquanto a temperatura e a concentração de ácido sulfúrico têm uma grande influência na dissolução. À medida que ocorre a lixiviação, há uma progressiva dissolução da willemita mantendo-seas fases ricas em quartzo e ferro praticamente inertes. Dentre os modelos cinéticos aplicados a sólidos porosos testados no presente trabalho, o “modelo do grão” com controle por difusão nos poros descreveu de forma satisfatória a cinética de dissolução do concentrado calcinado silicatado de zinco. Através da utilização deste modelo, foi possível determinar a energia de ativação e ordem de reação com respeito a concentração de ácido sulfúrico, obtendo os valores de 50,7kJ/mol e 0,64, respectivamente, os quais são, provavelmente, conseqüências da natureza paralela dos processos de difusão e reação química no sólido poroso. Além disto, os estudos de lixiviação do silicato de zinco mostraram que o teor de ferro no concentrado silicatado de zinco não afeta a extração de zinco, uma vez que a cinética de dissolução dos concentrados com alto teor (10-11%) ou baixo teor (3%) é similar. A energia de ativação encontrada para a lixiviação do concentrado de alto ferro, 13,1±5,1kcal/mol, era estatisticamente igual àquela observada para o material com baixo teor de ferro, 16,0±2,2kcal/mol, sugerindo que o processo de dissoluçãode ambos os materiais seja controlado pela mesma etapa controladora. As análises estatísticas dos experimentos de lixiviação mostraram que o aumento do teor de ferro no silicato de 5% para 9% não resultou em redução significativa nas extrações. Para os concentrados de baixo teor, a extração foi de 98,5% enquanto que para os de alto teor foi de 97,5%. Além disto, o concentrado com alto teor de ferro viabiliza uma maior recuperação de massa durante o processo de flotação do minério silicatado. Foi proposta uma nova rota tecnológica para utilização de concentrado com altoteor de ferro, que inclui a remoção de impurezas (Ge, As, Sb), eliminando a necessidadede integração com processo RLE.
Cerâmicas de mulita obtida do topázio, fabricação por sinterização, caracterizações microestrutural, elétrica e mecânica.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2007) Soares, Robson de Miranda; Sabioni, Antônio Claret Soares
O topázio incolor, transparente e de alta pureza utilizado neste trabalho para produzir mulita com a razão Al2O3/SiO2 igual a 1,63 (mulita 1,63:1) e com nível de impureza menor do que 0,26% em peso é do Estado de Minas Gerais. O número de lacunas de oxigênio por célula unitária (x) da mulita 1,63:1 foi igual a 0,30. A mulita foi produzida pela decomposição térmica do mineral topázio incolor à temperatura de 1340ºC durante 3h e resfriado naturalmente no forno, em atmosfera oxidante (ar). Foram preparadas soluções sólidas de mulita com razão Al2O3/SiO2 variando de 1,39 a 1,80 por meio da adição de sílica ou alumina à mulita 1,63:1, com objetivo de verificar o efeito da variação da razão alumina/sílica sobre suas propriedades elétricas. Cerâmicas de mulita do topázio foram preparadas pelos processos de prensagem e de colagem. No processo de prensagem foram utilizados pós de mulitas (1,39:1 ; 1,63:1 e 1,80:1) com diferentes granulometrias e pressões de compactação de 60kN/cm2 e 100kN/cm2, sem a utilização de aglomerantes. No processo de colagem foram utilizados barbotinas de topázio incolor e de mulita 1,63:1, sem a adição de defloculante. Os corpos verdes foram sinterizados a 1600oC por 4h, em ar. As densificações variaram de 78,48% a 99,68% da densidade teórica de 3,16g/cm3. RMN-MAS do 27Al e 29Si e difração de raios X, foram utilizados para caracterizar as estruturas de mulitas obtidas por tratamento térmico do topázio a 1340ºC e a 1600ºC. As duas técnicas revelaram a formação de uma mulita muito pura. Nenhuma dessas técnicas detectou fase amorfa nas diferentes amostras de mulita. O espectro de RMN-MAS do 29Si mostrou quatro picos de ressonância em -81, -86 e -90 e -94ppm. O pico em -81ppm corresponde ao silício próximo à lacuna de oxigênio na estrutura da mulita. O pico em -86ppm foi relacionado ao sítio tipo silimanita e é a contribuição principal variando de 42 a 50%. Os outros dois picos, em -90ppm e -94ppm, têm sido interpretados como sendo resultantes do rearranjo do sítio tipo silimanita pela substituição dos tetraedros AlO4 pelo SiO4. Os dados de RMN-MAS do 27Al exibiram três diferentes picos para as amostras de mulita: dois são atribuídos aos sítios tetraédricos em 40-45 e 63-67ppm, enquanto o terceiro é atribuído a um sítio octaédrico em cerca de - 6ppm. A razão dos sítios de alumínio tetraédrico para octaédrico depende da temperatura usada no tratamento térmico, sendo mais alta em 1600ºC. Medidas de resistividades elétricas de cerâmicas de mulita 1,63:1 e de suas soluções sólidas foram realizadas entre 25o e 324ºC. As resistividades elétricas variaram de 1010ohm.m, 25oC, de 104ohm.m a 324ºC. As energias de ativação variaram entre 0,78eV e 0,88eV. Nas condições experimentais utilizadas, a mulita 1,63:1 e suas soluções sólidas apresentaram comportamento de semicondutor intrínseco. Os valores das resistividades elétricas aumentaram com o aumento do teor de alumina. O ensaio de tração por compressão diametral foi utilizado para caracterizar a resistência de cerâmicas de mulita, prensadas a 100kN/cm2 e sinterizadas a 1600ºC durante 4h, em ar. Os valores das resistências à ruptura para uma probabilidade de falha de 50%, variaram de 41 a 52MPa e o módulo de Weibull (m) variou de 5 a 10. Também foi determinado para estas cerâmicas a tenacidade à fratura (KIc) utilizando a indentação Vickers por medida direta de traços de trincas. O valores médios encontrados para KIc e para a dureza Vickers foram de 1,5MPam1/2 e 10GPa, respectivamente. Palavras-chave: topázio, mulita, cerâmicas, RMN-MAS do 27Al e 29Si, resistividade elétrica.
Abrasão, desgaste e atrito sob deslizamento de recobrimentos preparados por aspersão térmica a partir de PET pós-consumo.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Nunes, Rogério Antônio Xavier; Branco, José Roberto Tavares
As argilas da Península de Santa Elena localizadas ao sudoeste do litoral do Equador foram estudadas visando conhecer suas principais características físicas, químicas e mineralógicas, assim como identificar o principal mineral argiloso contido nestas argilas. Cento e oitenta e oito pontos foram pesquisados e, coletadas quarenta e duas amostras representativas dos seis principais depósitos de argila que foram identificados na Península. Estas argilas pertencem às unidades do Grupo Ancón (Eoceno Médio e Superior), Formação Tosagua (Oligoceno Superior a Mioceno Médio) e Formação Progreso (Mioceno Médio e Superior) e foram originadas da alteração de cinzas do vulcanismo andino, sedimentadas em ambiente marinho. Análises por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios-X, análises termodiferenciais e temogravimétricas, espectroscopia no infravermelho, análises de distribuição granulométrica, superfície especifica, densidade, porosidade, estudo morfológico por microscopia eletrônica de varredura e capacidade de troca catiônica permitiram identificar a montmorilonita cálcica como o principal argilomineral e assim como foram utilizados quando dos ensaios de ativação acida, pilarização e suas aplicações no descoloramento de óleo de soja. Argilas bentoníticas cálcicas são bastante utilizadas em processos de adsorção após tratamentos de ativação ácida, porém, após pilarização também estão sendo empregadas para este fim. Neste contexto, duas amostras da Formação Tosagua, denominadas FT1 e FT8, que apresentaram maior conteúdo em montmorilonita e na fração argila (partículas < 2 μm) foram submetidas a tratamentos de ativação com HCl e H2SO4 e de pilarização com Al13 para em seguida serem utilizadas no descoloramento de óleo de soja. A ativação com H2SO4 foi mais efetiva no aumento de porosidade e superfície específica das amostras. A pilarização das duas amostras naturais não mostrou os resultados esperados, sendo estas amostras pilarizadas submetidas a ativação com H2SO4. A ativação ácida após pilarização mostrou também aumento da porosidade e da superfície específica. No descoloramento de óleo de soja as amostras ativadas com H2SO4 após pilarizadas com Al13 mostraram eficiência de até 92 % na adsorção de β-caroteno e de até 88 % na adsorção de clorofila. Estes valores superam os obtidos com uma argila ativada comercial. As amostras ativadas com este mesmo ácido também se mostraram eficientes, com resultados próximos dos da argila comercial. Como resultado da caracterização mineralógica e tecnológica da argila equatoriana pode-se afirmar que esta argila pode ser otimizada após tratamentos de ativação ácida para sua aplicação em processos industriais de refino de óleo vegetal.
Tecnologia do pó de turmalina Preta.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais. Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Leal, José Maria; Lameiras, Fernando Soares
A turmalina preta moída, da série shorlita-dravita, NaFe3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3OH, tem encontrado utilização na fabricação de cosméticos, tintas, tecidos, purificadores de água, etc. As propriedades exploradas pela maioria dos produtos comercializados são a piroeletricidade e emissão de radiação infravermelha distante da turmalina. Verificou-se que a turmalina preta apresenta significativa decomposição para temperaturas acima de 750º C. A cominuição do pó da turmalina preta em partículas menores que 2 μm é possível por meio de moagem em moinho planetário de bolas, de alta energia. A moagem deve ser feita a úmido, com pH acima de 8 e tempos mais longos que 480 minutos, em configuração que apresente impacto, compressão e cisalhamento. É possível obter cerâmicas a partir de pós de turmalina preta e diatomita por prensagem direta como por colagem (com barbotina) para temperaturas de sinterização de 750º C. A inibição do crescimento do fungo Sacharamyces Cerevisiae causado pela presença de filme com partículas submicrométricas de turmalina foi evidente e a adição de pó de turmalina a tinta acrílica comercial promove a redução do crescimento de briófitas na superfície de paredes pintadas e aumenta o tempo de vida útil da camada de tinta.
Formação de padrões em meios granulares densos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Resende, Hélio Fernando Verona de; Bernardes, Américo Tristão
Os sistemas granulares são conhecidos por apresentarem um comportamento em certos aspectos comparável aos observados nos fluidos e alguns outros aos observados em sólidos como, por exemplo, a formação de padrões e a segregação de partículas. Neste trabalho, realizamos simulação em larga escala e obtemos padrões observados experimentalmente na injeção de grãos de diferentes tamanhos numa célula de Hele-Shaw. Na simulação utilizamos um modelo de Automata Celular Probabilístico de Gás de Rede (PLGA) definido numa rede triangular bi-dimensional e observamos que a formação dos padrões está relacionada tanto com o tamanho dos grãos injetados, quanto com a probabilidade de movimento desses grãos. Dos resultados da simulação, fomos capazes de propor um modelo teórico simples para o fenômeno, que é produzido pelas altas tensões impostas pela fricção entre os grãos e entre estes e a célula. Como pode ser visto ao longo desse trabalho, com esse modelo teórico, fomos capazes de predizer a dimensão fractal dos padrões formados e mostrar que ela está de acordo com os modelos de DLA (diffusion-limited aggregation). Recentemente, foi comprovado experimentalmente a dimensão fractal prevista por nosso modelo, num experimento que se obtém padrões formados por esferas de vidros dispostas entre as placas da célula de Helle-Shaw.
Estudo da temperatura de transição vítrea (Tg) em vidros orgânicos : mel, corante caramelo e frutose.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Abreu, Wanderson Marinho de; Cardoso, Antônio Valadão
O comportamento térmico de soluções hidratadas de formadores de vidros orgânicos (soluções de corante caramelo, mel e frutose) foi extensivamente investigado usando DSC convencional com foco na ocorrência da transição vítrea e nos fenômenos térmicos nomeados na literatura A e B (antefusão), relacionados à Tg nestes três materiais. O comportamento térmico e o efeito da concentração da água foram similares nas amostras investigadas. A análise de curvas DSC obtidas durante aquecimento, indicou que a transição vítrea nestes materiais pode ou não ser acompanhada por outros eventos térmicos, dependendo da concentração de água: para amostras com baixa concentração deste plastificante, apenas uma transição vítrea; para amostras com teor intermediário, uma transição vítrea seguida por uma exoterma de devitrificação e endoterma de fusão do gelo; para amostras susceptíveis a cristalização no resfriamento, são observados os eventos térmicos A e B seguidos pela fusão do gelo. Durante o recozimento de amostras de mel e frutose com 40% de H2O, foi possível observar a ocorrência de mais de uma transição vítrea nesses materiais. Observou-se que no recozimento, o pico de devitrificação e a transição vítrea das curvas DSC, tornavam-se, após 120 minutos, similares aos eventos térmicos A e B. A variação na taxa de resfriamento e aquecimento para amostras de frutose com 48% alterou drasticamente seu comportamento térmico, quando resfriadas a taxas mais elevadas, sendo observada uma aparente “conversão” dos eventos térmicos A e B, em uma transição vítrea seguida por um pico de devitrificação. Os experimentos de RMN de baixo campo em soluções de mel, revelaram forte influência da concentração de H2O nos tempos de relaxação transversal T2 das soluções desses formadores de vidros. Nas amostras com baixa concentração de água, o valor característico do tempo de relaxação T2, em temperaturas próximas da Tg, obtido por CPMG, correspondeu ao valor limite de mobilidade característico do experimento (~100ms) e foi descrito por uma única população de tempos de relaxação. Nas amostras com maior concentração de água, em especial a que sofre congelamento do solvente (50% H2O), observou-se brusca redução do valor de T2 durante resfriamento, associada ao processo de concentração por congelamento de solvente. Os experimentos RMN não indicaram a existência de variações bruscas nos valores de T2, que pudessem ser associadas à transição vítrea, tanto em experimentos de pulso único, quanto nos experimentos CPMG. Observou-se que, mesmo a temperaturas próximas à transição vítrea, o tempo de relaxação T2 é sensível à concentração de H2O, aumentando com o aumento da concentração do solvente. Nos experimentos de pulso único, realizados em amostras com 8 e 19% de mel, a mobilidade molecular (T2) na faixa de transição vítrea é de 20 a 30 ms, em acordo com o observado para outros materiais, abaixo da Tg. Por RPE, foram estudadas amostras de frutose, com concentração de água entre 20 e 70% e mel, em concentrações de água de 20 e 50%. O estudo da mobilidade molecular por sondas de TEMPO (1-oxyl- 2,2,6,6-tetrametilpiperidina), com base nos parâmetros de constante de acoplamento hiperfina (A´zz) e razão de alturas de linha espectral (I-1/Io e I+1/Io) indicou que os mesmos não sofrem alterações abruptas, na faixa de temperatura em que a transição vítrea é observada. O estudo por RPE indicou, para todas as amostras estudadas, a formação de espectros do tipo “powder” (pó) , característico de ambiente anisotrópico, a temperaturas abaixo de – 50oC, associada à formação de fase sólida. Em amostras menos hidratadas, observou-se que as temperaturas em que os parâmetros de razão de altura de linha espectral de alto campo, tornavam-se nulos, coincidiam com os valores de Tg obtidos em DSC, indicando a perda do movimento rotacional da sonda, característica da formação de domínio anisotrópico. Abaixo da Tg, os espectros do tipo “powder” foram pouco sensíveis à variação de temperatura, indicando a baixa mobilidade das sondas de spin introduzidas nas amostras. Para amostras mais hidratadas (50% H2O), foi observada a formação de estado sólido entre -20 e -30oC, fenômeno associado ao processo de concentração por congelamento. Para as amostras em que a devitrificação foi observada nos experimentos DSC, os espectros RPE apresentaram uma transição, indicando a existência de domínios isotrópicos e anisotrópicos simultaneamente. Esse fenômeno foi interpretado como a existência de domínios com viscosidades distintas, formados durante o resfriamento, pelo processo de concentração por congelamento da amostra. Pelo fato de não ser esperada a existência de TEMPO nos cristais de gelo, o aspecto dos espectros pode indicar a formação de mais de um vidros nestas amostras. Essa informação associada à comparação entre termogramas das amostras de DSC convencional e experimentos de recozimento em amostras com baixo e alto teor de água, produziu evidências de que os eventos térmicos A e B sejam respectivamente, uma transição vítrea e a devitrificação de água residual de um segundo vidro, de Tg mais baixa que A. Tanto A como B poderiam ser afetados por outras Tg, podendo esses eventos ocorrer com formas distintas, em função dessas interações.
Estudo da influência da temperatura de laminação a quente de acabamento sobre a estrutura e propriedades magnéticas de aços GNO com 2,0 e 3,0% Si.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Paolinelli, Sebastião da Costa; Cota, André Barros
Foram avaliados os efeitos da temperatura de laminação a quente de acabamento sobre a estrutura e propriedades magnéticas de aços siliciosos de Grão Não Orientado-GNO com 2,0 e 3,0% Si, através da laminação em laboratório em temperaturas variadas e processamento até o recozimento na espessura final. Foi estudada a recristalização do material laminado a frio para complementar este trabalho. Para os dois materiais, com 2,0 e 3,0%Si, o acréscimo no tamanho de grão resultante do acréscimo da temperatura de laminação provoca um benefício na indução a 5000A/m, devido principalmente, à melhoria da textura cristalográfica: redução da fração volumétrica da fibra γ e acréscimo da fração da fibra η. No entanto, a partir de determinado valor do tamanho de grão do material laminado a quente-BQ, a perda magnética a 1,5T/60Hz começa a aumentar. Este aumento é devido à diminuição do tamanho de grão final provocado pelo aumento do número de sítios de nucleação com o aumento da formação de bandas de cisalhamento quando o tamanho de grão da BQ aumenta. Ocorre uma degradação da orientação cristalográfica com o crescimento de grão, representada pela diminuição da razão das frações volumétricas das fibras η/γ, a qual impossibilita a obtenção simultânea do valor mais alto de indução com o valor mais baixo de perda magnética, alcançados no material com 2,0%Si. O comportamento dos dois materiais com 2,0 e 3,0%Si, com respeito ao acréscimo da temperatura de laminação a quente e seus efeitos sobre estrutura e propriedades magnéticas, pode ser considerado praticamente o mesmo.
Estudo da difusão do oxigênio em cerâmicas à base de ZnO–Bi2O3 por espectrometria de massa de íons secundários.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2009) Daniel, Antônio Márcio J. Mucci; Sabioni, Antônio Claret Soares
A fim de verificar a influência do bismuto sobre a difusividade do oxigênio em policristais de ZnO dopado com Bi2O3 e o efeito das impurezas sobre a difusividade do oxigênio em um varistor comercial baseado em ZnO, em relação à difusividade do oxigênio em policristais de ZnO puro, foram determinados coeficientes de difusão do oxigênio, em volume e em contornos de grãos, nesses materiais, por meio do método da troca isotópica sólido-gás utilizando o isótopo 18 O como traçador do oxigênio. Os experimentos com o ZnO-Bi2O3 foram realizados com amostras sinterizadas de ZnO contendo 0,1, 0,3 e 0,5% molar de Bi 2O3. Os tratamentos térmicos de difusão do oxigênio no ZnO-Bi 2O3 e no varistor comercial foram realizados entre 850 e 1100ºC em uma atmosfera de Ar+ 18 O2 sob uma pressão parcial de oxigênio igual a 2.10 4 Pa. Após os tratamentos térmicos de difusão, os perfis de difusão do 18 O foram estabelecidos por espectrometria de massa de íons secundários (SIMS). Os resultados mostram um aumento da difusão do oxigênio no ZnO dopado com Bi 2O3 e no varistor comercial quando comparados com a difusão do oxigênio em policristais de ZnO puro, sob as mesmas condições experimentais, em volume e em contornos de grãos. Além disso, foi observado que a difusão do oxigênio no ZnO, em volume e em contornos de grãos, aumenta ligeiramente com a concentração de Bi 2O3 . Estes resultados sugerem que a incorporação do Bi2O3 ao ZnO aumente a concentração do oxigênio intersticial o qual concorda com um mecanismo intersticial para a difusão do oxigênio em volume e em contornos de grãos no ZnO-Bi2O3 . O aumento da difusão em volume no varistor concorda com um mecanismo intersticial para a difusão do oxigênio nesse material dopado com impurezas metálicas com valências iguais ou superiores à do zinco como no presente trabalho. Os resultados mostram também que os contornos de grãos são vias rápidas para a difusão do oxigênio no ZnO dopado com Bi 2O3 e no varistor comercial nas mesmas condições experimentais utilizadas neste estudo. Entretanto, o aumento da difusão do oxigênio em contornos de grãos do varistor parece ser dependente de vários parâmetros, microestrutural e químico, e não permite uma interpretação simples.
Materiais compósitos baseados em nanotubos de carbono para o setor aeroespacial.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Lacerda, Kássio André; Lameiras, Fernando Soares
A motivação deste trabalho é o desenvolvimento de compósitos com aplicação no setor aeroespecial. Foram obtidos materiais compósitos baseados em um sistema epoxídico de resina diglicil bisfenol A (DGEBA) e agente de cura 4’4-diamino-difenil-metano (DDM), tecido tipo “plain” de fibra de carbono e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs). A forma de integração dos MWNTs à matriz foi avaliada por meio de dispersões de MWNTs nãofuncionalizados e MWNTs funcionalizados com o agente de cura DDM via reação de diazotação (MWNT-DDM), bem como por laminação de filmes finos de MWNT não-funcionalizados (“buckypaper”). Os materiais de partida e os MWNT-DDM foram caracterizados por meio de análise térmica, microscopia (MEV e MET), EDS, XRD e XRF e espectroscopia (XPS, FTIR e Raman). A formação de ligação covalente entre os MWNTs e o DDM foi evidenciada pela razão sp2/sp3 no MWNT (4,9) e no MWNT-DDM (1,9), por alterações no perfil de perda de massa e identificação do grupo ligado ao MWNT. Ensaios de dobramento foram realizados em compósitos resina/tecido de fibra de carbono, resina/tecido de fibra de carbono/MWNT, resina/tecido de fibra de carbono/MWNT-DDM, com adições de 0,1%, 0,5% e 1% em massa de MWNT ou MWNT-DDM, e resina/tecido de fibra de carbono/”buckypaper”-MWNT. Os resultados apresentaram grande dispersão, com ganhos de até 90% no módulo de elasticidade e 44% na tenacidade de forma não-reprodutível, indicando a necessidade de um melhor controle no processo de funcionalização, para diminuição da quantidade de defeitos formados nos MWNTDDM, e de preparação dos corpos-de-prova.
Avaliação da aderência de recobrimentos de biomateriais produzidos por aspersão térmica a plasma atmosférico em aço inoxidável AISI 316L utilizando-se ensaio de riscamento e ensaio de tração.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Alves, Heleno Rocha; Branco, José Roberto Tavares
Recobrimentos de hidroxiapatita (HA), produzidos por aspersão térmica a plasma atmosférico, são um dos mais importantes biomateriais utilizados atualmente. A hidroxiapatita pura tem sido estudada exaustivamente, mas, a aderência da interface recobrimento/substrato ainda não é bem compreendida. Neste trabalho a aderência e características da interface recobrimento/substrato serão avaliadas utilizando-se o ensaio de riscamento com carregamento constante e progressivo e um penetrador tipo Rockwell C, bem como o ensaio de tração. O ensaio de riscamento pode ser utilizado para avaliação da aderência de recobrimentos produzidos por aspersão térmica, tomando-se o cuidado de realizar ajustes nos parâmetros do ensaio. O recobrimento de fosfato de cálcio bifásico (FCB), onde FCB = HA + βTCP (fosfato de cálcio trifásico na fase β) foi produzido em um substrato de aço inoxidável AISI 316L. Três tipos de materiais foram ensaiados: fosfato de cálcio bifásico puro (FCB), fosfato de cálcio bifásico misturado com zircônia 50% a do volume (FCBZr) e fosfato de cálcio bifásico misturado com PET a 50% do volume (FCBPET). Os recobrimentos de FCB e FCBZr foram divididos em dois grupos: sem e com tratamento térmico a 700ºC por 15min após recobrimento. A espessura dos recobrimentos variou de 13μm a 124μm. Os pinos cirúrgicos de fixação externa de fraturas foram recobertos apenas com FCB e encaminhados para avaliação clínica no Hospital da Baleia. A influência da rugosidade na aderência dos recobrimentos também foi avaliada sem, no entanto, obter resultados conclusivos. Recobrimentos produzidos por aspersão térmica são materiais heterogêneos, formados por lamelas e porosidades variadas. As propriedades mecânicas destes recobrimentos dependem do conteúdo de poros e trincas assim como, tamanho e distribuição de fases. Como resultados pode-se destacar: 1o – observou-se um aumento da aderência dos recobrimentos produzidos com o aumento da espessura dos mesmos. 2o – as adições tanto de PET como de ZrO2 + CaO, sugerem um aumento da aderência dos recobrimentos. 3o – o ensaio de riscamento pode ser viabilizado para caracterização de recobrimentos produzidos por (HEP). 4o – o desempenho clinico dos pinos cirúrgicos de fixação de fraturas recobertos com FCB foi otimizado, quando comparados com os mesmos pinos sem recobrimento.
Simulação computacional da redução direta de minério de ferro em fornos MIDREX.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Silva, André Carlos; Bernardes, Américo Tristão
Usando a técnica de simulação computacional denominada autômatos celulares foi possível desenvolver um software capaz de simulador a geração e descarga de uma pilha de pelotas de minério de ferro dentro de um forno de redução direta, bem como calcular o grau de redução das pelotas ao deixaram o forno. O software desenvolvido possibilita simular a alteração de parâmetros operacionais e verificar o resultado destas sobre o grau de redução das pelotas. Os dados simulados foram validados em duas instâncias: para a dinâmica de escoamento das pelotas no forno foi usado como aparato experimental um silo bidimensional feito em acrílico e para a validação da redução das pelotas utilizou-se dados experimentais da redução direta de pelotas de minério de ferro provenientes da literatura. Os resultados encontrados através da simulação computacional se mostraram aceitáveis tanto para descrever a movimentação de pelotas no interior do forno de redução direta (resultado este aplicável também ao escoamento de grãos em silos, que em suma é o mesmo problema) quanto para descrever a redução das pelotas no forno.
Produção de coroas por indução eletromagnética para sondagem em quartzito.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Ferreira, Carlos Roberto; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Neste trabalho, são estudados os parâmetros de produção, as características estruturais e o desempenho de coroas de perfuração usadas em operações para sondagem geológica. As coroas produzidas consistiram de compósitos metal - diamante, com diferentes ligas infiltrantes e diamantes industriais, consolidados através de aquecimento por indução eletromagnética, em moldes de grafite. Os experimentos visam otimizar os parâmetros de produção de coroas por indução eletromagnética em diferentes formulações, para que possam alcançar altos desempenhos operacionais de durabilidade, eficiência e custos. Foram determinados os parâmetros eletromagnéticos, as condições de tempo e de temperatura, que produzem coroas com características adequadas às operações de perfuração para sondagem geológica em quartzito, em função das ligas metálicas utilizadas. Foram usadas, como constituintes das “matrizes” das coroas, misturas de ligas metálicas pulverizadas contendo W e Co. O material de cobertura utilizado foi composto por uma mistura de pós de W e Fe e os materiais infiltrantes foram uma liga contendo Cu, Zn e Sn e outra contendo Cu, Ag e Ni. A produção de coroas por indução eletromagnéticas permitiu reduzir o tempo total, para conformação, de 70 minutos, em fornos convencionais, para 3 a 5 minutos em fornos de indução. As coroas de perfuração infiltradas com a liga Cu-43Zn-1Sn apresentaram dureza superiores àquelas infiltradas com a liga Cu-39Ag-1Nie , de modo geral, as coroas obtidas com aquecimento por indução eletromagnética apresentaram valores de dureza pouco superiores àqueles medidos nas coroas de mesma composição, porém processadas por aquecimento em forno convencional, tipo mufla, de aquecimento resistivo. Os resultados dos testes de desgaste revelaram que a diminuição da granulometria dos pós de W, o aumento da porcentagem de Co em substituição à fração de W e o aquecimento por indução eletromagnética permitem obter matrizes metálicas, para produção de coroas de perfuração, de menor coeficiente de desgaste para o tribosistema com lama abrasiva de SiO 2 . Após teste de campo pode- se concluir que a adição de 10 % em peso de Co a uma matriz de pó de W promove o aumento da eficiência da operação de perfuração, em quartzito, em até 81%
Caracterização e tratamento de alguns minérios de manganês utilizados para a produção de ferro-ligas, com ênfase no comportamento do As, Pb, Cd, Hg e Zn.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Reis, Érica Linhares; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Neste trabalho, foram realizadas a caracterização física, química e mineralógica de 10 tipologias de minérios de manganês, provenientes das três principais minas do Brasil, sendo elas, Morro da Mina, Urucum e Azul. Da mina de Morro da Mina foram examinadas as tipologias de minérios de manganês sílico-carbonatados ROM de 1a, ROM de 2a e ROM de 3a, de Urucum os minérios tipo óxido Standard e Baixo Fósforo e os minérios tipo óxido do Azul, denominados Maciço, Detrítico, Pelito Rico, Pelito Tabular e Pelito Siltito. De posse das análises de caracterização foram executados ensaios tecnológicos de remoção dos elementos As, Cd, Hg, Pb e Zn através de tratamentos térmicos. Os maiores valores de arsênio e cádmio foram encontrados nas tipologias de Morro da Mina, seguidas do Azul e Urucum, com teores entre 387 e 3,4ppm e entre 15,6 e 0,2ppm, respectivamente. Os teores de mercúrio se apresentaram entre 0,93 e <0,01ppm, com maiores valores nos minérios do Azul e os menores nos minérios de Morro da Mina. Para chumbo, a ordem de contaminação foi dos minérios do Azul, seguidos de Morro da Mina e Urucum, com valores de 249 a 4,1ppm. Para o zinco, a ordem foi de Urucum, Azul e, com menores contaminações, Morro da Mina, com valores de 1249 a 46ppm. Apenas as amostras de ROM de 1a e ROM de 2a se enquadram como resíduos classe II A, ou seja, resíduos não perigosos e não inertes. As demais amostras são classificadas como resíduos não perigosos e inertes, classe II B, conforme norma brasileira. Pela norma européia, todas as tipologias podem ser classificadas como inertes. A remoção dos elementos estudados por tratamento térmico ao ar foi mais efetiva nos testes realizados a 900 e 1000oC. Os ensaios em atmosfera redutora realizados a 9000C, quando comparados aos ensaios ao ar, foram mais efetivos na remoção dos elementos estudados, a não ser nos casos de contaminação com zinco. Comparados aos ensaios ao ar a 9000C o aumento do teor de manganês foi de modo geral entre 1 e 7% maior em atmosfera redutora.
Simulação numérica micro estrutural da solidificação pelo método do campo de fase da liga diluída ferro-carbono-boro.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Furtado, Henrique Silva; Bernardes, Américo Tristão
Um modelo de campo de fase capaz de estimar o efeito da presença de Boro na morfologia dendrítica de uma liga diluída de Fe-C-B foi desenvolvido, como com o objetivo de analisar os mecanismos induzidos pela presença deste elemento que resulta na maior propensão à for-mação de trincas durante o processo de solidificação via lingotamento continuo. A abordagem foi o da utilização da modelagem bidimensional aplicadas a soluções diluídas de ligas ternárias, utilizando-se o método numérico de volumes finitos para a solução das equações diferenciais e transporte, as quais apesar de fenomenológicas, são consistentes com a termodinâmica do não equilíbrio. O modelo foi validado através de comparações com soluções analíticas, equilíbrio termodinâmico e dados experimentais de substâncias puras (Ni e Fe) e ligas binárias Ni-Cu, Fe-C, Fe-P, Fe-B, Si-As e Si-Bi. Por outro lado, os resultados das duas ligas ternárias diluídas (Fe-C-P e Fe-C-B) foram validados através de comparações com o equilíbrio termodinâmico, devido a falta de dados experimentais. Para a liga Fe-C-B foram analisados 3 conteúdos dife-rentes de Boro: 0, 100 e 200ppm. Os resultados obtidos pelo presente modelo para substâncias puras e ligas binárias obtiveram boa concordâncias com os de outras fontes (numéricos e experimentais). O fenômeno de apri-sionamento de soluto na fase sólida das ligas binárias, que ocorre com o aumento da velocidade de solidificação, foi simulado com sucesso pelo presente modelo, atestado pela boa conformi-dade com os dados experimentais das ligas Si-As e Si-Bi. Além disto, a relação clássica da teoria do crescimento dendrítico, que estabelece a redução do raio da ponta da dendrita com o aumento da velocidade de solidificação até o limite onde ocorre a transição dendrítica-celular também foi reproduzida de forma consistente. Da mesma forma o modelo foi capaz de simular o fenômeno da instabilidade da interface conforme preconizado pela teoria da instabilidade li-near de Mullins e Sekerka. Nas simulações isotérmicas da liga ternária Fe-C-B foram previstos que o aumento do teor de Boro reduz o raio da ponta da dendrita, reduz a temperatura onde ocorre a transição dendrítica-celular, produz dendritas com braços principais mais delgados, aumenta o parâmetro de seleção e a segregação interdendrítica significativamente. As simulações de solidificação direcional re-produziram aquelas observadas na isotérmica além de evidenciarem um aumento da fração de líquido interdendrítico. Estes fenômenos conduzem à possibilidade da existência de 3 mecanismos de fragilização com o aumento do teor de Boro nesta liga: um relacionado ao coalescimento dinâmico dos braços secundários, resultado da intensificação do crescimento de perturbações, que gerariam espaçamentos secundários da dendrita maiores; outro devido ao acumulo de Carbono e Boro nas regiões interdendríticas, provocando a refusão desta região durante o resfria-mento do material em temperaturas em torno de 1200 C; e um último, ocorrendo na frente de solidificação, devido aos fenômenos associados de afinamento do braço principal da dendrita e o aumento da fração de líquido interdendrítico. Os resultados do presente trabalho podem ser considerados consistentes pois são capazes de explicar a presença de trincas na amostra de placa de um aço contendo 80ppm de Boro obtida de uma placa lingotada continuamente

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