Experiments modeling and optimization for the annealing heat treatment: a study using the simulated annealing algorithm

Esta dissertação apresenta um estudo da modelagem de experimentos aplicados a um processo industrial de tratamento térmico. A motivação deste trabalho surgiu diante das dificuldades associadas aos processos de recozimento industrial de aços do tipo baixa liga, na tentativa de encontrar temperaturas nas quais as durezas superficiais dos aços atingissem valores suficientemente baixos, adequados para etapas posteriores de fabricação, em especial a usinagem. Inicialmente forem realizados diversos experimentos com diferentes aços, onde a dureza superficial é obtida em função da temperatura de recozimento e dos teores de carbono e silício das amostras utilizadas. Em seguida propôs-se um modelo quadrático para modelar a dureza superficial como função dessas três variáveis. A estimação de parâmetros do modelo proposto foi realizada com o emprego do algoritmo Simulated Annealing, uma meta-heurística para otimização global que procura imitar o processo de recozimento de um material sólido. Finalmente, usando-se o modelo proposto, foi resolvido o chamado problema inverso, o qual consiste na estimação da temperatura de recozimento em função dos teores de carbono e silício e da dureza desejada.This dissertation presents a study for experiments modeling applied for a heat treatment industrial process. The driving force to this work have raised from usual difficulties while low-alloy steels annealing industrial processes get on, trying to find out temperatures which the superficial hardness measurements reaches low values enough and suitable for the following stages, in special focus, the machining. At the first time, some experiments have been done with several steel grades, where superficial hardness is achieved as a function by annealing temperature, percent carbon content and percent silicon content of the samples. There was purposed a quadratic model for modeling the hardness as a function of that three parameters. The parameter estimation of the purposed model was done by the simulated annealing algorithm, a metaheuristic for global optimization which can be as the same as annealing of a solid material. Starting at the purposed model, the inverse problem was solved, where the estimated annealing temperature was achieved by the carbon and silicon percent contents and the suitable hardness