Modelización de la formación de la fase líquida por interacción sólido-sólido de Zircaloy y acero AISI 316

Abstract

Tesis para optar al título de Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales

Se desarrollaron dos modelos que describen la interacción eutéctica entre Zircaloy-4 y acero inoxidable AISI 316 a temperaturas entre 1000 y 1300 grados C. El objetivo de estos modelos es simular lo que podría ocurrir en el núcleo de un reactor de potencia, en caso de accidente, durante transitorios de alta temperatura. Los datos de entrada son las posiciones instantáneas de las interfases Zircaloy-4/líquido y acero inoxidable/líquido, tomadas de trabajos experimentales. Las hipótesis del primer modelo son: la fase líquida crece por difusión de los elementos principales de cada aleación en el líquido (Fe y Zr), no hay interacción entre estos elementos durante la difusión, no se considera la difusión en el estado sólido ni la convección y se desprecian los cambios de volumen durante la fusión y la interdifusión. Como resultados se pueden obtener las concentraciones en las interfases sólido/líquido y los coeficientes de difusión efectivos de Fe y Zr en el líquido. El modelo permite calcular, además, las cinéticas de formación de fase líquida medidas con capas de óxido de Zr de 0, 10, 20 y 50 micrones de espesor inicial, formadas sobre el Zircaloy para simular las condiciones de operación de un reactor. Los tiempos de espera para el inicio de la reacción, observados experimentalmente en las muestras pre-oxidadas, se calcularon teniendo en cuenta la disolución del óxido. El segundo modelo considera la difusión de Fe en Zircaloy debido a que el Fe es un difusor rápido en el Zr. Como en el primer modelo, se calculan las concentraciones en las interfases sólido-líquido y los coeficientes de difusión efectivos de Fe y Zr en el líquido. Los resultados obtenidos en este caso dependen de la concentración de Fe en la interfase sólido-líquido del lado del Zircaloy sólido y de la difusividad de Fe en el Zircaloy-4, que se estimó a través de la difusividad de Fe en Zr