Estudio de las variables que afectan la precipitación de hidruros en aleaciones de circonio

Abstract

La precipitación de hidruros en aleaciones de circonio afecta la integridad mecánica y la vida útil de estos materiales durante su operación en reactores nucleares. Esto ha motivado la investigación científica sobre esta temática durante los últimos 50 años, en donde aun quedan aspectos a indagar en lo que hace a la comprensión de la precipitación de hidruros. Esta tesis presenta un estudio experimental de la precipitación de hidruros en dos tubos de presión CANDU: Zr-2,5Nb y Zircaloy-2. El trabajo de tesis se enfoca en el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la precipitación, en la determinación de los granos del material en los que precipitan los hidruros, en la solubilidad de hidrógeno y en la caracterización de hidruros mediante microscopía electrónica de transmisión. La hidruración de las muestras de ambas aleaciones estudiadas se llevó a cabo mediante las técnicas de carga gaseosa y carga catódica de hidrógeno. Para el análisis experimental se utilizaron las siguientes técnicas de caracterización: microscopía óptica, microscopía electrónica de transmisión, difracción de rayos-X y de neutrones, y calorimetría diferencial de barrido. El análisis mediante las técnicas de difracción permitió estudiar los hidruros formados en las distintas familias de granos α -Zr que constituyen la textura cristalográfica de tubos de presión, la relación de orientación hidruro-matriz y la probabilidad de precipitación en las distintas familias. Para el Zr-2,5Nb, la máxima probabilidad de precipitación se atribuyó a los granos que tienen el polo (0 0 0 1) α paralelo a la dirección radial del tubo, mientras que los valores más bajos de probabilidad se obtuvieron para los granos que tienen dicho polo paralelo a la dirección hoop. Las observaciones de microscopía electrónica indicaron que la proyección de las placas de hidruro es compatible con un plano de hábito cercano a {1 -1 0 7} α , en ambas aleaciones estudiadas. Los apilamientos de placas de hidruro se analizaron en función de una interpretación geométrica basada en conceptos postulados por otros autores, ofreciendo una posible explicación para la estructura de los hidruros metalográficos observados mediante microscopía óptica. Comparando la solubilidad de hidrógeno entre muestras enfriadas en horno y muestras templadas, se observó un corrimiento hacia mayor solubilidad al aumentar la velocidad de enfriamiento.