Caracterización de la fractura intergranular de Ni por burbujas de He

Abstract

El Ni presenta una propiedad nuclear única que limita la vida útil de ciertos componentes en el interior del reactor que contienen cantidades significativas de este metal. La exposición prolongada a un flujo de neutrones térmicos produce el isótopo 59Ni a partir del 58Ni, el cuál incrementa la producción de He. El objetivo del trabajo es calcular el porcentaje umbral de BG cubierto por burbujas de He (%GBCA) al cuál una aleación base de Ni puede fallar debido a fragilización intergranular, y estudiar la tendencia de este umbral con el aumento de la temperatura. Para ello, se calcula la fractotenacidad de bicristales de Ni puro con distinto %GBCA. Para simular los ensayos de tracción se utilizó LAMMPS, un código libre de dinámica molecular. Los ensayos de tracción se realizaron en una microprobeta con una entalla en el BG, a tasa de deformación y temperatura constantes. Se emplearon distintas tasas de deformación con el fin de encontrar una óptima. Se desarrolló un algoritmo que genera distribuciones de burbujas de He para embeber en las microprobetas de Ni, en base al análisis de anillos espaciadores ex service CANDU. Se realizaron 5 ensayos de tracción a 473 K que se utilizaron para validar la metodología de cálculo comparando con la literatura. Luego se elaboraron 12 probetas más para ensayar a 573K y generar un gráfico de fractotenacidad en función del %GBCA. Los resultados mostraron que a 573K el umbral aumento un 2%, respecto 473K.

Ni has a unique nuclear property that limits the service life of certain reactor internal components that contain significant amounts of this metal. Prolonged exposure to a thermal neutron flux produces the isotope 59Ni from 58Ni, which increases the production of He. The objective of the work is to calculate the threshold percentage of BG covered by He bubbles (%GBCA) at which a base alloy of Ni can fail due to intergranular embrittlement, and study the tendency of this threshold with increasing temperature. For this, the fractotenacity of bicrystals of pure Ni with different %GBCA is calculated. LAMMPS, a free code of molecular dynamics, was used to simulate tensile tests. The tensile tests were performed on microspecimens with a crack in the BG, at a constant strain rate and temperature. Different strain rates were used in order to find an optimal one. An algorithm was developed that generates distributions of He bubbles to embed in the microspecimens of Ni, based on the analysis of ex-service CANDU annular spacers. There were 5 tensile tests at 473 K that were used to validate the calculation methodology comparing with the literature. Then 15 more specimens were developed to test at 573K and generate a graph of fractotenacity as a function of %GBCA. The results showed that at 573K the threshold increased by 2%, compared to the value corresponding at 473K.