Título

INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS TÉRMICOS NA FORMAÇÃO DE HIDRETOS EM LIGA DE ZIRCÔNIO USADA EM REATORES NUCLEARES

THE INFLUENCE OF HEAT TREATMENTS IN THE FORMATION OF HYDRIDES IN ZIRCONIUM ALLOYS USED IN NUCLEAR REACTORS

Autoria

Virgínia Morete Barbosa Bertolo; Rafaella Martins Ribeiro; Dilson Silva dos Santos

DOI

10.5151/1516-392X-24944

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Resumo

Ligas a base de zircônio são utilizadas na indústria nuclear devido à baixa absorção de nêutrons e alta resistência à corrosão em ambientes de alta temperatura e pressão. Nas condições de operação essas ligas estão sujeitas à fragilização pelo hidrogênio. Este trabalho visa avaliar o efeito do hidrogênio na liga ZirBrasil-1, produzida em forno elétrico a arco VAR (Vacuum Arc Remelting) nas condições: encruada e tratada termicamente. As análises de difração de raios-X indicam a existência de uma matriz Zr-a, hexagonal compacto, para todas as condições de tratamentos térmicos. Após a hidrogenação, ocorreu a formação de ZrH e ZrH2. Os hidretos formados são de pequeno volume e não conectados para as amostras laminada e tratada a 700°C/1 h e 800°C/2 h, sendo que a condição de 800°C por 6 h obteve a maior quantidade de hidretos por área e alguns hidretos conectados. Em todas as condições os hidretos se encontram espaçados ao longo da espessura das amostras. Os resultados de microdureza Vickers indicam a ocorrência de precipitação para tratamentos a 800°C e confirmam o efeito fragilizador do hidrogênio. A liga encruada absorve maior quantidade de hidrogênio, com início do processo de absorção ocorrendo após 12 horas, já a amostra tratada a 800°C por 6 h absorveu apenas 0,5%H e iniciou a absorção após 26 h. O conjunto de resultados permite concluir que a amostra recristalizada é a indicada para o desenvolvimento do processamento termomecânico, quando comparada a condição encruada devido ao maior tempo para início do processo de absorção e menor quantidade absorvida de hidrogênio.

 

Zirconium based alloys are used in nuclear industry owing to its neutrons’s low capture and good corrosion resistance at high temperatures and pressure. However, in the nuclear reactor operation condition these alloys could be embrittled by hydrogen. This work have the aim of analyze the effect of hydrogen in ZirBrasil-1 (Zr-0,8Nb-0,2X, where X is a transition metal), produced on a Vacuum Arc Remelting (VAR), in conditions: flow structure and thermomechanical treated on temperature and time of: 700°C/1 h, 800°C/2 h and 800°C/6 h. The samples were hydrogenated at 320°C on 10 bar during 48 h. The analysis of XRD indicates the existence of a Zr-a, hexagonal compact matrix for all the conditions of thermomechanical treatment. After the hydrogenation, ZrH and ZrH2 were formed. The results of Vickers microhardness test show a reduction of hardness after the treatment of 700°C/1 h and, for the treatments of 800°C/2 h and 800°C/6 h, a gradual increase were observed from fine precipitates. The image of electron micrograph (MEV) confirms the recrystallization of the 800°C/6 h indicated by the reduction of microhardness compared with the cold-rolled one. The images of optical microscopy show hydrides not connected of low volume distributed along the thickness for the samples, cold rolled and thermomechanical treated of 700°C/1h e 800°C/2 h, being 800°C/6 h the sample that have some of hydrides not aligned, connected and more hydrides per area. The results of kinect absorption of hydrogen indicates that the recrystallized sample have a better condition compared with the cold-rolled because the time need to initiate the process of absorption of hydrogen is longer and the hydrogen capacity is lower.

Palavras-chave

Nuclear; Liga de zircônio; Hidrogênio; Formação de hidreto

Nuclear; Zirconium alloy; Hydrogen; Formation of hydrides