Tesis

Las aleaciones de base circonio se utilizan para la fabricación de componentes estructurales internos de reactores nucleares de potencia. Debido a las severas condiciones de operación, las propiedades mecánicas de estos materiales se degradan paulatinamente. La irradiación neutrónica y la oxidación del metal en contacto con el agua refrigerante, con la consiguiente incorporación de hidrógeno al mismo, son los procesos que más fuertemente actúan en detrimento de dichas propiedades. Quizás uno de los fenómenos más notables que se han observado en estos componentes son los cambios dimensionales que sufren a lo largo de su vida en servicio. Tanto la irradiación neutrónica como la incorporación de hidrógeno y el creep son responsables de estos cambios. En componentes no sometidos a tensiones como los canales de enfriamiento de la CNA-1, los dos primeros factores son los únicos responsables de dichos cambios dimensionales. En este contexto y en el marco de un programa de evaluación de los efectos de la incorporación de hidrógeno y la radiación neutrónica en las aleaciones de circonio, que se lleva adelante en el LMFAE, en el presente trabajo de tesis se ha propuesto como objetivo determinar las curvas de disolución y precipitación del hidrógeno en Zircaloy-4. Esta tarea se ha llevado a cabo utilizando la técnica de dilatometría diferencial, que resultó especialmente apropiada para alcanzar un segundo objetivo de índole tecnológica: conocer el efecto de la incorporación de hidrógeno y la precipitación de hidruros en el cambio dimensional experimentado por los canales de enfriamiento de la CNA-1. Con fines comparativos y de calibración de la técnica dilatométrica, las curvas de disolución y precipitación se determinaron también con la técnica de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Las mediciones se realizaron en un rango de concentraciones de hidrógeno de 50 a 650 ppm. Los datos obtenidos con estas dos técnicas muestran un buen acuerdo entre sí y también con los valores reportados en la literatura, constituyendo un aporte al conocimiento preciso de la línea de solvus y del proceso de precipitación a través de modernas técnicas de análisis térmico. Por otra parte la técnica dilatométrica ha permitido diferenciar el cambio dimensional que produce el hidrógeno en solución sólida del producido por un contenido hidrógeno equivalente precipitado como hidruro. Esto constituye un avance importante desde el punto de vista tecnológico, ya que a la temperatura de operación del reactor (300 grados C), hasta 90 ppm de hidrógeno pueden encontrarse en solución sólida, mientras que si se excede esa concentración se tendrán dos fases en el metal, alfaZr + deltaZrH2-x. Con la información obtenida se estima que el crecimiento que sufre un canal de enfriamiento de la CNA-1, de 5,3 mts de longitud, para un contenido medio de 250 ppm es de 3,5 mm. Dado que la relación observada entre el contenido de hidrógeno y la expansión es lineal, para 1000 ppm (concentración en el límite de lo aceptable para dichos canales) se espera un crecimiento de unos 14 mm. La pendiente de crecimiento obtenida a partir de los datos experimentales indica una expansión de 2,7 x 10-4 por ciento por cada ppm que se incorpora al metal.