Equilibrio de fases en zona rica en circonio del sistema circonio-cromo y su extensión al ternario con estaño. - González, Rubén
Las aleaciones de base circonio denominadas Zircaloy-2 y Zircaloy-4, utilizadas en la manufactura de componentes internos de los reactores nucleares, contienen cromo y estaño que, junto al hierro, son los principales metales agregados para lograr adecuadas propiedades durante su fabricación y cuando los elementos construidos se encuentran en funcionamiento. También el contenido de oxígeno juega un importante papel en las propiedades de estas aleaciones. Las microestructuras resultantes de los procesos de elaboración o de los cambios que se manifiestan durante el servicio son complejas, comprendiendo fases en solución sólida y, eventualmente, precipitados diversos. El conocimiento de las fases en los diferentes estados de equilibrio en el rango de temperaturas en donde se realizan los tratamientos térmicos es tecnológicamente importante para un adecuado diseño de las operaciones de construcción de componentes y para evaluar su posterior comportamiento dentro del reactor. Los trabajos publicados relacionados con el sistema circonio-cromo fueron evaluados críticamente en la década del 80. La zona del diagrama correspondiente al eutéctico L ↔ β + ZrCr2 fue dibujada en trazos, significando que representan condiciones no totalmente establecidas, deducida a partir de la información publicada en la literatura científica hasta ese momento y considerando una apreciable cantidad de trabajos de diferentes autores que proponen temperaturas entre 1270 y 1370 ± 8 ºC y concentraciones de cromo de la fase cúbica β desde ∼ 22 hasta 28 % at. Igualmente fue dibujada en trazos la zona de la transformación eutectoide β ↔ α + ZrCr2 para la cual han sido propuestas temperaturas entre 830 ± 10 ºC y 836 ºC y concentraciones de cromo en % at. de la fase β desde 1,22 hasta ∼ 1,74 y de ≤ 0,49 para la fase α. El presente trabajo tiene como uno de los objetivos especificar más certeramente las condiciones termodinámicas de esas transformaciones. Para ello, se estudian aleaciones de circonio con 0,3, 1, 2, 4, 15, 26 y 26,5 % at. de cromo tratadas térmicamente por largos periodos entre 840 y 950 ºC y con tenores de alrededor de 1100 y 420 ppm en peso de oxígeno en el circonio utilizado para fabricarlas. Se discuten los resultados de las mediciones de las temperaturas de transición en estado sólido en estas aleaciones determinadas por ensayos de resistividad eléctrica. Se presentan gráficamente sobre triángulos de Gibbs, los equilibrios entre las soluciones sólidas α y β y el intermetálico cúbico C15 denominado fase de Laves ZrCr2, en la zona rica en composición de circonio del sistema Zr-Cr-O. El sistema ternario Zr-Cr-Sn, ha sido, hasta ahora, solamente estudiado por investigadores rusos en las décadas del 60 y del 70. Las condiciones experimentales, fundamentalmente los métodos de caracterización y medición de composición de las fases, han evolucionado desde los años en que fueron publicados esos trabajos yjustifican la realización de una nueva evaluación. Consecuentemente, se fabricaron ocho aleaciones de diferentes composiciones con un máximo en cromo y estaño de 15 at. %. Fueron luego tratadas térmicamente en temperaturas que están dentro del rango en donde suceden las principales transformaciones que involucran las fases soluciones sólidas ricas en circonio. Se presentan los cortes isotérmicos de los equilibrios a 860, 900, 960 y 980 °C y las proyecciones de las superficies liquidus y solvus propuestas. Se modela termodinámicamente el sistema ternario Zr-Cr-Sn con el programa Thermo-Calc utilizando datos experimentales obtenidos en esta tesis. Se comparan los resultados de los equilibrios con los que se obtienen del cálculo computacional.