Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr (2018)
- Authors:
- Autor USP: MORAIS, NATHANAEL WAGNER SALES - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMT
- Subjects: LIGAS METÁLICAS; MUDANÇA DE FASE
- Language: Português
- Abstract: Ligas de Urânio são candidatas ao uso como combustível nuclear em reatores avançados, dentre essas ligas se destacam as ligas de Urânio com Nióbio e com Zircônio. Este trabalho investigou como os teores de Nb e Zr, assim como a processamento termomecânico afetam as microestruturas e as propriedades mecânicas de 3 ligas U-XNb-YZr onde X+Y=12. Duas amostras contendo 50g cada, foram fabricadas através de fusão à plasma nos teores U-3Nb-9Zr (liga 39), U- 6Nb-6Zr (liga 66) e U-9Nb-3Zr (liga 93). Uma das amostras de cada liga foi tratada termicamente por 5h a 1000°C para a realização de homogeneização química. A amostra homogeneizada e a amostra bruta de fusão de cada liga foram conjuntamente encapsuladas em aço para a realização de laminação a quente seguida de um recozimento final a 1000°C por 2h. À rota adotada pela amostra bruta de fusão chamou-se " Rota C" e a rota adotada pela amostra homogeneizada chamou-se "Rota H". A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica e eletrônica de varredura. Todas as amostras, independente do processamento, apresentaram precipitados ricos em Nióbio e Zircônio em adição a uma matriz rica em Urânio. A caracterização das amostras brutas de fusão mostra que os teores de elementos de liga influenciam diretamente a morfologia das dendritas evidentes na microestrutura assim como das demais fases presentes em cada amostra.A liga 39 apresentou predominantemente fase α', a liga 66 a fase α" com traços de fase y e a liga 93 a fase y com traços de fase α". Após o tratamento térmico de homogeneização, a liga 39 apresentou fase α" na forma celular enquanto a liga 66 apresentou as fases y0 e y e a liga 93 apresentou apenas fase y. As propriedades mecânicas das ligas foram avaliadas por ensaios de dureza e de dobramento simples. As amostras da Rota C apresentaram redução de dureza em relação à condição inicial. Todas as microestruturas das amostras laminadas a quente exibiram duas fases ricas em U. A liga 39 apresentou as fases α" na forma celular e α' após a laminação a quente. Após o recozimento final na rota C, a liga 39 apresentou fase α" na forma acicular enquanto as ligas 66 e 93 apresentaram as fases α" e y após a laminação e fase y. A fração de área da amostra pobre em U elevou-se nas ligas 39 e 66 e reduziu-se na liga 93. As amostras da Rota H apresentaram redução de dureza em relação à condição bruta de fusão. A liga 39 apresentou fase α" na forma celular com orientação e traços da fase α, a liga 66 exibiu as fases y0 e y e a liga 93 as fases y e y0. Após o recozimento final, a liga 39 mostrou-se novamente na forma α" na forma celular, mas sem orientação.A liga 66 apresentou fase y e a liga 93 fase y0. Os testes de dobramento simples mostraram que as ligas da Rota C exibem plasticidade, retendo parte da deformação plástica após a ruptura das amostras testadas. Já as amostras da Rota H mostraram comportamento super elástico, possibilitando maiores deformações mas sem reter deformação plástica após a ruptura das amostras. A melhor relação entre deformação total e residual foi observada na liga 93 fabricada pela Rota C. As análises nos perfis de fratura das amostras da Rota C mostram fraturas transgranulares em todas as amostras. O perfil de fratura de na amostra recozida liga 39 mostra que a fase α" na forma acicular tende a deforma-se por deslizamento. As análises dos perfis de fratura nas amostras da Rota H confirmaram a ausência de deformação plástica mesmo em escala microscópica. Para essa condição, a fase α" na forma celular com orientação (liga 39) aparenta deformar-se por maclação. As análises de superfície de fratura indicam que a fase pobre em U tem participação durante o processo de crescimento e propagação da fratura na Rota H, atuando como caminho para bifurcação de trincas acelerando o processo de ruptura, enquanto na Rota C, a fase pobre em U deforma-se conjuntamente com a matriz de U.Em uma segunda etapa do trabalho, a estabilidade das microestruturas resultantes na amostras processadas foi investigada por Ensaios de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) e por calorimetria de queda livre (esta apenas para a amostra 93 da rota H). O teor de Nb e Zr também afeta a estabilidade das fases presentes em cada amostra. foram realizados com as amostras da condição homogeneizada e laminada. A quantidade de transformações assim como o estado final de cada liga diferiu de acordo com a razão Nb/Zr. Após o ciclo de aquecimento e resfriamento da análise térmica, a liga 39 apresentou fase α', a liga 66 fase α" e a liga 93 fase y. No ensaio de calorimetria por queda livre foi possível observar as diferentes etapas de reação de envelhecimento da matriz g, correspondendo a à transformação y → y0 (entre 525 e 530 K), a transformação y → α". (entre 623 e 651 K) e à transformação y' -> y3+α (entre 825 e 925 K).
- Imprenta:
- Data da defesa: 22.01.2018
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ABNT
MORAIS, Nathanael Wagner Sales. Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr. 2018. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-03052018-092214/. Acesso em: 18 abr. 2024. -
APA
Morais, N. W. S. (2018). Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-03052018-092214/ -
NLM
Morais NWS. Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr [Internet]. 2018 ;[citado 2024 abr. 18 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-03052018-092214/ -
Vancouver
Morais NWS. Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr [Internet]. 2018 ;[citado 2024 abr. 18 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-03052018-092214/ - Mechanical characterization of U – 9Mo – 3Zr and U – 3Mo – 9Zr alloys
- Effect of thermo-mechanical processing on microstructure and mechanical properties of U – Nb – Zr alloys: Part 1 - U–6 wt. % Nb –6 wt. % Zr
- Effect of thermo-mechanical processing on microstructure and mechanical properties of U e Nb e Zr alloys: Part 2 - U e 3 wt % Nb e 9 wt % Zr and U e 9 wt% Nb e 3 wt% Zr
- Investigation of the thermal stability of U – 9 wt.%Nb – 3 wt.%Zr alloys using drop calorimetry
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