Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
ROTURA DIFERIDA INDUCIDA POR HIDRUROS EN ZR-2,5NB
J. I. Mieza (1) (2) , G. Vigna (1) y G. Domizzi (1)
(1) Grupo Daño por Hidrógeno, UAM, CAC, CNEA
Av. Gral. Paz 1499, (B1650KNA) San Martín, Buenos Aires, Argentina
(2) Instituto Sabato – UNSAM - Argentina
E-mail (autor de contacto): domizzi@cnea.gov.ar
RESUMEN
La Rotura Diferida Inducida por Hidruros (RDIH) es un mecanismo de fractura dilatado en el tiempo que
ocurre en materiales formadores de hidruros, como el circonio y sus aleaciones. En particular, la aleación
Zr-2,5Nb es utilizada en la fabricación de los tubos de presión en centrales nucleares tipo CANDU. Para
caracterizar la severidad de la RDIH se mide la velocidad de avance (Vp) de las fisuras dentro del material.
La velocidad se ve afectada por variables tales como la microestructrura del material, las tensiones
aplicadas y las condiciones ambientales, las cuales actúan simultáneamente dificultando la identificación
del peso de cada una de ellas. En este trabajo se midió la Vp utilizando emisión acústica, en tres diferentes
tubos de Zr-2,5Nb, no irradiados. Los materiales se caracterizaron con varias técnicas y se aplicaron
diferentes tratamientos térmicos para modificar su microestructura y evaluar este efecto sobre la velocidad
de RDIH. Además, se combinaron dos modelos teóricos para calcular la Vp, obtenidos por otros autores, y
se compararon los valores experimentales con los calculados para evaluar la validez del modelo y discernir
el peso que cada parámetro tiene sobre la Vp. Se estudió además el comportamiento del modelo aplicado a
material irradiado comparándolo con datos experimentales extraídos de la literatura.
Palabras clave: Rotura Diferida Inducida por Hidruros, Zr-2,5Nb, Reactores CANDU, Emisión Acústica
1. INTRODUCCIÓN
La Rotura Diferida Inducida por Hidruros (RDIH) se produce por difusión de hidrógeno hacia un
concentrador de tensiones, precipitación de hidruros y posterior rotura de los mismos. De esta forma se
produce el avance en pasos de una fisura en forma diferida en el tiempo [1]. Este tipo de falla ocurre en
materiales formadores de hidruros, como es el caso del circonio y sus aleaciones, en particular en el Zr-
2,5Nb que se emplea en la fabricación de los tubos de presión de las centrales nucleares tipo CANDU. Para
caracterizar la severidad del proceso de RDIH se mide la velocidad de propagación (Vp) de las fisuras dentro
del material, dado que este valor es necesario para evaluar la vida útil en servicio de los tubos aplicando el
criterio de diseño LBB (Leak Before Break) [2].
La microestructura de los tubos de presión presenta granos alargados de la fase α (rica en Zr) y una fase
metaestable β-Zr (rica en Nb) retenida desde alta temperatura en forma de fibras continuas [3]. Debido al
efecto de la temperatura el contenido de Nb en la fase β-Zr aumenta [4] y la fase metaestable β-Zr (~20%
peso Nb) evoluciona hacia la fase estable β-Nb (>95% peso Nb). La evolución, que comienza a partir de los
300ºC, puede tener varias etapas dependiendo de la temperatura y el tiempo [5]. El proceso de
transformación modifica la tensión de fluencia y el coeficiente de difusión de la aleación, los que afectan
directamente a la velocidad de propagación de las fisuras [6]. Contrariamente al efecto de la temperatura, la
irradiación [7] reduce el porcentaje de Nb de la fase β y aumenta la tensión de fluencia.
Como las variables que afectan la velocidad de RDIH (coeficiente de difusión de hidrógeno, tensión de
fluencia, solubilidad de hidrógeno) actúan acopladas, resulta difícil discernir el efecto individual de cada una
de ellas. Una forma de evaluar la acción de cada variable, independientemente de las demás, es a través de
modelos teóricos que hayan demostrado previamente suficiente robustez frente a mediciones experimentales.
En este trabajo se midieron experimentalmente las velocidades de fisuración por RDIH, en tres diferentes
tubos de Zr-2,5Nb, no irradiados. Los materiales se caracterizaron a través de Rayos X, por ensayos
mecánicos, metalográficamente y por calorimetría diferencial de barrido. Se aplicaron diferentes tratamientos
térmicos para modificar su microestructura y evaluar este efecto sobre la velocidad de RDIH.
Como la fractura de los hidruros ocurre dentro del material, no es posible determinar, sin ayuda de alguna
técnica no destructiva, el comienzo de la propagación de las fisuras y por lo tanto el tiempo de propagación y
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