Influência dos teores de Nb e Zr e do processamento sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas U - Nb - Zr. - Morais, Nathanael Wagner Sales (2018)
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 ?\', a liga 66 a fase ?\" com traços de fase y e a liga 93 a fase y com traços de fase ?\". Após o tratamento térmico de homogeneização, a liga 39 apresentou fase ?\" 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 ?\" na forma celular e ?\' após a laminação a quente. Após o recozimento final na rota C, a liga 39 apresentou fase ?\" na forma acicular enquanto as ligas 66 e 93 apresentaram as fases ?\" 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 ?\" na forma celular com orientação e traços da fase ?, 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 ?\" 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 ?\" 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 ?\" 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 ?\', a liga 66 fase ?\" 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 -> ?\". (entre 623 e 651 K) e à transformação y\' -> y3+? (entre 825 e 925 K).