Avaliação de propriedades de juntas brasadas e de juntas envelhecidas de liga a base de Níquel utilizadas em grades espaçadoras de reatores nucleares do tipo PWR

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Rezende, Renato Paulo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Inconel 718; aging; brasagem a vácuo; envelhecimento; mechanical properties; microestrutura; microstructure; propriedades mecânicas; vacuum brazing
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-12072023-101532/

As grades espaçadoras fazem parte do conjunto do Elemento de Combustível (EC) do reator de água pressurizada - PWR (Pressurized Water Reactor). As grades são fabricadas a partir da união dos pontos de interseção de tiras estampadas de Inconel 718®, denominado por Inconel 718, por um processo de união denominado brasagem. Para esse processo, essas tiras são revestidas com uma fina camada de níquel, por meio de eletrodeposição com a finalidade de proteger contra oxidação e permitir uma melhor fluidez e molhabilidade do material de adição (MA) nas tiras durante a brasagem. O MA empregado era composto por níquel, fósforo e cromo. Neste trabalho, as juntas que compõem a grade espaçadora foram brasadas em diferentes condições de: temperatura, tempo e velocidade de resfriamento. Estas juntas brasadas foram comparadas com juntas brasadas e depois envelhecidas por 18 horas em forno a vácuo, usando pressão menor que 10-3 mbar. A fim de avaliar as propriedades mecânicas e microestruturais em diferentes condições de brasagem e de envelhecimento foram realizados ensaios de cisalhamento, fadiga e de dureza, além de utilizar diferentes técnicas para análise da microestrutura das juntas. A partir das imagens obtidas em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) acoplado a técnica de Espectrometria de Energia Dispersiva (EDS) foram observadas regiões ricas em fósforo e difusão de elementos do material de base (MB) para a região do MA nas juntas brasadas e brasadas e submetidas ao envelhecimento. A região da junta brasada apresentou uma maior dissolução do MB quando exposta em temperaturas e tempo de brasagem maiores. A análise por Difração de Raios X (DRX) indicou a formação de solução sólida de níquel e cromo (SSNiCr) no MA brasado, no MA envelhecido, na interface MA-MB brasada e na interface MA-MB envelhecida. A fase (Ni, Cr)3P estava presente em todas as amostras, além da presença da fase Cr1.2Ni0.8P na interface MA-MB brasada e na interface MA-MB envelhecida. Os mapas de composição obtidos utilizando a técnica quantitativa por Wavelength-Dispersive Spectroscopy (WDS) indicaram a presença de elementos químicos provenientes do MB na interface MA-MB e na região brasada. Foi também possível verificar maior concentração de Nb em algumas regiões ricas em P e Cr na região brasada. No ensaio de cisalhamento foi observado um aumento da força de resistência, em relação ao aumento da temperatura e do tempo de brasagem. O tratamento térmico de envelhecimento não alterou significativamente as propriedades mecânicas e microestruturais da junta brasada, mas aumentou a resistência mecânica do MB. Os resultados do ensaio de microdureza indicaram regiões com dureza elevada na região brasada que estavam associadas a maior concentração de fósforo. O perfil de dureza se manteve similar para as juntas envelhecidas. O ensaio de fadiga realizado em juntas brasadas a 1060 °C e em juntas envelhecidas indicou tendência de aumento de ciclos à medida que reduzia a amplitude de tensão, no entanto, os resultados do número de ciclos apresentaram grande dispersão. Esta dispersão nos valores do número de ciclos está relacionada à heterogeneidade da microestrutura na região brasada corroborada pela diferença nos valores de dureza.