Avaliação da resistência ao desgaste por fretting em varetas combustíveis de Zr-1Nb-1Sn-0,1Fe

• Autor(a) principal: Baêta, Daniele de Azevedo
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27161
• topic: Tratamento térmico; Transformação de fase; Desgaste de materiais; Combustível nuclear; Fretting; Liga Zr-1Nb-1Sn-0,1Fe; Ligas de zircônio; Vareta combustível; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Heat treatment; Phase transformation; Material wear; Nuclear fuel; Fretting; Zr-1Nb-1Sn-0.1Fe Alloy

No presente trabalho, estudou-se o comportamento de varetas combustíveis fabricadas a partir da liga Zr-1Nb-1Sn-0,1Fe, submetidas a ensaios físicos que visam reproduzir a ocorrência de fretting, e, através da engenharia de superfície/transformação de fases, reduzir a ocorrência desse, uma vez que os danos por atrito são um mecanismo relacionado a eventos mecânicos e químicos na superfície do material. Para isso, foram realizados tratamentos térmicos nas superfícies das varetas de elementos combustíveis em diferentes temperaturas (580 ºC, 630 ºC, 830 ºC e 960 ºC), por 4 horas e resfriamento em água, visando à modificação da microestrutura (αZr para βZr) e à melhora das propriedades mecânicas. Observa-se uma melhora nas propriedades mecânicas e que a dureza do material aumentou de 191 ± 26,69 µHV para 399 ± 18,57 µHV com o aumento da temperatura de tratamento térmico, evidenciando o endurecimento do material. Tais resultados estão relacionados à mudança de microestrutura da liga, confirmadas pelos ensaios de microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectrometria de raios X por Dispersão de Energia (EDS) e Difração de Raios X (DRX). Os ensaios físicos para a ocorrência de fretting foram realizados por meio de um equipamento projetado para induzir deslocamentos horizontais das varetas combustíveis em relação à grade espaçadora, também fabricada a partir da liga Zr-1Nb-1Sn-0,1Fe. O método de detecção de pixels, por processo analítico, para avaliação da variação topográfica, permitiu identificar as transformações físicas da área de fretting superficial após aplicação de carregamento. Verificou-se que os mecanismos de desgaste por fretting observados nas varetas combustíveis incluem abrasão, adesão e deformação plástica, e que o aumento da temperatura de tratamento térmico diminui a perda de massa, apresentando um regime de desgaste por fretting mais brando (deformação plástica). Todas as amostras apresentaram marcas de fretting na forma elíptica. Ademais, verificou-se que o aumento da temperatura de tratamento térmico promove o aumento da resistência ao fretting do material devido à mudança de fase do material e corrobora para a melhora das propriedades mecânicas e para a microdureza, demostrando o efeito significativo da microestrutura nos resultados do desgaste por fretting.