El estudio metalográfico objeto del presente trabajo se llevó a cabo siguiendo las técnicas recomendadas por las siguientes normas:
a. Para la preparación de la muestra se utilizó la Norma ASTM E-3
b. Para el revelado de la microestructura la Norma ASTM E-407
c. La Norma ASTM E-384 para realizar el ensayo de Microdureza Vickers.
Para estos estudios se han utilizado los siguientes instrumentales: Microdurometro Vickers Marca Leica y Microscopio Metalografico Olympus.
Las laminaciones del fleje de Zry-4 utilizado para la fabricación de las tapas y marcos y la co-laminación miniplaca, se llevaron a cabo a 650°C.
El flete se lamino desde los 8mm hasta, los 2,4mm en 10 etapas con una reducción promedio del 11% en cada etapa. Luego se laminó desde 2,4 mm hasta 1,1 mm en 4 etapas con una reducción promedio del 18% en cada etapa. La co-laminación de las miniplacas se realizó en 15 etapas en total con una reducción promedio del 15%.
El estudio metalográfico del fleje de Zircaloy 4 y la miniplaca se realizaron a través del control de la microestructura y la medición de las microdurezas.
Al igual que en las muestras anteriores se ve una estructura de granos homogénea orientada en el sentido de laminación. En la tabla 1 se observan los valores de microdurezas de cada una de las tres muestras.
Análisis de la Microestructura de la miniplaca
En la miniplaca se estudió, por un lado cuanto afecta la microestructura del Zry-4 de la miniplaca en el proceso de soldadura debido al aumento de temperatura y a la absorción de impurezas del aire, y por otro lado como la afecta en las etapas de laminación.
En la figura 7 se presenta un afotografia de la muestra de miniplaca sin laminar sobre la cual se evaluó la afectación de la microestructura en el proceso de soldadura.
En la figura 8 se observa la estructura fuera de la zona afecta por el calor (ZAC) denominado material base. Los granos son homogéneos equiaxiales, mientras que en la figura 9 muestra la microestructura de la ZAC, llegando la misma 2,5 mm medidos desde el extremo de la miniplaca hacia el centro, observando además como la estructura va cambiando desde una estructura del material base de fase-a de granos equiaxidos a una estructura más acicular tipo canasta con maclas de deformación hasta llegar al borde de la soldadura.
Durante la soldadura el material se calienta hasta temperaturas de fusión, en donde el material base pasa de una estructura granular de fase-a a una fase-b y luego a estado líquido. Una vez que se enfría el material, la zona soldada exhibe una estructura granular acicular “tipo aguja” de granos a rodeados de una fase b primaria en borde de grano, también se ve una estructura a widmanstätten.
Evaluación de la microestructura en las etapas de laminación
La miniplaca fue laminada desde un valor inicial de espesor final 1,1mm. En la figura 10 se presenta la microestructura de la miniplaca laminada hasta un espesor de 2,7mm, donde se observa una microestructura muy variada desde una estructura del material base de fase-a de granos equiaxiados, pasando por una ZAC, de un cambio estructural gradual, hasta el borde soldado de la miniplaca laminada con una típica estructura de fundición.
En la figura 11 podemos observar la microestructura que presenta la miniplaca laminada desde 2,7mm hasta 2,4 mm. Al igual que la muestra anterior, se observa una microestructura muy variada desde una estructura del material base de fase-a de granos equiaxiados , pasando por una ZAC de un cambio estructural gradual, hasta el borde soldado de la miniplaca laminada con una típica estructura de fundición. Pero con la diferencia con la muestra anterior, es que el cordón se ve más fisurado en los bordes y la estructura se observa más deformada en el sentido de laminación.
En este caso se observa la punta soldada de la miniplaca. Toda la zona soldada exhibe una estructura muy deformada y fisurada de granos en fase a rodeados una fase b primaria en borde grano, parece haberse perdido completamente la estructura granular acicular “tipo aguja”, esto es causado por la gran deformación que sufrió la muestra por la laminación.
Evaluación de la microdureza en las etapas de laminación
Se ha realizado la evaluación en las muestras correspondientes a las distintas etapas de laminación. En los gráficos 1,2,3 y 4 se representan la variación de la microdureza de las muestras de la miniplaca 2,7 mm 2,4 mm y 1,1 mm respectivamente.
Como puede observarse en los gráficos la ZAC en el proceso de soldadura tiene una mayor microdureza. Además, a medida que se realizan las etapas de laminaciones las microdurezas en cada muestra se van homogeneizando y tendiendo a una baja de las mismas.
Conclusiones
El tamaño de granos no varío significativamente en las etapas de laminación, tanto en el material de partida (Fleje de Zry-4), utilizado en la fabricación de tapas y marcos, como así tampoco en las muestras correspondientes a la miniplaca, debido a que en ningún momento se ha superado la temperatura de transición del cambio alotrópico del material.
En cuanto a las muestras analizadas de las miniplacas en las etapas de laminación, en relación a la variación de microdureza, se observa un mayor valor en la ZAC, que tiende a homogeneizarse al final de la laminazion como se puede observar el grafico 4.
Es importante que el proceso de soldadura se lleve a cabo con protección gaseosa en atmosfera controlada, ya que el Zry-4 al igual que el Titanio y el Niobio son materiales ávidos de contaminación por los gases componentes del aire.
Se aconseja soldar con disparador de calor, para disminuir los efectos producidos por el aumento de temperatura producido durante este proceso.