| Referate | Director web | Adauga link | Contact |

Titlu referat: Aliaje de zirconiu utilizate in energetica nucleara

Nivel referat: liceu

Descriere referat:
Aliaje de  zirconiu utilizate in
energetica nucleara
Zirconiu este un metal cu aspect cenusiu si
lucios. In combinatii chimice, se gaseste in combinatii bi-, tri- sau
tetravalnte, valenta cea mai des intalnita fiind de +4. zirconiu metalic are o
mare capacitate de a retine gazele ( H2 , N2 ,
O2 ).
Zirconiu are o sectiune de absortie a
neutronilor mica, o rezitenta la rupere, in stare aliata, apropiata de cea a
otelurilor ( vezi tabelele de mai jos ) si rezistenta la coroziune foarte buna
in multe medii inclusiv in apa. Aceste calitati au facut ca aliajele de
zirconiu sa fie cele mai raspandite materiale structurale, in reactoarele
nucleare cu neutroni termici, moderate si racite cu apa.
Propietatile fizice ale zirconiului
Sectiunea
eficace de absortie pentru neutronii termici la 2200 m/s
0,18
b
Densitate
6500
kg/m3
Punct de
topire
1845 ± 25
C0
Coeficient de
dilatatare termica la 2500C
   [0C]-1
pe
axa c
pe
axa a
6,15 *10-6
5,69 * 10-6
Rezistivitate
electrica [ nΩ
* m]
la  200C
la
1000C
la
4000C
420
590
1000
Conductivitate
termica [W/m * K]
- la temperatura ambianta
20,9
Structura
cristalina ( la temperatura ambianta )
Hexagonal
compact
Constantele
retelei ( la temperatura ambianta)
a0 = 3,2321
c0 = 5,1474
Propietatile mecanice ale
zirconiului
Propietate
Recopt
Prelucrat la
rece
Rezistenat la
rupere ( 102 Mpa
)
4,28
-5
11,42
– 12,85
Rezistenta la
rupere ( 102 Mpa
)
1,42
– 2,14
9,28
– 10,71
Alungire
(%)
30 – 40
15
Duritate
Rockwell
35 – 45
87 -
98
Zirconiul metalic prezinta o transformare
alotropica la temperatura de 865 0C. Sub aceasta temperatura cristalizeaza in sistemul hexagonal
compact ( α zirconiu ), iar peste aceasta
temperatura, intr-o retea cubica cu volum centrat ( β zirconiu ). Elementele
de aliere pot reduce sau extinde domeniile de existenta ale acestor
transformari.
Procedee de fabricatie
Obtinerea zirconiului implica o etapa chimica
si o etapa metalurgica.
       Etapa chimica cuprinde operatii care
pornesc de la minereul extras ( cel mai raspandit fiind un silicat de zirconiu
denumit zircon ), si se incheie cu obtinerea zirconiului rafinat. Iata, pe
scurt, una dintre variantele utilizate industrial:
reducerea minerului, cu carbon, intr-un cuptor electric cu aer, si
obtinerea carbonitrurii de zirconiu;
clorurarea nitrurii;
punerea in solutie a clorurii si separarea zirconiului de hafniu,
prin extractie cu un solvent organic;
precipitarea si calcinarea oxidului de zirconiu ( ZrO2)
obtinerea tetracloruri de zirconiu prin clorurarea oxidului cu clor
gazos la temperaturii de 8000C, in prezenta grafitului de inalta puritate;
reducerea clorurii de zirconiu in stare de vapori, cu magneziu
lichid la temperatura de 8000C, in urma careia rezulta buretele de zirconiu;
purificarea buretelui de zirconiu de incluziunile de clorura de
magneziu si magneziu metalic prin distilarea acestora in vid.
Buretele de zirconiu astfel obtinut trebuie sa
se incadreze in pescriptiile calitative deosebit de severe pentru radiatii
nucleare. Astfel, continutul de fier, carbon sau oxigen se limiteaza la cateva
parti pe milion (ppm) iar al altor elemente ca B, Cd, Li se situeaza sub 1 ppm.
Metode de analiza utilizate sunt foarte diverse, incluzand fluorescenta de
radiatii X, spectroscopia optica de emisie etc.
Etapa metalurgica curpinde o serie de operatii incepand cu obtinerea lingoului de
aliaj si incheindu-se cu realizarea produselor finite ( tevi, barne, sarme,
benzi etc)
Lingoul se elaboreaza prin topirea in cuptoare
cu arc , in vid, sau in cuptoae cu fascicul de electroni, in vid, a unei probe
obtinute prin presarea buretelui de zirconiu, a deseurilor de zirconiu si a
elementelor de aliere (sub forma pura sau de aliaje)
Deformarea plastica la cald a lingoului se
face prin procedeele clasifice de forjare, laminare, extrudare, si urmareste
atat obtinerea semifabricatelor de anumite forme cat si a unor structuri
adecvate ale grauntilor. Sunt necesare precautii deosebite pentru evitarea
impurificarii cu gaze sau cu alte elemnte in cursul prelucrarii.
Prin deformare plastica la rece si tratament
termic se urmareste realizarea formei finale a  produsului, o calitate
deosebita a suprafetei precum si obtinerea unei microstructurii care sa confere
propietatile mecanice cerute in utilizare ( rezistenta mecanica, stabilitate in
conditii de lucru, rezistenta la coroziune etc. ). Un loc deosebit de important
in tehnologia de fabricatie il ocupa controlul calitatii
produselor.
Pentru a ilustra efectul “istoriei” de
fabricatie se prezinta in figura de mai jos influenta gradului de prelucrare la
rece a materialului asupra propietatilor mecanice. Efectul temperaturii se
materializeaza prin scaderea rezistentei materialului. Rezistenta la tractiune
a zirconiului obtinut din burete de zirconiu prin topire cu arc electri scade
de la 700 Mpa (temperatura ambianta) la 145 Mpa(la 5000C), in timp ce alungirea creste de la 43%
la 100% asa cum indica figura de mai jos.
       I tabelul de mai jos se reda influenta oxigenului asupra
propietatilor mecanice ala zirconiului. Se constata ca, prin cresterea
continutului de oxigen, are loc o marire a rezistentei la tractiune si la
curgere, insotita de o scadere a alungirii. Hidrogenul prezent in material are
un efect de fragilizare mai puternic decat oxigenul sau azotul. In urma
reactiei zirconiu –
hidrogen rezulta hidrura de zirconiu, care precipita sub forma de pachete in
masa materialului. Fragilizare materialului, ca urmare a prezentei a 10 ppm de
hidrogen precipitat reduce semnificativ ductilitate materialului la viteze mici
de deformare.
       
Efectul continutului de oxigen asupra
propietatilor mecanice ale zirconiului
Continut de
oxigen
[%]
Rezistenta la
tractiune
{Mpa}
Rezistenta la
curgere
[Mpa]
Alungire
[%]
Duritate
Rockwell
0,0
200
48
32
20
0,5
557
371
16
36
1,0
714
483
7
46
1,5
842
600
5
52
2,0
1000
700
4
57
2,5
1300
800
3
60
Orientarea cristalelor si a hidrurilor intr-o
teava – teaca de
combustibil
Aliaje de zirconiu
Zirconiu industrial obisnuit nu poate atinge
gradul de puritate cerut pentru a avea o rezistenta la coroziune si propietati
mecanice satisfacatoare. Daca nu se adopta precautii speciale, in procesul
obtinerii zirconiului, in material se introduc o serie de impuritati, cele mai
daunatoare fiind gazele (oxigenul, azotul, hidogenul) si carbonul. Azotul si
carbonul reduc rezistenta la coroziune, hidrogenul il fragilizeaza, iar
oxigenul durifica zirconiu, astfel ca acesta devine greu de prelucrat.
Impurificarea cu carbon si hidrogen poate fi prevenita prin masuri speciale ce
se iau in timpul operatiilor de obtinere si prelucrae a materialului. Pentru
combaterea tuturor efectelor nedorite trebuie sa se recurga la alierea
zirconului. Prin aliere cu staniu, fier, crom si nichel se obtin aliaje de
zirconiu cunoscute sub denumirea generica de zircaloy (vezi tabelul de mai
jos). Acestea au o rezistenta la coroziune considerabil mai buna [18],
ezistenta mecanica
Compozitia chimica aunor aliaje de
zirconiu
Aliaj
Continut in elementele de aliere (%)
Sn
Fe
Cr
Ni
Nb
Zircaloy
– 2
1,5
0,14
0,1
0,06
-
Zircaloy
– 3
0.25
0,25
0,05
0,05
-
Zircaloy
– 4
1,5
0,17
0,12
-
-
Ozenit
0,25
0,1
-
0,1
0,1
Unele propietati ale aliajelor de
zirconiu
Material
Temperatura
[0C]
Rezistenta la
rupere
[ Mpa]
Rezistenta la
curgere
[MPa]
Zr
pur
       
recopt
25
260
354
171
110
65
Zircaloy
– 2
25
250
1180
868
915
559
Zircaloy
– 3
25
260
907
422
564
251
superioara [19], ductilitate suficienta si
propietati mecanice apropiate de cele ale zirconiului pur, asa cum rezulta din
tabel. Valorile prezentate in acest tabel sunt strict orientative, intrucat
propietatile mecanice ale zirconului si aliajelor sale depind pronuntat de
modul de fabricatie. O alta categorie de aliaje ale zirconiului o constitue
cele cu niobiu ( 1% sau 2% din greutate). Acestea au propietati mecanice si
rezistenta la coroziune mai bune decat cele  ale zircaloy – 2, in special la temperaturi
inalte.
Efectele iradierii asupra zirconiului si
aliajelor sale
Efectele iradierii asupra zirconiului si
aliajelor sale se reflecta, in scare macroscopica, prin alterarea propietatilor
lor mecanice ce efect al actiunii neutronilor rapizi si prin fragilizarea
materialului datorita absortiei de hidrogen si precipitarii acestuia sub forma
de hidrura de zirconiu.
In urma interactiunii neutronilor rapizii ( E
> 1 MeV ) cu zirconiu si aliajele sale se produc aglomerari de defecte si
bucle de dislocatii, ale caror dimensiuni si distrubutie in masa materialului
depind de fluxul neutronic integrat (fluenta), temperatura de iradiere si
compozitia materialului.
Studiile prin microscopie electronica...



Curs valutar
Euro4,5511
Dolarul american4,2615
Lira Sterlina5,3015
Gramul de aur170,1555
Leul moldovenesc0,2176
Materii referate

Anatomie (61)

Astronomie (61)

Biologie (546)

Chimie (530)

Contabilitate (87)

Design (4)

Diverse (878)

Drept (356)

Ecologie (59)

Economie (520)

Educatie Fizica (2)

Educatie si Invatanmant (2)

Engleza (463)

Filosofie (99)

Fizica (343)

Franceza (25)

Geografie (838)

Germana (40)

Informatica (354)

Istorie (1169)

Italiana (21)

Latina (26)

Literatura (22)

Logica (6)

Management (133)

Marketing (118)

Matematica (114)

Mecanica (13)

Medicina si Farmacie (229)

Muzica (35)

Psihologie (337)

Religie (248)

Romana (2303)

Spaniola (31)

Statistica (17)

Stiinte politice (27)

Turism (64)

Nota explicativa

Informatiile oferite de acuz.net au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica. Va recomandam utilizarea acestora doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale.