Estudio de la evolución microestructural de un acero ferrítico ODS de grupo 4 (Y-Al-Ti-Zr) consolidado por consolidación Spark Plasma Sintering (SPS)

Abstract

[ES]: Los aceros ferríticos ODS son extraordinarios candidatos para su uso en los nuevos reactores nucleares de tipo IV debido a su buen comportamiento a fluencia y bajo irradiación. El uso de elementos de aleaciones como el Ti, Al, Y favorecen la aparición de nanoclusters y nanoprecipitados que limitan el movimiento de dislocaciones, endureciéndolos y mejorando así su comportamiento a fluencia. Con la incorporación del Zr se pretende mejorar la estabilidad térmica de los óxidos precipitados y con ello la temperatura de trabajo. En este caso, el acero ferrítico ODS se ha desarrollado por molienda mecánica de alta energía. Este método proporciona estructuras cristalinas con una gran cantidad de energía almacenada que, al encontrarse heterogéneamente distribuida, produce una recristalización no homogénea durante la etapa de consolidación. La microestructura final obtenida por consiguiente, presenta un tamaño de grano heterogéneo. Con el fin de estudiar este fenómeno, se consolidaron las piezas por SPS haciendo uso de distintas condiciones de consolidación. Se seleccionó una temperatura de sinterización, 1373 K y distintas velocidades de calentamiento (de 100 a 600 °C/min). La estructura obtenida se ha caracterizado mediante difracción de rayos x y microscopía electrónica. Además, con el fin de analizar las propiedades mecánicas del material, se han llevado a cabo ensayos de dureza Vickers y de tracción en probetas subdimensionadas a temperatura ambiente.

[EN]: Oxide Dispersion Strengthened (ODS) ferritic Steels are extraordinary candidates for nuclear applications due to their good behavior at high temperature and under irradiation conditions .ODS ferritic steel was produced by mechanical alloying and SPS to obtain a complex nanostructure. A four group elements (Y-Ti-Al-Zr) was selected to improve the stability of the precipitates since they are the main responsible for the thermal stability of fine structure. The heterogeneous distribution of stored energy due to the high energy attrition of MA powder will produce an inhomogeneous recrystallization during the consolidation step. After SPS consolidation a heterogeneous grain size distribution was attained, as recrystallization depends on the plastic deformation degree, on the composition of each particle and on the oxide dispersion promoted. Therefore sintering cycle was performed at 1373 K following fast heating rates (from 100 to 600 °C/min) to minimize porosity. The final microstructures were characterized by XRD and electron microscopy (SEM and TEM). In addition, Vickers microhardness and tensile tests was performed to analyze the mechanical response at R.T.