Materiales Compuestos

Anales de Mecánica de la Fractura 26, Vol. 1 (2009)

INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN Y MICROESTRUCTURA SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALEACIONES DE WOLFRAMIO M.V. Aguirre1, A. Martín2, J.Y. Pastor2, J. LLorca2, 3, M.A. Monge4, y R. Pareja4
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Dpto. de Tecnologías Especiales Aplicadas a la Aeronáutica, Universidad Politécnica de Madrid EUIT de Aeronáutica 28040-Madrid E-mail:mariavega.aguirre@upm.es

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Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Politécnica de Madrid. 3IMDEA-Materiales ETSI de Caminos, Canales y Puertos C/ Profesor Aranguren s/n, 28040-Madrid E-mail: amartin@mater.upm.es
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Departamento de Física, Universidad Carlos III de Madrid Avenida de la Universidad 30, 28911-Leganés (Madrid)

RESUMEN En esta investigación se estudia la influencia de lamicroestructura en el comportamiento mecánico del wolframio puro y aleaciones con contenidos de 0.5% de Y2O3 y 4% de Ti, todos ellos obtenidos mediante HIP. Con el fin de correlacionar el comportamiento macroscópico con los parámetros microestructurales, se ha analizado mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, la microestructura y las superficies de fractura muestras ensayadas en flexión entres puntos a diferentes temperaturas (entre 25 y 1000 °C). La medida del tamaño de grano de las muestras se ha realizado, de acuerdo con la norma ASTM E112, mediante un programa de análisis de imagen. Los resultados muestran que la adición de titanio al wolframio mejora las propiedades del material al obtenerse éste exento de porosidad. La formación de una solución sólida, y la estructura detamaño de grano más fina, aumentan la resistencia mecánica del material hasta temperaturas superiores a 600 °C. Por otra parte la adición de itria comportamiento mecánico del wolframio puro a altas temperaturas, evitando la oxidación, pero no modifica sustancialmente el tamaño de grano obtenido bajo las condiciones de fabricación, debido a la formación de fases eutécticas. ABSTRACT In this researchthe influence of the microstructure in the mechanical behaviour of pure tungsten and its alloys with 0.5% of yttrium oxide and 4% titanium contents, all of them manufactured by HIP, is considered. The microstructure and fracture surfaces of the samples tested in three points bending at different temperatures (between 25 and 1000 ºC) are studied by optical microscopy and SEM, in order to relationthe macroscopic behaviour with the microstructural analyzed parameters. The size grain has been measured according to ASTM E112 code, using a image analysis software. The results show that the addition of titanium to the pure tungsten lets manufacture a material without pores improving its mechanical properties. The solid solution, and refined grain structure obtained in these materials, raised themechanical behaviour up to 600 ºC. The yttrium oxide addition improved the mechanical properties at high temperatures respect to pure tungsten, and avoids oxidation. Nevertheless, this does not modify substantially the grain size obtained in the manufacturing conditions due to the eutectic constituent formation. PALABRAS CLAVE: W, aleaciones de W, propiedades mecánicas, microestructura, altatemperatura.

1. INTRODUCCIÓN La actual crisis energética ha llevado a impulsar proyectos para fuentes alternativas de energía, bien renovables o prácticamente inagotables. Dentro de este último ámbito tenemos uno de los sueños de la ciencia y de la tecnología durante los último cincuenta años, los reactores de fusión termonuclear para la producción de energía de forma masiva y a precios asequibles.Para el desarrollo de esta tecnología es necesario encontrar materiales que deben soportar condiciones de servicio extremas, para que formen parte de los componentes que estarán en contacto con el plasma (Plasma Facing Components, abreviadamente PFCs). El wolframio es uno de los pocos materiales candidatos para la fabricación de estos componentes debido a sus características: alto punto de...