Modélisation des évolutions microstructurales et étude de la lubrification par film solide lors du filage à chaud d'alliages de zirconium

par Benoît Gaudout

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Éric Felder.

Soutenue en 2009

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    On a déformé à diverses températures et vitesses avec un dispositif de mini-filage et par torsion (avec des sauts de vitesse) le Zy-4 (dans le haut domaine alpha) et le Zr-1Nb (dans le domaine alpha + beta). Une caractérisation de la fragmentation de la structure au cours de la déformation puis de la croissance de grain en post-dynamique à été faite. La principale différence entre les alliages étant que le Zr-1Nb ne présente pas ou peu de croissance de grain lors d'un maintien dans le domaine alpha + beta après déformation. Le taux de recristallisation et la taille des grains des produits filés, avec ou sans traitement thermique ultérieur, ont été déterminés. Ces données rhéologiques et microstructurales ont permis de déterminer les paramètres de trois modèles décrivant successivement : la densité de dislocations à l'intérieur des cristallites et dans les sous-joints et joints de grains (Laasraoui/Jonas [LAA 91]) ; le processus de restauration dynamique continue (Gourdet/Montheillet [GOU 03]) ; la croissance de grain métadynamique. Dans le cas du Zircaloy-4, la modélisation microstructurale permet une prédiction fiable du taux de recristallisation après filage à chaud. Le cas du Zr-1Nb s'avère plus délicat car la finesse des structures déformées complique les observations. Ainsi seule une ébauche de modèle microstructural est proposée. L'opération est lubrifiée par un film solide qui, selon des essais de piégeage, est thermoviscoplastique. Le frottement le long du conteneur et diverses observations montrent que le mini-filage est en régime mixte de lubrification du fait notamment de la rupture du film lubrifiant induit par l'hétérogénéité de déformation de ces alliages. Expérience et simulation numérique montrent que le gradient de déplacement axial à travers le produit filé dépend du frottement et est atténué par l'adoucissement de l'alliage filé

  • Titre traduit

    Microstructural modelling and lubrification study during zirconium alloy hot extrusion


  • Résumé

    Using torsion tests (with strain rate jumps) and an experimental hot mini-extrusion apparatus, several samples zirconium alloy have been deformed: Zircaloy-4 (high alpha range) and Zr-1Nb (alpha + beta domain). The fragmentation of the microstructure and post-dynamic grain growth have been examined. The main difference between these two alloys is that Zr-1Nb does not show grain growth during a heat treatment within the alpha + beta domain after hot deformation. The recrystallization volume fraction has been measured on extruded samples with or without heat treatment. These rheological and microstructural data have been used to determine the parameters of a microstructural model including: a work-hardening model (Laaasraoui/Jonas [LAA 91]), a continuous dynamic recrystallization model (Gourdet/Montheillet [GOU 03]) and a grain growth model. This model leads to a good prediction of recrystallization volume fraction for Zircaloy-4 extrusion. However, the Zr-1Nb model cannot be validated because of the difficulty to observe deformed microstructures. Extrusion process is lubricated with a solid film. Trapping tests show that this lubricant is thermoviscoplastic. Friction along the container and several observations show the lubrification is not realized by a continuous film. Indeed, the heterogeneousness of deformation of these alloys causes a rupture of the lubricant film. Experiments and numerical simulations show that the radial gradient of axial displacement is affected by friction but also by stress softening of the alloys

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  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Annexes : Bibliographie 66 réf.

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