Effet de la microstructure et de la température sur la transition ductile-fragile des zircaloy hydrures

par Sylvie Arsène

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Philippe Bompard.

Soutenue en 1997

à Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris , en partenariat avec Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021) (laboratoire) .

mots clés

• Transition ductile fragile
• Microstructure
• Effet temperature
• Ductile brittle transition
• Microstructure
• Temperature effect
• Zirconium -- Alliages
• Matériaux -- Essais

Résumé

Le zircaloy est largement utilisé dans les centrales nucléaires, notamment pour les tubes de gainage. Ces tubes sont susceptibles de subir une pression interne lors de leur séjour en réacteur. Notre but est de déterminer l'influence de la microstructure, de la température, de l'hydruration et finalement de l'irradiation sur la transition ductile-fragile et les propriétés mécaniques des tubes sollicites en traction dans la direction circonférentielle. Pour les besoins de l'étude, nous avons propose une amélioration de l'essai de traction sur anneau classique. Les modélisations de cet essai avec la méthode des éléments finis ont permis de vérifier que les contraintes et les déformations sont bien homogènes dans la partie entaillée de l'anneau et de proposer une méthode pour dépouiller les résultats expérimentaux et de la valider sur les alliages connus. Des essais sur anneau effectues sur deux alliages de zirconium (détendu et recristallisé), pour différentes concentrations en hydrogène, à 20°C et à 300°C ont permis de déterminer l'influence de la température et l'hydruration sur le comportement et la rupture de ces alliages. L’observation des surfaces et des profils de rupture a mis en évidence les paramètres physiques et mécaniques gouvernant la transition ductile-fragile dans les différents cas. La distance interhydrures est le paramètre primordial dans le cas du matériau détendu alors que la longueur d'hydrures radiaux contigus est le facteur déterminant dans le cas du matériau recristallisé. La ductilité importante du zircaloy détendu de notre étude et les résultats des observations au MEB nous ont incité à étudier plus en détail les hydrures, leur rupture et leur comportement. Les observations, faites lors d'essais a 20°C dans l'enceinte du MEB, ont montre que les hydrures se déforment de 20 a 80% avant de rompre dans les alliages hydrures a 1000 ppm. Nous avons pu évaluer la loi de comportement des hydrures puis la contrainte a rupture des hydrures par méthode inverse grâce à une modélisation micro-macro. Nous proposons une hypothèse expliquant la plasticité importante observée.

Titre traduit

Effect of microstructure and temperature on the ductile-brittle transition of hydrided zircaloy

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