Transformations et comportements du Zircaloy-4 en conditions anisothermes

par Stéphane Frechinet

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de André Pineau.

Soutenue en 2001

à Paris, ENMP .

mots clés

• Déformation
• Fluage
• Gaine
• Métallographie
• Propriété mécanique
• Transformation phase
• Zircaloy
• Zirconium alliage
• Zircaloy (marque déposée) -- Propriétés mécaniques
• Zirconium -- Propriétés mécaniques
• Travail des métaux

Résumé

Le couplage entre transformation de phase et comportement mécanique a été étudié dans un alliage de zirconium, le zircaloy-4. Cet alliage, constitutif des gaines de combustible nucléaire, présente une transformation de phases α (hc) ⇋ β (cc) entre 8OO et 1000ʿC qui s'accompagne d'une variation de volume. Une machine d'essais mécaniques a spécifiquement été conçue pour cette étude. Elle permet de réaliser des essais mécaniques et de suivre simultanément la transformation de phase. Le comportement en fluage isotherme des gaines a été étudié entre 700 et 1100ʿC. En phases α et β, des lois de type Norton ont été identifiées et des mécanismes de déformation y ont été associés. Dans le domaine biphasé, un domaine superplastique existe lors de la première moitié de la transformation de phase, associé a du glissement d'interfaces assisté par du fluage diffusion des grains. Dans la deuxième moitié de la transformation, en fonction de la contrainte app]iquée, la déformation est contrôlée soit par la déformation du composite α+β, soit par le fluage de la phase β seule. Ces résultats sont synthétisés sous forme d'une carte d'Ashby. Le comportement en conditions anisothermes a ensuite été étudié. Un phénomène de plasticité de transformation non négligeable (plus de 0. 5 % pour 1 MPa) a été mis en évidence. La plasticité de transformation est linéaire en fonction de la contrainte appliquée et, grâce à des calculs de cellules par éléments finis, il apparaît que la percolation de la phaseβ,est un seuil critique. Ce phénomène peut être décrit par des modèles existants à condition de les adapter. Le dernier chapitre est consacré à l'utilisation des résultats pour la prévision du comportement des gaines soumises à des rampes thermiques rapides dans l'expérience EDGAR du CEA/SRMA. Cette comparaison avec l'expérience permet de préciser les limites de validité des modèles proposés.

Titre traduit

Phase transformation and mechanical behaviour of Zircaloy-4 alloy in anisothermal conditions

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