Étude métallurgique des alliages Ni-W et Ni-W-Cr : relation entre ordre à courte distance et durcissement

Metalurgical survery on Ni-W and Ni-W-Cr alloys : the relationship between short range order and hardening

• Auteur / Autrice : Rafael Cury
• Direction : Jean-Pierre Chevalier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métallurgie et matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 12

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Matériaux

Alliages réfractaires

Résumé

La famille des alliages Ni-Cr-Mo (type Hastelloy©) est caractérisée par des alliages commerciaux hautes températures très résistant à la corrosion. Cependant, essentiellement pour des applications nucléaires, il est indispensable de pouvoir disposer d'alliages avec une tenue en température plus élevée tout en gardant une bonne tenue à température ambiante, avec une faible activation. Ce travail de thèse présente des recherches en amont sur des alliages réfractaires Ni-W et Ni--W-Cr dédiés à des applications en conditions extrêmes pour des réacteurs nucléaires de Génération IV. Comme les alliages du type Ni-W et Ni-W-Cr sont beaucoup moins connus, un travail métallurgique fondamental est nécessaire pour comprendre les transformations de phases (ordre-désordre) dans le système binaire (Ni-W) et ternaires. Notamment la nature de l'ordre à courte distance et son effet sur le durcissement par solution solide à haute température (à travers la microdureré et microdureté à chaud) sont présentés ainsi que des modélisations utilisant le logiciel Thermocalc©, qui permettent d'établir les zones en composition où les alliages ternaires présentent une solution solide stable. Une prévision du comportement des alliages en température montre que ces alliages devraient présenter une vitesse de fluage réduite par un ordre de grandeur par rapport aux alliages du type Hastelloy©. Les résultats montrent qu'il existe un ordre à courte distance très significatif dans les alliages ternaires Ni-W-Cr. Cet ordre à courte distance contribue notablement au durcissement des alliages à température ambiante et aussi, mais de manière moins importante, à haute température (800°C).

Commercial alloys such as Ni-Cr-Mo (Hastelloy© type) are well known for their high resistance with respect to corrosion at high temperature, though for Generation IV reactors, other alloys are required in order to have a better resistance regarding corrosion and oxidation, to have appropriate high temperature mechanical properties (yield stress and creep resistance) as well as acceptable room temperature toughness. One possible solution is the substitution of Mo by W. These related Ni-Cr-W systems offers improvements over Hastelloy, such as a lower activation and potentially better creep resistance, whilst maintaining similar corrosion and oxidation resistance using electron diffraction, the structural state (in terms of long and short range order) of the binary Ni-W and ternary Ni-W-Cr alloys have been studied as a function of composition. The effect of order on the high temperature solid solution hardening is also detected for these alloys as well as short evaluation of the probable creep behaviour of these alloys. Simulation on phase diagrams with Thermocalc© shows that a compromise on the composition must be found in order to find the best resistance to corrosion/oxidation and the best mechanical resistance. Results show that there is remarkable short range order on Ni-W-Cr alloys. This ordering plays a major role on the hardening mechanisms for room temperature and less accentuated role for high temperature (800°C).