Nocivité des hydrures dans le zircaloy-4

Hydride embrittlement in the zircaloy-4

• Auteur / Autrice : Jinbo Bai
• Direction : Dominique François
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zircaloy (marque déposée)

Métaux -- Teneur en hydrogène

Métallurgie

Mots clés libres

Zircaloy-4

Microstructure

Transition ductile-fragile

Résumé

Cette thèse a été effectuée pour quantifier l'influence de l'hydrogène sous forme d'hydrures sur le comportement mécanique du zircaloy-4. Après une étude bibliographique nous avons réalisé le chargement en hydrogène sans ou sous contrainte a l'aide d'un montage adapte, et ensuite caractérisé la morphologie des hydrures par l'analyse optique, MEB et MET. Par essais de traction simple, mesure dynamique sur les éprouvettes hydrurées, nous avons quantifié l'effet des hydrures sur les propriétés mécaniques du zircaloy-4 et a 350c; par essai in-situ, observation des facies de rupture et analyse de profils de rupture, nous avons mis en évidence des mécanismes de rupture pour différentes teneurs en hydrogène (jusqu'a 2000 ppm h), différentes températures (a 20 et 350c) et différents états métallurgiques (détendu, recristallise et traité beta). Il existe une transition ductile-fragile a 20°C lorsque l'on augmente la teneur en hydrogène. La teneur en hydrogène correspondant a cette transition dépend de l'état métallurgique qui passe de 700 ppm environ, pour les états détendu et recristallise, a 100 ppm pour l'état traite beta pour les tôles de 0,5 mm d'épaisseur. Cette transition semble liée à la formation progressive d'un réseau continu d'hydrures fragiles et est plus étalée pour l'état détendu (entre 700 et 1050 ppm). À 20°C, l'analyse des faciès de rupture montre la présence de fissures secondaires. Pour les essais a 350°C, sur les éprouvettes contenant moins de 1500 ppm h#2, la fragilisation par les hydrures disparait. L’augmentation importante de la ductilité de la phase hydrure et le changement des conditions internes autour des hydrures entre 20°C et 350°C semble être à l’ origine du mécanisme observé et de la disparition de la fragilisation par les hydrures. Cependant, les éprouvettes à l'état traite beta, contenant plus de 1800 ppm h#2, peuvent être fragiles. La transformation de phase delta (ductile a 350°C) à phase epsilon (fragile a 350c) des hydrures pourrait contribuer a ce changement. Divers modèles ont été proposes afin de prédire l'effet des hydrures, l'influence des microstructures et les gammes de fabrication, et l'effet de la contrainte sur l'orientation des hydrures. Enfin nous proposons certaines mesures possibles pour minimiser la fragilisation par l'hydrogène. La nocivité des hydrures et leur contribution effective a la fragilisation du zircaloy-4 pourraient être minimisée en contrôlant la texture, la forme et la taille des grains et la gamme de fabrication afin d'obtenir une précipitation des hydrures sur des joints de grains (ou interfaces des lamelles) fins et allonges dans le sens de sollicitation