Étude théorique et expérimentale du laminage à pas de pélerin de tubes en zircaloy 4

Theoretical and experimental study of cold pilgering

• Auteur / Autrice : Sandrine Mulot
• Direction : Pierre Montmitonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : ENSMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Zircaloy (marque déposée)

Simulation par ordinateur

Résumé

Cette étude concerne le laminage à pas de pèlerin de tubes de gainage à usage nucléaire en zircaloy 4. Lors de la dernière passe de laminage, il peut apparaître des défauts de surface. Pour prévoir cet endommagement, un modèle mécanique analytique a été mis au point lors d'une précédente thèse. Ses principales limitations étaient : - L'utilisation d'une loi de comportement isotrope, alors que l'on sait le matériau anisotrope. Le modèle mécanique a été modifié pour accepter un comportement anisotrope de type quadratique de Hill. Sur la gamme amont de laminage, l'anisotropie a été quantifiée expérimentalement, au travers des six paramètres de la loi de Hill. Un essai original de mesure des paramètres en cisaillement, par cisaillage de barreaux cylindriques prélevés dans la paroi du tube, a été conçu et réalisé. Nous avons par ailleurs utilisé le modèle polycristallin de Lebensohn et Tomé afin de prédire les propriétés mécaniques sur l'ensemble de la gamme. - La difficulté de prendre en compte de manière prédictive la déformation en cisaillement dans le plan radial + longitudinal du tube, dont l'importance avait été démontrée. Cet obstacle a été levé en construisant un modèle de borne supérieure, couplé au modèle global. Ce modèle d'ensemble a aussi été complété par le calcul des efforts horizontaux sur le mandrin par la méthode des tranches. Parallèlement à ces développements, une campagne de simulation par éléments finis 3d a permis de mieux comprendre ce procédé complexe de déformation à froid. Les informations tirées de ces simulations ont montré qu'il était nécessaire de reprendre certaines hypothèses du modèle analytique. Nous nous sommes attachés à construire et à valider une nouvelle formulation tridimensionnelle, semi-analytique, de la dernière passe de laminage, en nous affranchissant des approximations que la simulation numérique a montrées les plus criticables.

This study deals with the pilgering of Zircaloy 4 cladding tubes. During the last pilgering pass, surface defects may appear in a little quantity but of a great potential noctivity. In order to foresee this damage, a previous thesis was dedicated to the turning of mechanical model. Its major limits were : - the use of isotropic plasticity behaviour law although the material is highly textured and mechanically anisotropic. The mechanical model has been modified so that an anisotropic behaviour of a Hill quadratic type be accepted. The anistropy has been experimentally quantified over the upstream stages of the pilgering process line, throughout the six Hill parameters. An original method for measurement of shear parameters has been set up using the shearing of cylindrical bars coming from the tube wall. The Lebensohn and Tomé model was used to predict the mechanical properties over the whole process line ; - the difficulty to take account, using a predictive manner, the shear bucling within the radial-longitudinal tube plane, although its importance has been proved. This obstacle has been cancelled with the building of an upper boundary model. This model has been enhanced with the calculation of the mandrel horizontal stresses using the slab method. Along with theses developpments, a series of numerical simulations with 3D finite elements allowed a better understanding of this complex process of cold deformation. The information obtained from these simulations showed it was necessary to reconsider some of the hypothesis from the analytical model. We concentrated on the building showed to be the most questionable by the simulation.