Academic literature on the topic 'Zircaloy (marque déposée)'

Le zircaloy-4 est le principal matériau des assemblages combustibles des Réacteurs à Eau sous Pression. En service comme lors de l'entreposage, l'intégrité de ces composants doit être garantie en dépit de la présence d'hydrogène (en solution dans la matrice de zirconium) et d'hydrures (qui précipitent lorsque la teneur en hydrogène dépasse la limite de solubilité). L'objectif de cette étude est de caractériser l'effet de l'hydrogène et des hydrures sur le comportement viscoplastique du zircaloy-4 recristallisé non irradié. La présence d'hydrogène en solution solide est à l'origine d'une diminution des caractéristiques mécaniques se traduisant par une accélération des cinétiques de fluage et une diminution des contraintes d'écoulement en traction. Cet adoucissement est particulièrement visible en conditions d'interactions dynamiques oxygène/dislocations (mises en évidence sur le matériau sans hydrogène). L'hypothèse avancée, consolidée par des résultats de simulation atomique, est que l'hydrogène facilite le mouvement des dislocations, en diminuant les effets d'ancrage par les interstitiels, et/ou en augmentant la mobilité intrinsèque des dislocations. L'effet des hydrures se traduit par un durcissement du matériau (ralentissement des cinétiques de fluage, augmentation des contraintes d'écoulement en traction et des contraintes relaxées) compensant l'adoucissement par l'hydrogène. Le mécanisme de durcissement provient d'une augmentation des contraintes internes, déterminées par des essais de charge-décharge. Pour les très faibles déformations plastiques, les hydrures constituent un obstacle au glissement des dislocations. Ils sont ensuite franchis (ce qui correspond à une saturation de la contrainte interne). Les observations MET, ainsi que des résultats obtenus sur le titane indiquent que les précipités subissent alors un mécanisme de déformation.

L'objet de ce travail porte sur l'etude et la modelisation du comportement viscoplastique anisotrope du zircaloy 4 dans deux etats metallurgiques differents a savoir recristallise et detendu. Une importante campagne experimentale est realisee entre 20 et 450c. A 350c l'anisotropie est quantifiee de facon detaillee grace a des essais monotones et cycliques uni et biaxes de traction-compression, traction-torsion et traction-pression interne. Les resultats laissent supposer que les coefficients d'anisotropie ne dependent pas de la temperature. Au voisinage de 300c la fluidite de cet alliage presente un minimum tres marque. Ce comportement est attribue au vieillissement dynamique souvent observe dans les solutions solides d'insertion. Dans la derniere partie nous proposons l'extension au cas du zircaloy 4 de la formulation d'un modele viscoplastique unifie. L'introduction de l'anisotropie dans ce modele s'effectue par l'intermediaire de quatre tenseurs d'ordre 4 affectant les directions d'ecoulement, les parties lineaires des ecrouissages cinematiques, ainsi que les restaurations dynamiques et statiques. L'identification de ce modele est discutee et realisee a 350c

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

Le parc nucléaire français fournissant plus de 75% de la production nationale d'électricité, la puissance des REP doit pouvoir être adaptée à la demande du réseau électrique. Par ailleurs, EDF souhaite augmenter la durée de vie des assemblages combustibles. Ces conditions de service provoquent des interactions répétées entre la pastille et la gaine (IPG) du crayon combustible. Nous présentons dans ce mémoire un modèle décrivant le comportement anisotrope viscoplastique de tubes de gaine en Zircaloy-4 détendu irradiés entre 0 et 4 cycles. L'anisotropie est décrite dans la modélisation au moyen de quatre tenseurs d'ordre 4 affectant les directions d'écoulement, les parties linéaires, ainsi que les restaurations dynamique et statique des variables d'écrouissage cinématique. Le modèle a été identifié à 350°C et 400°C sur des tubes de gainage représentatifs de ceux introduit dans les REP d'EDF. Les effets de la température affectent l'équation d'état ainsi que le terme de restauration statique. Le modèle proposé permet de reproduire des chargements complexes représentatifs d'une IPG à 350°C, 380°C et 400°C. L'irradiation provoque un durcissement et une diminution de la vitesse de fluage des gaines irradiées jusqu'à une fluence de 45. 10 puissance 24 n/m2 (E > 1 MeV). L'évolution des propriétés mécaniques sature au-dessus de cette fluence. Les propriétés élastiques des tubes de gainage ne sont pas modifiés par l'irradiation. L'introduction d'une variable d'état d'endommagement liée à la fluence permet d'imposer une augmentation de l'écrouissage cinématique, ainsi que la diminution du terme de restauration statique. Ce formalisme identifié à 350°C à partir d'essais monotones de traction et de fluage biaxés a été validé grâce aux essais mécaniques réalisés à 380°C et 400°C sur des gaines irradiées. L'application du modèle à un cas réel est illustré par le calcul éléments finis du comportement mécanique d'un crayon combustible soumis à une IPG.

Au cœur des Réacteurs à Eau sous Pression, la gaine en Zircaloy-4 est soumise à la corrosion : une couche d'oxyde externe et une couche d'oxyde interne se forment. Celles-ci sont susceptibles d'influencer le comportement des tubes pendant leur séjour en réacteur et pendant leur entreposage. Le but de cette étude est donc de contribuer à la compréhension du comportement mécanique des tubes oxydés. Des essais mécaniques sont effectués sur des tubes de gainage et tubes guides en traction et pression interne. Ils mettent en évidence un effet différent de l'oxyde sous ces deux types de sollicitation. En traction, la couche de zircone entraîne un important renfort. En pression interne, elle entraîne soit un faible renfort, soit un affaiblissement. La fissuration de la couche d'oxyde est caractérisée et quantifiée par des observations au MEB en fin d'essais. Ces observations mettent en évidence la nécessité d'une modélisation du comportement prenant en compte l'endommagement par fissuration de la couche. Un modèle aux éléments finis est donc présenté pour un tube recouvert de deux couches de zircone (interne et externe) non fissurées puis fissurées. Pour expliquer cette différence de comportement suivant le type de sollicitation appliquée, l'hypothèse d'un effet de type " structure " est proposée. La présence des couches d'oxyde fissurées entraîne des contraintes circonférentielles dans le Zircaloy qui favorisent un renfort en traction uni-axiale, malgré la fissuration de la couche d'oxyde. Alors qu'en pression interne, la présence de l'oxyde entraîne des contraintes axiales dans le Zircaloy qui s'opposent à la diminution des déformations circonférentielles, limitant ainsi l'effet de renfort qui est alors nettement plus faible qu'en traction. L'influence de l'oxyde sur les contraintes s'exerçant sur le Zircaloy est donc à l'origine de cette différence de comportement en traction et pression interne.

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

Pendant les transitoires de puissance des REP, la corrosion sous contrainte par l'iode (CSC-I) est l'un des modes de rupture potentiels des crayons combustibles en Zircaloy-4 en situation d'Interaction Pastille Gaine. Le premier objectif de notre étude est de discriminer les paramètres influents sur la CSC-I, en mesurant les cinétiques de propagation par suivi électrique, en milieu méthanol iodé à température ambiante sur des éprouvettes plates entaillées. Nous montrons que pour un KI inférieur à 20 MPa. M1/2, la vitesse de propagation IG et mixte IG/TG dépend linéairement du KI, quel que soit le mode de propagation. Entre 20 et 25 MPa. M1/2, la vitesse de propagation purement TG est une fonction affine du KI, mais augmente plus rapidement avec le KI que pendant la propagation IG et mixte IG/TG. La direction et le plan de propagation des fissures (LT ou TL) influent sur les modes de propagation, mais pas sur les cinétiques de propagation. L'augmentation de la concentration en iode conduit à une augmentation des vitesses de propagation pour un KI donné, et à une diminution du KI,seuil déclenchant la propagation d'une fissure. Ce travail permet donc de quantifier l'influence de la concentration en iode et du KI sur la phase de propagation des fissures, de proposer une loi de propagation prenant en compte ces paramètres, et d'améliorer la description de la CSC-I pour les modèles. Les gaines en alliages de zirconium sont irradiées aux neutrons au cours de leur utilisation, ce qui modifie leur microstructure et leurs modes de déformation. Le second objectif de notre étude est donc d'étudier l'influence de ces modifications sur la CSC-I. Pour cela, des éprouvettes lisses de Zircaloy-4 recristallisé sont irradiées aux protons à 2 dpa et 305°C, la microstructure et les modes de déformation du Zircaloy-4 non irradié et irradié sont caractérisés en MET et en MEB, et l'influence des modifications induites par l'irradiation sur la sensibilité à la CSC-I est étudiée. Les précipités de phase de Laves sont faiblement modifiés par l'irradiation. La formation de boucles de dislocations P, concomitante à un durcissement induit par l'irradiation, est observée. Le Zircaloy-4 irradié aux protons se déforme dans la direction transverse par canalisation basale, et la déformation se localise dans des bandes de déformation macroscopique. Les cissions critiques des systèmes de glissement basal et prismatique sont inversées par l'irradiation aux protons. La microstructure de boucles de dislocations, le durcissement, et les modes de déformation du Zircaloy-4 irradié aux neutrons sont raisonnablement bien simulés par l'irradiation aux protons. L'irradiation aux protons conduit à une augmentation significative de la sensibilité à l'amorçage des fissures de CSC-I après traction lente dans la direction transverse. Pour de faibles concentrations, les fissures s'amorcent sur les bandes de déformation macroscopiques, et lorsque la concentration en iode augmente, le niveau de déformation locale nécessaire à l'amorçage des fissures diminue
The context of this study ls the iodine-induced stress corrosion cracking (1-SCC) of Zircaloy-4. The first objective is to quantify the affect of the iodine content and of the stress intensity factor (KI) on the subcritical crack propagation rate. Our results indicate that the crack propagation rate is a linear function of KI and increases with the iodine content for a given KI. We finally propose a propagation law, improving by this way the 1-SCC description for modelling. The second objective is to study the effect of irradiation on 1-SCC, by means of tests made on proton-irradiated material. We establish th the dislocation loops microstructure, the hardness, and the deformation modes of proton·irradiated Zircaloy-4 are consistent with the one reported alter neutron irradiation. Besides, irradiation induces an increase of the 1-SCC susceptibility. The role of hardening, chanelling, and macroscopic Jocaiization of deformation are discussed