Etude expérimentale et simulation numérique des mécanismes de plasticité du zirconium-a

C. Lebon (1,3), F. Onimus (1), L. Dupuy (1), L. Vincent (1), L. Gelebart (1),
R. Chiron (2), D. Chaubet (2), J.-L. Béchade (1), X. Feaugas (3)

1 Service de Recherches Métallurgiques Appliquées, CEA-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France, cyril.lebon@cea.fr
2 Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (CNRS-UPR9001), University of Paris Nord, av. J-B. Clément, 93430 Villetaneuse, France
3 Laboratoire d'Etudes des Matériaux en Milieu Agressif, University of La Rochelle, 23 avenue Albert Einstein, 17071 La Rochelle, France

Le comportement mécanique macroscopique du zirconium et de ses alliages, métaux de structure hexagonale compacte, utilisés depuis plus de 30 ans dans l'industrie électronucléaire, est bien connu et bien qualifié. Cependant, il apparaît que les mécanismes élémentaires de plasticité du zirconium restent encore insuffisamment caractérisés même avant irradiation. Afin d'étudier les mécanismes de déformation et le comportement monocristallin du zirconium, un matériau spécifique est utilisé : le zirconium Van Arkel de haute pureté à grains millimétriques. Dans ce matériau, des éprouvettes millimétriques sont prélevées de façon à n'avoir qu'un grain dans la section de l'éprouvette. Sur ces éprouvettes testées à température ambiante dans un MEB, une microgrille d'or est déposée. Après essais, le champ de déformation plastique est déterminé par corrélation d'images [1,2] permettant ainsi d'en déduire le comportement du monocristal de zirconium-a.

L'étude montre que les grains millimétriques se déforment principalement par activation du système prismatique, en accord avec les résultats de la littérature. D'autre part, le comportement monocristallin déterminé est également en bon accord avec de précédentes expériences [3]. En parallèle de cette étude expérimentale, une modélisation numérique par calculs éléments finis en plasticité cristalline est effectuée afin de proposer une loi de comportement monocristalline adaptée aux métaux de structure hexagonale. Les premiers résultats sont en accords avec les données expérimentales.

Références
[1] Identification of Crystalline Behavior on Macroscopic Response and Local Strain Field Analysis: Application to Alpha Zirconium Alloys, L Gélébart, J Crépin, M Dexet, M Sauzay, A Roos, Journal of ASTM International Vol. 1, Issue 9, 2004.
[2] In situ tensile testing machine and sample for a scanning electron microscope, R. Chiron, J. Fryet, P. Viaris De Lesegno, US Patent US5606168 assigned to CNRS on 02/25/1997.
[3] Plastic deformation of Zr single crystals, A. Akthar, A. Teghtsoonian, Acta Metallurgica, vol.19, no. 7 pp. 655-633, 1971.