Présentation
Auteur(s)
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Pierre BARBERIS : AREVA-NP/Centre de Recherches de CEZUS (Ugine)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le zirconium a été découvert en 1789 par Klaproth et obtenu pour la première fois sous forme métallique impure en 1824 par Berzelius. Il a fallu attendre 1925 pour que ce métal soit obtenu en laboratoire sous forme très pure et donc très ductile par Van Arkel et De Boer.
Le hafnium n'a été isolé qu'en 1923 par Coster et De Hevesy. La volonté de construire des sous-marins à propulsion nucléaire a conduit à retenir le zirconium comme seul élément de structure pouvant convenir pour la construction d'un réacteur compact. Ce besoin, à une époque où la métallurgie du zirconium n'existait pas, a initié, d'abord aux États-Unis, puis en France, d'importantes études dont les principaux thèmes furent :
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l'obtention de zirconium ductile ;
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la séparation zirconium-hafnium ;
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la mise au point des fours de fusion ;
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la recherche d'alliages résistant à la corrosion aqueuse ;
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les conditions de transformation ;
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le comportement sous irradiation.
La métallurgie de ces métaux a amorcé son développement industriel vers 1950, aux États-Unis, et vers 1960, en France. En 2005, la capacité mondiale est d'environ 7 000 tonnes d'alliages de zirconium, les principaux producteurs étant les Etats-Unis, la France, la Russie et l'Inde. Avec la renaissance du nucléaire, elle devrait s'accroître dans les prochaines années, avec de nouveaux acteurs.
Les capacités en hafnium sont très limitées et dépendent de celles du zirconium puisque les seules sources de hafnium sont les minerais de zirconium qui n'en contiennent que 2 à 4 %. Ces métaux, développés initialement pour des applications uniquement nucléaires, voient leur champ d'application s'élargir du fait d'une excellente résistance à la corrosion dans de nombreux milieux agressifs.
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VERSIONS
- Version courante de févr. 2015 par Pierre BARBERIS
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Propriétés physiques6. Mise en œuvre
La mise en œuvre de ces deux métaux est souvent voisine de celle du titane et de ses alliages .
6.1 Mise en forme
Quelques données permettant de situer ces matériaux figurent sur le tableau 5. En général, l'aptitude à la déformation par rétreint est bonne. En revanche, en expansion (essai Erichsen), elle est plus limitée. Il est difficile de se prononcer sur l'effet de la composition, car il faudrait comparer les alliages à structure et texture équivalente, ce dernier facteur étant vraisemblablement prépondérant.
HAUT DE PAGE6.2 Usinage
L'usinage ne présente pas de difficultés particulières. Il est toutefois plus aisé avec les alliages. On peut utiliser aussi bien des plaquettes de carbure de tungstène que des outils en acier rapide avec huile minérale ou huile soluble, celles-ci ayant pour objet principal le refroidissement.
Par exemple, dans le cas de tournage à l’aide d’outil en acier rapide, les caractéristiques suivantes pour deux variantes sont satisfaisantes :
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angle de pente d’affûtage 21°-10° ;
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angle de direction 45°-75° ;
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angle de dépouille 8°-8° ;
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angle de bec 120°-90° ;
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rayon de bec 0,8 mm-0,3 mm.
Avec des aciers rapides les vitesses de coupe sur Zircaloy se situent entre 25 et 40 m/min. Les outils avec plaquettes de carbures permettent d'accroître la productivité et donnent souvent une meilleure finition.
À cause des risques d'inflammation qui sont plus importants pour le hafnium que pour le zirconium, il est déconseillé de stocker des copeaux fins .
HAUT DE PAGE6.3 Soudage
Ces métaux se soudent très bien entre eux selon les mêmes techniques que celles utilisées pour le titane. Les soudures doivent impérativement se faire sous gaz neutre ou sous vide pour éviter toute pollution fragilisante par l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone. Toutes les techniques classiques (à l'arc, avec ou sans métal d'apport, par bombardement d'électrons,...
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