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Pierre BARBERIS : AREVA-NP/Centre de Recherches de CEZUS (Ugine)
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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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- Version courante de févr. 2015 par Pierre BARBERIS
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3. Texture et anisotropie
Nota : le lecteur pourra se reporter utilement à l'article des T.I dans le présent traité.
Les transformations à chaud et à froid conduisent à des produits, tôles, tubes, barres, fils, fortement texturés : les cristaux ne sont pas orientés aléatoirement mais présentent une (ou des) orientation(s) préférentielle(s). Cette texture cristallographique induit une anisotropie souvent marquée des propriétés d'emploi.
Pour caractériser la texture des produits en zirconium et hafnium, on se contente, en général, de définir les orientations préférentielles des plans (0002) à l'aide de figures de pôles. Cela ne suffit pas bien sûr à décrire totalement une texture, mais l'expérience montre que c'est l'orientation de l'axe c qui est déterminante pour la plupart des propriétés. Les facteurs de Kearns f L, fT et fN résument cette texture par 3 nombres, compris entre 0 et 1, qui peuvent se comprendre comme la fraction équivalente d'axe c dans les trois directions (longitudinale, transverse et normale, ou radiale) de l'échantillon. Ils sont tels que fL + fT + fN = 1 et sont généralement calculés avec la texture.
De nombreuses propriétés d'emploi, comme les limites élastiques et à la rupture, le module élastique, le fluage, la dilatation thermique, la croissance libre sous irradiation, dépendent de la texture. Lorsqu'il n'y a pas d'interaction grain à grain et que la propriété considérée peut être raisonnablement écrite comme combinaison linéaire des propriétés du monocristal, la propriété dans une direction φ d'un échantillon texturé est alors :
( 1 )
avec :
- P :
- propriété étudiée,
- φ :
- direction considérée,
- α1, α 2, α3 :
- cosinus directeurs de la direction φ avec...
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