Study of the void swelling of an aluminum alloy irradiated under ion beam
Etude du gonflement par cavités d’un alliage d’aluminium irradié sous faisceau d’ions
Résumé
L’utilisation des alliages d’aluminium dans l’industrie nucléaire est prépondérante dans les réacteurs expérimentaux du fait de leur faible température de fonctionnement. Dû à son excellente transparence neutronique, sa haute conductivité thermique, et son très faible échauffement sous rayons gamma, l’aluminium est un matériau de choix pour les réacteurs de recherche. Le 6061-T6 un alliage avec pour principaux éléments d’alliage magnésium, silicium, cuivre, présentant de bonnes propriétés mécaniques dues à un durcissement structural par précipitation, a été choisi pour le casier et le caisson du réacteur Jules Horowitz (RJH).
Le traitement thermique T6 permettant d’obtenir la précipitation durcissante, est constitué de trois étapes : une mise en solution suivie d’une trempe et d’un revenu. En raison de l’épaisseur des composants, la vitesse de trempe obtenue sur les éléments d’un réacteur expérimental est plus faible que celles des alliages Al-Mg-Si couramment étudiés dans la littérature sur des pièces fines. Afin d’étudier l’effet de la vitesse de trempe sur la microstructure et le comportement sous irradiation, trois cubes de 10 cm de côté d’alliage 6061 ont subi un traitement T6 dans trois conditions de trempe (eau, huile, air). A la suite de ces traitements, chaque état a été caractérisé microstructuralement et mécaniquement.
Sous faisceau neutronique, l’aluminium gonfle du fait de deux contributions principales : la transmutation de l’aluminium en silicium, proportionnelle à la dose neutronique et déjà connue, et la formation de cavités. Cette dernière composante est mal connue et peu étudiée. Par des irradiations ioniques à différents taux d’endommagement (entre 15 dpa et 100 dpa), une évaluation des modifications microstructurales suivie d’une quantification du gonflement et d’une modélisation a été entreprise.
Cette thèse a pour objectif d’identifier les modifications microstructurales, d’estimer le gonflement par cavités et de construire une base de réflexion quant à la modélisation du gonflement ainsi que les paramètres déterminants pour ce faire.
Aluminum alloys are commonly used in the nuclear industry for nuclear research reactors. Aluminum has an overall excellent neutron transparency, a high thermal conductivity and a very low gamma heating which makes it a material of choice for research reactors. Aluminum 6061-T6 (a magnesium, silicon, coper based alloy), which benefits from structural hardening, has been chosen for the core components of the Jules Horowitz Reactor (JHR).
The T6 thermal treatment necessary to obtain this structural hardening due to the precipitates is achieved by three steps: annealing, quenching and artificial ageing. Because of the thickness of the components of interest, the actual quenching rate obtained for the JHR components is lower than the ones currently documented in the literature for studies of thin sheets. To study the impact of the quenching rate, a T6 treatment with different quenching fluids (water, air) has been performed on three 10 cm sides cubes made of 6061 aluminum alloy. For each temper, a microstructural and mechanical characterization has been achieved.
Aluminum can swell under neutron irradiation due to two phenomena: the transmutation of aluminum to silicon and the formation of voids. Transmutation is proportional to the neutron dose and already well known, but the formation of voids is poorly documented. Using ion irradiation at different damage levels (from 15 dpa to 100 dpa), changes in the microstructure have been characterized. In addition, quantification of the swelling and associated modeling has been performed.
The objective of this thesis is to identify the structural modification influencing swelling, to quantify the void swelling and to build the base of a model of the void swelling including the most relevant parameters.
Domaines
Matériaux
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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