EFFETS DES PROPRIETES DU MATERIAU IRRADIE

L’efficacité de l’écrouissage pour diminuer le gonflement a été largement démontrée pour des aciers irradiés aux neutrons [13], [21], [120], [138]–[145], mais plus rarement aux ions [102], [133]. Il diminue fortement la taille des cavités. Un taux d’écrouissage optimal entre 20% et 30% a été déterminé [13].

L’écrouissage fournit à la microstructure un dense réseau de dislocations, dislocations qui constituent des puits pour les DP. Le rôle des dislocations peut être double. Etant des puits biaisé, leur présence est nécessaire pour assurer la croissance des cavités. En revanche, comme elles absorbent également les lacunes, elles diminuent leur concentration et pourraient les empêcher d’atteindre une concentration suffisante supérieure à 𝑪𝑪_𝒗𝒗𝒆𝒆𝒆𝒆 pour atteindre des taux de germination de cavités significatifs. C’est ce dernier point qui pourrait en partie augmenter la dose d’incubation du gonflement [74].

Sur la Figure 21A, on peut observer le gonflement d’aciers ternaires à différentes températures pour différents taux de nickel. Le matériau écroui (Cold-Worked) se comporte systématiquement mieux que le matériau brut de trempe (annealed) à une température inférieure à 500°C, ceci pour les raisons développées ci-dessus. Cependant, à plus haute température (600°C), le réseau de dislocations se restaure et le gonflement réapparait. On parle de la deuxième bosse de gonflement [13]. A haute température, le gonflement est plus important dans un acier écroui que dans un acier brut de trempe. C’est souvent alors le caractère hétérogène et cellulaire du réseau de dislocations qui favorise le gonflement [140], [146], [147]. Il est intéressant de remarquer que l’augmentation du gonflement causé par l’écrouissage à 600°C (Figure 21A) augmente avec le taux de nickel, passant de 15% à 30%. Or la structure cellulaire du réseau de dislocations est justement favorisée avec l’augmentation du taux de nickel [42].

L’écrouissage est donc beaucoup plus efficace quand il est accompagné d’éléments stabilisants tel que le titane et § I.4.2.3.5) pour freiner la restauration des dislocations à haute température [133], [143], [144]. Sous irradiations aux ions, l’écrouissage semble avoir un effet plus faible qu’aux neutrons, décalant légèrement la cloche de gonflement vers les plus basses températures [102].

Figure 21 : (A) Gonflement observé dans des Fe-15Cr-xNi irradiés dans EBR-II [140]

I.4.2.2. PRECIPITATION

Les aciers austénitiques avancés présentent une grande variété de précipités à cause du grand nombre d’éléments d’addition (Tableau 2). Certains précipités ont tendance à favoriser le gonflement tandis que d’autres le suppriment. Trois paramètres semblent être en cause : la morphologie des précipités, la nature de leur interface et leur composition.

La fine précipitation uniformément répartie que représentent en particulier les MC, les phosphures et les phases γ’, est particulièrement favorable pour limiter le gonflement. Ces phases ont une double fonction. Elles stabilisent efficacement le réseau de dislocations, (évitant sa restauration à haute température qui s’accompagne d’un redémarrage du gonflement (§ I.4.2.1). Cet effet est visible sur la Figure 6. De plus, les nano-précipités offrent également une grande densité de puits peu biaisés pour les DP à cause de la présence des interfaces précipités-matrice [2], [13], [26], [110], [148]–[151].

Cependant, la précipitation grossière que représentent les carbures complexes et les phases G ne possède pas ces qualités. Les précipités M6C et les phases G sont souvent associés aux cavités [30], [152], [153]. Bien qu’il ne soit pas clairement compris si les précipités sont des sites de germination privilégiés pour les cavités (germination hétérogène [152]) ou si la précipitation a lieu autour de cavités déjà formées, il se pourrait que la nature de l’interface précipité-matrice joue un rôle important dans ces processus.

Sur la Figure 22, Voyevedin et Neklyudov mettent en parallèle l’évolution des précipités et du gonflement [19], [154]. Les MC qui se forment rapidement ont une interface cohérente avec la matrice et sont des sites de recombinaison efficaces pour les DP. En grossissant, les MC perdent leur cohérence avec la matrice. La diffusion induite des éléments Ni et Si s’opère et conduit à la formation des phases G plus grossières qui appauvrissent la matrice en soluté. Or les éléments d’addition sont très efficaces pour limiter le gonflement (§I.4.2.3). Le grossissement des précipités semble en effet coïncider avec la

fin de la dose d’incubation (Figure 22B) et pourrait être dû à l’appauvrissement de la matrice en éléments d’addition (Ti, Si, P etc…).

Figure 22 : (A) Schéma de l’évolution d’un MX sous irradiation ; (B) Comparaison de l’évolution du gonflement et de la précipitation en fonction de la dose d’irradiation dans un alliage EI-847 [19], [154]

Finalement, on préférera une répartition dense et fine des précipités qui constituent des puits pour les défauts ponctuels, plutôt que la précipitation de phases secondaires grossières qui appauvrissent la matrice en éléments chimiques inhibiteurs de gonflement.

I.4.2.3. COMPSITION CHIMIQUE

La résistance d’un matériau au gonflement dépend fortement de sa composition chimique. De nombreuses études ont montré qu’une très faible variation chimique pouvait changer considérablement la résistance au gonflement d’un acier [155]. Une partie de ces études est présentée ici. Dans un premier temps, les hypothèses de mécanismes relatifs au rôle des éléments en solution pour limiter le gonflement sont présentées. Puis les résultats de l’influence de chaque élément sont décrits.

Dans un acier austénitique, on peut différencier les éléments majeurs tel que le fer le nickel et le chrome des éléments mineurs. Ils sont dit mineurs (ou d’addition), s’ils sont présents en très faible quantité, en général, moins de 1 % massique. Leur impact sur la résistance au gonflement peut être considérable. En règle générale, un acier fortement allié se comporte toujours mieux qu’un alliage dépourvu d’éléments d’addition. Cependant, de trop fortes teneurs peuvent conduire à la formation de phases secondaires néfastes pour le gonflement et la résistance mécanique du matériau.