- Email: [email protected]
Diagramme de phases des alliages hafnium-cuivre riches en hafnium
JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS 52 (1974) 336-338.
DIAGRAMME
DE PHASES
DES ALLIAGES
0 NORTH-HOLLAND PUBLISHING COMPANY
HAFNIUM-CUIVRE
RICHES
EN HAFNIUM
B. PIERAGGI et F. DABOSI Laboratoire de M&allurgiePhysique, Equip de Recherche Associie au CNRS NO. 263, Ecole Nationale Sup&ewe de Chimie, I 18, Route de Narbonne, 310 77 Toulouse Cedex, France
M. ARMAND So&W Ugine-Aciers, 73400 Ugine, France Refu le 15 Mars 1974 Revisd le 12 Juillet 1974
L’Ctude des cinetiques d’oxydation du hafnium et de plusieurs de ses alliages nous a permis de mettre en evidence le meilleur comportement des alliages hafnium-cuivre [l-3] . Afin de mieux caracteriser ces alliages, nous avons Cte amen& B Studier le diagramme de phases Hf-Cu qui n’etait pas connu; la seule information disponible concerne la structure du compose intermetallique HfZCu [4]. Notre etude
se limite au domaine compris entre le hafnium et le compose Hf,Cu (fig. 1). Une serie de onze alliages de teneur en cuivre comprise entre 0 et 27,3 at. % (11,7% en poids) a et6 Blaboree et, lorsque cela a Bte possible, transformee par Ugine-Aciers (ex Metaux Spkiaux SA). L’elaboration, par fusion au four ?Iarc a electrode de tungstene, est effectuee a partir de hafnium Van
%v’s T
I
I
‘C
6
3
I
9
I
12
I
15
2000
CU % at.
Fig. 1. Diagramme de phases
propod.
F& 2. Microstructure d’un alliage i 19,6 at. % Cu. X 600.
331
B. Pieraggiet al., Diagramme de phases Tableau 1 % at. thkorique
0,5
1
2
4
5
6
a
% at. vrai
0,35
0,90
1,50
3,15
4,45
5,40
6,90
9,50
% pds vrai
0,12
0,35
0,55
1,15
1,65
2,00
2,55
3,60
Arkel et de cuivre OFHC. Lorsque la teneur en cuivre est inferieure a 6 at. %, les alliages sont forges puis lamin& a chaud. Le hafnium Van Arkel contient comme impure& principales du zirconium (1.5% en poids, soit 2,98 at. %) et de l’oxygene (200 ppm). Le dosage du cuivre, par spectrophotometrie d’absorption atomique, permet de constanter de faibles variations entre la teneur vi&e et la teneur reelle des alliages (tableau 1). L’Ctude par diffraction des rayons X (radiations K, du culvre) des alliages les plus riches en cuivre montre que le cornpod Hf,Cu est le seul cornpod intermetallique forme dans la gamme des compositions d’alliage dtudikes. Toutes les raies ne provenant pas de la phase Q du hafnium s’indexent en effet selon la maille proposde par Elliott [4] . L’analyse thermique differentielle a ensuite permis de mettre en Bvidence deux paliers de transformation
Fig. 3. Microstructure
d’un alliige i 16,5 at. % Cu. X 600.
10
20
25
30
16,5
19,5
21,5
6,55
a,00
11,90
isotherme. Tous les alliages Studies, a l’exception peut&re de l’alliage le moins riche en cuivre, subissent une premiere transformation a 1295 + 1O’C. Le second palier est situ6 i 1540 * 15’C; il n’apparait pas pour les trois alliages les plus riches en cuivre. La metallographie a chaud nous a par ailleurs permis de suivre visuellement les transformations affectant les divers a&ages. On constate ainsi qu’au chauffage, la premiere transformation conduit 21la formation d’une phase liquide. Lorsque la teneur en cuivre est inferieure a 4,45 at. % , on peut observer la solidification complete de la phase liquide initialement formee, lorsque la temperature du second palier est atteinte. Ces resultats, corrobores par les examens metallographiques (figs. 2-4), nous conduisent a proposer le diagramme de phases represente par la fig. 1. Les temperatures de transformation allotropique et de fusion du hafnium pur sont respectivement prises
Fig. 4. Microstructure
d’un alliage i 16,5 at. % Cu. X 200.
338
B. Pieraggiey al., Diagramme de phases
&ales B 1750°C et 2220% [5,6]. En conclusion, l’dtude du diagramme de phases des alliages hafnium-cuivre riches en cuivre fait apparaitre deux transformations isothermes: - une transformation eutectique a 1295 f 10°C selon la reaction: liquide -+ Hf (Yt Hf2Cu, - une transformation metactique a 1540 * 15’C selon la reaction: HfP+Hfcztliquide. Les alliages hafnium-cuivre en hafnium se distinguent nettement des alliages correspondants Ti-Cu et Zr-Cu;la valeur Clevee de la temperature de transfor-
mation allotropique du hafnium est tres certainement a l’origine de cette difference.
Rifhences B. Pieraggiet F. Dabosi, J. Mat&. Nucl. 46 (1973) 183. B. Pieraggi et F. Dabosi, J. Mat&. Nucl., a’paraitre. B. Pieraggi et F. Dabosi, travaux non pub&h. M.V. Nevitt et J.W. Downey, Trans. AIME 224 (1962) 195. [5] D.K. Deardorff et H. Kato, Trans. AIME 215 (1959) 875. [6] D.K. Deardorff et E.T. Hayes, J. of Metals 8 (1956) 509.
[l] [2] [3] [4]
DIAGRAMME
DE PHASES
DES ALLIAGES
0 NORTH-HOLLAND PUBLISHING COMPANY
HAFNIUM-CUIVRE
RICHES
EN HAFNIUM
B. PIERAGGI et F. DABOSI Laboratoire de M&allurgiePhysique, Equip de Recherche Associie au CNRS NO. 263, Ecole Nationale Sup&ewe de Chimie, I 18, Route de Narbonne, 310 77 Toulouse Cedex, France
M. ARMAND So&W Ugine-Aciers, 73400 Ugine, France Refu le 15 Mars 1974 Revisd le 12 Juillet 1974
L’Ctude des cinetiques d’oxydation du hafnium et de plusieurs de ses alliages nous a permis de mettre en evidence le meilleur comportement des alliages hafnium-cuivre [l-3] . Afin de mieux caracteriser ces alliages, nous avons Cte amen& B Studier le diagramme de phases Hf-Cu qui n’etait pas connu; la seule information disponible concerne la structure du compose intermetallique HfZCu [4]. Notre etude
se limite au domaine compris entre le hafnium et le compose Hf,Cu (fig. 1). Une serie de onze alliages de teneur en cuivre comprise entre 0 et 27,3 at. % (11,7% en poids) a et6 Blaboree et, lorsque cela a Bte possible, transformee par Ugine-Aciers (ex Metaux Spkiaux SA). L’elaboration, par fusion au four ?Iarc a electrode de tungstene, est effectuee a partir de hafnium Van
%v’s T
I
I
‘C
6
3
I
9
I
12
I
15
2000
CU % at.
Fig. 1. Diagramme de phases
propod.
F& 2. Microstructure d’un alliage i 19,6 at. % Cu. X 600.
331
B. Pieraggiet al., Diagramme de phases Tableau 1 % at. thkorique
0,5
1
2
4
5
6
a
% at. vrai
0,35
0,90
1,50
3,15
4,45
5,40
6,90
9,50
% pds vrai
0,12
0,35
0,55
1,15
1,65
2,00
2,55
3,60
Arkel et de cuivre OFHC. Lorsque la teneur en cuivre est inferieure a 6 at. %, les alliages sont forges puis lamin& a chaud. Le hafnium Van Arkel contient comme impure& principales du zirconium (1.5% en poids, soit 2,98 at. %) et de l’oxygene (200 ppm). Le dosage du cuivre, par spectrophotometrie d’absorption atomique, permet de constanter de faibles variations entre la teneur vi&e et la teneur reelle des alliages (tableau 1). L’Ctude par diffraction des rayons X (radiations K, du culvre) des alliages les plus riches en cuivre montre que le cornpod Hf,Cu est le seul cornpod intermetallique forme dans la gamme des compositions d’alliage dtudikes. Toutes les raies ne provenant pas de la phase Q du hafnium s’indexent en effet selon la maille proposde par Elliott [4] . L’analyse thermique differentielle a ensuite permis de mettre en Bvidence deux paliers de transformation
Fig. 3. Microstructure
d’un alliige i 16,5 at. % Cu. X 600.
10
20
25
30
16,5
19,5
21,5
6,55
a,00
11,90
isotherme. Tous les alliages Studies, a l’exception peut&re de l’alliage le moins riche en cuivre, subissent une premiere transformation a 1295 + 1O’C. Le second palier est situ6 i 1540 * 15’C; il n’apparait pas pour les trois alliages les plus riches en cuivre. La metallographie a chaud nous a par ailleurs permis de suivre visuellement les transformations affectant les divers a&ages. On constate ainsi qu’au chauffage, la premiere transformation conduit 21la formation d’une phase liquide. Lorsque la teneur en cuivre est inferieure a 4,45 at. % , on peut observer la solidification complete de la phase liquide initialement formee, lorsque la temperature du second palier est atteinte. Ces resultats, corrobores par les examens metallographiques (figs. 2-4), nous conduisent a proposer le diagramme de phases represente par la fig. 1. Les temperatures de transformation allotropique et de fusion du hafnium pur sont respectivement prises
Fig. 4. Microstructure
d’un alliage i 16,5 at. % Cu. X 200.
338
B. Pieraggiey al., Diagramme de phases
&ales B 1750°C et 2220% [5,6]. En conclusion, l’dtude du diagramme de phases des alliages hafnium-cuivre riches en cuivre fait apparaitre deux transformations isothermes: - une transformation eutectique a 1295 f 10°C selon la reaction: liquide -+ Hf (Yt Hf2Cu, - une transformation metactique a 1540 * 15’C selon la reaction: HfP+Hfcztliquide. Les alliages hafnium-cuivre en hafnium se distinguent nettement des alliages correspondants Ti-Cu et Zr-Cu;la valeur Clevee de la temperature de transfor-
mation allotropique du hafnium est tres certainement a l’origine de cette difference.
Rifhences B. Pieraggiet F. Dabosi, J. Mat&. Nucl. 46 (1973) 183. B. Pieraggi et F. Dabosi, J. Mat&. Nucl., a’paraitre. B. Pieraggi et F. Dabosi, travaux non pub&h. M.V. Nevitt et J.W. Downey, Trans. AIME 224 (1962) 195. [5] D.K. Deardorff et H. Kato, Trans. AIME 215 (1959) 875. [6] D.K. Deardorff et E.T. Hayes, J. of Metals 8 (1956) 509.
[l] [2] [3] [4]