ZIRCONIUM ET HAFNIUM

Métallurgie de transformation

En dehors des métaux purs, les alliages développés sont les alliages de zirconium pour application nucléaire dans l'eau jusque vers 400 ⁰C. Le plus courant est le Zircaloy 4, alliage zirconium-étain à 1,4 p. 100 d'étain avec addition de fer (0,21) et de chrome (0,10). Analogue, le Zircaloy 2 contient un peu moins de fer (0,14) et du nickel (0,05). On peut citer en outre un alliage zirconium-niobium à 2,5 p. 100 de niobium. Tous ces alliages contiennent 0,05 à 0,15 p. 100 d'oxygène.

Aux teneurs utilisées, tous les éléments d'alliages sont entièrement solubles dans la phase β du zirconium au-dessus de 800 ⁰C environ. Aux températures inférieures, au contraire, les solubilités dans la phase α sont très limitées, et les alliages sont biphasés et constitués par une matrice de zirconium α pratiquement pur et par des précipités de composés intermétalliques. C'est précisément l'obtention d'une structure fine et régulièrement répartie de ces précipités, grâce à des traitements thermomécaniques appropriés, qui constitue l'essentiel de l'art du métallurgiste, car toutes les propriétés des alliages en dépendent plus ou moins.

La très grande réactivité des métaux en question à l'état fondu ne permet pas l'emploi des moyens de fusion classiques. On utilise pratiquement exclusivement les fours à arc à électrode consommable sous vide. La première électrode est constituée par assemblage par soudure à l'abri de l'air de pièces comprimées de dimensions restreintes élaborées au moyen de presses hydrauliques à partir des matières premières : éponge et éléments d'alliages. Deux fusions successives sont indispensables pour obtenir des lingots homogènes.

Les procédés et le matériel mis en œuvre pour la déformation plastique (forgeage au pilon ou à la presse, extrusion, laminage à chaud et à froid, étirage, etc.) sont les mêmes que ceux qui sont utilisés pour les aciers. Mais, du fait de la grande oxydabilité du zirconium, il est nécessaire de limiter le plus possible des durées de chauffage au cours du travail à chaud et de prévoir à l'issue de cette opération une décontamination très soignée des produits (grenaillage et décapage). Au cours du travail à froid, les traitements de recuit doivent être effectués en atmosphère de gaz neutre purifié, ou mieux sous vide poussé, si l'on veut obtenir un état de surface final sans défaut.

L' usinage ne présente pas de difficultés particulières, sauf le risque d'inflammation des copeaux en cas de passes fines. Cela est sans danger si l'on évite l'accumulation de copeaux sur les machines.

La très grande élasticité de ces métaux pose quelques problèmes pour les travaux de chaudronnerie. Le repoussage à chaud donne d'excellents résultats ; par contre, l'emboutissage profond nécessite des précautions particulières.

La soudure autogène est possible à condition d'éviter toute oxydation (arc sous argon ou bombardement électronique).

La jonction avec les métaux classiques (fer, cuivre, aluminium) n'est pas réalisable par soudure (formation de composés intermétalliques fragiles) ; par contre, la brasure peut être envisagée.