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The effect of zirconium carbide on the β → α transformation structur in zircaloy

1970; Elsevier BV; Volume: 35; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0022-3115(70)90215-1

1873-4820

G. Ökvist, Krister Källström,

Advanced ceramic materials synthesis

In Zircaloy, a brazing operation involving the β → α transformation can result in either of two metallographic structures. A basketweave structure is associated with a fairly high carbon concentration (100–200 wt ppm) whereas a parallel plate structure is characteristic of a low carbon concentration (< 50 wt ppm). In the basketweave structure microscopy revealed 5 × 108 cm−3 particles of diameter > 0.4 μm as nucleation sites for α-phase plates, while no such particles were found in the parallel plate structure. Microprobe analysis revealed carbon in the particles. Scanning electron microscopy showed a complex shape of the particles, indicating retarded spheroidization due to low carbon solubility. Electron diffraction patterns of extraction replicas showed the particles to be fcc with lattice parameter about 4.7 Å. X-ray diffraction of the particles convincingly proved the presence of fcc zirconium carbide with lattice parameter 4.68 Å. The effect of zirconium carbide in causing basketweave structure was confirmed in full scale production of Zircaloy by adding carbon to a melt of low carbon zirconium sponge. Dans le zircaloy, une opération de brasage basée sur la transformation β → α peut conduire à 2 structures métallographiques différentes. Une structure en tresse de panier est associée à une concentration relativement élevée de carbone (100 à 200 ppm en poids), tandis qu'une structure à plaquettes parallèles est caractéristique d'une faible concentration en carbone. Dans la structure en tresse de panier l'examen microscopique révélait 5 × 108 cm−3 particules de diamètre supérieur à 0,4 micron agissant comme sites de germinations pour les plaquettes de phase α, tandis qu'on ne trouvait aucune de ces particules dans la structure à plaquettes parallèles. L'analyse à la microsonde révélait l'existence du carbone dans les particules. La microscopie électronique à balayage montrait une forme complexe de particules, indiquant une globulisation retardée due à la faible solubilité du carbone. Les diagrammes de diffraction électronique des répliques d'extraction montraient que les particules étaient cubiques à faces centrées, de paramètre réticulaire voisin de 4,7 Å. La diffraction par rayons X des particules démontrait de faron définitive la présence de carbure, de zirconium cubique à faces centrées, de paramètre réticulaire égale à 4,68 Å. L'effet du carbure de zirconium sur la formation de la structure en tresse de panier était confirmé dans la production à grande échelle de zircaloy en ajoutant du carbone à une coulée d'épongé de zirconium à bas carbone. Hartlöten von Zircaloy kann zur β-α-Umwandlung führen und damit zwei Gefügestrukturen verursachen. Eine Netzstruktur entsteht bei relativ hohen C-Gehalten (100–200 Gew.-ppm), bei niedrigen (< 50 Gew.-ppm) ist eine Plättchenstruktur charakteristisch. Eine mikroskopische Untersuchung der Netzstruktur zeigte, dass die Keimstellendichte für die Plättchen der α-Phase 5 × 108/cm3 betrug. In der Plättchenstruktur lagen keine solche Partikel vor. Durch Mikrosondenuntersuchungen konnte Kohlenstoff nachgewiesen werden. Der elektronenmikroskopische Scan zeigte eine komplexe Partikelgestalt und deutete auf eine verzögerte Sphäroidisierung durch geringe C-Löslichkeit hin. Elektronenbeugung ergab, dass es sich um ein kubisch-flächenzentriertes Gitter (a = 4,7 Å) handelt. Durch Röntgenfeinstruktur-untersuchungen wurde überzeugend die Anwesenheit von ZrC (kubisch-flächenzentriert a = 4,68 Å) nachgewiesen. Der Einfluss von ZrC auf die Bildung der Netzstruktur wurde im Produktionsmassstab durch Zugabe von Kohlenstoff an C-arme Zircaloy-Schmelzen bestätigt.