Contribution to determination of Zirconium-rich corner of Zr-Fe phase diagram

Contribution à l’étude du Diagramme de phase Zirconium- Fer dans la Zone Riche en Zirconium

S. Boutarfaia1*, D. Saidi1, A. Kadri2

1Département de Métallurgie , CRND BP 43, Draria, Alger, Algérie

2 Université Mouloud Mammeri de Tizi-ouzou, , Algérie

* Corresponding author email: sboutarfaia@yahoo.fr

Received: 27 December 2004; revised version accepted: 06 December 2005

Abstract

The difficulty in the development of zirconium alloys is due to the problems of solubility of additions elements in the zirconium matrix, caused in the first part by the variation of the melting points of these elements and in the second part by the uncertainty determination of the diagram phase equilibra of the Zr-Fe binary system. This last remains still incomplete and discussed.

Our study appropriateness comes as a supplement to complete the diagram in the rich zirconium zone, while trying to define the limits of various solubility existing phases (Zr3Fe ; Zr2Fe ; Zr-Fe ; a and b Zr). The finality of this study is to define the transformations temperatures of liquidus, solidus, eutectics and solid-solid state.

The techniques used for characterization were scanning electron microscopy (SEM) coupled with X Ray analysis, X Ray Diffraction (XRD) and Differential Thermal Analysis ( DTA).

The obtained results are in agreement with the later work published by Arias and Servant.

Moreover, the compilation of our results enabled us to fill the discontinuity recorded in the diagram phase.

Keywords: Zirconium ; Phase diagram ; Zircalloy ; Differential thermal analysis .

Résumé 

La difficulté dans l’élaboration des alliages de zirconium est due aux problèmes de solubilité des éléments d’additions dans la matrice de zirconium engendrés d’une part par l’écart des températures de fusion de ces éléments et d’autre part par l’indétermination avec certitude du diagramme d’équilibre du système binaire Zr-Fe. Ce dernier demeure encore incomplet et controversé.

L’opportunité de notre étude vient de manière à compléter le tracé de ce diagramme dans la zone riche en zirconium tout en essayant de définir les limites de solubilité des différentes phases existantes ( Zr3Fe ; Zr2Fe  ; Zr-Fe ; a et b Zr ). Le but de cette étude est de définir les températures de transformations liquidus, solidus, eutectiques et solide-solide. Pour cela nous avons utilisé l’analyse thermique différentielle (ATD) conjugué aux analyses physico-chimiques au moyen de la diffraction de rayons X et du microscope électronique à balayage (MEB) muni d’un analyseur de rayons X (EDAX).

Les résultats obtenus sont en accord avec les travaux ultérieurs publiés par Arias et servant. En outre, la compilation de nos résultats nous a permis de combler la discontinuité enregistrée dans le tracé du diagramme de phase.

Mots clés : Diagramme de phase ; Zircaloy; Zirconium; Analyse thermique Différentielle.

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