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La nouvelle microscopie fonctionne à la chaleur extrême et met en lumière les alliages des réacteurs nucléaires.

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NC State University

 

Les changements microstructuraux dans un matériau prometteur pour les réacteurs nucléaires peuvent être suivis en temps réel au cours des essais thermomécaniques, grâce à une nouvelle technique de microscopie. Afsaneh Rabiei est représentée ici avec l’appareil qu’elle a développé et qui peut capturer des images de microscopie électronique à balayage (MEB) en temps réel à des températures allant jusqu’à 1000 degrés Celsius tout en appliquant des contraintes allant jusqu’à deux gigapascal.

Une nouvelle technique de microscopie permet aux chercheurs de suivre les changements de microstructure en temps réel, même lorsqu’un matériau est exposé à une chaleur et un stress extrêmes. Récemment, les chercheurs ont montré qu’un alliage d’acier inoxydable appelé alliage 709 a le potentiel pour des applications à température élevée, telles que les structures de réacteurs nucléaires. «L’alliage 709 est exceptionnellement résistant et résistant aux dommages lorsqu’il est exposé à des températures élevées pendant de longues périodes», explique Afsaneh Rabiei, auteur correspondant d’un article sur les nouvelles découvertes et professeur d’ingénierie mécanique et aérospatiale àUniversité d’État de Caroline du Nord. « Cela en fait un matériau prometteur pour une utilisation dans les centrales nucléaires de la prochaine génération. « Cependant, l’alliage 709 est si nouveau que sa performance sous une chaleur et une charge élevées doit encore être entièrement comprise. Et le ministère de l’Énergie (DOE) devait mieux comprendre ses caractéristiques thermomécaniques et structurelles afin de déterminer sa viabilité pour une utilisation dans les réacteurs nucléaires. »Pour répondre aux questions du DOE, Rabiei a proposé une solution originale. Travaillant avec trois sociétés – Hitachi, Oxford Instruments et Kammrath & Weiss GmbH -, Rabiei a développé une nouvelle technique qui permet à son laboratoire d’effectuer une microscopie électronique à balayage (MEB) en temps réel tout en appliquant une chaleur et des charges élevées.

« Cela signifie que nous pouvons voir la croissance de la fissure, la nucléation des dommages et les changements microstructuraux dans le matériau au cours des essais thermomécaniques, qui sont pertinents pour tout matériau hôte – et pas seulement l’alliage 709″, dit Rabiei. «Cela peut nous aider à comprendre où et pourquoi les matériaux se brisent dans une grande variété de conditions: de la température ambiante jusqu’à 1 000 degrés Celsius (C), et avec des contraintes allant de zéro à deux gigapascal.

Pour situer cela dans son contexte, 1 000 C est de 1 832 degrés Fahrenheit. Et deux gigapascal est équivalent à 290,075 livres par pouce carré.

L’équipe de Rabiei a collaboré avec l’Université de Birmingham au Royaume-Uni pour évaluer les propriétés mécaniques et microstructurales de l’alliage 709 lorsqu’il est exposé à une chaleur et à une charge élevées.

Les chercheurs ont exposé des échantillons d’un millimètre d’épaisseur de l’alliage 709 à des températures allant jusqu’à 950 ° C jusqu’à ce que le matériau «tombe en panne», ce qui signifie que le matériau s’est brisé.

«L’alliage 709 a surpassé l’acier inoxydable 316, ce qui est ce qui est actuellement utilisé dans les réacteurs nucléaires», explique M. Rabiei. « L’étude montre que la résistance de l’alliage 709 était supérieure à celle de l’acier inoxydable 316 à toutes les températures, ce qui signifie qu’il pourrait supporter plus de stress avant d’échouer. Par exemple, l’alliage 709 pouvait supporter autant de contrainte à 950 ° C que l’acier inoxydable 316 pouvait supporter à 538 ° C.

« Et notre technique de microscopie nous a permis de surveiller la nucléation des vides et la croissance des fissures ainsi que tous les changements dans la microstructure du matériau tout au long du processus », explique Rabiei.

« C’est une découverte prometteuse, mais nous avons encore beaucoup de travail à faire », dit Rabiei. « Notre prochaine étape consiste à évaluer comment l’alliage 709 fonctionnera à des températures élevées lorsqu’il est exposé à une charge cyclique ou à un stress répété. »

Le document, « Étude sur la traction de l’ alliage 709 propriétés à différentes températures, » apparaît dans la revue  Materials Science and Engineering: A . Le premier auteur de cet article est Swathi Upadhayay, un ancien étudiant diplômé de NC State. Le papier a été co-écrit par Hangyue Li et Paul Bowen de l’université de Birmingham. Le travail a été soutenu par le ministère de l’énergie sous le numéro de subvention 2015-1877 / DE-NE0008451 et par le Royaume-Uni de recherche et d’innovation numéro EP / N016351 / 1.

La source :

https://eurekalert.org/pub_releases/2018-07/ncsu-nmw070918.php

eurekalert.org

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