Investigation of phase transformations in ternary zirconium alloys

Abstract

In this thesis, we studied phase transformations, microstructure, and mechanical properties of two newly designed alloys, Zr-4Sn-1Cr and Zr-4Nb-2Al (in wt%). Phase transformations were investigated, employing differential scanning calorimetry (DSC) and electric resistance measurements. The microstructure and phase composition were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis (XRD) in the cast+homogenized state and after various heat treatments. We studied the evolution of Zr2Cr particles in the alloy Zr-4Sn-1Cr and observed the precipitation of intermetallic Zr2Al and Zr3Al phases in the alloy Zr-4Nb-2Al. We performed hot swag- ing of the studied alloys and investigated their mechanical properties using microhardness and tensile measurements. Both swaged alloys achieved higher ultimate tensile strength than commercially used Zircaloy-2 and Zircaloy-4.

V předložené práci byly studovány fázové transformace, mikrostruktura a mechanické vlastnosti dvou nově navržených slitin, Zr-4Sn-1Cr a Zr-4Nb-2Al (v hmotnostních %). Fá- zové transformace byly zkoumány pomocí diferenční skenovací kalorimetrie (DSC) a mě- řením elektrického odporu. Mikrostruktura a fázové složení byly zkoumány pomocí ske- novací elektronové mikroskopie (SEM) a rentgenové difrakční analýzy (XRD) v odlitém + homogenizovaném stavu a po různých tepelných zpracováních. Studovali jsme vývoj Zr2Cr částic ve slitině Zr-4Sn-1Cr a pozorovali výskyt precipitátů intermetalických fází Z2Al a Zr3Al ve slitině Zr-4Nb-2Al. Provedli jsme horké rotační kování studovaných slitin a zkoumali jejich mechanické vlastnosti pomocí mikrotvrdostních a tahových zkoušek. Obě vykované slitiny dosáhly při tahových zkouškách vyšší meze pevnosti než komerčně používané zirkoniové slitiny Zircaloy-2 a Zircaloy-4.