Zirconium alloys dispersion strengthened with yttria

Abstract

A powder metallurgy process for the manufacture of zirconium alloys dispersion strengthened with yttria particles is described. The resulting alloys con tain a suitable dispersion of stable yttria particles in a fine-grained matrix. Tensile and stress rupture tests over a range of temperature on Zircaloy-2 containing 0, 5 and 10 vol % yttria show the strength of yttria-containing alloys to be significantly improved. The post-irradiation tensile properties of Zircaloy-2 - yttria alloys have been determined with alloys irradiated at 280°C to 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermal and 2.3 × 10²⁰ n/cm² fast. The alloys have been subjected to accelerated corrosion tests in steam and exhibit a variable response. Some possible detrimental factors and means of improvemen t of properties are discussed.

The mechanical properties of Zircaloy-2 alloys containing yttria particles are compared to some other zirconium alloys, Zircaloy-2 and zirconium-2.5 wt % Nb and the comparisons show that the dispersion- strengthened alloys arc worthy of further development.

Résumé

La fabrication par frittage des alliages de zirconium renforcés par des particules d'yttria est décrite. Ce procédé donne une dispersion convenable des particules d'yttria dans une matrice à grains fins. Des essais de traction et d'impact, effectués à diverses températures sur du Zircaloy-2 contenant 0,5 et 10 % d'yttria, ont montré que la résistance mécanique des alliages est nettement augmentée. D.autres essais de traction ont été effectués sur des alliages Zircaloy-2-yttria aprés des irradiations de 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermique et 2.3 × 10²⁰ n/cm² rapide à 280°C. Les alliages ont été soumis à des essais de corrosion accélérée (vapeur) avec des résultats variables. Dans la discussion on considère les facteurs qui peuvent être miscibles ainsi que déautres améliorations possibles.

La comparaison des propriétés mécaniques des alliages de Zircaloy-2 contenant de l'yttria à celles d'autres alliages de zirconium, Zircaloy-2 et zirconium-2.5,% Nb indique que les alliages à particules dispersées méritent d'être étudiés davantage.