Deformation of Zr-N alloys

Abstract

The effect of nitrogen in interstitial solid solution on the tensile properties of cph zirconium polycrystals has been measured. The results have been analyzed with the aid of the theory of thermally activated deformation. Between 77 and 635°K, nitrogen has a profound strengthening effect, increasing the tensile flow stress at 295°K by 45 kg/mm² per at % N; activation volumes decrease with increasing effective stress to ～ 15 b³ in an alloy containing 1 at % nitrogen, and the activation enthalpy rises to 1.4 eV at zero effective stress. The results indicate that isolated nitrogen atoms are effective barriers below 635°K. The resistance to deformation may be due to interference with atomic motions at the core of gliding dislocations. Above 635°K, strengthening is less marked; there is an athermal region up to about 750°K, and above this temperature the flow stress drops rapidly as a yet-unidentified mechanism becomes operative.

Résumé

Les auteurs ont évalué l'effet de l'azote en solution solide d'insertion sur les propriétés mécaniques de zirconium h.c. polycristallin. La théorie de la déformation thermjquement activée a permis l'analyse des résultats. Entre 77 et 635°K l'azote a un effet de durcissement important: la contrainte d'écoulement en traction augmente de 45 kg/mm² par pourcentage atomique d'azote a 295°K; le volume d'activation diminue jusqu'à ～15b₃ dans un alliage a 1% at. N quand la contrainte effective augmente et l'enthalpie d'activation atteint 1.4 à une contrainte effective nulle. Ces résultats montrent l'efficacité, sous 635°K, des barriers formées d'atomes d'azote isolés et il est proposé que la resistance à la déformation est causée par des interactions entre les deplacements d'atomes au coeur des dislocations en mouvement. Au dessus de 635°K le durcissement est moins prononcé; jusqu'à 750°K existe une région athermique et au dessus la tension d'écoulement chute rapidement alors qu'un mécanisme non identifié entre alors en jeu.