Solute strengthening at high temperatures in zirconium-tin alloys (1972)

Polycrystalline samples of alpha zirconium and a series of zirconium-tin alloys containing 0.7, 3.0 and 5.0% Sn were tested between 625° and 925°C and at strain rates of 10−4 to 1 s−1. The yield values were determined by an offset method, and were observed to be strongly temperature- and strain-rate sensitive. They obeyed an empirical power law at the higher temperatures and lower strain rates. At the lower temperatures and higher strain rates, the power law broke down, and the flow stress was nearly independent of strain rate and temperature, indicating a shift to athermal deformation.Activation analysis of the experimental data led to activation areas which decreased rapidly with stress from about 1000 to about 100 b2. The yield stresses increased markedly with tin concentration, but the activation areas varied only slightly with tin content and did not follow a c1/2 law. The analysis indicated that solute atoms do not constitute obstacles to flow, and that instead the thermally activated event controlling the deformation is likely to be the breakup of attractive junctions. The width of the local obstacles increased with tin concentration, probably as a result of the decrease in stacking fault energy produced by alloying. The major strengthening effect of tin was associated with an increase in height of the local obstacles. This was deduced from the increase in experimental activation energy with tin concentration and is attributed to the increased stability of the attractive junctions as the stacking fault energy is decreased. Résumé Des échantillons polyscristallins de zirconium-alpha et d'une série d'alliages zirconium-étain (0.7, 3.0 et 5.0% Sn) ont été soumis à des essais entre 625° et 925°C avec des vitesses de déformation variant de 10−4 à 1 s−1. Les limites élastiques déterminées pour un allongement donné, dépendent fortement de la température et de la vitesse de déformation. Elles obéissent a une loi puissance empirique pour les hautes températures et les faibles vitesses de déformation. Aux plus basses températures et plus grandes vitesses de déformation, la loi puissance n'est plus valable et la contrainte plastique est à peu près indépendante de la tempé rature et de la vitesse de déformation, ce qui indique une tendance à une déformation non activée thermiquement.L'analyse des résultats expérimentaux conduit à des surfaces d'activation qui diminuent raridement avec la contrainte, passant de 1000 b2 à environ 100 b2. La limite élastique est fortement influencée par la concentration en étain et ne suit pas une loi en c1/2 Les interprétations indiquent que les atomes de soluté ne constituent pas des obstacles au glissement mais plutôt que le facteur activé thermiquement et contrôlant la déformation est certainement la rupture des jonctions attractives. La largeur des obstacles locaux augmente avec la concentration en étain, ce qui est probablement dû à une diminution de l'energie de faute d'empilement causée par l'élément d'alliage. Le principal effet durcisseur de l'étain est associé à un accroissement de la hauteur des obstacles locaux. Cette conclusion est déduite de l'accroissement de l'energie d'activation expérimentale en fonction de la concentration en étain et est attribuée à la stabilité croissante des jonctions attractives quand l'énergie de faut d'empilement décroît.