Strain rate dependent hardening in zirconium and zirconium-niobium alloy

Abstract

The strain-rate dependent hardening behaviour of commercial- grade purity zirconium and its alloy containing 2.5 wt % niobium was investigated by employing a stress relaxation testing method at temperatures from room temperature to 400 C. It was demonstrated that a complete phenomenological description of the mechanical behaviour could be 0btained by representing the stress-strain rate relationship in terms of the temperature, strain and microstructure. At low temperatures, the flow stress (σ) and strain rate (ε) were related so that the rate sensitivity index m = ∂lnσ/∂lnε remained constant over a wide strain rate range. Moreover, an addition of 2.5 wt % niobium in pure zirconium resulted in the strength increase of about 60,000 psi, which was independent of strain rate. When the temperature was increased to 400°C, the value of m began to increase rapidly, but the effectiveness of strengthening by niobium diminished with decreasing strain rate. These variations in the stress - strain rate relationship with temperature could in part be rationalized on the basis of the relative contributions of the strain rate dependent and independent hardening processes. Résumé L'influence de la vitesse de deformation sur la consolidation d'un zirconium de purete commerciale et d'un alliage de zirconium contenant 2.5 % pds de niobium a été étudiée par la méthode de relaxation des contraintes à des temperatures comprises entre l'ambiante et 400°C. Une description phénoménologique complète décrivant les propriétés mécaniques a pu être obtenue en exprimant la relation contrainte-vitesse de déformation en fonction de la température, de la déformation et de la microstructure.A basses températures, la contrainte plastique (σ) et la vitesse de déformation (ε) sont liεes entre elles, tel que l'indice de sensibilité à la vitesse de déformationm = ∂ ln σ/∂ ln ε reste constant dans un grand domaine de déformation D'autre part, une addition de 2.5 % de niobium dans le zirconium pur entraîne un accroissement de 60,000 psi de la résistance en traction qui reste indépendante de la vitesse de déformation. Quand la température atteint 400°C, la valeur de m commence à croître rapidement, mais l'effet durcisseur du niobium diminue quand la vitesse de déformation décroît. Ces variations avec la temperature de la relation contrainte-vitesse de déformation peuvent être interprétées en partie par les contributions relatives des processus de consolidation activés thermiquement et non activés.