AT255141B - Uranlegierung - Google Patents

Description

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  Uranlegierung 
Die Erfindung betrifft schwachlegierte Uranlegierungen, die insbesondere als Brennstoffmaterial für Kernreaktoren verwendbar sind. 



   Es ist bekannt, dass aus Gründen der Neutronenbilanz natürliches Uran in Kernreaktoren als Brennstoff nur rein oder schwach legiert mit Elementen, die einen geringen Neutronenabsorptionsquerschnitt haben, verwendet werden kann. 



   Es ist ferner bekannt, dass die bei der Bestrahlung im Pile in dem in a-Phase vorliegenden metallischen Uran hervorgerufenen Verformungen äusserst klein sind, wenn das Korn des Metalls fein und ohne bevorzugte Orientierung ist. 



   Ein übliches Verfahren zur Kornraffinierung von reinem Uran besteht darin, nach dem Giessen ein Glühen zur ss-Phase und anschliessend ein Abschrecken (Härten) durchzuführen. Eine solche Behandlung ist jedoch nur bei kleinen Metallstücken, nicht jedoch bei   massiven   Barren wirksam. Ausserdem ist das nach diesem Verfahren erhaltene feine Korn unter dem Einfluss der Bestrahlung und des Wärmezyklus nicht stabil. 



   Es sind bereits mehrere schwachlegierte Uranlegierungen bekannt, die die oben erwähnten Nachteile vermeiden. Bei der Herstellung dieser Legierungen ist es jedoch notwendig, die rohe gegossene Legierung einer Glühbehandlung und anschliessend einem direkten oder gestuften Abschrecken zu unterwerfen. Daraus ergeben sich offensichtlich ein erheblicher Materialeinsatz und eine Verteuerung des Produkts. 



   Die Erfindung bezieht sich auf schwachlegierte Uranlegierungen mit einem feinen und homogenen   a-Korn,   die direkt im Rohgusszustand ohne folgende Wärmebehandlung in einem Kernreaktor verwendbar sind. 



   Die Erfindung betrifft Uranlegierungen, die durch die folgende Gewichtszusammensetzung gekennzeichnet sind : 
 EMI1.1 
 
<tb> 
<tb> Molybdän <SEP> 0, <SEP> 10-0, <SEP> 30% <SEP> 
<tb> Chrom <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 200/0, <SEP> 
<tb> vorzugsweise <SEP> 0, <SEP> 05-0, <SEP> 15% <SEP> 
<tb> Eisen <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 05%, <SEP> 
<tb> Rest <SEP> Uran" <SEP> rein <SEP> für <SEP> Kernenergiezwecke".
<tb> 
 



   Unter einem Uran rein für Kemenergiezwecke versteht man ein solches, dessen Gehalt an Elementen, wie sie im folgenden genannt werden, z. B. folgende Grenzen nicht überschreitet. Die Mengenangaben sind als TpM angegeben. 
 EMI1.2 
 

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Das Verfahren der Herstellung dieser Legierungen könnte nicht einfacher und wirtschaftlicher sein, da es nur im Schmelzen und Giessen besteht. 



   Das Schmelzen wird in einem Tiegel, beispielsweise einem mit einer Auskleidung aus Aluminiumoxyd oder Calciumzirkonat versehenen Graphittiegel, vorgenommen. 



   Das Uran und die Legierungselemente werden zusammen im Vakuum (z. B. bei 10-2 bis 10-4 mm Hg) geschmolzen, anschliessend zur Homogenisierung des Schmelzbades eine Zeitlang geschmolzen gehalten und dann immer noch unter Vakuum und bei einer Temperatur von vorzugsweise 1180 bis   14500C ge-   gossen. 



   Der Guss erfolgt in Formen, die entweder Raumtemperatur aufweisen können oder vorzugsweise vorgewärmt sind, wobei der letztere Fall den Vorteil bietet, die Porenbildung beim Erstarren zu vermeiden. 



  Beispielsweise kann man für das Vorwärmen die folgenden Temperaturbereiche anwenden : Unterteil der   Formen : 300 - 8000C ; Oberteil   der   Formen : 600 - 11000C : der   Oberteil der Formen muss stets eine höhere Temperatur als der Unterteil aufweisen, um eine vorzeitige Erstarrung im oberen Teil zu verhindern. 



   Infolge ihrer Zusammensetzung besitzen die erfindungsgemässen Legierungen die interessante Besonderheit, ohne Rücksicht auf die Abkühlungsgeschwindigkeit ein feines   a-Korn   auszubilden. Die Abkühlungsgeschwindigkeit liegt vorzugsweise zwischen 3000C/h und 7000C/h, jedoch zeigt die Legierung selbst bei geringen Abkühlungsgeschwindigkeiten in der Grössenordnung von 120 C/h ein feines und homogenes   a-Korn.   



   Man kann so leicht Brennstoffelemente in jeder gewünschten Form, beispielsweise Barren, Rohre oder Platten, herstellen, wobei die so erhaltenen Stücke nach einer üblichen Bearbeitung direkt zur Herstellung von Kernbrennstoffelementen oder Elementplatten verwendet werden können. 



   Die im Rohgusszustand erhaltene Struktur ist homogen und die Korngrösse liegt im Mittel bei 0, 3 mm und in jedem Fall unter   l   mm. 



   Diese Legierungen besitzen im Vergleich mit nichtlegiertem Uran erheblich bessere mechanische Eigenschaften. 



   So zeigt eine Legierung der Zusammensetzung : 
Mo : 0, 22% Cr : 0, 11% Fe   : 0, 03%   die folgenden Werte für die Kriechgeschwindigkeit : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> 90 <SEP> x <SEP> 10- <SEP> 6 <SEP> pro <SEP> Stunde <SEP> bei <SEP> 500 C <SEP> und <SEP> unter <SEP> 12 <SEP> kg/mm2 <SEP> Belastung <SEP> 
<tb> 170 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> pro <SEP> Stunde <SEP> bei <SEP> 5500C <SEP> und <SEP> unter <SEP> 8 <SEP> kg/mm2 <SEP> Belastung
<tb> 2, <SEP> 6 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> pro <SEP> Stunde <SEP> bei <SEP> 6000C <SEP> und <SEP> unter <SEP> l <SEP> kg/mm <SEP> Belastung. <SEP> 
<tb> 
 



   Im Fall von nichtlegiertem Uran sind Messungen nicht möglich, da solche Belastungen über der Bruchfestigkeitsgrenze liegen. 



   Zugversuche zeigen, dass im Bereich von 400 bis 600 C die Zugfestigkeitswerte im wesentlichen das Dreifache der bei unlegiertem Uran erhaltenen Werte betragen. 



   Die Prüfung der Wärmestabilität des Korns ergibt, dass dieses bis zu einer Temperatur von ungefähr   625 C   stabil ist. 



   Die Bestrahlungsprüfung zeigt, dass die Legierungen im Rohgusszustand ohne Verformung mehrere tausend MWT/t (Megawatt-Tage/Tonne) aushalten, während unter den gleichen Bedingungen hergestelltes (gegossenes) unlegiertes Uran sich nach einigen hundert MWT/t ausserordentlich stark verformt. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Uranlegierung, insbesondere für Kernreaktorbrennstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 0,   10-0, 30 Gew.-% Molybdän, 0, 05-0, 20 Gew.-% Chrom, 0, 01-0, 05 Gew.-% Eisen,   Rest Uran" rein für   Kernenergiezwecke"besteht.  

Claims (1)

1. 2. Uranlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0, 05 bis 0, 15 Gew.-% Chrom.