CN107042247A - 一种U‑Zr合金管的制备方法及挤压模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种U‑Zr合金管的制备方法及挤压模具。其包括如下步骤：(a)将采用感应熔炼制备的U‑Zr合金在980～1020℃下均匀化退火5～7h，加工成挤压坯料，进行表面电镀铜处理；(b)将坯料装入坯料包套中，加热至870～890℃，保温时间15～25min，然后放入330～370℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为15～25MPa、挤压时间为3～15s；(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，再进行表面精加工，制备U‑Zr合金管材。本发明能够满足U‑Zr合金管制备的工艺要求，并有效提高制备效率和材料的收率，降低制造成本。本发明采用设计的挤压模具，结合挤压工艺，可制备出表面良好，无明显缺陷的U‑Zr合金管材。

Description

一种U-Zr合金管的制备方法及挤压模具
技术领域
本发明涉及核燃料元件制造技术，具体涉及一种U-Zr合金管的制备方法及挤压模具。
背景技术
铀锆合金，也为U-Zr合金，具有优良的辐照性能，作为一种核燃料材料，在国内外均进行了大量的研究工作，但主要集中在材料的熔炼制备和粉末冶金制备，材料的性能研究和材料的辐照特性研究方面。对于U-Zr燃料的制备应用工艺方面的研究相对较少，U-Zr合金管的制备技术未有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效提高制备效率和材料的收率、降低制造成本的U-Zr合金管的制备方法及挤压模具。
实现本发明目的的技术方案：一种U-Zr合金管的制备方法，其包括如下步骤：(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在980～1020℃下均匀化退火5～7h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理；(b)将坯料装入坯料包套中，加热至870～890℃，保温时间15～25min，然后放入330～370℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为15～25MPa、挤压时间为3～15s；(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。
如上所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其所述的U-Zr合金，其Zr含量为9wt％～10wt％，U含量为90～91％。
如上所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其步骤(a)所述的挤压坯料表面电镀铜，其电镀所得铜镀层厚度为100～150μm。
如上所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其步骤(c)所述的脱铜，采用浓度范围为40％～60％的浓硝酸脱铜。
本发明所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，该挤压模具为挂针式挤压，待挤压的挤压坯料放置在坯料包套内，坯料包套放置在挤压筒内，坯料包套上方设置石墨垫；在挤压筒下部内、坯料包套下方设置挤压模；在挤压筒上部内、坯料包套上方设置挤压轴座，挤压轴下端连接挤压针，挤压轴从挤压筒上方挤压进入挤压筒内。
如上所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其所述的挤压模顶部角度设计为40～50°，挤压模定径带尺寸根据所需U-Zr管外径确定。
如上所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其所述的挤压针直径根据所需U-Zr管内径设定。
如上所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其按照挤压比λ＝9，计算挤压筒的内径，挤压筒的外径根据设备接口确定。
如上所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其所述的挤压轴直径根据挤压筒内径进行设定；挤压轴座与挤压轴相配合。
如上所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其所述的挤压筒、挤压轴、挤压模、挤压轴座选用H13钢材料；所述的坯料包套选用紫铜或碳钢。
本发明的效果在于：
本发明所述的U-Zr合金是一种很有前途的反应堆增殖核燃料，本发明针对U-Zr合金管形燃料元件研发的需要，发明了一种U-Zr合金管的挤压制备方法，能够满足U-Zr合金管制备的工艺要求，并有效提高制备效率和材料的收率，降低制造成本。
本发明采用设计的挤压模具，结合挤压工艺，可制备出表面良好，无明显缺陷的U-Zr合金管材，经过脱包套和机械加工后得到了表面光滑的U-Zr合金管材。
附图说明
图1为挤压模具整体装配图；
图2为挤压坯结构示意图；
图3为挤压筒结构示意图；
图4为挤压轴结构示意图；
图5为挤压模结构示意图；
图6为挤压轴座结构示意图；
图7为坯料包套结构示意图；
图8为挤压针结构示意图；
图中：1.挤压坯料；2.挤压筒；3.挤压轴；4.挤压模；5.挤压轴座；6.坯料包套；7.挤压针；8.石墨垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种U-Zr合金管的制备方法及挤压模具作进一步描述。
实施例1
本发明所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在1000℃下均匀化退火6h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理，其电镀所得铜镀层厚度为120μm。所述的U-Zr合金，其Zr含量为9wt％，U含量为91％。
(b)将坯料装入坯料包套中，加热至880℃，保温时间20min，然后放入350℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为20MPa、挤压时间为10s。
(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，采用的浓硝酸浓度为50％，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。
如图1至图8所示，上述挤压模具为挂针式挤压，待挤压的挤压坯料1放置在坯料包套6内，坯料包套6放置在挤压筒2内，坯料包套6上方设置石墨垫8；
在挤压筒2下部内、坯料包套6下方设置挤压模4；
在挤压筒2上部内、坯料包套6上方设置挤压轴座5，挤压轴3下端连接挤压针7，挤压轴3从挤压筒2上方挤压进入挤压筒2内。
所述的挤压模4顶部角度设计为45°，挤压模定径带尺寸根据所需U-Zr管外径确定。
所述的挤压针7直径根据所需U-Zr管内径设定。
按照挤压比λ＝9，计算挤压筒2的内径，挤压筒2的外径根据设备接口设计为Φ100mm，高度为200mm。
所述的挤压轴3直径根据挤压筒2内径进行设定；挤压轴座5与挤压轴3相配合。
所述的挤压筒2、挤压轴3、挤压模4、挤压轴座5选用H13钢材料；所述的坯料包套6选用紫铜或碳钢。
实施例2
本发明所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在980℃下均匀化退火7h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理，其电镀所得铜镀层厚度为100μm。所述的U-Zr合金，其Zr含量为10wt％，U含量为90％。
(b)将坯料装入坯料包套中，加热至870℃，保温时间25min，然后放入330℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为15MPa、挤压时间为15s。
(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，采用的浓硝酸浓度为40％，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。
如图1至图8所示，上述挤压模具为挂针式挤压，待挤压的挤压坯料1放置在坯料包套6内，坯料包套6放置在挤压筒2内，坯料包套6上方设置石墨垫8；
在挤压筒2下部内、坯料包套6下方设置挤压模4；
在挤压筒2上部内、坯料包套6上方设置挤压轴座5，挤压轴3下端连接挤压针7，挤压轴3从挤压筒2上方挤压进入挤压筒2内。
所述的挤压模4顶部角度设计为40°，挤压模定径带尺寸根据所需U-Zr管外径确定。
所述的挤压针7直径根据所需U-Zr管内径设定。
按照挤压比λ＝9，计算挤压筒2的内径，挤压筒2的外径根据设备接口确定。
所述的挤压轴3直径根据挤压筒2内径进行设定；挤压轴座5与挤压轴3相配合。
所述的挤压筒2、挤压轴3、挤压模4、挤压轴座5选用H13钢材料；所述的坯料包套6选用紫铜或碳钢。
实施例3
本发明所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在1020℃下均匀化退火5h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理，其电镀所得铜镀层厚度为50μm。所述的U-Zr合金，其Zr含量为9wt％％，U含量为91％。
(b)将坯料装入坯料包套中，加热至890℃，保温时间15min，然后放入370℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为25MPa、挤压时间为3s。
(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，采用的浓硝酸浓度为60％，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。
如图1至图8所示，上述挤压模具为挂针式挤压，待挤压的挤压坯料1放置在坯料包套6内，坯料包套6放置在挤压筒2内，坯料包套6上方设置石墨垫8；
在挤压筒2下部内、坯料包套6下方设置挤压模4；
在挤压筒2上部内、坯料包套6上方设置挤压轴座5，挤压轴3下端连接挤压针7，挤压轴3从挤压筒2上方挤压进入挤压筒2内。
所述的挤压模4顶部角度设计为50°，挤压模定径带尺寸根据所需U-Zr管外径确定。
所述的挤压针7直径根据所需U-Zr管内径设定。
按照挤压比λ＝9，计算挤压筒2的内径，挤压筒2的外径根据设备接口设计为Φ100mm，高度为200mm。
所述的挤压轴3直径根据挤压筒2内径进行设定；挤压轴座5与挤压轴3相配合。
所述的挤压筒2、挤压轴3、挤压模4、挤压轴座5选用H13钢材料；所述的坯料包套6选用紫铜或碳钢。
实施例4
本发明所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在1000℃下均匀化退火5h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理，其电镀所得铜镀层厚度为120μm。所述的U-Zr合金，其Zr含量为9.5wt％，U含量为90.5％。
(b)将坯料装入坯料包套中，加热至880℃，保温时间15min，然后放入360℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为20MPa、挤压时间为5s。
(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，采用的浓硝酸浓度为50％，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。

Claims (10)

1.一种U-Zr合金管的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)将采用感应熔炼制备的U-Zr合金在980～1020℃下均匀化退火5～7h，按照坯料图纸加工成挤压坯料，然后进行表面电镀铜处理；
(b)将坯料装入坯料包套中，加热至870～890℃，保温时间15～25min，然后放入330～370℃预热的挤压模具中，使用立式挤压机将带坯料包套的坯料挤压成管材，挤压压力为15～25MPa、挤压时间为3～15s；
(c)将挤压制备的管材进行电化学腐蚀脱铜，再进行表面精加工，制备U-Zr合金管材。
2.根据权利要求1所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其特征在于，所述的U-Zr合金，其Zr含量为9wt％～10wt％，U含量为90～91％。
3.根据权利要求1所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述的挤压坯料表面电镀铜，其电镀所得铜镀层厚度为100～150μm。
4.根据权利要求1所述的一种U-Zr合金管的制备方法，其特征在于，步骤(c)所述的脱铜，采用浓度范围为40％～60％的浓硝酸脱铜。
5.一种权利要求1至4所述任意一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，该挤压模具为挂针式挤压，待挤压的挤压坯料(1)放置在坯料包套(6)内，坯料包套(6)放置在挤压筒(2)内，坯料包套(6)上方设置石墨垫(8)；
在挤压筒(2)下部内、坯料包套(6)下方设置挤压模(4)；
在挤压筒(2)上部内、坯料包套(6)上方设置挤压轴座(5)，挤压轴(3)下端连接挤压针(7)，挤压轴(3)从挤压筒(2)上方挤压进入挤压筒(2)内。
6.根据权利要求5所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，所述的挤压模(4)顶部角度设计为40～50°，挤压模定径带尺寸根据所需U-Zr管外径确定。
7.根据权利要求5所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，所述的挤压针(7)直径根据所需U-Zr管内径设定。
8.根据权利要求5所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，按照挤压比λ＝9，计算挤压筒(2)的内径，挤压筒(2)的外径根据设备接口确定。
9.根据权利要求5所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，所述的挤压轴(3)直径根据挤压筒(2)内径进行设定；挤压轴座(5)与挤压轴(3)相配合。
10.根据权利要求5所述的一种U-Zr合金管制备用挤压模具，其特征在于，所述的挤压筒(2)、挤压轴(3)、挤压模(4)、挤压轴座(5)选用H13钢材料；所述的坯料包套(6)选用紫铜或碳钢。
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