DE1120155B

DE1120155B - Uranlegierung und Verfahren zur Waermebehandlung derselben

Info

Publication number: DE1120155B
Application number: DEU6326A
Authority: DE
Inventors: Malcolm Douglas Jepson; Gerard Slattery
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-07-11
Filing date: 1959-07-07
Publication date: 1961-12-21
Also published as: FR1235630A; GB863492A; US3010890A; BE580452A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine strahlungsbeständige Uranlegierung und ein Wärmebehandlungsverfahren zur oberflächlichen Kornverfeinerung gegossener Stäbe aus dieser Legierung, die sich für die Herstellung von Brennstoffstäben in Kernreaktoren eignen.

Das britische Patent 780 974 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Uranbarren oder -pfropfen durch Reduzieren von Urantetrafluorid mit Magnesium. Die Barren werden danach zwecks Herstellung von Uranstäben unter Vakuum in Formen gegossen, und die Stäbe werden auf Maß bearbeitet und in Schutzhüllen zur Herstellung von Brennstoffelementen eingeschlossen.

Derartige Brennstoffelemente haben den Nachteil, daß sich die Oberflächenkörnung unter Bestrahlung stark vergrößert, so daß die Oberfläche der Brennstoffelemente rauh und runzlig wird. Wärmebehandlungen üblicher Art, wie das Abschrecken von der /3-Phase um das Korn vor der Bestrahlung wieder zu verfeinern, sind nicht vollständig zufriedenstellend.

Zweck der Erfindung ist es, Uran so zu behändem, daß es durch Wärmebehandlung so in seinem Korn verfeinert werden kann, daß seine Oberfläche infolge der Strahlung nicht rauh wird, und es wurde festgestellt, daß ganz kleine Zusätze (in Prozenten) von Eisen undAluminium die gewünschte Wirkung haben.

Die erfindungsgemäße Uranlegierung besteht daher aus 0,02 bis 0,05% Eisen, 0,05 bis 0,12% Aluminium, Rest Uran.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der beispielsweise wiedergebenden Zeichnung und des Beispiels erläutert werden.

In dem Dreistoffdiagramm der Zeichnung, dessen Achseneinheiten aufgetragen sind, sind drei Grenzen oder Grenzkurven 1, 2 und 3 dargestellt. Unterhalb der Grenzkurve 1 ist primäres U_RFe vorhanden, welches das Uran spröde macht, während oberhalb der Grenzkurve 2 EMZ₂ entsteht, das ebenfalls nicht zufriedenstellend ist. Rechts der Grenzkurve 3 bleibt beim Abschrecken die metastabile ß-Phase zurück.

Im Diagramm sind zwei gestrichelte Linien 4 und 5 eingetragen, die die Grenzen oder Grenzlinien von NichtVerfeinerung und teilweiser Verfeinerung angeben. Die Fläche zwischen der Linie 5 und den Grenzkurven 1, 2 und 3 ist ein Gebiet,.in welchem eine geeignete Kornverfeinerung nutzbringend durchgeführt werden kann, und das Viereck 6, das durch die Linien 3,5,7 und 8 gebildet wird, stellt das Gebiet des brauchbaren Verfeinerungsbereiches dar.

Bei der Anwendung oder Ausübung der Erfindung wird ein mit Magnesium reduzierter Uranbarren in

Uranlegierung und Verfahren
zur Wärmebehandlung derselben

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Juli 1958 (Nr. 22 401)

Malcolm Douglas Jepson

und Gerard Slattery, London,

sind als Erfinder genannt worden

einen Graphittiegel mit Aluminium in Form einer 3%igen Vorlegierung und mit Eisen in Streifen- oder Bandform gebracht und das Ganze durch Hochfrequenz-Induktionserwärmung unter Vakuum geschmolzen. Die Schmelze wird dann noch unter Vakuum in mit Aluminiumoxyd ausgekleidete Stahlformen gegossen, in denen man sie abkühlen läßt. Durch die Stahlformen entstehen Stäbe von 1 Zoll (2,5 cm) Durchmesser und 4 Fuß (1,22 m) Länge. Die Stäbe werden dann mit Hilfe von Führungsrollen senkrecht durch eine HF-Heizspule geführt, so daß sie an der Oberfläche eine Temperatur von 720° C erhalten, und dann durch eine Wasserschicht geführt, wobei das Wasser aus einer Druckleitung in eine Ringdüse oder in eine Reihe von Düsen gelangt, die das Wasser rings um den Stab spritzen. Um Änderungserscheinungen an den Enden und infolgedessen ungleichmäßige Erwärmung zu vermeiden, werden die Stäbe so durch die Heiz- und Abschreckstation geführt, daß sie sich an den Enden berühren.

Nach dem Abschrecken wird der Stab an einem Ende frei in Argon aufgehängt, das unter geringem Druck steht, und 1 Stunde lang zum Ausglühen auf einer Temperatur von 500° C gehalten. Es wurde

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festgestellt, daß auf diese Weise hergestellte Uranstäbe eine Oberflächenkorngröße haben, die mn den Faktor 6 bis 30 in bezug auf die größte Ausgangskorngröße von etwa 2,0 bis 3,0 mm verfeinert ist. Das Gebiet der Oberflächenkornverfeinerung soll sich nach innen bis auf eine Tiefe von etwa 6 mm zum Kern hin erstrecken, wobei der Kern weniger als die Oberfläche verfeinert sein kann.

Es wurde zuvor angegeben, daß das Abschrecken der Uranstäbe bei 720° C erfolgt. Dies ist die bevorzugte Temperatur, jedoch können auch andere Temperaturen angewandt werden. Es kommt nur darauf an, daß das Abschrecken bei einer Temperatur erfolgt, die nicht niedriger als diejenige ist, bei der das Eisen und Aluminium sich in Uran lösen. Ebenso kann das Ausglühen in einem Temperaturbereich von 500 bis 600° C und 1 bis 48 Stunden lang erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Uranlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß

sie aus 0,02 bis 0,05% Eisen, 0,05 bis 0,12% Aluminium^ Rest Uran besteht.

2. Wärmebehandlungsverfahren zur oberflächlichen Kornverfeinerung gegossener Stäbe aus der Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe nach dem Erstarren bei Erreichen einer Oberflächentemperatur, die noch im Gebiet der /J-Phase liegt, vorzugsweise 720 ⁰C, durch Wasser abgeschreckt und anschließend im Temperaturbereich von 500 bis 600° C, der im Gebiet der α-Phase liegt, 1 bis 48 Stunden, vorzugsweise bei 500° C, 1 Stunde geglüht werden.

3. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 zur Herstellung von Brennstoffstäben, die nach Anspruch 2 wärmebehandelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen