Урановые сплавы

сплавы на основе Урана. Применяются в качестве ядерного горючего в металлических тепловыделяющих элементах (См. Тепловыделяющий элемент). Использование чистого урана, имеющего 3 аллотропические модификации, ограничено из-за плохих механических свойств. У. С., подвергнутые термической обработке, отличаются от чистого урана значительно большими пределами прочности и ползучести, а также повышенной коррозионной стойкостью и меньшей склонностью к формоизменению изделий при колебаниях температуры и под воздействием облучения. Значительное улучшение свойств урана при введении др. Элементов обусловлено образованием твёрдых растворов или интерметаллических соединений, которые при малых концентрациях добавок в большинстве случаев упрочняют металл в результате дисперсионного твердения.

Элементы, входящие в состав У. С., должны обладать минимальной величиной сечения захвата нейтронов, что позволяет уменьшать загрузку в реактор обогащенного урана. Особое внимание уделяется совместимости сплавов с материалом защитной оболочки при рабочих температурах, а также их обрабатываемости. У. С. Условно делятся на 2 группы. В первую группу входят сплавы с элементами, обладающими малой растворимостью в α-, β- и γ-фазах урана. Al, Be, Fe, Si, Ta, Cr и др. Вторая группа – сплавы с элементами, обладающими большой растворимостью в γ-фазе. Nb, Zr, Ti, Pu, Hf – полная взаимная растворимость. Mo, V, Re и др. – растворимость более 10% (ат.). В сплавах на основе природного или малообогащённого урана с небольшим содержанием добавок при закалке получается мартенситная структура пересыщенного твёрдого раствора α-фазы.

Структура γ-фазы получается закалкой У. С. С относительно высоким содержанием добавоколо Такие сплавы хорошо сохраняют механическую прочность при повышенных температурах, отличаются коррозионной стойкостью в воде при высоких давлениях и температурах. Изделия из них не изменяют формы и размеров при облучении. Наибольшее практическое значение имеют двойные и тройные сплавы главным образом с Mo, Zr, Al, Nb, Cr. Введение около 3% (по массе) Mo позволяет полностью избежать образования Р-фазы. В сплавах, содержащих более 7% (по массе) Mo, легко фиксируется метастабильная при комнатной температуре γ-фаза, имеющая объёмноцентрированную кубическую решётку и изотропные свойства. Zr в количестве 1–2% (по массе) приводит к значительному упрочнению урана и понижает скорость ползучести, а добавка 1,5–2% (по массе) Nb повышает радиационную стойкость сплавов U – Zr.

Сплавы U – Al (на основе высокообогащённого урана) используются для изготовления тепловыделяющих элементов т. Н. Дисперсионного типа. Большой интерес представляют сплавы, содержащие менее 35% (по массе) U. Структура таких сплавов состоит из частиц UAl3, окруженных оболочкой из Ual4. Для стабилизации фазы UAl3 в сплав вводят до 3% (по массе) Si. Такие сплавы хорошо удерживают газообразные продукты деления и имеют высокую радиационную стойкость. У. С приготовляют либо путём совместного восстановления фторидов и окислов урана и др. Компонентов сплава металлическим кальцием или магнием (при малых содержаниях добавок), либо плавкой и литьём, а также методами порошковой металлургии (при значительных содержаниях добавок).

Лит. Кутайцев В. И., Сплавы тория, урана и плутония, М., 1962. Емельянов В. С., Евстюхин А. И., Металлургия ядерного горючего, 2 изд., М., 1968. Сокурский Ю. Н., Стерлин Я. М., Федорченко В. А., Уран и его сплавы, М., 1971. В. К. Кулифеев.