γ-U стабилен до температуры плавления (1132°С), имеет, как и высокотемпературные модификации многих металлов, о.ц.к. структуру. Экстраполированное на комнатную температуру значение периода решетки равно 3,474 Å. Особенности γ-U – очень низкие модули упругости и соответственно малая механическая прочность.
Некоторые особенности взаимодействия урана с легирующими элементами. Равновесные диаграммы состояния урана с различными элементами имеют некоторое сходство с диаграммами на основе металлов IV группы. Растворимость в низкотемпературных β- и особенно α- модификациях) очень низка. Для α- фазы она не превышает 1 ат.°/о даже при 650°С. Было показано, что величина парциальной энтальпии растворения в α- фазе лишь частично определяется факторами размерного несоответствия урана и легирующего элемента и в значительной степени искажением специфичных электронных связей. Только плутоний, для которого вклад f-электронов в связь также существен, широко растворим в α-U. В о.ц.к. (γ) модификации урана, характеризующейся «обычной» металлической связью, растворимость элементов, имеющих благоприятный размерный фактор и близкую электроотрицателыность, весьма высока. Так, непрерывный ряд, твердых растворов с γ-U образуют Ti, Zr, Hf, Nb. Большое практическое значение имеют γ-сплавы U-Mo.
Особенность урана – очень низкая (на уровне 0,1ат. %) растворимость в нем примесей внедрения С, N, О.
Превращения в нелегированном уране. Для высокочастотного урана закалкой не удается зафиксировать высоко температурные фазы. Механизм γ→β превращения экспериментально не изучен. Модель, разработанная для этого превращения, предсказывает, что структурное соотношение должно иметь вид
(247)
Низкие модули упругости γ-фазы позволяют релаксировать напряжения, и в результате γ↔β- переходов удается выращивать совершенные кристаллы β-урана.
С увеличением переохлаждения превращение идет по бейнитномуили мартенситному типу и возникают структуры, в которых зерна α- фазы имеют неправильную форму, их границы «изрезаны». При непрерывном охлаждении со скоростями выше 65 град/с мартенситная точка для β→α превращения равна 590°. Установлено сведущее ориентационное соотношение:
(248)
(249)
При термообработке урановых стержней (сердечников тепловыделяющих элементов атомных реакторов) большое внимание уделяют устранению текстур, развивающихся под влиянием термических градиентов, а также механических напряжений, возникающих при закалке. Обратное α→β-превращение идет нормально при любых скоростях нагрева.
При многократной циклической обработке урана с переходом через температуру α→β -превращения происходит сильное изменение формы образцов, обусловленное анизотропией термического расширения, объемным эффектом превращения, а также, как показал А. А. Бочвар, градиентами температуры в образцах.
Превращения в сплавах урана. В сплавах кроме зафиксированной закалкой β-фазы наблюдается целый ряд морфологически связанных метастабильных состояний. Среди них α'-пересыщенная легирующим элементом фаза, ромбическая решетка, которой имеет уменьшенный период b при мало изменяющихся периодах а и с по сравнению со стабильной структурой α (см. рисунок 103). При дальнейшем увеличении содержания легирующего элемента в пересыщенном (зафиксированном закалкой) твердом растворе обнаруживается α" фаза с моноклинным искажением ромбической решетки, что проявляется в расщеплении ряда линий на дебаеграммах. Угол моноклинности плавно увеличивается с ростом концентрации. Такая картина наблюдается, в частности, для подробно изученных сплавов урана с молибденом и ниобием. В сплаве с 15 ат.°/о Nb при -150°С наблюдали обратимое превращение α"→α'.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.