DE19905702C1

DE19905702C1 - Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19905702C1
Application number: DE19905702A
Authority: DE
Inventors: Robert Gartz
Original assignee: GNB GmbH; GNB Gesellschaft fuer Nuklear Behaelter mbH
Current assignee: GNS GESELLSCHAFT FUER NUKLEAR-SERVICE MBH, 45127 ES
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2019-02-12

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung mit Indium, Gadolinium, Cadmium und/oder Bor als neutronenabsorbierendem Legierungselement und Magnesium, Mangan, Kupfer und/oder Silizium als festigkeitssteigerndem Legierungselement, werden eine Aluminium und das eine Legierungselement enthaltende Vorlegierung einerseits und eine das andere Legierungselement aufweisende Legierungskomponente andererseits gemeinsam aufgeschmolzen. Die Schmelze wird dann in Form von Bolzen oder Brammen abgegossen. Bei einem solchen Verfahren kommt man zu einer Aluminiumlegierung mit gleichförmiger Gefügestruktur, gleichförmigen mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie homogen verteiltem neutronenabsorbierendem Legierungselement, indem eine das Aluminium und das neutronenabsorbierende Legierungselement enthaltende Vorlegierung in Form eines Halbzeuges nach DIN EN 575, September 1995, eingesetzt wird und dieser das festigkeitssteigernde Legierungselement als Legierungskomponente beigegeben wird. Die auf diese Weise hergestellten Bolzen oder Brammen werden für neutronenabsorbierende Strukturelemente der Nuklearindustrie durch Erwärmen, Strangpressen oder Walzen der Bolzen oder Brammen und Ablängen des so entstandenen Strukturelementestranges eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer für technische Anwendungen nutzbaren Aluminiumlegierung mit Indium, Gadolinium, Cadmium und/oder Bor als neutronen absorbierendem Legierungselement und Magnesium, Mangan, Kupfer und/oder Silizium als festigkeitssteigerndem Legie rungselement, wobei eine Aluminium und das eine Legierungs element enthaltende Vorlegierung einerseits und eine das andere Legierungselement aufweisende Legierungskomponente andererseits gemeinsam aufgeschmolzen werden und die Schmelze als Gießling, insbesondere in Form von Bolzen oder Brammen, abgegossen wird, und eine Verwendung der nach diesem Verfahren hergestellten Bolzen oder Brammen.

Aluminiumlegierungen der genannten Art benötigt man in der Praxis für neutronenabsorbierende Strukturelemente der Nuklearindustrie, z. B. für Umhüllungen von abgebrannten Brennelementen in Transport- und/oder Lagerbehältern. Diese Strukturelemente müssen hauptsächlich drei Anforderungen genügen: Sie müssen ausreichende mechanische Festigkeit zur Gewährleistung der Integrität, z. B. bei mechanischen Stör fallbeanspruchungen, genügen. Ferner müssen sie aus reichende Wärmeleitfähigkeit zur Abfuhr der Nachzerfalls wärme aufweisen. Neben einer gleichförmigen Gefügestruktur und gleichförmigen mechanisch-technologischen Eigenschaften wird außerdem ein ausreichendes Neutronenabsorptions vermögen zur Gewährleistung der Kritikalitätssicherheit unter Normal- und Prüfbedingungen gefordert; die Forderung wird aber nur dann erfüllt, wenn das neutronenabsorbierende Legierungselement hinreichend homogen in der Alumi niumlegierung vorliegt.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (WO 84/01 390) wird eine Aluminium und das festigkeits steigernde Legierungselement enthaltende Vorlegierung ein gesetzt und dieser Aluminiumborid beigegeben. Leider ist in der fertigen Aluminiumlegierung bzw. in den Bolzen bzw. Brammen aus dieser Aluminiumlegierung das Bor nicht in der für eine sichere Neutronenabsorption erforderlichen Homo genität verteilt enthalten, weshalb für die Herstellung dieses Materials auch keine deutsche Genehmigung zum Einsatz als Umhüllung von abgebrannten Brennelementen in Transport- und/oder Lagerbehältern ausgesprochen wurde.

Bekannt ist es auch (Patent Abstracts of Japan, C-486, 1987, JP 62-235437 A), eine Aluminiumlegierung mit Bor, Magnesium und Silizium aus den einzelnen Komponenten zu erschmelzen. Ferner ist es bekannt (SU 1 618 774 A1) zunächst eine Aluminium-Bor-Vorlegierung herzustellen, der anschließend kristallisches Silizium zugegeben wird, wobei eine Zerkleinerung der Bor-Alumi niumkristalle erreicht werden soll. Alle diese Maßnahmen haben die Probleme um das Verfahren der eingangs genannten Art einer Lösung bisher nicht näher gebracht.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß neben den anderen geschilderten Forderungen auch die Forde rung nach homogener Verteilung des neutronenabsorbierenden Legierungselementes erfüllt wird.

Hierzu lehrt die Erfindung, daß eine das Aluminium und das neutronenabsorbierende Legierungselement enthaltende Vorle gierung in Form eines Halbzeugs nach DIN EN 575, September 1955, eingesetzt wird und dieser das festigkeitssteigernde Legierungselement als Legierungskomponente beigegeben wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man mit dem oben geschilderten genannten Verfahren gleichsam nach Tausch von neutronabsorbierendem und festigkeitssteigerndem Legierungselement überraschenderweise eine sehr homogene Verteilung des neutronenabsorbierenden Legierungselementes in der Aluminiumlegierung erreicht, so daß letztere pro blemlos für Zwecke der gleichmäßigen Neutronenabsorption in der Nuklearindustrie eingesetzt werden kann. Vorteilhaft ist die Tatsache, daß die entsprechenden Vorlegierungen handelsüblich sind, weil sie in der Aluminiumindustrie zur Verbesserung der Eigenschaften von Aluminiumschmelzen ge bräuchlich sind.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfin dung mehrere Möglichkeiten. So sollte die Einsatzmenge des neutronenabsorbierenden Legierungselementes bezogen auf die Gesamtlegierung bei 1,0 bis 8,0 Gew.-%, insbesondere 2,0 bis 6,0 Gew.-%, liegen. Als optimal gelten bezogen auf die Gesamtlegierung 2,5 bis 3,5 Gew.-% Bor.

Das festigkeitssteigernde Legierungselement wird man vor zugsweise bezogen auf die gesamte Legierung in einer Menge von 1,0 bis 3,5 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 2,5 Gew.-% einsetzen; als optimales Beispiel seien bezogen auf die Gesamtlegierung 1,5 bis 2,5 Gew.-% Magnesium genannt.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bolzen oder Brammen für neutronenabsorbierende Strukturelemente der Nuklearindustrie durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. Kaltverformung, oder insbesondere durch Erwärmen, Strang pressen oder Walzen der Gießlinge und ggf. Ablängen des so entstandenen Strukturelementestranges. Weitere zerspanende und/oder fügende Fertigungsschritte, wie Bohren, Schneiden, Schweissen, Löten oder ähnliches, sind dann regelmäßig nicht mehr erforderlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels erläutert:

Eine handelsübliche Vorlegierung Al B3 nach DIN EN 575, September 1995, (EN AM-90500) wird zusammen mit bezogen auf die Gesamtmenge 1,8 Gew.-% Magnesium verschmolzen und in Form von Bolzen abgegossen. Dieser wird später nach Er wärmung zu einem Hohlprofilstrang stranggepreßt. Abgelängte Teilstücke werden als Umhüllung für abgebrannte Kern elemente in einem Transport- und/oder Lagerbehälter einge setzt. Untersuchungen ergeben, daß untolerierbare In homogenitäten in der Neutronenabsorption nicht auftreten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung mit Indium, Gadolinium, Cadmium und/oder Bor als neutronen absorbierendem Legierungselement und Magnesium, Mangan, Kupfer und/oder Silizium als festigkeitssteigerndem Legie rungselement, wobei eine Aluminium und das eine Legie rungselement enthaltende Vorlegierung einerseits und eine das andere Legierungselement aufweisende Legierungskompo nente andererseits gemeinsam aufgeschmolzen werden und die Schmelze als Gießling, insbesondere in Form von Bolzen oder Brammen abgegossen wird, dadurch gekenn zeichnet, daß eine das Aluminium und das neutro nenabsorbierende Legierungselement enthaltende Vorlegierung in Form eines Halbzeugs nach DIN EN 575, September 1995, eingesetzt wird und dieser das festigkeitssteigernde Legierungselement als Legierungskomponente beigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Legierungselement bezogen auf die Gesamtlegierung in Mengen von 1,0 bis 8,0 Gew.-% eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Legierungselement bezogen auf die Gesamtlegierung in Mengen von 2,0 bis 6,0 Gew.-% einge setzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Gesamtlegierung 2,5 bis 3,5 Gew.-% Bor als neutronenabsorbierendes Legierungselement eingesetzt wer den.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das festigkeitssteigernde Legierungsele ment bezogen auf die Gesamtlegierung in Mengen von 1,0 bis 3,5 Gew.-% eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das festigkeitssteigernde Legierungselement bezogen auf die Gesamtlegierung in Mengen von 1,5 bis 2,5 Gew.-% eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Gesamtlegierung 1,5 bis 2,5 Gew.-% Magnesium als festigkeitssteigerndes Legierungselement eingesetzt werden.

8. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 herge stellten Gießlinge für neutronenabsorbierende Strukturele mente der Nuklearindustrie durch Erwärmen, Strangpressen oder Walzen der Gießlinge.

9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei die erwärmten und stranggepreßten oder gewalzten Gießlinge durch Ablängen des so entstandenen Strukturelementestranges in Form gebracht werden.