МАГНИЙ, ЕГО СПЛАВЫ И СОЕДИНЕНИЯ
Магний обладает очень хорошими ядерными свойствами: по значению сечения поглощения тепловых нейтронов он находится между бериллием и алюминием (см. табл. 10.1). Как конструкционный материал он полностью совместим с урановым топливом и CO2 как теплоносителем в газоохлаждаемых реакторах с графитовым замедлителем.
Сплавы магния, в частности магнокс А-12 и ZA-cплавы, широко используются в качестве оболочечных материалов, начиная с газоохлаждаемого реактора (типа реактора Calder Hall) (см. п. 1.3.1). Температура плавления магния 650 °С. Он коррозионно стоек против окисления на воздухе, а также в CO2 до температур около 400 °С. Поэтому обычно большинство газоохлаждаемых реакторов работают при низких температурах и малом удельном тепловыделении.
Недостатки
- Низкая температура плавления
- Низкое сопротивление коррозии в H2O, Na, NaK
- Недостаточность металлической связи для снижения теплового сопротивления
Преимущества
- Низкое сечение поглощения тепловых нейтронов
- Совместимость с топливом и теплоносителем (CO2 или 4 Не)
- Отсутствие существенных изменений механической прочности и пластичности под облучением
Ниже перечислены преимущества и недостатки магния и его сплавов как конструкционного и оболочечного материала газоохлаждаемых реакторов.
Магний является третьим по распространенности в земной коре элементам. Он входит в состав солей морей и океанов, а также встречается в виде твердых минералов. Основными рудами являются магнезит MgCO3, доломит MgCO3-CaCO3, карналиг KMgCl3-6H2O и бруцит Mg (ОН) 2. Существуют три процесса для извлечения Mg из руд и получения в металлическом виде: 1) термическое восстановление хлорида магния MgCl2-6H2O (незначительное промышленное применение), 2) восстановление кальцинированного магния и доломита кремнием (наиболее широкое применение в промышленности), 3) восстановление MgO из Mg (ОН) 2 углеродом.
Ниже приведены физические, тепловые и механические свойства магния [13—15].
Плотность при 20 °С, г/см3 ............. 1,7388
Параметры решетки при 25 °С, А.................................. а =3,2028; с =5,1998
Температура плавления, С............... 650
Температура кипения, С .... ......... . . 1110
Удельная теплоемкость при 100 С, Дж/(г- С) 1,05 Теплопроводность при 20 С, ДжУ(см-с- С) 1,71 Линейный коэффициент термического расширения при 20-100 °С, 10 61 С 25,8
Предел прочности при растяжении (отожженная пластина) при 20 С, МПа 185
Предел текучести при растяжении (отожженная пластина) при 20 С, МПа 96
Модуль упругости при 20 °С, МПа.............................. 44 590
Модуль жесткости при 20 С, МПа................................ 16 560
Коэффициент Пуассона................................................. 0,35
Рис. 10.5. Температурная зависимость теплопроводности магниевых сплавов:
1 — Mg; 2 — сплав AM5035; 3 — сплав ZW 1(0,5-0,05% Zr - 0,7- 1,0% Zn); 4 — магнокс А-12 (0,8% Al — 0,01% Be); 5 — Mg - 10,19% Се; 6- Mg - 6% AI; 7- Mg - 8% AI
Рис. 10.6. Зависимость удлинения 50бщ сплава магнокс А-12 при 175 и 225 °С с мелким (кривые 1, 2) и крутым (кривые 3, 4) зерном от длительности до разрушения Т
Рис. 10.7. Влияние температуры на пластичность мелкозернистого (dc р =0,15 мм) сплава магнокс А-12:
1 — 100-часовые испытания; 2 — 600-часовые испытания
Рис. 10.8. Зависимости напряжение—деформация при ползучести термообработанного сплава ZA (0,5-0,6% Zr) (экстраполяция на 4-104 ч):
1 — воздуха, 200 °С; 2 — воздух, 300 °С; 3 — CO2. 350 °С; 4 — CO2. 400 °С; 5 — CO2,450 °С; 6 — CO2,475 °С
На рис. 10.5 представлены температурные зависимости теплопроводности магниевых сплавов, а на рис. 10.6 и 10.7 — соответственно зависимость относительного удлинения от времени до разрушения и температурная зависимость относительного удлинения сплава магнокс А-12. На рис. 10.8 [13-15] показана связь между напряжением и деформацией при ползучести термообработанного сплава ZA при различных температурах и в различных средах. Приведенные данные являются типичными для магниевых сплавов, используемых в низкотемпературных газоохлаждаемых реакторах.