IT8224457A1 - Leghe di alluminio per apparecchiature nucleari - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La invenzione_s_i_ cLfLaeisce.a..l.e_giae di_ alluminio dotate di caratteristiche meccaniche, fisiche e chimiche stabili nel tempo, per il loro uso in apparecchiature nucleari, in part ico lare nel la prima Darete dei reattori a fusione nucleare.

E' noto che la orima Darete di un reattore a fusi he nucleare richiede l'imDieao di materiali cariaci di resistere per un lunqo periodo di tempo (fino a 10 anni) a condizioni di esercizio molto critiche.e sendo assoqqettati a temperature fino a 350-400?C(c jn minimo di 120?C) , ad ir r aqqiamento neutronico ed

1 a corrosione in acqua molto pura.

j Per la sua bassa attivit? a sequito di irraaaiame to neutronico. l' alluminio nuro notrahhie ass ere un _ nat eri ale ad at to al lo scopo. f?e nonch? tal e mo tal 1 n presenta, allo stato puro e . speci e a c a 1 do -bass p propriet? meccaniche e bassa resi stenza al l a corpos le . insuffici enti al suo impi ego per l ' uso di oui c ira.

Ouesta lacuna de ll 'a l lumi n io puro potrehhe essere ; 3UDerata impiegando sue note leghe commerciali cont 1 lenti additivi quali ad esempio Si , 7n , Ou, Mg, Fe, 1 Ui, Cr. Mn e Zr .

Peraltro, la maggior narte di detti additivi sono .nibiti all'uso sopraddetto in quanto creano probler rii di attivazione sotto ir raggiamento neutronico.

Il ricorso a leqhe iperpure contenenti additivi tr < iizionali e a bassa attivit?, lascerebhe irrisolto i i iroblema della resistenza alla corrosione a caldo in j5LC_qiia^jnol.tQ..pura.

__Ei? pertanto scopo della pre?en--t&?inv-enz-ion-e?1-a^me^ sa a disposizione di leghe di alluminio che abbianole necessarie ini-zi ;?C.he meccaniohe,f siche e chimiche per il lor_Q__us.o_.ln.._app.ar.e.cc.hlatun.e_ nucleari. in particolare neIla prima.parete__de_L__r_e_at tori a fusione nucleare, essendo dette leghe inoltre in grado di mantenere sostanzialmente stabili nel tempo dette caratteristiche iniziali dunante.__i.l_.l.o.rc impiego .

Il suddetto scopo viene raggiunto, secondo la pre sente invenzione, con leghe di alJLumi?io ehe__cpn_t_engono Mg_in guanii_t?_Qo.mpr_e.s.a_fra O,?_e.--4-r_Q%_._i.n_-pes-a, V_in_quantit? compresa fra. _.2,0%_in .pesa,_ eve-ntualmente Si in _ qjuan_t i.t?_c.o m.p.r_e.s.a^_?r_a..0. e 1% in _ pe.s.0

Ni, B,_ EeJ_ in quantit? totale infarinre a 1OOP p.p.rr in peso, il_ resto_a.100%..ess.endo rappreaentat n_da.A-. Le suddette_ leghe possono essere preparate conxla note tecniche di colata tipiche delle leghe di Al(le qhe da fuso).

Per l'ottenimento ?i relativi voluti semil vengono adottati noti adatti cicli di omogeneizzazio ne, estrusione e/o 1aminazione, e/o altre lavo.r_az.i.oni plastiche eventualmente _ne_cas_sarle_,_ n.o?_e__ai_i.ecn.i ci de i ramo-_

l? lorjho stesse, Qprnnrfn 1 'in?pn7?nnflt pnssnnn an

Che eeeere prpparstp fin parti nnlsrp le? leghe conte

nprti oi 1 utili77anHn la nota tecnica, della me tal tu

ni9 delle noi veri.

Tn questo caso pu? PRSPPP presente anche una fase

dispersa tipo Al 0 e/o Al 0 .MgO .

1 1 ^ 2 3 2 3 ^

(Composi 7ioni preferite per le leghe preparate da

fuso secondo l'inventicne, comprendono 2,5 - 3% di

Mg, 0,1 - 0,5% di V, eventualmente 0,05 - 0,2% di S

.maino di 150 p.p.m._ di- in)PLUJLOZ Ze converui_&nali,_ il r sto a 10b% essendo Al (quantit? esonesse in peso).

h.nmpne izinn i preferite per le leghe preparate con

la m^tal 1urgi a delle polveri secondo l'invenzione,

comprendono 0,2 ? 1% di Mg, 0,2 ? 1% di Si, 0,5?2%

il nestn a 100% essendo Al (quantit? espresse in pe

?o ),

jp leghe d3 fuso sono particnl armanti? indicate pe

temperature di esercizio massime della sopracitata

parete di 150-200?0, mentre per temperature al di

sopra di 200? O e fino a 350-400?C,' sono preferite

le__leghe da. polveri.

Oli esempi che seguono, dati solo a scopo illustr

tivo e non limitativo, _ illustrano con maggi or i detta.gli le leghe oggetto /iella"presente ????? -r j.o_n.a_ Fsempio 1

Si cola in semi-continuo, in forma Hi hi11p.tta.riin

auente composizione (quantit? espresse in % in peso Ma = 2.69%: V = 0.11%; Fe = 100 ppm; Si = 11 ppm; Cu = 10 ppm: Mn = 5 DDm: Zn => 2_ QDm:_ Ni - 3 nnm:_ Ti S meno di 1 ppm: resto a 100% = Al.

? }|I Detta billetta viene omogeneizzata per 1R ore a 400?C e 24 ore a 460?C. e auimii estrusa a 4?Q?C a_ if-diametro 14 mm. Dall'estruso cos? ottenuto si_rio avano, con metodi noti, camoioni nelle misure volute per la determinazione (secondo norme ASTM ) delle na ratteristiche tensili, fisiche e di comoortamento a creep, caratter ?stiche che sono sottorioortate (indicando coi noti simboli R. Ro 0,2. A e risoetti vamente : il carico di rottura, il carico di snerva mento, l'allungamento e la sollecitazione unitaria a rottura) :

- Caratteristiche tensili;

R Rp 0,7 A

2 ? ' 2

Tempe ra.tura Hi prova M/mm N/rnm %

20?C 171 7? 3?,6

100?C -173 74 31,fi 125? C 16? 7fl 3S,6

_

16??? 16? 7 ? 3<j 5

- Caratteristiche fisiche: _ '

- Resistivit? filfittri na a . -1 069 0 ? 1 tRQnyA.O r.m

- Coefficiente di dilatazione lineare tra 20 e

200? C : 26.2 MK-1

- Comportamento al creeo:

1 ) - Temperatura di prova : 120?C

- Tempo di prova : -1 OOO ore

'

2

Q? = 85 -N/mm

2) - Temperatura di prova : ?200?0

- Tempo di prova : 1 OOO ore

2

Q = 62 N/mm

Esempio 2

Si onera come neJJ. ' esemoio J _ c_or _ 1 ' unina _ rf i ffprpn

za che la lega risulta avere la seguente comoosizio

ne (auantit? esoresse in % in peso) : Mg = ?teR%;

V = 0,21%; Fe = 12 ppm: Si = 11 ppm: Cu = 10 ppm;

Mn = 5 ppm; Ni = 3 ppm: Zn = 2 ppm; Ti = meno di 1

ppm; resto a 100% = Al .

te :

- Oa.ratteri sti rhe tensi l i ;

R Rp O , 7 A

Temperatura rii prove N/mm N/mm %

70? O 17? yy] 30 1 100?c 170 R0 ?S,Q 125?C 161 80 ,U ,n

150?C 146 76 40,6

? Caratter istinhp fisiche?

- Resistivit? elettrica a -196?C ? 2 110 J* ^ cm - Coefficiente di dilatazione lineare tra 20 e 200?C : 25.2 MK~1 ;- Comportamento al creeD: ;- Temperatura di prova: 120?C . ;- Tempo di prova : 10OO ore ;- ?? = 75 N/mm ;Esempio 3 ;uItilizzando polveri di AK purezza 99,991,Mg,Si e v nelle proporzioni in peso Mg=>0,97%; V=1,1?;Si=o, 71? resto a 100% Alisi prepara, con nota tecnica Hi metallurqia delle polveri, una lega Al-Mg-si-v in form di billetta con dimensioni fi fiOmm x POOmm,adottando i seguenti principali parametri fondamentali :temper tura di sinterizzazione 580?C;tempo di ainteri77371 ne: 24 ore;compattaz ione a caldo a 580?C con pressio c1 550 N/mm ;estrusione della billetta a 45O0C a dia metro 10mm;trattamento termico di solubilizza? ione : 2 ore a 520?C;tempra rapida seauita da trattamento di invecchiamento a 16O0C per 16 ore. ;Detta hil letta estrusa denuncia all'analisi chimi ,c.a? lja_.aag.aeji.t-e_ c.ojnp.Q.s i 7 i.<me? l%....i.n....pe.SO-)_i? M.g? =? Q.,-&6? .V.. =?_J-,-0.7?.;_ .? ?-&5?.; _ .F.e . = .80? p.pm4 _ C.u =_ 12? ppro.; ? Mn 7.. PPHL; _ Zn => 3 ppm.; _ Ni = 2 ppm; _ ii. Li?1?ppm resto a 100% -=?_ AI , ;Le c ;te : ;- C ?c.at t. e-ris-t-i-C-h e tensi li : ;Rp 0^2-Temperat ura, di prova N/mm N/mm- % ;;377- 3^1 ;;2X0X0 1 04 18-7 4-4 ;3QQXC 77 74 24 ;- Clar atXe ri s t i c h e _ f i siche ;;3 ;- Massa- -voi um-ic-a?: ? 2-,-Ti ? Mg ? M ;--?Resistivit? e lettri ca a -196?C : _ -?. cm X e . c ar at t e r isti che? mac can lette? e^f-isic-h e . d al le tre leah e sopra es empii fic-ate ;;gue at to.i a fusione nucleare. ;..?.? .-P-i?-, _ cLe_t_te_ leghe , _ eLatiuncianQ una buona resista za alla corrosione in ambiente umido, sia a tempe r a t-ur.a- ambiente? che, a c.aid.o_- 1.1.0Q - 15Q?C) , _ed .in_ollj_e pr esenta ottima saldabilit? con tutte le te ologie tipiche dell ? all uminio , _ nonch? buone doti di la Rivendicazioni ;1. Leghe d'alluminio caratterizzate dalla seguen te composizione (quantit? dei componenti espresse i % in Deso): ;- Mq da 0,2 a 4.0% ;- V da 0,1 a 2,0% ;- Altri eventuali comoonenti: in auantit? totale inferiore a 1000 D.D.m. ;- Al resto a 100% ;2. Leghe di alluminio secondo la rivendicazione 1. caratterizzate dal fatto che contenoono anche Si in quantit? comoresa fra 0.05 e 1% in Deso. ;3. Leqhe di alluminio secondo la rivendicazione 2. in cui la quantit? di Si ? comcresa fra 0.4 e -0.8 % in peso. ;4. Leqhe di alluminio, secondo la rivendicazione 1,in cui le quantit? dei comoonenti sono (% in Deso * - Mg da ?,F ? 3,n%

- V Ha O.1 a O.5%

- Altri eventuali componenti: in quantit? totale inferiore a 150 p.p.m.

- Al resto a 100%.

5. Leghe di alluminio secondo le rivendicazioni 1 e 2r in cui le quantit? dei componenti sono(% in peso ) :

? Mg ?de 0,? a 1?

- V Ha O,5 a ?%

- Ri Ha 0,2 a 1%

- Altri eventuali componenti:in quantit? totale inferiore a 150 p p m.

?

- Al resto a 100%

6. Uso di leghe d'alluminio secondo le rivendica zioni da 1 a 5 in componenti di apparecchiature assoggettate nel loro impiego ad irraggiamento neutronico.

7. Uso di leghe d'alluminio secondo le rivendicazioni da 1_ a 5 nella prima parete dei reattori a fusione nucleare.