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 a-, b- и g-фазах урана: Al, Be, Fe, Si, Ta, Cr и др. Вторая группа – сплавы с элементами, обладающими большой растворимостью в g-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 a-фазы. Структура g-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 g-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 UAl