zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-4-33-41zldm-1644Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯPHYSICAL METHODS OF RESEARCH AND MONITORINGОпределение коэффициента заторможенности деформации для вычисления начальной расчетной длины рабочей части кольцевого образца из оболочки твэлаDetermination of the deformation deceleration coefficient for calculating the initial effective length of the working part of an annular specimen made of fuel claddingКарагергиР. П.KaragergiR. P.

624250, г. Заречный, а/я 29

624250, Zarechny, P.O. Box 29

karagergi_rp@irmatom.ruЕвсеевМ. В.EvseevM. V.

624250, г. Заречный, а/я 29

624250, Zarechny, P.O. Box 29

КозловА. В.KozlovA. V.

624250, г. Заречный, а/я 29

624250, Zarechny, P.O. Box 29

Институт реакторных материаловРоссияResearch Institute of Nuclear MaterialsRussian Federation2022270420228843341Copyright © Карагерги Р.П., Евсеев М.В., Козлов А.В., 20222022Карагерги Р.П., Евсеев М.В., Козлов А.В.Karagergi R.P., Evseev M.V., Kozlov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1644

При исследовании пластических свойств металлических материалов при растяжении существенное значение имеет начальная расчетная длина образца, влияющая на конечные результаты. В случае определения кратковременных механических свойств материалов оболочечных труб твэлов с помощью кольцевых образцов вычисление начальной расчетной длины рабочей их части затруднено, поскольку пластическая деформация кольцевого образца неоднородна (неравномерно распределена по периметру). Эту особенность учитывают с помощью коэффициента заторможенности деформации. В работе представлены результаты определения коэффициента заторможенности деформации для вычисления начальной расчетной длины рабочей части кольцевого образца из оболочки твэла. Предложен экспериментальный способ определения коэффициента с учетом измерений распределения пластической деформации на отдельных участках по периметру образца. Метод заключается в растяжении кольцевых и овализованных образцов с метками на торцевой поверхности. Установлено, что для кольцевых и овализованных образцов из оболочки твэла реактора БН-600 коэффициент деформации составляет k = 0,50 ± 0,04, расчетная длина — l0 = 6,1 ± 0,4 мм. Анализ фактической относительной деформации рабочих частей и сопоставление с относительным удлинением показали, что при растяжении овализованных образцов воспроизводятся более высокие значения относительной пластической деформации по сравнению с кольцевыми. Полученные результаты и предложенный способ могут быть использованы при определении констант материалов оболочечных труб твэлов реакторов на быстрых нейтронах.

When studying the plastic properties of metallic materials under tension, the initial calculated length of the sample which affects the final results is of significant importance. In the case of determining the short-term mechanical properties of the materials of fuel cladding pipes using annular samples, calculation of the initial effective length of their working part is rather difficult since the plastic deformation of the annular sample is unevenly distributed along the perimeter. This feature is taken into account using the deformation deceleration coefficient. We present the results of determining the deformation deceleration coefficient for calculation of the initial effective length of the working part of an annular sample made of fuel cladding. An experimental method for determining the coefficient is proposed, taking into account the measurements of the distribution of plastic deformation in certain areas along the perimeter of the sample. The method consists in stretching annular and ovalized samples with marks on the end surface. It is shown that for annular and ovalized specimens from the fuel cladding of a BN-600 reactor, the values of the deformation coefficient and effective length are k = 0.50 ± 0.04 and l0 = 6.1 ± 0.4 mm, respectively. Analysis of the actual relative deformation of the working parts and comparison with the relative elongation showed that when the ovalized specimens are stretched, the value of the relative plastic deformation is higher than that for annular specimens. The proposed method and the results obtained can be used in determination of the parameters of the materials used in the cladding pipes of the of fast neutron reactors.

твэлаустенитная стальмеханические испытаниякольцевой образецначальная расчетная длина рабочей частипластическая деформацияотносительное удлинениеfuel elementaustenitic steelmechanical testingannular specimeninitial effective length of the working partplastic deformationrelative elongationReferencesKaragergi R. P., Evseev M. V., Konovalov A. V., Kozlov A. V. The effect of the inhomogeneous distribution of ovalization-induced strain in a ring on its mechanical properties in subsequent elongation / AIP Conf. Proc. 2020. 2315(1).020020. DOI:10.1063/5.0037125Karagergi R. P., Evseev M. V., Konovalov A. V., Kozlov A. V. The effect of the inhomogeneous distribution of ovalization-induced strain in a ring on its mechanical properties in subsequent elongation / AIP Conf. Proc. 2020. 2315(1).020020. DOI:10.1063/5.0037125Karagergi R. P., Evseev M. V., Kozlov A. V. Distribution of plastic deformation along the perimeter of circular specimen of thin-wall fuel-element cladding during its expansion / Mater. Phys. Mech. 2021. Vol. 47. N 1. P. 74 – 88. DOI:10.18149/MPM.4712021_8Karagergi R. P., Evseev M. V., Kozlov A. V. Distribution of plastic deformation along the perimeter of circular specimen of thin-wall fuel-element cladding during its expansion / Mater. Phys. Mech. 2021. Vol. 47. N 1. P. 74 – 88. DOI:10.18149/MPM.4712021_8Неклюдов И. М., Ожигов Л. С., Савченко В. И. и др. Особенности определения характеристик пластичности кольцевых образцов из циркониевых сплавов в поперечном направлении / Проблемы прочности. 2001. № 2. С. 137 – 141.Neklyudov I. M., Ozhigov L. S., Savchenko V. I., et al. Determination peculiarities of plasticity characteristics of ring-type zirconium alloy specimens in the lateral direction / Probl. Prochn. 2001. N 2. P. 137 – 141 [in Russian].Леонтьева-Смирнова М. В., Калин Б. А., Морозов Е. М. и др. Методические особенности испытаний на растяжение кольцевых образцов / Физика и химия обработки материалов. 2019. № 6. С. 62 – 71. DOI:10.1134/S2075113320030302Leontieva-Smirnova M. V., Kalinin B. A., Morozov E. M., Kostyukhina A. V., Fedotov P. V., Taktashev R. N. Methodical peculiarities of the ring specimens tensile tests / Fiz. Khim. Obrab. Mater. 2019. N 6. P. 62 – 71. DOI:10.1134/S2075113320030302 [in Russian].Займовский А. С., Никулина А. В., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. — М.: Энергоиздат, 1981. — 232 с.Zaimovsky A. S., Nikulina A. V., Reshetnikov N. G. Zirconium alloys in nuclear power engineering. — Moscow: Énergoizdat, 1981. — 232 p. [in Russian].Прохоров В. И., Финько А. Г., Минеев Р. И. Экспериментальное определение рабочей длины кольцевых образцов, из оболочек твэлов при поперечном растяжении. — Димитровград, 1977. — 24 с.Prokhorov V. I., Finko A. G., Mineev R. I. Experimental determination of the working length of circular specimens from fuel claddings under transverse tension. — Dimitrovgrad, 1977. — 24 p. [in Russian].Кобылянский Г. П., Новоселов А. Е. Радиационная стойкость циркония и сплавов на его основе. Справочные материалы по реакторному материаловедению / Под ред. В. А. Цыканова. — Димитровград: ГНЦ РФ НИИАР, 1996. — 176 с.Kobylyansky G. P., Novoselov A. E. Radiation resistance of zirconium and zirconium-based alloys. Literature reference materials on reactor materials science. / Edited by V. A. Tsykanov. — Dimitrovgrad: GNTs RF NIIAR, 1996. — 176 p. [in Russian].Arsene S., Bai J. A new approach to measuring transverse properties of structural tubing by a ring test / J. Testing Eval. 1996. Vol. 24. Issue 6. P. 386 – 391. DOI:10.1520/JTE11461JArsene S., Bai J. A new approach to measuring transverse properties of structural tubing by a ring test / J. Testing Eval. 1996. Vol. 24. Issue 6. P. 386 – 391. DOI:10.1520/JTE11461JGrigoriev V., Jakobsson R., Josefsson B., Schrire D. Advanced techniques for mechanical testing of irradiated cladding materials / Advanced post-irradiation examination techniques for water reactor fuel. — IAEA, 2002. P. 187 – 193.Grigoriev V., Jakobsson R., Josefsson B., Schrire D. Advanced techniques for mechanical testing of irradiated cladding materials / Advanced post-irradiation examination techniques for water reactor fuel. — IAEA, 2002. P. 187 – 193.Macdonald V., Le Boulch D., de Menibus A. H., Besson J., Auzoux Q., Crepin J., and Le Jolu T. Fracture of Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blisters / Proc. Mater. Sci. 2014. N 3. P. 233 – 238. DOI:10.1016/j.mspro.2014.06.041Macdonald V., Le Boulch D., de Menibus A. H., Besson J., Auzoux Q., Crepin J., and Le Jolu T. Fracture of Zircaloy-4 fuel cladding tubes with hydride blisters / Proc. Mater. Sci. 2014. N 3. P. 233 – 238. DOI:10.1016/j.mspro.2014.06.041Cohen A. B., Majumdar S., Ruther W. E., Billone M. C., Chung H. M., Neimark L. A. Modified ring stretch tensile testing of Zr-lNb cladding. — Argonne National Laboratory, 1997. — 19 p.Cohen A. B., Majumdar S., Ruther W. E., Billone M. C., Chung H. M., Neimark L. A. Modified ring stretch tensile testing of Zr-lNb cladding. — Argonne National Laboratory, 1997. — 19 p.Kiraly M., Antok D., Horvath L., Hozer Z. Evaluation of axial and tangential ultimate tensile strength of zirconium cladding tubes / Nucl. Eng. Technol. 2018. N 50. P. 425 – 431. DOI:10.1016/j.net.2018.01.002Kiraly M., Antok D., Horvath L., Hozer Z. Evaluation of axial and tangential ultimate tensile strength of zirconium cladding tubes / Nucl. Eng. Technol. 2018. N 50. P. 425 – 431. DOI:10.1016/j.net.2018.01.002Лошманов Л. В., Федотов П. В., Салатов А. В., Нечаева О. А., Смирнов Н. В. Образец для исследований механических свойств и деформационного поведения материала оболочки твэла реактора типа ВВЭР в тангенциальном направлении / Научная сессия МИФИ. 2007. Т. 8. С. 141 – 143.Loshmanov L. V., Fedotov P. V., Salatov A. V., Nechaeva O. A., Smirnov N. V. A specimen to study the mechanical properties and deformation behavior of a VVER reactor fuel element cladding material in the tangential direction / Nauch. Sess. MIFI. 2007. Vol. 8. P. 141 – 143 [in Russian].Федотов П. В., Лошманов Л. В., Костюхина А. В. Влияние кратковременной термообработки на механические свойства сплава Э110 / Физика и химия обработки материалов. 2014. № 5. С. 67 – 73.Fedotov P. V., Loshmanov L. V., Kostyukhina A. V. The effect of short-term heat treatment on the mechanical properties of alloy E110 / Fiz. Khim. Obrab. Mater. 2014. N 5. P. 67 – 73 [in Russian].Измалков И. Н., Лошманов Л. В., Костюхина А. В. Механические свойства сплава Э110 при температурах до 1273 К / Известия вузов. Ядерная энергетика. 2013. № 2. С. 64 – 70. DOI:10.26583/npe.2013.2.08Izmalkov I. N., Loshmanov L. V., Kostyukhina A. V. Mechanical properties of alloy É110 at temperatures up to 1273K / Izv. Vuzov. Yader. Énerget. 2013. N 2. P. 64 – 70 [in Russian]. DOI:10.26583/npe.2013.2.08.Леонтьева-Смирнова М. В., Измалков И. Н., Валитов И. Р. и др. Определение предела текучести стали ЭК-181 при испытании на растяжение кольцевых образцов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 10. С. 56 – 61.Leontieva-Smirnova M. V., Izmalkov I. N., Valitov I. R., et al. Determination of the yield strength of steel EK-181 during tensile testing of circular specimens / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2016. Vol. 82. N 10. P. 56 – 61 [in Russian].Крайнюк Е. А., Митрофанов А. С., Ожигов Л. С., Савченко В. И. Прочность и пластичность металла теплообменных труб парогенераторов энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 / Вопросы атомной науки и техники. 2012. № 2(78). С. 52 – 55.Kraynyuk E. A., Mitrofanov A. S., Ozhigov L. S., Savchenko V. I. Strength and ductility of metal of heat exchange pipes of steam generators of power units with the VVER-1000 reactors / Vopr. Atom. Nauki Tekhn. 2012. N 2(78). P. 52 – 55 [in Russian].Ершова О. В., Щербаков Е. Н., Яговитин П. И. и др. Связь изменений физико-механических свойств с распуханием аустенитной стали ЧС-68 при высокодозном облучении / Физика металлов и материаловедение. 2008. Т. 106. № 6. С. 644 – 649. DOI:10.1134/S0031918X08120119Ershova O. V., Shcherbakov E. N., Yagovitin P. I., et al. The relationship between changes in physicomechanical properties and swelling of austenitic steel CHS-68 under high-dose irradiation / Fiz. Met. Materialoved. 2008. Vol. 106. N 6. P. 644 – 649 [in Russian]. DOI:10.1134/S0031918X08120119Мосин А. М., Евсеев М. В., Портных И. А. и др. Изменение физико-механических свойств оболочек твэлов из сталей ЭК164 и ЧС68 после эксплуатации в реакторе БН-600 в течение четырех микрокомпаний / Известия вузов. Ядерная энергетика. 2011. № 1. С. 224 – 229. DOI:10.26583/npe.2011.1.24Mosin A. M., Evseev M. V., Portnykh I. A., et al. Changes in physicomechanical properties of fuel claddings made of steels ÉK164 and CHS68 after operation in the BN-600 reactor for four cycles between refueling / Izv. Vuzov. Yader. Énerget. 2011. N 1. P. 224 – 229 [in Russian]. DOI:10.26583/npe.2011.1.24Барсанова С. В., Козлов А. В., Шило О. Б. Влияние облучения быстрыми нейтронами на изменение механических свойств аустенитных сталей ЭК-164 и ЧС-68 / Вопросы атомной науки и техники. 2018. № 5(6). С. 4 – 12.Barsanova S. V., Kozlov A. V., Shilo O. B. The effect of fast neutron irradiation on changes in the mechanical properties of austenitic steels EK-164 and CHS-68 / Vopr. Atom. Nauki Tekhn. 2018. N 5(6). P. 4 – 12 [in Russian].Поролло С. И., Иванов А. А., Конобеев Ю. В., Шулепин С. В. Высокотемпературное радиационное охрупчивание облученной нейтронами аустенитной коррозионно-стойкой стали 08Х8Н10Т, ЭИ-847, ЭП-172 и ЧС-68 / Атомная энергия. 2020. Т. 128. Вып. 2. С. 76 – 81. DOI:10.1007/s10512-020-00655-xPorollo S. I., Ivanov A. A., Konobeev Yu. V., Shulepin S. V. High-temperature irradiation-induced embrittlement of neutron-irradiated austenitic corrosion-resistant steels 08X8N10T, EI-847, EP-172 and CHS-68 / Atom. Énergiya. 2020. Vol. 128. Issue 2. P. 76 – 81 [in Russian]. DOI:10.1007/s10512-020-00655-x

The authors declare that there are no conflicts of interest present.