Определение коэффициента заторможенности деформации для вычисления начальной расчетной длины рабочей части кольцевого образца из оболочки твэла

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.

1. Karagergi 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:10.1063/5.0037125

2. Karagergi 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_8

3. Неклюдов 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.

4. 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/S2075113320030302

5. Займовский А. С., Никулина А. В., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. — М.: Энергоиздат, 1981. — 232 с.

6. 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.

7. 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.

8. 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/JTE11461J

9. 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.

10. 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.2014.06.041

11. 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.

12. 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.2018.01.002

13. Лошманов 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.

14. 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.

15. 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.2013.2.08

16. 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.

17. 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.

18. 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/S0031918X08120119

19. Мосин 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.2011.1.24

20. Барсанова 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.

21. 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-x