Abstract
The expanding copper mandrel test performed at three strain rates (3.2$\times$10E -5/s, 2.0$\times$10E-6/s and 1.2$\times$10E-7/s) over 553-873 K temperature range by varying the heating rates (8-1$0^{\circ}C$/s, 1-2$^{\circ}C$/s and 0.5$^{\circ}C$/s) in air and in vacuum (5$\times$10E-5 torr). The yield stress peak, the strain rate sensitivity minimum and the activation volume peaks could be explained in terms of the dynamic strain aging. The activation energy for dynamic strain aging obtained from the yield stress peak temperature and strain rate was 196 KJ/mol and this value was in good agreement with the activation energy for oxygen diffusion in $\alpha$-zirconium and Zircaloy-2 (207-220 KJ/mol). Therefore, oxygen atoms are responsible for the dynamic strain aging which appeared between 573 K and 673 K. The yield stress increase due to the oxidation was obtained by comparing the yield stress in air with that in vacuum and represented by the percentage increase of yield stress ( $\sigma$$^{a}$ $_{y}$ - $\sigma$$^{v}$ $_{y}$ / $\sigma$$^{v}$ $_{y}$ ). The slower the strain rate, the greater the percentage increase occurs. In order to estimate the yield stress of PWR fuel cladding material under the service environment, the yield stress in water was obtained by comparing the oxidation rate in air that in water assuming the relationship between the oxygen pick-up amount and the yield stress increase.
지르칼로이 -4 피복관에 대해서 3가지 변형 속도로(1.2$\times$10E-7/s, 2.0$\times$10E-6/s, 3.2$\times$10E -5/s), 553-873K의 온도 구간에서 구리 맨드렐 팽창 시험법을 공기와 진공(5$\times$10E-5 torr) 분위기에서 수행했고, 변형 속도의 변화는 시편의 가열 속도를 조절함으로써 얻을 수 있었다. 각각의 변형 속도에서 항복 응력 피크와 변형 속도 감도 최저값 그리고 활성화 부피 극대값이 나타나는 이유는 동적변형시효 현상 때문이라고 설명된다. 항복 응력 피크가 나타나는 온도와 변형속도로부터 얻어진 동적변형시효의 활성화 에너지는 196(KJ/mol)이었고 이 값은 $\alpha$-지르코니움과 지르칼로이-2에서 활성화 에너지(207-220 KJ/mol)값과 잘 일치한다. 그러므로 573-673K의 온도 구간에서 나타나는 동적변형시효 현상은 산소원자 때문이라고 생각된다. 산화에 의한 항복 응력의 증가는 공기중 실험과 진공 실험으로 얻어진 항복 응력값을 비교함으로서 얻었고, 그것은 항복 응력의 증가 분율로 표시했다. 결과는 변형속도가 느릴 수록 증가 분율은 더욱 더 커짐을 알 수 있었다. 그리고 산소 침투량과 항복 응력 증가 사이의 관계가 직선적이라는 가정하에 공기와 수중에서의 산화 속도를 비교하여 수중에서의 항복 응력 값을 계산해 보았다.