The expanding copper mandrel test was performed at three strain rates($3.2\times10^{-5}S^{-1}$, $2.0\times10^{-6}S^{-1}$ and $1.2\times10^{-7}S^{-1}$) over 553-873 K temperature range by varying the heating rates (8-10 °C/s, 1-2 °C/s and 0.5 °C/s) in air and in vacuum($5\times10^{-5}$ torr). The observed yield stress peaks in air were 576 K for $\dot{\varepsilon}=1.2\times10^{-7}S^{-1}$, 623 & 723K for $\dot{\varepsilon}=2.0\times10^{-6}S^{-1}$ and 673 & 798K for $\dot{\varepsilon}=3.2\times10^{-5}S^{-1}$, and these peaks in vacuum were 576 K for $\dot{\varepsilon}=1.2\times10^{-7}S^{-1}$, 623 K for $\dot{\varepsilon}=2.0\times10^{-6}S^{-1}$ and 673 K for $\dot{\varepsilon}=3.2\times10^{-5}S^{-1}$. The strain rate sensitivity minimum and the activation volume peak appeared were at 623 K and 723 K in air, but these behaviors at 723 K were not observed in vacuum.
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(207-220KJ/mol). Therefore, oxygen atoms are responsible for the dynamic strain aging appeared between 573 K and 673 K. The small peak appeared between 723 K and 798 K only in air test is probably due to the Fe atoms inducing the dislocation pinning.
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 and that in water assuming the linear relationship between the oxygen pick-up amount and the yield stress increase.
지르칼로이-4 피복관에 대해서 3 가지 변형 속도로 ($1.2 × 10^{-7} S^{-1} 2.0 × 10^{-6} S^{-1} 3.2 × 10^{-5} S^{-1}$), 553-873 K 의 온도 구간에서 구리맨드랠 팽창 시험법을 공기와 진공 ($5 × 10^{-5} torr$) 분위기에서 수행했고, 변형 속도의 변화는 시편의 가열 속도를 조절함으로써 얻을 수 있었다. 항복 응력 피크는 $1.2 × 10^{-7} S^{-1}$ 의 변형 속도에서 576 K 에서 나타났고, $2.0 × 10^{-6} S^{-1}$의 변형 속도에서는 623 K 와 723 K 에서 나타났으며, 또 $3.2 × 10^{-5} S^{-1}$의 변형 속도에서는 673 K 와 798 K 에서 나타났다. 공기중에서 변형 속도 감도의 최저값과 활성화 부피 극대값은 623 K 와 723 K 에서 관찰되었고, 진공중 실험에서는 723 K 에서는 이러한 거동이 발견되지 않았다.
항복 응력 피크와 변형 속도 감도 최저값 그리고 활성화 부피 극대값이 나타나는 이유는 동적 변형시효 현상 때문이라고 설명된다. 항복 응력 피크가 나타나는 온도와 변형 속도로 부터 얻어진 동적 변형시효의 활성화 에너지는 196 (KJ/mol) 이었고, 이 값은 $\alpha$-지르코니움과 지르칼로이-2 에서의 산소확산에 관한 활성화 에너지 (207-220 KJ/mol) 값과 잘 일치한다. 그러므로 573-673 K의 온도구간에서 나타나는 동적 변형시효 현상은 산소 원자 때문 이라고 생각된다. 그리고 단지 공기중 실험에서만 발견된 723 K 와 798 K 에서의 작은 항복응력 피크는 철원자 때문이라고 생각된다.
산화에 의한 항복응력의 증가는 공기중 실험과 진공 실험으로 얻어진 항복응력 값을 비교함으로서 얻었고, 그것은 항복응력의 증가 분율로 표시했다. 결과는 변형 속도가 느릴수록 증가분율은 더욱 더 커짐을 알 수 있었다. 그리고 산소 침투량과 항복응력 증가 사이의 관계가 직선적이라는 가정하에 공기와 수중에서의 산화속도를 비교하여 수증에서의 항복응력 값을 계산해 보았다.
