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일반적으로 반복 응력 반응 거동은 저사이클 피로 실험 중 재료의 응력 반응 변동을 나타낸 결과이다. 일반적인 반응 거동은 경화, 연화 그리고 유지의 영역을 포함한다.¹⁾ Fig. 4는 Alloy 800H의 반복 응력 반응 거동을 응력 진폭의 항으로 반복 수에 대하여 나타낸 것이다. 그림에서 알 수 있듯이 정도의 차이는 있으나 모든 전변형률 범위에서 초기 반복 경화 현상을 나타내고 있음을 명확히 확인할 수 있다. 전변형률 범위가 가장 작은 0.6%의 경우는 초기 반복 경화 이후 대부분의 사이클 동안 유지 영역이 뒤따르며 파단에 앞서 급격하게 연화되어짐을 볼 수 있다. 나머지 전변형률 범위에서는 전변형률 범위가 증가할수록 초기 반복 변형률 경화에 대한 반복 수가 감소하고 또한 비교적 짧은 유지 영역이 뒤따르며 파단 시까지 연화 영역이 뒤따르는 특성을 보이고 있다. 이러한 현상은 소성변형률 거동에서도 언급하겠지만 전변형률 범위의 증가로 인한 응력 진폭과 소성변형률 현상으로 보이며 저사이클 피로 수명에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 또한 전변형률 범위가 증가함에 따라 최대 응력 진폭의 크기도 증가함을 보여주고 있다. 상대적으로 낮은 0.6%의 전변형률 범위의 경우 다른 전변형률 범위에 비해 소성변형이 많이 일어나지 않기 때문에 초기 경화 영역을 제외하고 유지 구간의 영역이 큰 것으로 사료된다.

Fig. 4 
Stress amplitude of Alloy 800H as a function of number of cycles (750℃)

반복 경화 비율 및 반복 연화 비율은 금속재료의 반복 변형 거동을 특정화 짓는 두 가지 중요한 파라미터이다.⁹⁾ Alloy 800H의 750℃에서 초기 반복 변형률 경화 현상에 대한 전변형률 범위의 영향을 좀 더 면밀하게 고찰하기 위하여, 다음과 같이 반복 경화 비율(cyclic hardening ratio, CHR)을 다음과 같이 정의하였다.^9-11)

여기서, CHR은 반복 경화 비율을 나타내며, σ₁, σ_h, 는 각각 첫 번째 사이클에서의 응력 진폭과 반수명(half-life)에서의 응력 진폭을 나타낸다. Fig. 5는 전변형률 범위에 따른 반복 경화 비율을 나타낸다. 초기 반복 경화 비율은 0.6%에서 0.9%까지 증가하며 그 후 0.9%에서 1.5%까지는 감소하는 경향을 보이고 있다. Fig. 3의 저사이클 피로 수명과 반복 경화 비율을 비교한 결과, 0.6%에서 0.9%까지 362 cycle (42%) 감소하였고, 1.2%와 1.5%에서는 각각 206 cycle (40%), 115 cycle (38%)만큼 감소하였다. 즉, 반복 경화 비율은 전체적인 저사이클 피로 수명 감소에 추가적인 영향을 미칠 것으로 판단된다. 전변형률 범위가 가장 낮은 0.6%의 경우를 제외하면 전변형률 범위의 증가와 더불어 반복 경화 비율은 감소하는 결과를 보여 주고 있다.

Fig. 5 
Cyclic hardening ratio of Alloy 800H as a function of total strain range (750℃)

Fig. 6은 750℃에서 Alloy 800H에 대한 4가지 전변형률 범위에서의 각 시험편에 대한 반 수명에서의 히스테리시스 루프를 나타낸 것이다. 전변형률 범위가 증가할수록 히스테리시스 루프 선도의 형상은 증가하며 또한 위쪽과 아래쪽이 평평한 사각형 모양의 선도를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 Alloy 617의 저사이클 피로 실험결과와도 일치한다.¹²⁾ 또한 응력 진폭과 소성 변형률 범위는 전변형률 범위가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다. 소성변형률 범위에 미치는 전변형률 범위의 영향을 관찰하기 위해 소성변형률 진폭에 미치는 전변형률 범위의 영향을 Fig. 7에 나타내었다. 결과적으로, 전변형률 범위가 증가할수록 Alloy 800H의 소성변형률 진폭도 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다.

Fig. 6 
Effect of total strain range on hysteresis loops

Fig. 7 
Effect of total strain range on plastic strain amplitude