본문내용
1. 경도의 개념과 정의
1.1. 경도의 정의
경도(hardness)란 한 물체가 다른 물체에 의해 변형을 받았을 때 나타나는 저항의 크기이다. 즉, "어느 물체의 경도란, 그 물체를 다른 물체로 눌렀을 때 그 물체의 변형에 대한 저항력의 크기"로 정의된다. 따라서 경도에 관한 이론적 측정법은 거의 모두가 이 개념에 바탕을 두고 있다. 저항력이 큰 재료는 강도와 내마모성이 크고, 신율과 단면수축률이 작으므로 그 기계적 성질도 추측할 수 있다.
1.2. 경도의 종류
1.2.1. 브리넬 경도
브리넬 경도는 재료의 시험면에 강구로 凹자국을 내는데 요하는 하중(㎏)을 그 영구 凹자국의 표면적(㎟)으로 나눈 값이다. 즉, 강구로 시험편의 표면을 눌러 생성된 압흔의 크기로부터 경도를 정량화하는 방식이다. 재료의 시험면이 평탄하고 산화물이나 이물질이 제거되어야 하며, 누르개 자국의 지름을 정확히 측정할 수 있도록 표면 처리가 필요하다. 또한 시험편의 두께는 적어도 누르개 자국 깊이의 8배 이상이어야 한다. 브리넬 경도 시험은 열처리, 주물, 주강, 특수강 제품 금속소재 및 비철금속, 합금소재, 플라스틱, 합성수지 등의 경도 측정에 널리 활용되고 있다.
1.2.2. 록크웰 경도
록크웰 경도는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각이 120°, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다. 전자를 록크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 록크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다.
록크웰 경도는 N - (h/S)로 간단히 계산할 수 있다. 여기서 N은 규정하중, h는 영구 압흔의 깊이, S는 압입 크로스 섹션 면적을 나타낸다. 압입에 소요되는 시간이 길수록, 즉 압입속도가 늦을수록 경도는 높아지는 반면에 하중 유지 시간이 길어지면 낮아진다. 따라서 시험하중의 부하속도 및 하중 유지시간은 원칙적으로 규정한 총합오차의 허용치이내에서 기준 경도치에 일치하도록 조합하여야 한다.
부하속도는 경도가 대략 60HRC 시험편의 C경도시험을 하였을 때 시험하중의 압입 소요시간이 2~3초가 되도록 하고, 시험편이 없는 상태에서 100kgf 시험하중의 부하조정을 하였을 때, 부하 작동시간이 4~5초가 되도록 한다. 하중 유지시간은 보통 2~6초로 한다.
시험하중으로 압입 후 다시 기준하중으로 하고 경도 지시장치의 지시를 경도 단위 0.2 이하까지 판독한다. 이렇게 측정된 경도는 HRB나 HRC 단위로 표현된다.
1.2.3. 쇼어 경도
쇼어 경도는 재료의 시험면 위에 일정한 높이에서 낙하시킨 추의 반발 높이에 비례한 수치로 경도를 나타내는 방식이다. 쇼어 경도계에는 쇼어 A형, B형, C형, D형 등이 있으며, 각각 서로 다른 타입의 압입자를 사용한다. 쇼어 경도 시험의 장점은 재료에 흠집이 나지 않으며 작고 휴대하기 편리하다는 것이다. 그러나 핸들을 돌려 누르는 힘의 크기가 일정하지 않기 때문에 측정자의 경험과 감각이 중요하다. 따라서 과하거나 덜하게 누르면 정확한 측정이 어려울 수 있다.
쇼어 경도 시험편 준비 시 주의할 점은 다음과 같다. 첫째, 시료의 시험면은 평면으로 하며, 둘째 시료의 무게는 0.1kg 이상으로 되도록 크게 한다. 셋째, 시험편의 두께는 경도 측정에 있어 시료 받침대에 경도 값이 영향을 받지 않는 두께로 한다.
쇼어 경도는 간단하고 신속한 경도 측정 방법으로, 재료의 내마모성이나 강도 등을 간접적으로 예측할 수 있는 유용한 시험법이다. 특히 휴대성이 좋아 현장에서 간편하게 사용할 수 있다는 점에서 활용도가 높다고 볼 수 있다.
2. 경도 측정 방법
2.1. 록크웰 경도 측정
록크웰 경도 측정은 재료의 표면에 강구 또는 다이아몬드 원뿔을 일정한 하중으로 눌러 생긴 영구 압흔의 깊이에 따라 경도를 나타내는 방법이다. 이는 표면이 편평하고 산화물이나 이물질이 제거된 시험면에서 실시되어야 한다.
시험편은 시험면이 압흔자의 부착축에 수직이 되도록 놓아야 하며, 압흔자, 시료받침대 등의 부착이나 교환을 하였을 경우 예비경도 측정 조작을 2회 이상 실시한 후 시험한다. 일반적으로 압입에 소요되는 시간이 길수록, 즉 압입속도가 늦을수록 경도는 높아지는 반면 하중 유지 시간이 길어지면 낮아진다. 따라서 시험하중의 부하속도 및 하중 유지시간은 원칙적으로 규정한 총합오차의 허용치 이내에서 기준 경도치에 일치하도록 조합하여야 한다.
부하속도는 경도가 대략 60HRC 시험편의 C경도시험을 하였을 때 시험하중의 압입 소요시간이 2~3초가 되도록 하고, 시험편이 없는 상태에서 100kgf 시험하중의 부하조정을 하였을 때 부하 작동시간이 4~5초가 되도록 한다. 하중 유지시간은 보통 2~6초로 한다. 시험하중으로 압입 후 다시 기준하중으로 하고 경도 지시장치의 지시를 경도 단위 0.2 이하까지 판독한다.
이와 같이 록크웰 경도 측정은 압입자의 종류와 하중에 따라 다양한 척도로 나뉘며, 시험 조건의 정밀한 관리를 통해 정확한 경도 값을 얻을 수 있다. 특히 표면이 편평하고 얇은 재료에 적합한 측정 방식으로 널리 활용되고 있다.
2.2. 비커스 경도 측정
비커스 경도 측정은 대면각이 136°인 다이아몬드의 사각뿔을 눌러서 생긴 자국의 표면적으로 경도를 나타내는 방법이다. 대면각이 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트를 만들...
