경도실험예비보고서

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1. 경도의 정의

경도(Hardness)는 금속의 영구(소성) 변형에 대한 저항의 척도로 사용되며 산업현장에서 매우 중요한 척도로 사용된다. 이번 실험은 두 가지 열처리를 실시한 금속 시편에 대한 경도 시험을 실시함으로써 경도의 차이를 확인하고 이 차이를 발생시키는 원인에 대해 분석하는 것이 목적이다.
2. Rockwell과 Micro Vickers 경도 측정 원리

경도는 긁힘 또는 압입에 대한 저항을 나타내며 재료의 강도를 측정하는 정량적 방법 중 하나이다. 경도 시험은 크게 거시(macroscale) 또는 미시(microscale) 경도로 분류된다. 거시 경도 시험의 예로는 로크웰(Rockwell) 과 브리넬(Brinell) 경도 시험이 있다. 비커스 경도 시험의 경우 거시 혹은 미세 경도 시험이 둘 다 가능하다. 로크웰 경도 시험법의 원리는 먼저 경도를 측정할 재료에 선택된 압입자로 미세 하중 F0 (minor load)을 가한 후 주 하중 F1 (major load)을 가하여 침투 깊이를 측정하고, 다시 주 하중 F1 을 제거하고 미세 하중 F0 만 유지하면 재료의 탄성적 성질로 인하여 압입자가 조금 올라가게 되는데 이때 측정된 깊이 h 를 remaining indentation depth라 한다. 이로써 측정된 h 를 이용하여 경도 값을 구할 수 있다.
3. 경도 시험의 산업 현장 활용

Quenching 처리된 시편과 Normalizing 처리된 시편을 준비하여 경도 시험을 실시한다. 각각의 열처리가 된 시편은 산화막이 생성되었으므로 정확한 경도 측정을 위해서 산화막을 제거해야 한다. 시편의 측정 표면을 grit가 낮은 400~600번의 연마지로 시작하여 점점 grit를 높여가며 표면이 매우 매끄럽게 만든다. 이 때 표면의 스크래치는 정확한 경도 측정을 방해하므로 스크래치가 남지 않도록 주의해야 한다.
4. 세라믹 재료의 경도 측정 문제점

세라믹 재료는 높은 경도, 높은 탄성 계수, 낮은 인성이라는 기계적 성질을 갖는다. 세라믹 재료의 경도는 매우 높으므로 물리적으로 소성변형에 매우 강하다. 따라서 소성변형의 크기를 측정해 경도 값을 구하는 Micro Vickers 또는 Rockwell 시험은 재료에 작용하는 힘의 크기가 커야만 한다. 이로 인해 압흔의 크기가 매우 작을 수밖에 없어 경도 측정 시 광학 현미경 측정 오차, 압입자로 인한 균열, 압입자 하중에 따른 경도 변화, 충격 및 진동, 광학 현미경 해상도 한계 등의 문제점이 발생할 수 있다.

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1. 경도의 정의

경도는 재료의 표면이 다른 물체에 의해 변형되는 정도를 나타내는 척도입니다. 경도 측정은 재료의 강도, 내마모성, 내부식성 등을 평가하는 데 중요한 역할을 합니다. 경도 측정 방법에는 비커스, 로크웰, 브리넬 등 다양한 방식이 있으며, 각각의 장단점이 있습니다. 경도 측정은 재료 선택, 공정 관리, 품질 관리 등 산업 현장에서 널리 활용되고 있습니다.
2. Rockwell과 Micro Vickers 경도 측정 원리

Rockwell 경도 측정 방식은 시편 표면에 일정한 하중을 가하여 발생하는 압흔의 깊이를 측정하는 방식입니다. 이 방식은 비교적 간단하고 빠르게 측정할 수 있어 산업 현장에서 널리 사용됩니다. 한편 Micro Vickers 경도 측정 방식은 작은 하중을 가하여 발생하는 압흔의 크기를 측정하는 방식으로, 미세한 부분의 경도 측정에 적합합니다. 이 방식은 정밀도가 높지만 측정 시간이 상대적으로 오래 걸립니다.
3. 경도 시험의 산업 현장 활용

경도 시험은 재료의 기계적 특성을 평가하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 제품 개발 단계에서 경도 시험을 통해 재료의 적합성을 판단하고, 생산 공정에서는 품질 관리를 위해 경도 시험을 활용합니다. 또한 사용 중 제품의 상태를 파악하기 위해 경도 시험을 수행하기도 합니다. 이처럼 경도 시험은 재료의 특성을 신속하고 정확하게 평가할 수 있어 산업 현장에서 매우 유용하게 활용되고 있습니다.
4. 세라믹 재료의 경도 측정 문제점

세라믹 재료는 일반적인 금속 재료와 달리 취성이 강하고 균일하지 않은 미세구조를 가지고 있어 경도 측정에 어려움이 있습니다. 세라믹 재료의 경도 측정 시 압흔 형성 과정에서 균열이 발생하거나 표면이 파괴되는 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 세라믹 재료의 경도는 제조 공정, 미세구조, 결정 구조 등에 따라 크게 달라지므로 대표성 있는 경도 값을 얻기 위해서는 다수의 측정이 필요합니다. 이러한 세라믹 재료의 특성으로 인해 경도 측정 및 해석에 어려움이 있습니다.

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