SM45C 강재의 열처리 방법에 따른 경도 실험 결과

본 내용은 " 중앙대학교 고체재료실험 경도 실험 결과 보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.20

문서 내 토픽

• 1. 열처리 방법과 경도의 관계

  SM45C(0.45wt%C) 강재에 불림 열처리(Normalizing)와 담금질 열처리(Quenching)를 적용하여 경도 변화를 측정했다. Normalizing은 850°C에서 상온까지 수 분에 걸쳐 냉각되어 펄라이트 구조를 형성하고, Quenching은 수 초에 걸쳐 냉각되어 마르텐사이트 구조를 형성한다. 냉각 속도에 따라 미세 조직이 달라지며, 마르텐사이트 구조가 펄라이트 구조보다 높은 경도값을 나타낸다.

• 2. Rockwell 경도 시험

  C scale을 사용하여 다이아몬드 원뿔형 압입자로 측정했다. 미세 하중 10kg, 주 하중 150kg을 적용했다. 시편1(Normalizing)의 평균 경도값은 27.63 HRC이고, 시편2(Quenching)의 평균 경도값은 56.87 HRC로 측정되어 담금질 처리된 시편이 훨씬 높은 경도를 나타냈다.

• 3. Vickers 미세 경도 시험

  초록 레이저를 이용하여 압흔을 형성하고 두 대각선의 길이를 측정하여 경도값을 계산했다. 시편1의 평균 경도값은 1746.3 HV이고, 시편2의 평균 경도값은 3160.5 HV로 측정되었다. 오차는 시편1에서 0~8.02%, 시편2에서 0~25.54% 범위로 나타났으며, 측정 위치 및 압흔 형상의 정상성이 결과에 영향을 미쳤다.

• 4. 기계적 성질 추론

  경도값이 높은 시편2(Quenching)는 금속의 소성 변형에 대한 저항이 크므로 강도가 높고 취성이 증가한다. 반면 경도값이 낮은 시편1(Normalizing)은 상대적으로 소성 변형에 대한 저항이 낮아 연성이 더 우수하다. 냉각 속도에 따라 경도가 크게 달라지며, 이는 미세 조직의 결정 구조 차이에서 비롯된다.

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• 1. 열처리 방법과 경도의 관계

  열처리는 금속의 미세구조를 변화시켜 경도에 직접적인 영향을 미치는 중요한 공정입니다. 담금질, 뜨임, 정규화 등의 열처리 방법은 결정립 크기, 상의 분포, 전위 밀도 등을 조절하여 경도를 증가시키거나 감소시킵니다. 특히 담금질은 마르텐사이트 변태를 통해 경도를 크게 향상시키며, 뜨임은 과도한 취성을 완화하면서 적절한 경도를 유지합니다. 열처리 조건인 온도, 시간, 냉각 속도 등을 정밀하게 제어하면 원하는 경도 수준을 달성할 수 있어 산업 응용에서 매우 중요합니다.

• 2. Rockwell 경도 시험

  Rockwell 경도 시험은 산업 현장에서 가장 널리 사용되는 경도 측정 방법으로, 빠른 측정 속도와 간편한 조작이 장점입니다. 다양한 스케일(A, B, C 등)을 제공하여 서로 다른 재료와 경도 범위에 적용할 수 있습니다. 그러나 표면 상태에 민감하고 얇은 시편에는 부적합하며, 측정값의 재현성이 다른 방법에 비해 낮을 수 있습니다. 특히 경도가 매우 높거나 낮은 재료에서는 정확도가 감소하는 한계가 있어, 정밀한 측정이 필요한 경우에는 다른 경도 시험 방법과 병행하는 것이 권장됩니다.

• 3. Vickers 미세 경도 시험

  Vickers 미세 경도 시험은 매우 작은 하중과 정사각형 압입자를 사용하여 미세한 영역의 경도를 측정할 수 있는 정밀한 방법입니다. 광학 현미경으로 압입 자국을 관찰하여 경도를 계산하므로 높은 정확도를 제공하며, 특정 상이나 결정립의 경도를 개별적으로 측정할 수 있습니다. 다양한 하중 범위에서 사용 가능하여 경도 범위의 제약이 적고, 얇은 코팅층이나 표면 경화층의 경도 측정에 매우 유용합니다. 다만 측정 시간이 길고 숙련된 기술자가 필요하며, 장비 비용이 높다는 단점이 있습니다.

• 4. 기계적 성질 추론

  경도 시험 결과로부터 인장강도, 항복강도, 연신율 등 다른 기계적 성질을 추론할 수 있으며, 이는 비파괴 평가에서 매우 유용합니다. 경도와 인장강도 사이에는 일반적으로 선형 관계가 존재하여 경험식을 통해 추정이 가능합니다. 그러나 재료의 종류, 열처리 상태, 미세구조에 따라 이 관계가 달라질 수 있으므로 주의가 필요합니다. 정확한 추론을 위해서는 해당 재료에 대한 충분한 데이터베이스와 통계적 분석이 필요하며, 중요한 응용에서는 경도 시험만으로는 부족하고 직접적인 기계적 성질 측정을 병행해야 합니다.