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기계공학실험경도실험

1. 실험 목적경도(Hardness)는 한 물체가 다른 물체로부터 외력을 받았을 때, 이 외력에 대한 저항의 크기를 나타내는 척도가 되는 데 경도를 측정하는 방법으로 강구 등의 압입체로 시험편의 표면에 일정한 하중을 눌러 그때 시험편에 생긴 압입 자국의 크기로 경도를 구하는 압입 경도 시험법과 표면에 다이아몬드 등으로 긋기 흔적을 만들고 흔적의 폭으로부터 경도를 측정하는 긋기 경도 시험법, 지정된 높이에서 일정한 형상과 중량을 가진 다이아몬드 해머를 낙하시켜 이때 반발한 높이로 경도를 측정하는 반발 시험법 등이 있으며, 압입 경도 시험법과 긋기 시험법은 소성 변형에 대한 저항이며, 반발 시험법은 탄성 변형에 대한 저항을 나타낸다.일반적으로 경도 실험은 재료의 경도를 알려고 하는 목적도 있지만 경도 실험을 통하여 인장강도와 같은 재료의 다른 성질도 알 수 있기 때문이다. 경도 실험의 목적에는 재료의 경도 값을 알고자 하는 경우, 경도 값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도 값으로부터 시편의 가공 상태나 열처리 상태를 비교하고 싶은 경우 등이 있다.2.시험에 관련된 이론①경도란?재료의 표면 눌림(압인)에 견디는 능력을 말한다.②경도측정 방식경도측정방식에는 로크웰경도시험, 비커스경도시험, 브리넬경도시험방법이 있다.③브리넬 경도-강구 또는 초경 합금구의 누르개를 사용하여, 시험 면에 구형의 오목 부를 만들었을 때의 시험 하중과 오목부의 지름에서 구한 오목부의 표면적으로부터 다음 식으로 산출한 값.▶ HBS : 강구 누르개를 사용하여 구한 브리넬 경도▶ HBW : 초경 합금구 누르개를 사용하여 구한 브리넬 경도▶ F : 시험 하중(N)(¹)▶ S : 오목부의 표면적(㎟)▶ D : 누르개의 지름(㎜)▶ d : 오목부의 지름(㎜)또한, HBS(또는 HBW)의 수치에는 단위를 붙이지 않는다.주(¹) 시험 하중 F의 단위가 kgf 의 경우에는, 브리넬 경도는 다음 식으로 산출한다.은 브리넬경도기④로드웰경도-(1) 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도다이아몬드 누르개 또는 강구 누르개를 사용하여, 먼저 기준하중을 가하고, 다음에 시험하중을 가한 후 다시 기준하중으로 되돌렸을 때, 전후 2회의 기준하중에 있어서의 누르개 침입깊이의 차 h로부터 구한 경도. 그 경도는 표-1의 경도(HR)의 정의 식에 따른다.또한, 기준하중이 10kgf일 때를 로크웰 경도라 하고, 기준하중이 3kgf일 때를 로크웰 슈퍼피셜 경도라 한다.로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도와 그들 경도치를 표시하는 기호는 HR을 사용한다.(2) 스 케 일 - 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도에서의 누르개 기준하중 시험하중 및 경도 정의식의 조합(3) 경도 기호 - 로크웰 경도 및 로크웰 슈퍼피셜 경도를 표시하는 영어 대문자 HR에 스케일을 부기한 기호.3. 시험기의 종류 및 기구○ 브리넬 경도기실험기명 : 대경 DKB-310시험하중 : 3000kgf 압입시간 : 10sec금속의 경우 경도측정은 영구 또는 소성변형에 대한 저항을 측정하는 것이다. 브리넬경도기의 정밀도, 측정시간이 오래 걸리는 문제점, 쇼어 경도 시험기의 숙련도나 정밀도의 문제 점을 고려하여 정밀도가 높고 짧은 시간에 시험을 할 수 있는 기기이다.주로 금속재료에 있어서 주물, 단조물, 레일 등 비교적 단단한 재질의 경도를 측정하는데 사용된다. 시험자국이 불균일한 시험표면을 평균화하여 측정되며 다음과 같은 인장강도와의 관계를 만족한다.T.S(psi)=500 x HBT.S(Mpa)=3.45 x HB표준하중(500∼3,000㎏)에서 정해진 시간(10∼30초)동안 일정하게 유지시켜 그때 측정된 압흔의 지름으로부터 경도 값을 구한다.누름자의 재료는 Steel-ball이며. 지름은 5, 10㎜ 이다.○ 로크웰 경도기(B, C)실험기명 : 대경 DKB-310시험하중 : 100kgf(로크웰 B)150kgf(로크웰 C)압입자국이 크기 때문에 불 균질한 재료의 평균경도 측정에 유리하며 주로 주물제품 등의 경도 측정에 많이 이용한다. 시험이 가장 간단하고 특별한 기술이 필요하지 않아서 연질 및 경질재료의 금속에 폭넓게 쓰인다. 누름자로는 지름 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 in 인 Steel ball과 아주 단단한 재료의 시험을 위한 원추형 Diamond형 누름 자가 있다.측정방법은 초기에 가한 미세하중(minor load)과 그 후에 가한 주하중(major load)으로부터 생긴 침투깊이의 차이로 경도를 결정한다.주하중과 미세하중의 양에 따라 Rockwell과 Superficial-rockwell의 두 가지 형태가 있다.○ 시험편알루미늄탄소강(연강)특수알루미늄(두랄루민)탄소강(경강45C)SKD61종 (열처리전)SM45(열처리)NAK100SKD61종 (열처리)초경○ 실험방법(1)브리넬 경도 측정① 충격이나 진동이 가해지지 않도록 하면서 시험면에 수직방향으로 규정된 값의 시험 하중을 가하는데 2~8초사이에 시험 하중까지 증가시키고, 10초 동안 시험하중을 유지하도록 한다.② 2개의 이웃하는 누르개 자국의 중심사이 거리는 적어도 누르개 자국 평균 지름의 2배 이상이 되어야하며, 누르개 자국의 중심에서 시료의 가장자리까지 거리는 최소한 누르개 자국 평균 지름의 2.5배 이상이어야 한다.③ 시험편의 시험면은 표면이 편평하고, 산화물이나 이물질, 특히 윤활제가 제거되어야한다. 또한 누르개자국의 지름을 정확하게 측정할 수 있도록 표면다듬질을 해야 한다.④ 시험편은 준비 과정중의 열이나 냉간 가공으로 인한 변화가 시험면에 되도록 생기지 않게 준비하여야한다.⑤ 시험편의 두께는 적어도 누르개 자국 깊이의 8배 이상이어야 한다.⑥ 시험편을 시험기에 올려놓고 지지대를 계속 올려서 압입자와 시험편이 닿았을 때 힘을 가해서 조금 더 올려준다.⑦ 하중을 유지하는 시간과 하중을 확인한다*우리는 실험 전 압입시간은 10초, 압입 하중은 3000kgf로 정함.⑧ 스타트 버튼을 누른다.⑨ 하중 3000kgf를 10초간 유지한다.⑩ 하중에 0kgf까지 돌아갈 때 까지 기다린다.⑪ 버니어 캘리퍼스로 압입자국의 지름을 측정한다.⑫ 측정된 지름값에 해당하는 경도값을 찾아 기록한다.(2)로크웰 경도 측정① 시험편의 재질을 고려하여 스케일을 결정한다② 시험편의 형상에 따라 시편받침대를 결정한다.③ 시험편을 압입자에 살짝 접촉하게 하여 손잡이를 돌려서 250~260을 맞춘다.④ 압입자에 미리 10㎏의 초하중(primary load)을 걸어주어 시편에 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모를 결함에 의한 영향을 없앤다.⑤ 압입자에 주하중(major load)을 더 걸어주어 압입자국이 더 깊어지게 한다.⑥ 주하중을 제거하고 초하중과 주하중에 의한 압입자국 길이의 차이로 경도를 평가한다.⑦ 화면에 표시된 경도값을 기록한다.4. 시험 결과시험 방법시험편명브리넬 경도(HB)로크웰 경도B(HRB)로크웰 경도C(HRC)비 고알루미늄82.6253X(-수치나옴)일반알루미늄은로크웰경도C로는측정불가탄소강(연강)117.4373.7X(-수치나옴)연강은로크웰경도C로는측정불가특수알루미늄(두랄루밀)176.4592.111.5탄소강(SM45C)187.0594.314.7SKD61종(열처리전)196.079616.2SM45(열처리)220.7110020.9NAK100380.1611443.6SKD61종(열처리)X(측정불가)X(측정불가)61.6압입자보다재료의시편이보다월등하게단단하기때문에측정불가초경X(측정불가)X(측정불가)78압입자보다재료의시편이보다월등하게단단하기때문에측정불가5. 시험에 대한 분석 및 소감다른 용어에 비해 비교적 생소한 단어였던 경도를 여러 가지 실험기구와 시편을 통해 직접 측정함으로써 개념을 알 수 있었던 실험이었다. 또 실험기구의 원리만 안다면 경도를 측정하는 것이 생각보다 어렵지 않을 것임을 알았고, 측정값을 정확히 읽음으로 오차를 줄 일수 있다고 생각되었다.

공학/기술| 2010.11.09| 6페이지| 1,000원| 조회(244)

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