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[재료과학][재료공학실험]경도실험

1.실험의 목적재료의 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 상태 나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우 등이 있다. 이번 실험에서는 압입경도 실험인 로크웰 실험법과 비커스 실험법을 사용하여 그 실험의 기본 원리를 이해하고 그 두 실험으로 얻은 결과 값으로 인한 경도의 비교를 하고 시편의 부분 마다 경도가 미세하게 경도가 틀려질 수 있다는 것을 이해하는 것 이다.2.실험을 위한 기초 이론(1)Rockwell 경도시험로크웰 시험법은 시험이 간단하고 특별한 기술이 필요하지 않으므로 가장 널리 쓰이는 시험법이다. 이 시험법에는 여러 가지의 누름자 와 하중을 조합함으로써 사실상 가장 단단한 것에서부터 가장 연한 것까지 모든 금속과 합금을 시험 할 수 있는 스케일이 있다. 누름자로는 지름이 1/16. 1/8. 1/2 in 인 경화 강구와 아주 단단한 재료의 시험을 위한 추형 다이아몬드 누름자가 있다. 초기에 가한 미세 하중과 그 후에 가한 주하중으로부터 생긴 침투 깊이의 차이로 경도 지수를 결정한다. 초기 미세하중을 작용시킴으로써 시험의 정하 속도를 높이게 되었다. 주하중과 미세하중의 양에 따라 로크웰과 가상로크웰의 두 가지 형태가 있다. 로크웰의 경우에는 미세하중이 10㎏이며, 주하중은 60, 100, 150㎏ 이다. 각각의 스케일은 알파벳으로 표시되며 대응되는 누름자와 하중이 표에 나타나있다. 시험값은 HRC로 표시하며 무차원 값이다. 이번실험에서는 스케일 B와C를 사용하였다.로크웰 경도(Rockwell hardness)로크웰경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것을 경도(Hardness)라고도 하며 이것을 나타내는 기기를 경도시험기(Hardness Tester)라한다.로크웰 경도(Rockwell Hardn다이얼에 지시된다.(2)비커스 시험비커스 경도 시험은 다이아몬드 피라미드라고 부른다. 누름자는 피라미드 형의 조금나 다이아몬드로 되어 있다. 작용하중의 크기로 로크웰이나 브리넬보다 아주 작아 1～100g 사이이다. 눌린 자국은 현미경으로 관찰하여 측정한 후 경도 지수로 변환시킨다. 정확한 측정을 위해서 시편의 표면처리에 주의를 기울여야 한다. 비커스 경도지수는 HV로 나타낸다. 누름 크기가 작아 미세 경도시험이라고 하며, 조그만 선정 부위의 경도를 측정하는데 쓰인다.비커스 경도 (Vickers hardness)비커스경도(Vickers hardness)는 대면각(對面角)이 136 °인 다이아몬드의 사각뿔을 눌러서 생긴 자국의 표면적으로 경도를 나타낸다.누르는 하중을 P kg, 표면적을 S mm2라고 하면, 비커스경도는 HV>=P /S 로 표시된다.쇼어경도(Shore hardness)는 선단에 다이아몬드를 끼운 추를 떨어뜨려 충돌해서 튀어 오른 높이로 굳기를 나타내는 방법인데, 취급이 비교적 간단하고 오목하게 팬 일이 거의 없는 특징이 있다.대면각(對面角) 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자(壓子)를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트(pit:들어간 부분)를 만들고, 하중(荷重)을 제거한 후 남은 영구 피트의 표면적(表面積)으로 하중을 나눈 값으로 나타내는 경도를 비커스경도(Vickers hardness)이다.비커스경도(Vickers hardness)는 하중을 Pkg, 피트의 대각선의 길이를 dmm라 하면, 비커스굳기 H v는 H v=1.854 P/d2이 된다.피트가 닮은꼴이 되므로 하중의 크기에 관계없이 굳기의 수치가 일정해지는 것이 특징이다.피트가 아주 작으므로 시험면의 경도분포를 구하거나 금속조직의 작은 부분의 굳기를 구할 때에도 사용된다.미소경도시험기 微小硬度試驗機 (Micro Hardness Tester)비커스경도(Vickers hardness)는 하중을 Pkg, 피트의 대각선의 길이를 dmm라 하면, 비커스굳기 H v는 H v=1.854 P/d2이 된다 모양의 다이아몬드 압자(壓子)를 갖춘 비커스 경도시험기는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어지므로 많이 사용된다.작은 결정, 아주 얇은 단단한 물체, 조직 중의 입자(粒子)의 경도, 도금 층과 같은 표면의 얇은 층, 경도의 분포 등을 조사하는 데 사용된다3.실험 장비, 시약 및 기구황동, 알루미늄(AL2024),탄소강(S45C), 100~2000번까지의 사포, 연마기구, 로크웰 경도계, 비커스 경도계, 에칭액, 증류수, AL파우더4.실험 방법로크웰시험법1) 사포를 이용한 grinding각각의 황동 ,알루미늄, 탄소강의 시편을 #100번부터 2000번까지의 사포를 사용하여 그린딩 한다. 사포의 뒷면에 표시된 숫자가 작을수록 거친 것이며, 거친 사포로부터 순차적으로 고운 사포로 grinding한다.Sandpaper*************200다듬는방법15002000이런 방법으로 사포를 이용하여 grinding 한다.일정방향으로 grinding하되 다음 사포로 넘어갈 때는 시편의 방향을 90도 바꾸어서 이전 과 직각방향으로 연마한다. 계속해서 이전의 스크래치가 없어진 것을 확인하고 다음 사포로 넘어간다.2) 연마(Polishing)연마흠을 제거하는 작업으로서 연마방향은 회전판의 원주방향과 최종 거친 연마 방향이 직각이 되게 하여 앞의 연마지의 스프래치가 완전히 소멸될 때까지 연마한다. 1μ Polisher로증류수+1μ AL 파운더를 참가하면서 Polisher Cioth를 해준다. 1μ Polisher로 Polisher Cioth가 끝나면 다시 0.3μ Polisher로 증류수+0.3μ AL 파운더를 참가하여서 Polisher Cioth를 해준다. 하는 도중에 버프반용 폴리싱포가 뻑뻑하지 않게 적당히 첨가한다.이렇게 하면 눈으로 보면 표면이 거울과 같이 된다.3)로크웰경도계를 이용한 경도 측정 .이때 B스케일과 C스케일의 방법을 이용하는데 B타입은 100Kg의 하중을 주는 것이구 C타입은 150Kg의 하중을 주는데 황동과 알루미늄은 B타입을 이용해서 하중을 가웰 실험방법1)~2)를 이용한 시편을 이용하여 비커스 경도계를 사용하여 경도를 잰다.2)시편을 마이크로 비커스에 올려놓는다.3)하중변환핸들을 이용하여 하중을 0.2Kg으로 준다.4)승강용 핸들을 돌려서 시편과 대물렌즈사이의 거리를 약0.3mm가 되게 맞춰준다.5)조동나사를 이용하여 초점을 맞춰주고 초점을 맞춘 상태가 되면 영점을 맞춰준다. 이때 두선이 접하는 순간을 자신이 판단하기 때문에 자신의 눈의 영점을 확실히 잡는 것이 중요하다.6)압입부하용 버튼을 눌러 압입자를 준다.7)압입자의 대각선의 길이를 잰다.8)측정된 경도를 기록한다.9)3개의 시편을 이런 방법으로 5번씩 측정하여 비교한다.마이크로비커스1) 탄소강의 시편을 로크웰시험 때와 동일하게 그린딩 한다.2) 폴리싱 머신을 이용해 3μ와 1μ순으로 스크레치가 남지 않게 폴리싱 한다.3) 현미경을 이용해 시편을 관찰한다. 이때 AL파우더나 스크레치가 생기지 않았나를 잘 관찰한다.4)부식하지 않은 연마면에서는 아무런 조직도 관찰할수 없기 때문에 이 시편을 에칭액에 에칭을 한다. 에칭액에는 1~3초정도 담가주고 증류수를 이용해 에칭이후 바로 세척을 한다.세척을 하지 않으면 에칭액이 계속 부식을 하기 때문이다.5)현미경을 이용하여 조직 관찰을 하고 페라이트 부분이 선명하고 에칭이 잘 된 곳을 찾아 조직을 촬영한다.6)마이크로 비커스 경도계를 이용하여 비커스시험과 동일하게 측정을 한다. 이때 하중은 0.01Kg으로 한다.7)경도 측정은 페라이트 5곳 펄라이트 5곳을 찍어 조직 간의 미세한 경도차를 비교 할 수 있도록 한다.5.결과로크웰시험 데이터시행횟수황동Al(2024)S45C179.57224.5279.5*************1.57225.5581.57225평균값80.672.224.8비커스시험 데이터시행횟수황동Al(2024)S45C1153.8121.4273.32154.3135.3276.63148.7129.3268.94151.4127.0276.45152.0133.8273.5평균값152.04129.36273.74마k한 시편의 경도를 측정하기 때문에 그 수치가 정확하지가 않다. 그래서 두 가지 실험법의 경도결과 값이 약간의 차이를 보였다. 우선 황동을 비교하자면 이번 실험에 황동의 로크웰 경도 값은 평균 80.6이 나왔다. 비커스로 실험한 값은 152.04가 나왔다. 황동의 경우에는 경도 표를 이용해 환산했을 시 거의 근접한 값이 나왔다. 알루미늄의 경우는 로크웰 평균경도 값 72.2 비커스평균 경도 값 129.36이었다. 이 수치도 환산 했을 경우 거의 근접한 수치였다. 마지막으로 탄소강은 로크웰 평균경도 값 24.8 비커스 평균 경도 값 273.74 이 나와 이를 경도표로 환산했을 때 두 단계정도의 환산차가 있었다. 이것은 로크웰 실험 시 압입자사이의 간격이 압입자지름의 2.5배 이상이 되어야 하는데 너무 가까워서 생기지 않았나 생각이 든다. 그렇지 않으면 사포로 그린딩 할 시 표면이 평탄하지 않고 라운딩 져서 경도 값에 영향을 미치지 않았나 생각이 든다. 그리고 주의 할 사항이 있다면 폴리싱을 좀더 정밀하게 해서 경도값이 정확하게 나오도록 하는것이다.탄소강의 에칭이후 조직촬영은 페라이트와 펄라이트의 구분은 하게 해주었다. 페라이트는 순철에 보이는 조직이다. 일반적인 탄소량 (0.04~2.0%)에 대하여의 페라이트의 탄소 고용량은 매우 적다. 이러한 시편을 현미경으로 관찰하면 탄소는 페라이트에 녹아 있어서 고용체인 페라이트의 결정립과 그 경계만의 상태로 보인다. 철에 탄소가 0.1%이상이면 페라이트이외에 펄라이트가 나타나고 이 펄라이트가 차지하는 면적은 탄소함유량과 함께 증가하고 0.4%탄소강에서는 약 절반을 나타난다. 가열을 해주면 조직은 오스티나이트 상태로 된다. 이것을 냉각시킬 때 나타나는 것 이 페라이트와 시멘타이트이다. 이것을 합하여 부른 것이 펄라이트라는 것이다. 이것은 페라이트는 시멘타이트에 비해 다소 부식되기 쉽기 때문에 현미경으로 봤을 때 움푹 패 인 부분이 되고 폭이 넓은 페라이트 옆에 폭이 좁은 시멘타이트가 인접해 있기 때문에(현미경으로 봤을 때 다.

공학/기술| 2005.10.13| 9페이지| 1,500원| 조회(603)

경도실험, 로크웰경도, 비커스경도

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