기초기계공학-경도란?

1.시험목적

경도 시험은 시편을 파괴하지 않으면서도 간편하고 용이하게 실시할 수 있기 때문에 인장 시험을 대체할 수 있는 가장 편리하고 유용한 방법이다. 일반적으로 경도는 변형에 대한 저항을 나타내며, 금속 재료에서는 소성 변형에 대한 저항의 척도라고 할 수 있다. 경도 측정은 일반적으로 긋기 경도, 반발 경도, 압입 경도로 분류하는데, 금속재료에 대해서는 압입 경도를 가장 널리 사용한다. 이 실험은 이러한 경도의 측정을 함으로서 재료의 기계적 성질을 알아보는데 있다.

2.시험에 관련된 이론

- 경도 : 재료의 기계적 성질을 알아내는 가장 간단한 방법으로 재료 시험에서는 중요한 역할을 한다. 그러나 경도의 본질적인 물리적 의의는 현재까지 확립되어 있지 않다. 다만 경도에 관한 정의의 기초가 되는 것으로 다음과 같은 설명이 나와 있다. 즉 "어느 물체의 경도란 그 물체를 다른 물체로 눌렀을 때 그 물체의 변형에 대한 저항력의 크기로서 규정한다." 따라서 경도에 관한 이론적 측정법은 거의 모두가 이 개념에 바탕을 두고 있다. 실용상의 경도는 항상 사용하는 측정 방법을 부기해서 상호 비교하는 것이 보통이다.

 

-압입경도: 압입자를 시험체의 시험면에 압입하여 자국을 내고, 그 자국의 압입 하중 및 시험편에 생긴 영구변형의 크기로부터 그 시험체의 경도를 결정하는 경 도시험의 총칭. 브리넬 경도시험, 비커스 경도시험, 로크웰 경도시험 등이 있다.

 

-브리넬경도: 강구압자(鋼球壓子)로 시료 표면에 정하중을 가하여 하중을 제거한 후에 남는 압입 자국의 표면적으로 하중을 나눈 값

 

- 브리넬 경도기 : 금속의 경우 경도측정은 영구 또는 소성변형에 대한 저항을 측정하는 것이다. 주로 금속재료에 있어서 주물, 단조물, 레일 등 비교적 단단한 재질의 경도를 측정하는데 사용된다. 시험자국이 불균일한 시험표면을 평균화하여 측정되며 다음과 같 은 인장강도와의 관계를 만족한다.

 

T.S(psi) = 500 * HB T.S(Mpa) = 3.45 * HB

 

표준하중(500kg~3000kg)에서 정해진 시간 (10초~30초)동안 일정하 게 유지시켜 그때 측정된 압흔의 지름으로부터 경도 값을 구한다. 누 름자의 재료는 Stell-ball이져 지름은 5.10mm이다.

 

 

- 로크웰 경도 : (로크웰 B경도) - 재료의 시험면을 1,588㎜(1/16˝)의 강구로서 먼저 10㎏ 하중으로 누르고 다음에 100㎏의 하중으로 눌 렀다가 다시 10㎏ 하중으로 되돌아 왔을 때, 파인 깊이(1/500㎜를 단위로 해서 표시)를 130에서 감한 수이다.

(로크웰 C경도) - 재료의 시험면을 꼭지각 120°, 선반 반지름 0.2㎏ 인 다이아몬드 원뿔체를 사용하여, 먼저 10㎏의 하중으로 누르고, 다 음에 150㎏의 하중으로 하였다가 다시 10㎏의 하중으로 되돌아 왔을 때의 파인 깊이(1/500㎜를 단위로 하여 표시)를 100에서 감한 수이 다.

 

 

-록크웰 경도기: 압입자국이 크기 때문에 불 균질한 재료의 평균경도를 측정에 유리하며 주로 주물제품 등의 경도 측정에 많이 이용한다. 시험이 가장 간단하고 특별한 기술이 필요하지 않아서 연질 및 경질재료의 금속에 폭넓게 쓰 인다. 누름자로는 지름 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 in 인 Steel ball과 아주 단단한 재료의 시험을 위한 원추형 다이아몬드형 누름 자가 있다. 측정 방법은 초기에 가한 미세하중과 그 후에 가한 주 하중으로부터 생긴 침 투깊이의 차이로 경도를 결정한다.

 

728x90

 

 

 

 

 

 

 

-HB,HRC,HRB 환산식

 

3.시험기의 종류 및 기구

 

시험기의명칭:록크웰경도기

 

 

 

 

시험기의 명칭:브리넬경도기

 

 

 

 

4. 시험결과

경도명 재료명	HB(㎏/㎟)	HRB	HRC	비고(실험중 특이란)
두랄륨	직경4.7mm 163	90.95	11.16	HRC에서는 0~20 80~100 이 불안정한 수치이므로 값의 차가 크다
티타늄	직경 5mm 143	83.15	2.8	HRC에서는 0~20 80~100 이 불안정한 수치이므로 값의 차가 크다
고탄소강	직경 4.8mm 157	89.13	8.96	HRC에서는 0~20 80~100 이 불안정한 수치이므로 값의 차가 크다
NAK-100	직경 3.2mm 363	114.55	42.3
SKD-61고열처리			65.7	시편 압입자의 경도 보다 더강하여 측정이 불가능
초경합금			77.9	시편 압입자의 경도 보다 더강하여 측정이 불가능

(단,항온항습조건에서 실험실시)

5. 시험에 대한 분석 및 소감

 

두 개의 경도를 측정하는 기구로 6개의 각기 다른 물질의 경도를 측정해보았다.

SKD-61고열처리와 초경합금은 압입자의 경도 보다 더 강한 시편이기에 HB와 HRB는 측정이 불가하였다. 그리고 두랄륨과 고탄소강, 티타늄등은 HRC측정에 있어 값들이 고르게 나오지 못했다. 그 이유로는 0~20의 값을 가지게 되어서 불안전 영역에 들어가기 때문이다. 그리고 시편을 더욱더 정밀하게 측정하기 위해서는 평평한 시편을 고려하여 선정해야 하며 측정하는 기구의 수평도 잘 맞추어져야 한다. 그러므로 꼭 콘크리트와 같은 단단한 지면에서 측정하는 것이 옳다. 그리고 시편에 하중을 가할 때 각각 이격해서 하중을 가한다면 좀 더 정확한 값을 얻을 수 있다. 그리고 기구 모두 전기를 이용해서 하는 기구이기 때문에 전기스위치의 열이 골고루 분산되도록 스위치를 키고 30분에서~1시간 후에 시험을 시행하는 것이 좋다. 또한, 브리넬경도기 같은 경우에는 압흔 자국의 직경을 눈으로 직접 측정하는데 이 때문에 오차가 발생할 확률이 크다. 그러므로 여러 번 확인해보는 것이 유리하다.