대표적 경도측정
브리넬,로크웰,
비커스 경도
일반적인 경도에 대한 개념은 무르다. 딱딱하다라는 경험에 바탕을 둔 것으로서 가장 일반적인 정의는 ‘압입에 대한 저항’으로 표현되나 정확한 것은 아니다. 그 이유는 경도는 재료의 물리적 성질에 직접 연관이 되는 물리상수가 아니라 인위적으로 정한 공업상수이기 때문이다. 경도시험은 재료의 경도값을 알고자 하거나 경도값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도값으로부터 시편의 가공 상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우에 행하기도 한다. 단순하게 재료의 경도값을 알고자 하는 경우에는 별 문제가 없으며 적절한 시험방법을 선택하면 된다. 또한 경도값으로부터 시편의 가공 상태나 열처리 상태등을 알고자 하는 경우에는 그에 따라 적절한 경도측정방법이나 순서를 결정해야 한다. 경도 시험방법은 매우 다양하며 여기에서는 가장 많이 사용되고 있는 몇 가지 방법에 대해 특징만을 골라 간략하게 소개하고자 한다.
브리넬 경도 시험 방법
구형의 압입자를 일정한 하중으로 시편에 압입함으로써 경도값을 측정하는 방법이다. 이 방법은 압입자의 크기뿐만 아니라 통
상 시험 하중도 다른 경도 시험법에 비해 크기 때문에 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를 알고자 하는 경우에는 적합지 않으며
주물제품 등 비교적 불균일하고 현상이 큰 재료의 경도 측정에 주로 사용된다. 아래의 그림은 브리넬 경도계이다. 이 시험법은 여타의 압입 경도시험과 마찬기지로 부하속도와 하중유지시간에 따라 경도값이 달라지게 되므로 이를 고려해야 한다.
특히 하중 유지시간의 경우에는 그 변화에 따라 경도값도 많이 달라지므로 대체로 10~15초를 그 표준조건으로 잡고 있다. 또한 시편 표면의 압입자국을 정확하게 측정하기 위해서는 경도 시험의 전과정으로서 반드시 마무리 작업을 거쳐야 한다. 브리넬 경도시험(BRINELL HARDNESS TESTER)은 지름이 Dmm인 강구(鋼球) 압자를 재료에 일정한 시험하중으로 시편에 압연시켜 시험기로서 P kg으로 눌렀을 때 지름이D mm이고, 깊이가 h mm인 우묵한 자국이 생겼다고 하면, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh로 표시된다.
로크웰 경도 시험방법
경도측정에 널리 쓰이는 또 다른 방법은 로크웰 경도계를 이용하는 것이다. 이 방법은 브리넬 경도계와 몇 가지 다른 점이 있으며 주로 두 단계로 측정이 이루어진다. 첫 단계에서 압입자에 미리 10㎏의 초하중(primary load)을 걸어주어 시편에 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모를 결함에 의한 영향을 없앤다. 두번째 단계에서 압입자에 주하중(major load)을 더 걸어주어 압입자국이 더 깊어지게 한다. 그 후 주하중을 제거하고 초하중과 주하중에 의한 압입자국 길이의 차이로써 경도를 평가한다. 압입 깊이의 차이가 자동적으로 다이알 게이지에 나타나 금속의 경도를 표시한다. 로크웰 경도 측정에서 하중은 추에 의해서 부가되며 다이알 게에지로부터 직접 경도값을 읽을 수 있다. 여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범위의 경도값이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법보다 압입자국을 적게 내며 따라서 더 얇은 시편을 측정할 수 있다.
또한 로크웰 경도는 크게 HRB,HRC 경도로 나눌 수 있다. 강구인 BALL을 이용하여 측정하는 것을 HRB 경도, 다이아몬드 압자를 사용하여 측정하는 것을 HRC 경도라 한다. 아래의 사진은 전형적인 로크웰 경도계이다.
비커스 경도 시험 방법
비커스경도(Vickers hardness)는 대면각(對面角)이 136 °인 다이아몬드의 사각뿔을 눌러서 생긴 자국의 표면적으로 경도를 나타낸다. 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)라고 한다. 비커스경도(Vickers hardness)는 하중을 P kg, 피트의 대각선의 길이를 dmm라 하면, 비커스경도 Hv는 Hv=1.854 P/d²이 된다.
