재료 경도 측정의 몇 가지 방법

경도는 재료의 기본 특성이며 경도라는 용어는 물체의 굽힘, 마모 및 긁힘에 대한 내성을 나타냅니다. 재료 과학의 발달과 함께 경도 측정 방법은 다양합니다. 이 기사에서는 특히 금속 재료 분야에 적용되는 일반적으로 알려진 경도 측정 방법을 소개하고자 합니다.

긁힘에 의한 경도 측정 방법:  알려지는 광물의 경도를 표준시료와 비교하여 경도가 높은 광물이 경도가 작은 광물을 긁는 성질을 바탕으로 보통 이끼경도 척도를 통해 결정 (F. Mohs, 독일 광물학자).

모스 경도 척도는 다이아몬드를 제외한 10가지 기존 광물을 기반으로 합니다. 따라서 가장 부드러운 재료는 Tan이고 가장 단단한 재료는 다이아몬드입니다. 이 상대 경도 척도는 실제 사용에 많은 제한이 있고 정확한 결과를 제공하지 않으며 현대의 금속 및 재료에 적합하지 않습니다.

모스 스케일 광물의 경도

1 용해(Mg3Si4O10(OH)2)

2 석고(CaSO4·2H2O)

3 방해석(CaCO3)

4 형석(CaF2)

5 Aptites (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))

6 Octclad 장석(KAlSi3O8)

7 석영(SiO2)

8 토파즈(Al2SiO4(OH-,F-)2)

9 커런덤(Al2O3)

10 다이아몬드 (C)

오늘날 경도 측정 방법은 종종 시편의 표면에 적용되는 테스트 헤드(시편보다 더 단단하고 특별한 모양을 가짐)를 사용합니다. 따라서 경도 값은 충격력과 압입 깊이 또는 크기를 기준으로 계산됩니다. 가장 잘 알려진 세 가지 경도 측정 방법은 Brinell, Vicker 및 Rockwell입니다.

브리넬 경도법:  J.A.가 개발한 경도 측정법입니다. 1900년에 소개된 Brinell은 10mm 강철 공을 3000kg의 힘으로 금속 표면에 눌렀습니다. 연질 금속의 경우 압력이 500kg으로 감소하고 극도로 단단한 금속의 경우 팁 변형이 감소된 텅스텐 카바이드 테스트 볼이 사용됩니다. 전체 힘은 주철 및 강철의 경도 시험의 경우 약 10~15초 동안 유지되고 기타 금속의 경우 최소 30초 동안 유지됩니다. 시험 재료 표면의 압입 직경은 현미경을 사용하여 측정합니다.

브리넬 경도는 공식에 의해 결정됩니다. 브리넬 경도 매개변수는 일반적으로 테스트 조건과 함께 작성됩니다. 예를 들어 75HB 10/500/300은 10mm 직경의 테스트 볼, 500kg의 테스트 힘을 30초 이내에 적용하여 측정한 Brinel 경도 75를 의미합니다. 다른 경도 테스트 방법과 비교하여 Brinell 볼은 가장 깊고 넓은 압입을 생성하므로 테스트는 더 넓은 범위의 테스트 대상에 걸쳐 경도를 평균화합니다. 이는 재료, 특히 구조가 고르지 않은 재료의 부피 또는 전체 강성을 측정하는 최적의 방법입니다. 스크래치 및 표면 거칠기는 브리넬 테스트에 거의 영향을 미치지 않습니다.

일반적인 BHN 값은 35MPa 알루미늄, 120Mpa 바람 강, 1250Mpa 스테인리스 강입니다. 그러나 이 테스트 방법은 작은 물체를 측정하는 데 적합하지 않습니다.

Vicker 경도 시험 방법: 1920년대에 개발되었습니다. Vicker 시험 방법의 계산은 시험 헤드의 크기와 무관합니다.

테스트 헤드는 모든 유형의 재료에 사용할 수 있습니다. 테스트는 136°의 반대 평면 사이의 각도를 갖는 4면 피라미드형 다이아몬드 압자를 사용합니다. 이 각도는 Brinell 테스트 방법에서 볼 직경에 대한 압입 직경의 이론적 비율에 가깝습니다.

경도 값(보통 DPH, VHN 또는 VPH로 음역됨)은 힘을 공식에 ​​따라 오목한 표면적으로 나눈 값으로 결정됩니다. 이 시험 방법은 모든 금속에 사용할 수 있습니다. 주어진 시험력에 대해 5DPH의 연성 금속에서 1500DPH의 경질 금속에 이르기까지 연속적인 스케일이 생성됩니다.

로크웰 경도 시험법: 원추형 다이아몬드 시험 팁 또는 경화된 강구로 시험 대상을 압입하여 경도를 측정하는 방법입니다. 기본 측정 절차는 다음과 같습니다. 테스트 헤드를 시편에 최소 힘(보통 10kgf)으로 적용합니다. 평형에 도달하면 측정 장치(프로브 변위를 모니터링하고 변환기의 충격 깊이 변화에 반응함)가 지정된 값을 기록합니다. 그런 다음 최소의 힘을 유지하면서 최대의 힘을 가합니다. 평형에 도달하면 초기 최소 힘을 유지하면서 최대 힘을 ​​해제합니다. 최대 힘이 얻어지면 시편 표면의 압입 깊이가 부분적으로 복원됩니다.

남은 압입 깊이(최대 힘 생성 및 수집의 결과)는 로크웰 경도를 계산하는 데 사용됩니다.

RA, RB, RC, ...로 표시된 로크웰 경도 척도는 프로브의 유형과 크기, 적용된 힘 값에 따라 다양합니다.

* HRA . . . . 탄화물, 표면 경화강

* HRB . . . . 적동 주괴, 연강, 알루미늄 빌렛, 연주철…

* HRC . . . . 강철, 경화 주철, 강화 강철 또는 100HRB보다 단단한 기타 재료

* HRD . . . . 얇은 강철, 연질 주철

* HRE . . . . 주철, 알루미늄, 금속 베어링

* HRF . . . . 얇은 두께의 판금

* HRG . . . . 인동, 베릴륨동, 주석, 납…

* HRK . . . . }

* HRL . . . . }

* 인사 . . . .} . . . . 부드러운 베어링 금속, 플라스틱, 매우 얇은 재료

* HRP . . . . }

* 심박수 . . . . }

* HRS . . . . }

* HRV . . . . }

예를 들어, 경화된 강철은 다이아몬드 팁을 사용하여 C 스케일에서 테스트되며 150kg의 최대 충격력 범위는 RC 20에서 RC 70입니다. B 스케일에서 테스트된 더 부드러운 재료의 경우 테스트 볼은 dk 1/16인치입니다. RB 0에서 RB100 범위에서 결과를 측정하는 100kg의 최대 테스트 힘. A-스케일(다이아몬드 테스트 헤드 및 60kg의 최대 테스트 힘 포함)은 일반적으로 동시 열처리된 재료에서 탄화물까지의 범위를 다룹니다.

빠르고 정확한 결과를 위한 로크웰 경도 테스트. 이 시험법에 의한 압흔이 작기 때문에 열처리 후의 부품은 손상 없이 경도를 시험할 수 있다. 최대 103N(100kg)의 시험력 용량을 가진 로크웰 경도계는 시험 재료에 압흔을 생성할 수 있습니다.

쇼어 경도 측정 방법: 고무 및 플라스틱 재료의 경도를 측정할 때 사용합니다.

2가지 경도 범위

Asker 고무 경도 시험기 참조

최신 측정 장치는 자동 및 자동 전기 기술을 사용하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 사용자는 현미경을 사용하여 금속 입자의 경도를 측정하기 위해 단 몇 N의 펄스에 마이크로다이아몬드 프로브를 배치할 수도 있습니다. 이를 마이크로 하네스 테스트라고도 합니다.