[기계안전기술사] 문제풀이 2021년 123-3-4 금속 경도시험 방법 4가지

문제.
4. 금속재료의 경도(Hardness) 시험방법 4가지의 특징을 설명하시오.

정답.

브리넬 (HB), 비커스(HV), 로크웰(HR), 쇼어(HS)

경도시험(Hardness Test)
[1] 개요
경도시험은 재료의 경도값을 알고자 하거나 경도값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도값으로부터 시편의 가공상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우에 행하기도 한다.

(1) 경도 측정의 방법
① 압입자를 이용하는 방법 - 소성
: 정적하중에서 시험편의 표면에 구, 원 뿔, 피라미드, 쐐기 등의 모양으로 된 압입자를 눌렀을 때 생기는 자국으로 부터 경도를 측정한다.
⑴ 종류 : 브리넬, 로크웰, 비커어즈,마이크로, 누프, 마이어 경도계

② 반발을 이용하는 방법 - 탄성
: 충격적으로 한 물체에 다른 물체를 낙 하시켰을 때 반발하여 튀어 오르는 높 이로 경도를 측정한다.
⑴ 종류 : 쇼어(HS), 에코팁 경도계

[2] 브리넬 경도
(1) 개요
시험편 표면에 일정한 지금의 강구 압입체를 사용하여 일정한 하중을 가했을 때 표면에 둥글게 생긴 압입 자국의 표면적을 측정하여 경도값을 구한다.

(1) 브리넬 경도 시험 방법
구형의 압입자를 일정한 하중으로 시편에 압입하므로써 경도값을 측정하는 방법이다.
이 방법은 압입자의 크기뿐만 아니라 통상 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.

브리넬 경도시험(BRNELL HARDNESS TESTER)은 지름이 D mm인 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.

(4) 브리넬 경도 시험의 특징과 용도
⑴ 시험편 윗면의 상태에 의해 측정치에 큰 오차 X
⑵ 측정시간↑, 간단한 장치로 현장에서 측정 가능
⑶ 큰 압입 자국을 얻을 수 있어 불균일 한 재료의 평균적 경도값 측정 가능
⑷ 주물 제품의 경도 측정에 많이 사용
⑸ 다른 경도 시험에 비해 긁힘이나 거 칠기에 영향을 적게 받음

(2) 로크웰 경도 시험방법
이 방법은 브리넬 경도계와 몇가지 다른점이 있으며 주로 두 단계로 그 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 읽을수 있다.
여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범위의 경도갑이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법보다 압입자국을 적게 내며 따라서 더얇은 시편을 측정할 수 있다.

로크월 경도시험 특징
① 앞입 깊이를 직접 눈으로 읽을 수 있으므로 측정시간이 짧다.
② 원자재 및 열처리 제품까지도 광범위하게 측정할 수 있다.
③ 비교적 연질의 재료까지도 정확히 측정할 수 있다.
④ 유압식으로 되어 있어 작동, 시험하는데 매우 간편하다.

(3) 비커스 경도 시험 방법
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.

하중(荷重)을 제거한 후 남은 영구 피트의 표면적(表面積)으로 하중을 나눈 값으로 나타내는 경도를 비커스경도(Vickers hardness)이다.

피트가 닮은꼴이 되므로 하중의 크기에 관계없이 굳기의 수치가 일정해지는 것이 특징이다.
피트가 아주 작으므로 시험면의 경도분포를 구하거나 금속조직의 작은 부분의 굳기를 구할 때에도 사용된다.
이 경도시험기는 브리넬경도 시험법으로는 측정 불가능한 초경합금과 같이 매우 단단한 재료의 정밀한 경도를 측정할 수 있으며 움푹 패인 곳이 항상 상사형이 되므로 재료가 균일하기만 하다면 시험하중에 관계없이 경도 측정치가 동일한 수치가 되는 상사의 법칙이 성립된다.
따라서 이 방법은 다른 하중을 사용하여 측정한 값을 서로 그대로 비교할 수 있다는 장점이 있다. 또한 작은 하중을 이용하여 작게 움푹 패인 곳을 만들어 경도를 측정하는 것이 가능하므로 미소(micro)경도시험기로서 사용되고있다.

① 비커스 경도시험 특징
⑴ 시험편의 두께와 관계없이 박판에 까지 적용할 수 있다, 하중을 임의로 변화시킬 수 있어 하중에 따른 최소 시험편 두께를 결정한다.
⑵ 시험 하중을 변화시켜도 경도 측정치에는 변화가 없다.
⑶ 치만층, 질화층, 탈탄층의 경도 시험에 적당하고 압흔 자국이 극히 작다.

(4) 쇼어경도
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.

금속 경도시험 4가지 방법 실습.pdf

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