경도실험 (브리넬,로크웰 실험)

목차

실험 목적, 장치, 방법, (브리넬, 로크웰 경도 실험방법),

실험결과, 결과 및 분석

본문내용

가해줘서 하중이 3000kgf로 15초간을 유지하도록 조절한다.
④ 이후 밸브를 풀면 가한 하중이 사라지고 시편에는 압입구멍이 생기는데 이 지름을 계측 확대경으로 측정한다.
⑤ 이러한 실험을 반복해서 시행한 후 시편을 바꿔서 다른 재질로 같은 하중으로 반복 실험한다.
⑥ 데이터 값을 기록한 후 가하는 하중을 바꾸기 위해 추를 재조정하여 하중을 달리한다.
⑦ 앞의 실험을 반복한다.
5. 실험결과
로크웰 경도
추 중량-60kgf
추 중량-150kgf
알루미늄
연강
알루미늄
연강
325.4
336.1
267.7
303.1
325.6
339.2
267.3
303.2
324.3
339.3
267.4
300.5
브리넬 경도
2000(500)kgf
3000kgf
알루미늄
연강
알루미늄
연강
30.5(4.45)
46.1(3.65)
170(4.6)
255(3.8)
25.5(4.85)
44.9(3.7)
174(4.55)
229(3)
30.5(4.45)
43.6(3.75)
179(4.5)
248(3.85)
Ⅰ.로크웰 경도
Ⅱ. 브리넬 경도
7. 결과 분석 및 오차 원인
1) 결과 분석
① 로크웰 경도
◆ 알루미늄 - 추의 무게 : 60kg
비고
1
2
3
경도값
325.4
325.6
324.3
상대오차
0.092
0.154
0.246
(평균 : 325.1)
◆ 연강 - 추의 무게 : 60kg
비고
1
2
3
경도값
336.1
339.2
339.3
상대오차
0.621
0.296
0.326
(평균 : 338.2)
◆ 알루미늄 - 추의 무게 : 150kg
비고
1
2
3
경도값
267.7
267.3
267.4
상대오차
0.087
0.062
0.025
(평균 : 267.47)
◆ 연강 - 추의 무게 : 150kg
비고
1
2
3
경도값
303.1
303.2
300.5
상대오차
0.276
0.309
0.584
(평균 : 302.27)
② 브리넬 경도
◆ 알루미늄 - 하중 : 2000(500)kgf
비고
1
2
3
경도값
30.5
25.5
30.5
상대오차
5.780
11.560
5.780
(평균 : 28.833)
◆ 연강 - 하중 : 2000(500)kgf
비고
1
2
3
경도값
46.1
44.9
43.6
상대오차
2.749
0.743
2.823
(평균 : 44.867)
◆ 알루미늄 - 하중 : 3000kgf
비고
1
2
3
경도값
170
174
179
상대오차
2.486
0.191
2.677
(평균 : 174.333)
◆ 연강 - 하중 : 3000kgf
비고
1
2
3
경도값
255
229
248
상대오차
4.508
6.148
1.639
(평균 : 244)
경도란 hardness, 즉 물질의 단단하고 무른 정도를 뜻하는 것으로 이는 어떤 하중에 의해 결정 되어 지기 보다는 재료의 고유 성질로서 봐야한다. 경도에 대한 정의는 확실하게 정할 수가 없기 때문에 이러한 실험을 통해 경험으로 정의를 대신하는 것으로 볼 수 가 있다.
시편을 다른 종류로 나누고, 하중도 달리하여 실험을 하였고 정밀한 수치를 위해 반복실험을 했으며 위치도 달리해서 이러한 데이터를 통해 일반적인 결론을 내리고자 노력하였다.
경도의 일반적인 정의인 물질의 단단하고 무른 정도로 생각을 한다면, 알루미늄은 연강보다 무른 것으로 생각할 수 있는데 그 이유는 로크웰 경도 실험에서 60kgf를 가할 때와 150kgf를 가할 때의 평균값의 차이가 연강 때보다 작기 때문이다. 그리고 브리넬 경도계에서 보면 하중을 가했을 때 압자에 의해 생긴 지름이 알루미늄이 연강보다 더 크므로 알루미늄이 더 단단할 것이다. 이것으로 경도는 어떤 하중이나 변화에 대해 저항하는 재료의 고유성질이라고 생각된다.
2) 오차원인
정밀한 값을 얻기 위해서 여러 번 시험을 한 결과 오차의 발생했다는 것을 실험값으로서 알 수 있는데 오차 원인을 간단하게 생각해보면, 먼저 시편자체의 차이를 들 수 있다. 시편을 만드는 과정에서 시편하나에도 조금씩 표면의 차이가 있다. 그렇기 때문에 다른 지점에서 경도 실험값을 구할 때 실험값의 오차가 발생한다고 생각한다. 또한 로크웰 경도계에서는 압입자의 고정이 불완전하면 오차가 발생한다.
8. 검토
① 로커웰 경도에서 하중이 60kgf일 때 150kgf일 때 보다 일반적으로 실험값이 작게나올 것으로 생각되지만 60kgf일 때 왜 더 값이 크게 나왔을 까요?
⇒ 왼쪽 그림은 로크웰 경도시험기의 구조를 나타내는 것이다. 추의 하중이 주부하레버를 잡아주는 힘이라고 할 수 있다. 60kgf했을 때와 150kgf했을 때를 비교한다면 60kgf의 하중으로 잡아주는 경우가 시편을 누르는 힘이 더 클 것이다. 그러므로 실험값에서 150kgf인 경우가 60kgf인 경우보다 수치가 더 작게 나온다고 볼 수 있다.
② 브리넬 경도에서 추의 하중을 2000kgf에서 유압펌프를 3000kgf까지 올리면 경도계가 흔들리는 이유는 무엇일까요??
⇒브리넬 경도계 사용시 2000kg추를 매달고 유압펌프의 레버를 당겨서 3000kg까지 압력이 가해지도록 하였는데 이 경우 추가 덜그덕거리면서 추가 흔들렸었다.지지하는 하중이 2000kgf밖에 안되는데 가하는 하중이 3000kgf이면 2000kgf밖에 지지를 안 하는데 3000kgf을 주면 그 하중을 못 이겨서 움직인 것이라고 생각한다.
③ 로커웰 경도시험기를 사용하여 경도를 측정할 때 기준값인 360에 맞추고 난 후에 시작버튼을 누르게 되면 경도값이 잠시 내려갔다가 다시 올라오는 현상을 목격할 수 있 는데 그이유는 무엇인가?
⇒ 로크웰 경도 시험기 실험 시 시편을 앤빌 위에 놓고, 핸들을 돌려 압자에 가까이에 하고 시편에 압자가 접하면, 초하중용 스프링이 압축된다. 이것에 의해 10kgf의 초하중이 걸린 것을 알 수 있다. 이 때 주하중을 가하였다가 제거 할 경우 압자는 탄성적으로 약간 상승하지만, 초하중의 10kgf만큼만은 스프링에 의해서 하중이 걸려있다. 이 때 장침이 가리키는 눈금을 읽어 들이면, 초하중과 시험하중으로 인하여 생긴 자국의 깊이 차 h를 나타내는데, 이것을 로크웰 경도라 한다. 결국 경도 값이 잠시 내려갔다가 올라오는 현상은 로크웰 경도 시험기 내의 스프링 때문이라고 할 수 있을 것이다.

키워드

경도실험,   브리넬,   로크웰,   경도