재료실험 - 경도시험(브리넬, 로커스),인장실험, 충격실험

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시험법 ■ 서명: 재료시험법
저자명: 황영하 저자명: 김규남
출판사: 동명사 출판사: 광림사
출판년도: 1993년 출판년도: 1987년
재료실험 - 경도시험(브리넬, 로커스)
1. 서론
경도란 어느 물체를 다른 물체로 누르거나 충격을 주던가 또는 긁었을 때 생기는 자국에 대한 저항을 말한다. 그러나 경도 시험은 재료의 검사방법으로 일상적으로 사용되는데도 불구하고, 경도의 개념을 경험적으로 알 수 있어도 확실히 정의하는 것은 곤란하다.
2. 실험목적
물체의 경도는 공업재료에 있어서 하나의 중요한 성질이다. 그러나 경도라는 의미를 정확하게 표현하기는 대단히 어려운 것이고 그 정의도 통일된 절대적인 것으로 확실한 것이 없다. 경도라는 용어에 대한 보통 설명은 압입저항,반발저항,마찰저항 등으로 표시한다. 어떤 방법은 재료의 표면에 영구변형이 생기지 않는 범위에서 경도를 측정하고 또 어떤 것은 영구변형이 생기게 한다. 그러므로 경도 시험은 시험편에 압입하거나 긋기를 하였을 때 시험편에 나타나는 저항을 나타낸다. 경도시험은 시험체를 매우 적게 흠을 줌으로써 그 재료의 강도를 판정할 수 있는 간단한 시험방법이며 다른 機械的 性質이나 재료의 熱處理에 따른 組織變化를 推測하는 수단으로 유효하기 때문에 材料試驗法으로는 빠질 수 없을 만큼 보편화 되어 있다. 우리는 여기서 실험의 분류와 몇가지 실제 실험을 통해 실험방법을 익히고, 실험치를 구해, 비교하고 각각의 실험값이 어떤 의미를 가지며, 실험방법간의 차이에 따른 실험측정치의 상호관계를 알아보고자 한다.
3. 기본이론
물체의 경도는 공업재료에 있어서 1개의 중요한 성질이다. 그러나 경도라는 의미를 정확하게 표현하기는 대단히 어려운 것이고, 그 정의도 통일된 절대적으로 확실한 것이 없다. 경도라는 용어에 대한 보통 설명은 압입저항(押入抵抗), 반발저항(反撥抵抗), 마모저항(摩耗抵抗) 등으로 표시한다. 어떤 방법은 재료의 표면에 영구변형이 생기지 않는 범위에서 경도를 측정하고 또 어떤 것은 영구변형이 생기게 한다.
■ 경도시험의 종류
1) 압입경도시험 (Indentation Test)
정적하중이 볼, 원추, 피라미드, 쐐기 등과 같은 압입체에 작용한다. 하중은 각종 시험기 또는 하중장치를 통하여 작용케 할 수 있으나 보통 특수시험기인 경도시험기가 사용된다. 이 경도 시험에서는 압입체가 만든 면적, 표면적, 깊이 혹은 체적 등이 측정되고 또한 지시된 하중 및 측정된 압입자국으로부터 경도치가 계산된다. 이 방식을 이용한 것에는 다음과 같은 것이 있다.
⑴ 브린넬 경도계 (Brinnel Hardness Tester)
⑵ 록크웰 경도계 (Rockwell Hardness Tester)
⑶ 빅커스 경도계 (Vicker's Hardness Tester)
⑷ 마이어 경도계 (Meyer Hardness Tester)
2) 반발경도시험 (反撥硬度試驗 ; Rebound Hardness Tester)
쇼어(Shore)의 방법과 같이 다이아몬드의 첨단을 갖는 낙하하중을 지정된 높이에서 어떤 표면에 낙하시켜, 이때 반발한 높이로서 경도를 측정한다. 이 방식을 사용한 것에는 쇼어경도계(Shore Hardness Tester)가 있다.
3) 펜듀럼시험 (Pendulum Test)
보석 혹은 강철볼이 헐버트 펜듀럼(Herbert Pendulnm)과 같은 장치에 있는 물체에 고정되어 있다. 이 물체가 시험하려고 하는 시편 위에서 바란스(balance)된다. 이 펜듀럼의 처음 진동의 진폭, 혹은 10회의 진동에 대한 진동시간으로 경도를 측정한다. 이 방식에는 헐버트펜듀럼경도계(Herbert Pendulum Tester)가 있다.
4) 긋기 시험 (Scratch Test)
시허하려고 하는 시편 위에 다이아몬드 또는 다른 굳은 재질로서 긋고 흔적을 만든다. 다이아몬드의 하중을 긋기 흔적의 폭으로 나눈 값으로서 경도를 표시한다. 이 방식에는 말텐스 긋기 경도시험계(Martens Scratch Tester)가 있다.
4. 실험방법
1) 비커스경도
1. 주어진 시험편의 재질을 확인한다.
2. 압입 자국은 동일한 시험편일 경우 비슷하게 나오므로 하중을 크게 가한다.
3. 현미경을 통해서 대면길이 d를 측정한다.
4, 항상 같은 위치에 앉아서 현미경 시야 전체가 골고루 밝게 하여 측정한다.
2) 로크웰경도
1. 시험편을 시편 받침대 위에 올려 놓는다.
2. 승강용 손잡이를 이용한다.
3. B스케일 강구 입자를 표면에 닿도록 한다.
4. 다이얼 게이지의 시침을 seeting한다.
5. 시험기를 압축하여 시편이 상승되어 압자선단에 가해진다.
6. 하중 조작 핸들을 돌린다.(10-20초 경과)
7. 하중을 기준 상태로 돌려서 다이얼 게이지의 바늘 눈금으로 경도를 측정한다.
5. 실험결과
♠ 비커스 경도시험
* 실험 DATA
경 강
황 동
① d2 = 0.713 * 0.709
② d2 = 0.722 * 0.708
③ d2 = 0.712 * 0.708
① d2 = 0.894 * 0.877
② d2 = 0.891 * 0.876
③ d2 = 0.886 * 0.896
* 계산식
경강
①
②
③
황동
①
②
③
♠ 로크웰 경도시험
* 실험 DATA
경 강
황 동
① HR = 92 kgf/㎟
② HR = 93 kgf/㎟
③ HR = 92.5 kgf/㎟
① HR = 87.9 kgf/㎟
② HR = 85.4 kgf/㎟
③ HR = 84.8 kgf/㎟
경강
황동
6. 결론 및 고찰
이번 실험으로 인해 브리넬 경도계와 로커스 경도계의 원리와 구조를 알게 되었고 사용방법도 익히게 되어 유익한 시험이었다. 경도측정 시험은 교과 과정에서 이미 학습한 것이었기에 이해하는데 많은 도움이 되었고 시험 하는데에도 수월했다. 경도 측정기를 사용하여 직접 실험해보아서 많은 도움이 되었지만 주어진 시편말고 다른 금속들을 가지고 실험을 해보았다면 하는 아쉬움도 남는다.
7. 참고문헌
機械工學 實習(Ⅰ) 實習敎材 崇實大學敎 固體力學 硏究室
金屬.機械 材料實驗 學文社
■ 서명: 재료시험법 ■ 서명: 재료시험법
저자명: 황영하 저자명: 김규남
출판사: 동명사 출판사: 광림사
출판년도: 1993년 출판년도: 1987년

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경도시험,   브리넬,   로커스,   인장실험,   충격실험,   재료실험