bond부라고도 한다. 이 부분은 용접금속과 열영향부의 경계이다. 사진을 보면 확실히 용접금속과 열영향부의 경계를 확인할 수 있으며, 이 부분은 용융점이나 응고온도범위까지 가열된 부분이라고 할 수 있다. 다음 사진은 열영향부로 HAZ라고도 불린다. 열영향부란 모재부분이 열영향을 받은 부분이며 용접금속으로부터 전도된 용접 열에 의해 급열, 급냉 영향을 받은 부분이다. 경도 값을 보면 열영향을 받지 않은 모재 부분이나 조금 영향을 받은 준열영향부보다는 경도가 높게 나타났다. 준열영향부의 조직사진을 관찰해 보면 모재와 비교했을 때 조직의 변화가 거의 없었으나 열영향을 조금 받았기 때문에 경도값에서는 차이가 났다. 준열영향부란 열영향부에 인접한 모재 중 약 200~700℃에서 가열된 부분이다. 마지막 사진은 모재부분인데 모재란 원질부로 열의 영영향을 받지 않은 부분으로 6개의 경도 값 중 가장 작았다.
6. 결론 및 고찰
☞ 이번 실험은 금속의 경도를 측정하는 경도계에 대해서 알아보고 사용방법에 대해서 알아보는 실험이었다. 여러 경도계가 있지만 우리는 그 중에서 로크웰 경도계, 브리넬 경도계, 비커스 경도계에 대해 알고 그것을 이용, 경도를 측정해 보았다. 로크웰 경도계는 야금 실험 때 사용해 보아 본 적도 있고 사용법도 알고 있어서 쉬웠지만 비커스 경도계는 눈으로만 본 적이 있었고, 브리넬 경도계 같은 경우는 이름만 들어봤지 본 적도 없기 때문에 이번 실험에 기대가 많았다.
☞ 로크웰 경도계와 브리넬 경도계는 20C 3개와 45C 3개의 시험편을 가지고 측정을 하였다. 시험편 하나를 앞, 뒤로 로크웰 경도와 브리넬 경도를 찍었기 때문에 연마하는 것이 다소 까다로웠다. 특히 경도의 정확히 측정을 위해 시험편을 평활하게 만들었어야 하는 데 제대로 하지 못해서 아쉬움이 남았다.
☞ 로크웰 경도 값을 보면 20C에서는 3번의 평균값이 8정도 나왔으며, 45C의 3개 평균값은 21정도가 나왔습니다. 실험 결과에서 보듯이 3번을 측정해도 약간의 오차가 전부다 나타났는데 그 이유는 시편을 평활하게 만들지 못해 부분마다 경도 값이 다르게 나타난 것 같고, 아니면 한번 측정한 범위에서 너무 가까이에 측정하여 경도 값이 올라간 것 같습니다.왜냐하면 한번 측정한 부분 주위로는 경화가 생겨 경도 값이 올라 갈 수 있기 때문입니다.
☞ 브리넬 경도 값에선 제가 했던 시편만 알아보았습니다. 제가 실험했던 시편은 45C로 브리넬 경도계로 경도를 측정했을 시 압입 지름이 3.95mm가 나왔습니다. 로크웰 경도계에선 측정한 값이 바로 그 시편의 경도 값이지만 브리넬 경도계는 전자와 달리 경도계로 시편을 압입을 한 뒤 압입 자국의 지름은 브리넬 경도 측정용 접안식 현미경으로 알아낸 뒤 계산식에 대입하여 구하는 방법이다. 따라서 압입 지름 3.95mm를 계산식에 대입하면 대략 235가 나왔습니다. 3.95mm에 대한 이론값을 알아보면 235인데 실험한 값도 235가 나오니 실험은 성공한 것 같습니다.
Brinell Hardness Test (압입시간 10초)
시편
압흔거리(㎜)
환산표값
계산값
20C
45
179
178.629 ≒ 179
45
179
178.629 ≒ 179
46
170
170.486 ≒ 170
45C
40
229
228.883 ≒ 229
40
229
228.883 ≒ 229
39.5
235
234.979 ≒ 235
위의 표는 우리 조의 브리넬 경도계의 실험값들이다. 20C와 45C들의 실험값을 환산표값과(이론값)하니 큰 차이 없이 비슷하게 나타났다.
☞ 밑에 표는 여러 경도계들의 환산값을 나타낸 표이다.
같은 시편으로 로크웰 경도와 브리넬 경도를 측정했기 때문에 약간의 오차는 있어도 서로 비슷한 환산값이 나올 꺼라 생각되어서 서로 비교해 보았습니다. 제가 실험한 45C에 대해 로크웰 경도 값은 20.37이 나왔으며, 브리넬 경도 값은 235가 나왔습니다. 표에서 보면 파란 색으로 표시된 부분이 경도값 범위인데 오차는 있었지만 거의 비슷한 걸 볼 수 있습니다.
☞ 비커스 경도계는 눈으로는 보았지만 직접 사용해보지 못해 아쉬움이 남았다. 비커스 경도계 실험은 용접시편의 경도를 측정하고 조직사진을 찍어 서로 비교하였습니다. 용접 시편은 6개 부분의 경도를 측정하였다. 하지만 주어진 조직 사진은 5개뿐이어서 1개 부분은 어딘지 알 수 없었습니다. 그래서 5개 영역에 대해서만 보았습니다. 영역으로는 결과부분에 보았듯이 용접 금속(W.M), 용융경계선(bond), 열영향부(HAZ), 준열영양부, 모재 부분으로 관찰하였습니다. W.M부분은 한번 용융되었던 금속이 응고한 부분이기 때문에 다른 부분의 경도 값보다 훨씬 크게 나온 것 같습니다. 그리고 조직사진도 보통 열처리 한 조직에서 보지 못한 조직인 거 같습니다. 용융경계선(bond)에선 W.M과 열영향부의 경계가 확실히 보이고, 경도 값 역시 W.M보다는 낮지만 다른 부분에 보다는 크게 나타났다. 그 이유는 열영향부보다는 용융경계선 자체가 열을 더 직접적으로 받기 때문인 것 같습니다. 열영향부(HAZ)에서는 용융경계선보다는 다소 작지만 큰 경도 값이 나타났다. 왜냐하면 열영향부는 용접 금속으로부터 전도된 용접 열에 의해 급열이 되었다가 급냉하기 때문인 것 같다. 그 영향으로 다른 조직보다 조직이 미세화된 거 같습니다. 준열영향부 역시 열을 받지만 열영향부보다는 적어 경도 값이 작게 나온 것 같습니다. 그리고 모재부분은 열의 영향을 받지 않기 때문에 경도 값이 제일 작게 나왔던 거 같습니다. 실험을 종합해보면 용접시편의 경도는 용접 금속(W.M) > 용융경계선(bond) > 열영향부(HAZ) > 준열영양부 > 모재 순인 것 같다.
☞ 이번 실험으로 비커스 경도계, 로크웰 경도계, 브리넬 경도계에 대한 이론과 사용법에 대해 확실히 이해 할 수 있는 시간이어서 보람이 있었습니다. 종종 이렇게 실험 기구를 직접 사용할 수 있는 기회가 많았으면 좋겠습니다.
7. 참고문헌
* 용접재료학 국정한 선학출판사
* 최신용접공학 이철구 淸文閣
* 금속 열처리 재료시험 박일부 남양문화
* 금속열처리 김학신 이어슨 에듀케이션 코리아
* 네이버 , 다음 지식 검색