8.9는 마이크로비커스 경도계의 하중계를 나타낸 것이다. 누르개 축은 Al으로 가볍고 이것에 분말형태의 구리를 얹고 직접 하중을 가한다. 하중축의 좌우진동은 지지스프링으로 방지된다.
시험기와 압자
가는선, 얇은 판, 정밀기기 부품, 금속의 조직, 표면 경화층, 도금층 등 정밀경도를 측정하므로 자국을 관찰할 수 있는 현미경의 배율은 관찰용으로 100배, 압입자국의 측정용으로 400배이다. 대물렌즈는 처음 경도측정 부위를 관찰하기 위하여 10배의 관찰용과, 경도시험 후 압입자국의 측정용으로 40배의 배율렌즈가 붙어있다.
시료의 측정용도에 따라서 부하시간도 5, 10, 15, 30, 45초로 나누어 있으며 시험하는 중 역시 15, 25, 50, 100, 200, 300, 500, 1000g로 구분되어 하중을 선택하게 되어 있다.
압자는 일반비커스 경도와 같이 대면각이 136인 4각형 다이아몬드와 누프형 다이아몬드 압자가 있다.
1) 비커스 경도
비커스 경도계에서 구했던식에서 경도를 구하기 위하여 하중 P를 g단위로, 자국의 대각선 길이 d를 μ단위로 하면 다음과 같은 관계식이 성립한다.
2) 누프 경도
1939년 누프등이 연구하여 발표한 것으로 누프 압자를 이용하여 긴쪽의 대각선 길이를 측정하여 다음과 같은 식을 구하였다.
미소 경도에 미치는 인자
1) 하중의 의존성
비커스 경도는 하중의 크기의 대소에 관계없이 일정한 값을 얻을 수 있는 상사법칙이 성립된다. 따라서 매우 적은 하중에서 경도의 변동이 생기는 것은 계측오차에 기인하며 대각선 길이가 10μ 이하가 되면 측정정도가 0.2μ이하가 되어 광학적 계측장치로 곤란하게 되며, 눈금 읽기의 차가 0.5~1μ정도로 이것은 탄성회복량과 거의 같다. 하중의 의존성은 시험기, 시험법, 시험편의 조건, 재료의 탄성회복량, 표면층이나 잔류응력등의 영향이 크다.
2) 시료 준비법에 의한 변형
일반적으로 시료가 적은 것은 합성수지 등에 삽입하여 사포로 다듬질한다. 전해연마 등으로 연마하는 과정에서는 잔류응력이 발생하여 경도차가 많이 생기므로 저온에서 준비하는 것이 바람직하다.
⑤쇼어 경도시험(Shore hardness)
쇼어 경도시험은 동적인 경도시험의 대표적인 시험으로 널리 이용되고 있다. 이 방법은 시험기가 소형, 경량으로 취급이 간편하며 운반이 편리하고 값이 싸다. 시료의 면에 흔적이 남지 않고, 시험기의 시료대에 올려놓지 않고 대형의 시료에 대하여도 시험기를 움직여 측정할 수 있으므로 피 측정물의 크기에 제한을 받을 필요가 없는 이점이 있다.
측정도는 다른 시험법에 비하여 정밀하지 못하며 고정밀의 측정을 할 경우에는 표준경도 시험편으로 시험기의 눈금을 검사하여 측정값을 보정하는 것이 필요하다.
일정의 모양과 형상을 가진 강제해머를 일정높이 h0에서 시료면에 자유 낙하시킬 때 튀어 오른 높이 h를 경도의 눈금으로 하는데 그 식은 다음과 같다.
이 수치 결정의 기준은 담금질한 고탄소강을 시료로 하였을 때 평균 반발 높이가 h0=6.5in가 되므로 그 시료의 경도를 HS100으로 하여 이를 100등분 한 것이다.
쇼어 경도 시험시 주의사항
―시험면은 잘 연마하여 경한 재료일수록 다듬질을 잘 하여야 한다.
―시험편 중량은 0.1kg이상이어야 하며, 가능하면 0.4kg이상인 것이 바람직 하다.
―중량이 작은 시험편은 바이스로 고정하거나, 04.kg 이상의 강편에 확실히 고정한다.
―시험편 두께는 10mm이상이어야 한다. 시험기는 안정한 대 위에 올려 놓고 낙하관이 수직인가를 확인하여야 한다. 그림 8.17과 같이 돌출된 부분을 측정할 경우는 이 돌출부만의 중량이 10kg이상이 되어야 한다. 시험편을 시험대 위에서 누르는 힘은 20kg이상이어야 한다.
―압흔은 작더라도 한번 타격된 부분은 가공경화됨으로 동일부분을 2회이상 반복하여 측정해서는 안된다.
시료
시료의 시험면과 이면이 공히 평평하고 깨끗하도록 해야한다. 이면의 먼지, 기름이 해머의 충격 에너지 흡수가 되는 것을 완전히 제거해야 한다. 시료의 흠이 증가하면 측정값의 평균치가 현격히 저하하고 특히 단단한 시료일수록 다듬질이 필요하다.
시료의 무게는 0.1kg이상을 원칙으로 하고 충분한 압력(20kg)에서 10mm이상이어야 한다. 그 이하의 얇은 경우에도 시료대를 이용하면 비교 시험의 일정값을 얻을 수 있다.
쇼어경도에 미치는 인자
1) 시료 두께와 중량
시료 두께에 대한 한계는 명확한 기준은 없지만 철강류는 약 5mm, 비철금속은 2~0.5mm정도이다. 무게는 D형시험기는 압입력이 충분하지만 0.1kg이하이면 C형 시험기가 바람직하다.
2) 표면의 경사
경사가 크면 경도값이 저하된다.
3) 시료표면의 가공층
선삭가공하면 1~1.5의 경도값이 상승하고, 연삭가공이면 0.2정도 경도값이 상승하므로 사포로 다듬질하면 그 값이 제거된다.
4) 해머의 운동
해머가 상하운동할 때 계측기 경통 내부와 마찰저항이 발생하므로 HS의 값이 변하며 해머의 반발 과정에 에너지 손실은 낙하 경우에 비하여 크다.
5) 시험기의 경사
경사각 1도 전후이면 경도값의 영향은 적다.
6)시료면의 경사
경사각이 1도 전후 이상이 되면 시험기의 경사보다 영향이 크다.
7)지지대의 중량
8kg이상이 되면 측정값이 안정이 된다.
⑥마르텐스(A. Martens)의 경도계
그림 8.18은 마르텐스의 긋기 경도계를 나타낸 것이다. 이것은 다이아몬드로 시험편에 상처를 입히는 방법이다. 초기에는 정각 90도의 원추가 이용되었지만 그후 정각 120도인 원추다이아몬드로 개조되었다.
이 경도계의 특징은 홈의 자국이 작은 것으로 이것은 도금층의 경도를 측정하는 경우에는 편리하며, 거친 혼합조직을 가지는 재료의 경우는 상마다 홈의 폭이 다르므로 평균 경도를 얻을 수 없다. 이것을 반대로 사용하면, 마이크로 조긱과 경도의 관계를 조사할 수 있으나 근래에는 마이크로비커스 경도계가 널리 이용 사용되고 있음으로 지금 이런종류의 긋기 경도계는 거의 사용되지 않는다.
3. 각종 경도의 비교
4. REFERENCE
―재료시험/ 도서출판 청호/ 유홍균 외2 / 137P~166P
―재료시험법/ 동명사/ 스도우 하지메/ 157P~190P
―구글 이미지