경도실험 예비 리포트

목차

1.1 경도실험의 목적

1.2 브리넬 경도시험

1.3 비커스 경도시험

1.4 로크웰 경도시험

1.5 쇼어 경도시험

1.6 기타 경도시험

1.7 경도의 환산표

본문내용

25mm 강재의 쇼어 경도 측정 예 -
시험편의 두께는 10mm이상이어야 한다.
시험기는 안정한 대 위에 올려놓고, 낙하관이 수직인가를 확인할 것
그림 4-17과 같이 돌출된 부분을 측정하는 경우는 이 돌출부분만의 중량이 10kg이상이어야 한다.
- 그림 4-17 돌출부분의 쇼어 실험 -
시험편을 시험대위에서 누르는 힘은 20kg 이상이어야 한다.
압흔은 작더라도 한번 타격된 부분은 가공 경화된다. 따라서 동일 부분을 2회 이상이어야 한다. (압흔의 직경은 0.3～0.6mm 정도이다)
측정상의 잘못이 있다고 생각되는 점을 제외한, 5회 이상의 평균값을 취하여 그 재료의 경도로 한다.
경도의 표시는 기준편의 기준 경도를 읽어 들일 때는 소수 제 1자리까지 읽고 일반적인 경우는 0.5단위로 읽는다. 그리고 5개의 평균을 다음과 같이 나타낸다.
예 : 25.6 (측정기의 종류에 나타내는 경우 25.6, 51.3과 같이 쓴다)
평균값을 구하여 읽는 상호간의 최대차가 다음의 값일 때, 경도 숫자 다음에 그 최대값 및 최소값을 병기한다.
평균 60 이상, 최대차 4.0 이상일 때
평균 30 이상, 최대차 3.0 이상일 때
평균 60 미만, 최대차 2.0 이상일 때
예 : 52.5 (48.3～54.5)
침탄한 강에서는 미침탄부가 상당히 큰 시험체이면, 침탄층이 상당히 얕을 경우에도 비교적 신뢰도가 높은 결과가 얻어진다.
1.6 기타 경도 시험
그림 4-18은 마르텐스의 긋기 경도계를 나타낸다. 이것은 다이아몬드로 시험편에 상처를 입히는 방법이다. 초기에는 정각 90°의 원추가 사용되었으나, 그 후 정각의 120°인 원추 다이아몬드로 개선되었다.
- 그림 4-18 마르텐스의 긋기 경도계 -
마르텐스의 경도수로는 0.01mm 폭의 긋기 흔적이 생겼을 때의 하중(g)으로 표시하는 것이 본래의 방법이었다. 이것에는 하중을 바꾸어 몇 개의 상처를 만들고, 하중과 상처 폭의 관계를 구하여 경도를 알 수 있다. 그러나 이 방법이 시간이 걸리므로 그 후 소정의 하중으로 홈을 입히고, 그 홈의 폭 d(μ)에서 다음식에 의해 경도수를 구하는 방법이 제안되었다.
(1) 20g의 하중 : 1/d
(2) 3g의 하중 : /d
(3) Pg의 하중 : 4P /
(4) Pg의 하중 : 8P /
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 조직과 경도의 관계를 조사할 수 있으나 근래에는 마이크로 비커스 경도계가 널리 사용되고 있으므로, 현재 이런 종류의 긋기 경도계는 거의 사용되지 않는다.
그림 4-19는 마르텐스 경도계를 나타낸다. 이것은 브리넬 경도계 보다 작은 압흔으로 경도를 측정하기 위한 것이다. 강구의 직경은 5mm이며, 핸들을 돌려 강고를 시험편에 접촉시킨다. 이 때 3개의 다리가 시험면에 접하고 ,이것에 따라서 수은주의 높이가 움직인다. 이 메카니즘을 0점(기준점)으로 한다. 다음에 유압 펌프로 소정의 압력까지 가압하고, 앤빌을 들어 올린 후 하중을 제거하면 가압 전 후의 수은주의 높이로부터 영구 변형한 압흔의 깊이를 알 수 있다. 이와 같은 순서를 반복하여 하중을 점차 증가시킨다. 그리고 최초의 수은주 높이와 하중을 제거한 후의 높이 차에서 깊이 0.05mm의 압흔이 생긴 것을 알았을 때 그 하중을 가지고 경도수로 한다.
이 밖에 초기에는 각종의 경도계가 고안되었으나, 오늘날에는 거의 사용되고 있지 않으며, 가령 고온 경도계라도 이전에는 반발형의 시험기가 사용되었으나, 오늘날에는 비커스 경도나 로크웰 경도가 사용되고 있다.
고온 경도의 측정 때에 특히 주의해야 할 것은 부하시간과 함께 압자의 침입 깊이가 시시각각 증가해가는 것인데 이는 크리프 현상에 의한 것으로 볼 수 있겠다. 따라서 고온 경도의 측정에서는 부하속도 및 최고하중에 도달하고 부터의 유지시간이 결과에 크게 영향을 미치므로 이들 제어를 엄밀히 해야 한다.
고온경도의 측정방법은 시험온도에서 바로 경도가 구해지는 비커스식이나 로크웰식이 편리한, 먼저 여러 온도에서 압흔을 내놓고, 냉각시킨 후 압흔의 대각선을 구하여 비커스 경도를 구하는 방식도 있다. 후자의 경우, 냉각시에 변태를 일으키면 압흔형상이 변화하기 때문에 그와 같은 경우에는 이 방법은 적당하지 않다.
- 그림 4-19 마르텐스 경도계 -
고온경도계 측정상의 다른 주의사항으로서는 산화나 탈탄을 방지하기 위하여 진공중이나 불활성 가스 중에서 측정을 할 대 대기압의 영향이다. 다리아몬드 압입자의 한족 끝이 수냉되어 있기 때문에 시료온도나 압입자 끝의 온도가 서로 다른 경우가 있으며 시편의 온도가 열전대의 열접점의 온도와 다른 경우가 많은 것 등이다. 따라서 이러한 점에 세심한 주의를 기울여 실험을 하여야 한다.
1.7 경도의 환산표
‘경도’라는 개념을 정량적으로 정의하는 것은 불가능하다는 것은 이미 설명한바 있다. 시효성 Fe-W 합금은 담금질 후 시효처리를 하면,, 경도는 분명히 증가한다. 그러나 마르텐스의 긋기경도계에서 시효변화를 조사하면, 경화가 거의 일어나지 않은 결과가 얻어진다. 이것은 이 합금이 시효경화와 함께 현저히 취화하기 때문에 파괴에 대한 저항력을 측정하는 긋기 경도계에서는 강화와 취화의 양작용이 같이 작용하였기 때문에 위와 같은 결과가 얻어진 것이다. 또한 고무의 쇼어 경도는 강의 쇼어 경도보다 큰 결과를 얻기도 한다. 이와 같은 극단적인 예외도 있으나, 대부분 유사 재료간에는 여러 가지 경도의 상관성이 있는 것은 당연히 기대할 수 있겠다. 표 4-3 및 표 4-4에 ASTM (American Society for Testing Materials), ASM(American Society for Metals) 및 SAE (Society of Automotive Engineering)로 검토된 결과에 의하여 경도 환산표를 나타내었다. 이 환산표를 사용한 경우, 대략 10% 이내의 편차로 경도 환산이 가능하다. 이 표에서 강용의 환산표와 황동용 환산표가 다른 것에 주의하기 바란다.

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