브리넬경도계를 이용한 탄소강의 경도측정

소개글

브리넬경도계를 이용한 탄소강의 경도측정에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

45) / 5
= 6.524 (HRB)
1. 제목 : 마이크로비커스 경도계
2. 목표 : 마이크로비커스 경도계의 구조와 사용방법을 알 수 있다.
3. 이론 : 1925년 스미스(Smith)와 샌드랜드(Sandland)가 처음으로 제안한 것을 비커스 회사(Vicers Co.)에서 제작하였다. 다이아몬드로 된 압입체로 꼭지각이 θ=13 6。인 피라미드(pyramid)형상을 가지고 있다. 비커스 경도 는 피라미드 압 입체로 시편을 가압하였을 때, Fig 와 같은 자국의 표면적으로 하중을 나눈 값으로 표시한다.
단, A는 피라미드의 자국의 표면적이다.
<그림> 피라미드 자국
d = 피라미드 자국의 대각선 길이[mm]
θ = 피라미드 대면각의 각도
A = 표면적 =
그러므로
θ = 136°일 때
<그림> 비커스 경도계
위와 같은 시험기가 사용된다. 하중일 일정 시간 유지시키는 데 필요한 캠 장치를 이용하여, 레버의 말단에 매어 달은 중추에 의해 압입체 다이아몬드 피라미드 에 하중을 가한다. 이때 하중을 일정한 시간 동안 유지시키고, 도한 하중이 제거되 는 조작을 연속적으로 할 수 있는 기구를 가지고 있다. 이와 같은 조작에 필요한 시간 은 오일 댐퍼의 조정으로 적당히 조절된다.
시편에 압입된 다이아몬드 자국의 대각선의 길이는 시편 지지대 위의 그 자리에서 계측현미경으로 측정된다. 1회의 측정에 필요한 시간을 단축시키려면 캠의 회전 속도 를 빨리 하여야 하고, 또한 다이아몬드가 시편에 접촉하는 속도도 빨라야 한다. 그러 므로 이와 같은 때에는 충격으로 인하여 압입 자국이 크게 되므로, 측정치가 실제보다 다소 작은 값으로 되기 쉽다.
다이아몬드 피라미드(diamond pyramid)의 꼭지 대면각 α=136。로 규정되어 있고, 그 오차는 ±30′(分)으로 되어 있다. 피라미드 자국의 대각선 길이 측정에는 시험기에 부 속되어 있는 계측현미경이 사용되어 0.001mm 또는 0.0025mm까지 측정된다.
<그림> 피라미드 자국
위 그림은 계측현미경에 나타난 피라미드의 자국이다. 접안경이 있는 쪽에 자국의 대각 선을 지시하는 지시계가 있다.
하중은 주로 표면의 거칠기(roughness),시편의 두께, 시편의 재질 등에 따라 결정한다.
비커스 경도 시험에서 피라미드의 자국은 항상 상사형이 되므로 균일한 재질이라면, 하 중의 대소에 관계없이 경도 측정치가 동일한 값으로 된다. 보통 비커스 경도계에서 하 중은 1-120kg용의 중추가 비치되어 있고, 중추에는 50, 30, 20, 10, 5kg 등이 사용된 다. 시편에 대한 주의는 브리넬 경도계에 준하다.
하중 작용 시간은 30초(sec)를 표준으로 하나, 철 및 강철에는 15～20sec 이면 충분하 다.
4. 실험방법 및 유의사항
①시험 하중의 크기는 크게 선정하는 것이 좋다.
②시료의 시험면은 누르개 부착축에 수직이 되도록 놓아야 한다.
③경도를 측정하는 오목부의 중심간 거리는 원칙으로 대각선 길이의 4배 이상, 또 오목부 의 중심에서 시료의 가장 자리까지의 거리는 원칙으로 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한 다.
④시험 하중은 충격을 주지 않고, 더욱이 운동 부분의 관성에 따른 오차를 무시할 수 있 는 정도로 서서히 증가해서 규정의 크기로 한다.
<오목부의 측정 및 경도값의 계산>
①오목부의 2방향의 대각선 길이는 시험 하중을 제거한 후 각각 1㎛까지 판독하는 것으 로 한다.
②오목부의 대각선의 길이의 측정에 있어서는 기준 오목부를 측정해서 개인 오차를 구하 고, 대각선 길이 측정치의 보정을 하는 것이 좋다.
③비커스 경도는 오목부 2방향의 대각선 길이의 측정치의 평균치를 사용해서 계산한다. 경도값은 KS A 0021에 따라 유효 숫자 3자리로 끝맺음 한다.
<경도의 표시>
비커스 경도는 경도 기호 HV, 경도값의 순으로 써서 표시한다.
★ 고찰 ★
이번실험은 브리넬, 로크웰경도계의 사용법을 배우고 두 경도계를 이용하여서 탄소강의 경도를 측정하는 실험이었다. 브리넬 경도계는 압입자의 크기뿐만 아니라 통상 시험 하중 도 다른 경도 시험법에 비해 크기 때문에 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를 알고자 하는 경우에는 적합지 않으며 주물제품 등 비교적 불균일하고 현상이 큰 재료의 경도 측정에 주 로 사용되는 경도계이다. 이러한 장단점 때문에 저번시간에 했던 실험과 연관해서 탄소강 의 경도를 측정할 수 있던 것이다. 브리넬 경도계로 측정을 한 결과 S20C의 경우 167.616(HB)값이 나왔다. 이론값은 180(HB)인데 오차가 6.88%가 생겼다. 이는 재료의 평형을 맞추는데 문제가 있던 게 가장 큰 오차의 원인이었고 다른 오차의 원인이 있다면 기계의 노후와 경도를 측정하는데 있어서의 노련미의 부재이다.
로크웰 경도계는 여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범 위의 경도값이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법보다 압입자국을 적게 내며 따라서 더 얇은 시편을 측정할 수 있다. 그러나 그만큼 시편의 표면은 브리넬의 경우 보다 더 평평해야 정확한 값을 갖는다. 그래서 로크웰 실험에서는 이론값은 알지 못했지만 오차가 분명히 생겼을 테고 시편이 평평하지 못했기 때문에 오차가 컸을 것이다. 실험값은 S20C는 6.17(HRB), S45C는 6.524(HRB)가 나왔다. 이 로크웰 경도계에는 스케일이라는 조건이 있어서 이 조건에 알맞은 시편을 사용해야 한다. 이것에 다라 단위도 달라지기 때 문이다.
마이크로비커스 경도계는 다른 하중을 사용하여 측정한 값을 서로 그대로 비교할 수 있다 는 장점이 있다. 또한 작은 하중을 이용하여 작게 움푹 패인 곳을 만들어 경도를 측정하는 것이 가능하다. 우리가 쓰지는 못하였지만 실험하는 방법을 본 정사각뿔 모양의 다이아몬 드 압자를 갖춘 마이크로비커스 경도계는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어지므로 많이 사용된다.
이러한 실험들은 앞에서 한 탄소강의 연마나 조직관찰 같은 실험보다는 더 노련미가 필요 하지는 않지만 실제 사회에 나가서는 더 많이 쓰이는 기술들이다. 그러므로 경도계의 사용 법을 다 알아 둔다면 나중에 사회에서 많은 도움이 될 것이다.

키워드

브리넬,   로크웰,   경도,   경도측정,   비커스