경도측정 실험3가지(브리넬 로크웰 비커스)보고서

목차

서론

1. 브리넬 경도시험
A. 브리넬 경도
B. 실험 도구
C. 실험 조건
D. 실험 방법
E. 실험 결과

2. 로크웰 경도시험
A. 로크웰 경도
B. 경도에 대한 시료의 최소두께
C. 실험 도구
D. 실험 방법
E. 실험시 유의 사항
F. 실험 결과

3. 비커스 경도시험
A. 비커스 경도
B. 실험 도구
C. 실험 방법
D. 실험 결과

4. 고찰
Reference

본문내용

든 움푹패인 곳을 현미경으로 본 것이며, 시허하중은 대체로 25ｇｆ~1㎏ｆ정도이다. 얇은 판, 얇은층, 가는 선, 보석, 금속조직 등의 측정에 편리하다.
하중의 크기를 아주 작게 하면 제품의 면에서 직접 굳기를 측정할 수가 있으며 하중 1kg 이하에서 사용할 수 있는 시험기를 특히 미소경도시험기라고 한다.
수십 g 이하의 작은 하중(荷重)을 사용하는 경도시험기로서 경도는 하중을 바꾸면 다른 수치가 나오지만, 정사각뿔 모양의 다이아몬드 압자(壓子)를 갖춘 비커스 경도시험기는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어지므로 많이 사용된다.
B. 실험 도구
-MICRO VICKERS 경도기
-시편
-연마기
-연마지
C. 실험 방법
Lamp on시킨다.(0점 세팅한다.)
시험편을 잘 연마한다.(표면과 이면의 평활해야 한다.)
부식시킨 뒤 시험편에 초점을 맞추고 조직을 확인한다.
현미경 대물렌즈(x10)를 돌려 set off하고 압자가 붙은 장치를 측정 위치에 오게 한다.
하중 변환 핸들을 돌려 적당한 추를 세팅한다.(탄소강, 합금강등은 하중 500g~1kg이 적당, 연질재등 비철은 50g까지 낮출 수 있다.)
시간도 미리 세팅한다(약 10~15초)
stant batton or lever를 돌려 하중이 시험편에 들어가도록 한다.
일정시간 후 lever를 되돌려 하중을 제거 한다.
x40배의 대물렌즈로 압흔 자국의 초점을 맞춘다.
대각선 길이를 측정한다.(수동시 접안 마이크로미터, 자동시 두 번 누름.)
경도 비교표(수동) 참조, 자동은 디지털로 바로 나타난다.
D. 실험 결과
① 용접금속
※덴드라이트 조직을 나타내는 부분
※방향성이 있다.
※미세한 침상페라이트 조직을 나타낸다.
※편석 및 기공이 다수 존재한다.
※융점이상으로 가열되어 급속히 냉각한 조직이다.
② 본드부 + 조대 HAZ부 경계
※1300℃~1500℃로 가열되고 급냉한 부분
※용접금속과 조대HAZ의 경계 부분
※경계부분은 상당히 취약한 부분
※침상페라이트와 LATH마르텐사이트의 공존 지역
-용접부위 조직사진
③ 조대 HAZ부 + 미세 HAZ부
※조대한 HAZ 영역
※조대하지만 가장 경도가 높은것이 특징
※1100℃~1250℃로 가열되고 급냉한 조직
④ 미세 HAZ부
※미세한 조직을 나타내며 제결정부라고 하기도 한다
※적당한 연성을 가진 용접부위중 가장 뛰어난 기계적 성질을 가진 부분
※900℃~1100℃ 가열뒤 냉각
※조직이 구상화되어 있음이 확인가능
※열 영향으로 펄라이트의 구상화
⑤ 모재
※용접하기전의 원래의 조직
※저탄소강으로 적은양의 펄라이트와
다수의 페라이트가 존재
※열영향을 받지 않은 부분
<용접시편 비커스 경도값>
◎d값의 계산
HV 하중 : 1kg
용접금속부
본드부
조대HAZ부
미세HAZ부
미세HAZ
모재
사진의 위치
①
②
③
④
⑤
⑥
경도값
241.3
223.4
199.1
177.2
149.3
129.1
d값(mm)
4. 고찰 및 느낀 점
브리넬 경도 측정은 10mm압자 지름에 3000kg 하중에서 13초간 유지하였다. 브리넬 경도 측정을 하였을 때 25c 탄소강의 경도는 약 201에서 217정도가 나왔던 반면 40c 탄소강의 경도는 238정도가 나왔다. 이 같은 결과로 보아 40c탄소강이 25c 탄소강보다 더 경도가 높다는 이론으로만 알던 부분을 실험을 통해 알 수 있었다. 로크웰 경도 측정은 다이아몬드 콘을 사용하였고 HRC 하중이 150KG이었다. 로크웰 경도 측정도 마찬가지였는데 실험은 3번을 측정하여 평균값을 구하였으며 25c 탄소강의 경도는 5.86~8.60 사이였으나 40c 탄소강은 17.56이 나왔다. 역시 브리넬과 마찬가지로 40c 탄소강이 25c 탄소강보다 높다는 것을 재확인 하게 되었다.
한편 개인적으로 경도 환산 프로그램을 통해 브리넬과 로크웰의 경도값을 비교한 결과 동일하지 않았다.
예를 들자면 브리넬의 40c 경도값의 경우 238인데 경도환산에서 이론적으로 나와있는 도표를 적용하자면 22.2가 나와야 함에도 불구 실험값은 평균 17.56이 나왔다. 다른 예를 들자면 로크웰의 실험 결과중 첫 번째 25c의 경도값평균은 5.86이었다. 그렇다면 이론적으로 브리넬 경도값은 171이 나와야 하지만 실험 결과 브리넬 경도값은 205.46이 나왔다. 다시 말하자면 브리넬의 경도값이 로크웰의 경도값보다 비교적 높게 나온다는 말이다.
왜 그렇게 나오는지 생각해보고 결론을 내렸는데 그 중 한가지는 로크웰 실험을 하기 전에 표면을 좀 더 편평하게 만들지 못해서가 아닌가 생각된다. 왜냐하면 로크웰은 시료의 압흔깊이를 측정하여 경도를 측정하는 것이기 때문에 편평하지 않을 경우 오차가 많이 나리라는 예상 때문이다. 두 번째로는 애초에 브리넬이 로크웰보다 조금 더 정확도가 높다는 생각이다. 로크웰은 압흔 면적이 좁고 브리넬은 압흔 단면적이 넓어 정확성이 증가하기 때문이다.
이 실험시간 이전에는 솔직히 경도와 강도의 차이점조차 명확히 제시하지 못했던 것이 사실이다. 하지만 이번 실험들을 통해 그런 사실을 명확히 알 수 있었다. 또 경도값을 정확하게 측정하기 위해 선행해야만 하는 중요한 것들을 배울 수 있어서 좋았다. 처음에 실험했을 때 25C 값보다 40C의 경도값이 낮아 조원들이 매우 당황했지만 시편이 바뀌어서 난감한 상황을 벗어나는 에피소드도 있었다. 처음엔 매우 난감했지만 나중에라도 바뀌었다는 사실을 알게 되어서 보고서 작성시 난감해지는 불상사를 막을 수 있었다. 그리고 비커스경도실험의 경우 직접 실험해보지 못하고 실험 데이터만 받아서 작성하는 것이라서 배경지식을 삽입했을 때도 무슨 말인지 잘 이해가 되지 않았다. 그래서 결과를 봤을 때도 어떤 걸 말해주는지조차 감이 잡히지 않았다. 개인적으로 더 공부하고 싶은 부분이다. 이번 실험을 통해 경도측정의 종류와 유래, 실험 방법 결과유추, 실험데이터와의 비교 및 고찰에 대해 전부는 아니지만 일부나마 알게 되어서 좋은 공부가 되었다.
reference
삼천리열처리(주)
네이버백과사전
김학모 외 2명. {재료시험}. 태훈출판사, 2002.
박경동. {재료시험법}. 동명사, 2003.
MatWeb http://www.matweb.com

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브리넬,   로크웰,   비커스,   실험보고서,   경도측정,   경도시험,   경도실험