경도 시험 및 경도 시험법
1900년 경 마르텐스(Martens)는 경도 시험의 정의로 다음을 제안했습니다. “경도는 물체가 다른 (더 단단한) 물체의 압흔에 저항하는 힘입니다.” 이 간단하면서도 정확한 정의는 기술 업계에서 등장한 것으로 그 유효성은 오늘날까지 이어지고 있습니다. 기술적 경도는 재료나 재료 상태를 설명하는 데 사용되는 기계적 특성입니다.
경도는 바로 측정할 수 없고 주요 측정 변수들(예: 시험 하중, 압흔 깊이, 압흔 면적)로부터 도출됩니다. 경도값은 시험 방법에 따라 다음 중 하나로 측정합니다.
- 시험 하중, 경도 압흔 특성을 규정하는 여러 기하학적 값 중 하나(예: 압흔 깊이)
- 압흔 특성을 규정하는 길이로만
- 여러 재료 반응을 통해(예: 긁힘 저항)
경도 정의 경도는 무엇에 따라 달라집니까? 경도 측정 경도 시험의 목적 경도 시험법 개요 정적 및 동적 경도 시험법 공통 표준 하중 범위 분류 하중 적용의 변동 역사
상세정보:
경도는 어떻게 측정합니까?
금속의 경도 시험에는 정적인 힘을 가하는 방법이 가장 많이 쓰입니다. 압자가 남긴 압흔 깊이나 압흔 크기를 측정합니다. 정적 경도 시험법은 깊이 측정법과 광학적 측정법 사이에 차이가 생깁니다.
- 깊이 측정법은 압자의 잔류 압흔 깊이를 측정합니다. 로크웰 시험법은 유일하게 표준화된 깊이 측정법입니다(ISO 6508, ASTM E18 참조). 그 외 표준화되지 않은 깊이 측정법으로는 깊이 측정용 브리넬 및 비커스(HBT, HVT) 측정법이 있습니다.
- 광학적 측정법은 압자의 잔류 압흔 크기를 측정합니다. 표준화된 광학적 경도 시험법으로는 브리넬 경도 시험(ISO 6506, ASTM E10), 누프 경도 시험(ISO 4545, ASTM E92, ASTM E384), 비커스 경도 시험(ISO 6507, ASTM E92, ASTM E384)이 있습니다.
- 또는 경도 시험 범위 내에서 동적 하중을 적용하는 방법을 사용할 수도 있습니다. 여기에는 볼 압흔의 경도 높이를 측정하는 리브 반발 경도 시험법 /리브 경도 시험(ISO 16589, ASTM A965) 등이 포함됩니다.
경도 시험 목적
재료 물성시험 영역에서의 경도 시험
- 오늘날 경도 시험은 특히 금속의 기계적 재료 물성시험에서 가장 널리 사용되는 방법 중 하나입니다.
- 이 시험법은 다른 재료 특성(예: 강도, 강성, 밀도)이나 특정 응력에서의 재료 거동(예: 마멸 저항)에 대한 질적 관계를 찾는 데 사용할 수 있는 한편,
- 경도 시험은 수행하기가 상대적으로 쉽고 빠른 방법입니다. 이는 비교적 파괴가 적은 편으로 시편 표면에 경미한 표면 손상만 남깁니다.
- 품질 제어 옵션도 제공하며(입고 및 출고 검사) 다양한 시편 형상을 경도 시험법을 이용하여 시험할 수도 있습니다.
경도 시험 작업 및 목표
- 경도 시험은 기초 연구(재료 과학, 재료 공학, 재료 진단) 범위 안에서 재료 구분뿐만 아니라 재료 및 기술의 분석, 개발, 개선에 필수적인 보조 수단입니다.
- 이는 산업용 재료 사용(기술적으로 관련된 부품의 재료 적합성), 품질 보증 범위 내 제어 공정상의 허용(물품 입고 및 출고 검사), 재료 구분(예: 재료 혼동), 손상 상황 설명(손상 분석)에 필수적인 물성값(경도값)을 측정하는 데 사용됩니다.
경도 시험법 개요
| 경도 시험법 | |||
| 정적 하중 적용 | 동적 하중 적용 | ||
| 견고한 지지대에 올려놓은 시편 표면을 단단한 볼 또는 원뿔/다이아몬드 피라미드 모양의 압자를 이용해 수직으로 누릅니다. 시험 하중은 충격 없이 가해지며 적용 및 노출 시간은 정해져 있습니다. | 대형 부품의 경도 시험에는 동적 하중 적용 방법이 가장 많이 쓰입니다. | ||
광학적 압흔 측정 압흔은 작업 하중을 제거한 후 측정됩니다. 길이 측정값(대각선, 직경)을 사용하여 경도값을 계산합니다. | 깊이 측정 방법 압흔 깊이는 시험 하중을 가하여 또는 추가 시험 하중을 제거한 후 측정합니다. | 에너지 측정 충격 및 반발 속도(또는 높이)를 측정합니다. | |
일정한 시험 하중을 가한 상태에서의 측정
| 추가 시험 하중을 제거한 후 예하중을
|
| |
경도 시험의 공통 표준
금속 경도 시험은 표준(ISO 또는 ASTM)에 준하여 다음 공통 정적 시험법에 따라 수행합니다.
| 시험법 | ISO | ASTM |
| 브리넬 | ISO 6506 | ASTM E10 |
| 비커스 | ISO 6507 | ASTM E92, ASTM E384 |
| 로크웰 | ISO 6508 | ASTM E18 |
| 로크웰 시험법에서의 조미니 시험/조미니 선단 담금질 시험 | ISO 642 | ASTM A255 |
| 누프 | ISO 4545 | ASTM E92, ASTM E384 |
| 리브 경도 시험(반발 경도 시험법) | ISO 16589 | ASTM A965 |
다음 방법은 고무-탄성 중합체 및 고무류의 경도 시험에 사용됩니다.
쇼어 | ISO 7619-1 | |
볼 압흔 경도 | ||
로크웰 | ||
| 계장화 경도 시험 | ISO 19278(초안) |
하중 범위에 따른 경도 시험 분류
경도 시험 분야에서는 용도에 따라 다른 주하중(시험 하중)을 사용합니다. 경도 시험 중에 시편에 얼마나 높은 주하중이 가해지는지에 따라 ISO 내에서 마이크로, 저하중, 매크로 경도 시험으로 구분합니다.
- 매크로 범위(기존 경도 범위)에서는 5kgf 이상의 큰 시험 하중을 이용하여 시험을 진행하며, 그 결과 시편에 그에 상응하는 큰 경도 압흔이 생깁니다. 매크로 범위의 경도 시험법으로는 브리넬, 비커스, 로크웰 시험법이 있습니다.
- 저하중 범위의 경도 시험은 시험 하중이 0.2~5kgf(시험 하중이 0.2kgf 이상, 5kgf 미만)일 때 적용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 저하중 시험법은 비커스입니다. 저하중 경도 시험은 주로 작은 부품, 두꺼운 코팅, 경도가 낮은 재료에 사용합니다.
- 시편에 작은 자국을 내는 0.2 kgf 미만의 작은 시험 하중은 마이크로 경도 시험에 사용합니다(가장 일반적으로 사용하는 시험법: 비커스). 따라서 마이크로 범위의 경도 시험은 얇은 코팅의 경도나 개별 결정 또는 포함물의 경도 등을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
경도 시험의 역사
- 1722년: 레오뮈르(R. A. Réaumur)는 강철을 이용하여 광물 표면을 긁는 방법을 개발했습니다.
- 1822년: 광물 시험을 위한 모스 경도가 발명되었습니다. 모스 경도는 각 광물이 다음으로 단단한 재료로 긁힐 수 있는 정도를 나타내는 10점 긁힘 경도계입니다. 모스 경도값은
- 오늘날에도 광물학에서 사용되지만, 기술 재료(금속)의 경도 측정에는 적합하지 않습니다. 개별 경도 단계는 상대적으로 크고 간격이 다릅니다.
| 모스 경도 | 광물 유형 | 비커스 경도(HV) |
1 | 활석 | 2 HV |
2 | 석고 | 35 HV |
3 | 방해석 | 100 HV |
4 | 형석 | 200 HV |
5 | 인회석 | 540 HV |
6 | 정장석 | 800 HV |
7 | 석영 | 1,100 HV |
8 | 황옥 | 1,400 HV |
9 | 강옥 | 2,000 HV |
10 | 금강석 | 10,000 HV |
- 1900년: J.A. 브리넬(J. A. Brinell)이 이후 브리넬 시험법으로 알려진 볼 압흔 시험법을 개발했습니다.
- 1920년: S.R.로크웰(S. R. Rockwell)이 자신의 배를 시험하기 위해 자신의 이름을 딴 예하중 시험법을 개발했습니다.
- 1925년: 잉글랜드의 R. 스미스(R. Smith)와 G.샌드랜드(G. Sandland)가 비커스 시험법을 발명했습니다. 이를 통해 마이크로 경도 시험을 수행할 수 있게 되었습니다.
- 1939년: K. 누프(K. Knoop), C.G. 피터스(C. G. Peters), W.B.E. 에머슨(W. B. E. Emerson)이 미국국립표준국(National Bureau of Standards)에서 누프 시험법을 개발했습니다.
