로크웰 경도 시험에 대한 일반 지식
로크웰 경도 시험에서는 차동 깊이 방법, 즉 압자로 생긴 잔류 압흔 깊이를 측정합니다. 반면, 압흔 크기는 브리넬, 비커스, 누프 광학 시험법으로 측정합니다.
정해진 인덴터가 지정된 시험 하중으로 시편의 표면을 더 깊이 관통할수록 시험 중인 재료는 더 부드러워집니다. 그런 다음 나머지 압흔 깊이에서 다른 요소 몇 가지(아래 참조)와 함께 로크웰 경도(HR)를 측정합니다.
로크웰에 따른 경도 시험에서는 총 시험 하중이 두 단계로 적용됩니다. 이는 시편 표면 거칠기의 영향(예: 시편의 홈)과 압흔 깊이 측정으로 인한 측정 오차를 제거하기 위한 것입니다.
ISO 6508에 따른 로크웰 경도(HR) 시험의 시퀀스
- 시험 1단계
먼저, 시험 예하중으로 시험할 시편에 대고 인덴터를 압흔 깊이 최대 h0까지 누릅니다. h0은 영구 압흔 깊이를 순차적으로 측정하기 위한 기준면 (기본)을 정의합니다. - 시험 2단계
그 다음 규격에서 정한 체류 시간 (몇 초) 동안 시험 하중을 추가로 가하여 인덴터가 최대 침투 깊이 h1까지 시편을 관통하도록 합니다. 시험 예하중과 추가 시험 하중의 합이 총 시험 하중입니다(총하중 또는 주하중이라고도 함). - 시험 3단계
체류 시간이 끝나면 추가 시험 하중이 제거됩니다. 압자는 총 시험 하중 내에서 압흔 깊이의 탄성 부분만큼 시작 위치로 돌아간 후 영구 암흔 깊이 h(0.002 mm 또는 0.001 mm 단위로 표시) 수준에서 유지됩니다. 이를 차동 깊이(총 시험 하중을 적용하기 전과 후의 압흔 깊이 차이)라고도 합니다. 영구 압흔 깊이 h가 있고, 적용된 로크웰 저울을 참조하여 ISO 6508 표준에 정의된 공식에 따라 로크웰 경도(HR)를 계산할 수 있습니다. - 로크웰 시험 절차
시편 가장자리의 거리와 개별 시험 압흔 간 거리가 충분하도록 시험 압흔을 설정합니다. 준수해야 하는 최솟값은 아래 다이어그램에서 확인할 수 있습니다.
로크웰 시험법을 이용하는 경도 시험의 장단점
로크웰 시험법의 장점:
- 시편을 준비할 필요 없음(절단, 연삭, 임베딩)
- 경도값 직접 판독, 광학적 평가 필요 없음(광학법과 같은 대각선 측정)
- 빠르고(짧은 시험 주기) 경제적인 시험법(광학 브리넬, 비커스, 누프 시험법을 위한 시험기와 같은 정교한 광학 시스템을 내장할 필요가 없기 때문에 경도 시험기가 비교적 비용효과적임)
- 비파괴 시험, 시편 재사용 가능
로크웰 시험법의 단점:
- 차동 깊이 측정 오차가 작더라도 계산된 경도 값에 상당한 오차를 야기할 수 있기 때문에 언제나 가장 정확한 경도 시험 방법은 아닙니다.
- 의미 있는 시험 결과를 얻기 위해서는 시험 장소에 먼지나 파편(예: 물때 및 재, 이물질 또는 기름)이 전혀 없어야 합니다.
- 압자가 시험 결과에 미치는 영향은 알려져 있지 않습니다. 예를 들어, 압자가 마모되고 콘팁(cone tip)이 있으면 더 이상 표준 요구사항(표준 요구사항: 원치 않는 영향을 최소화하기 위해 인증을 받고 교정을 마친 압자만 사용)에 부합하지 않습니다.
- 경도가 증가하면 재료를 구분하기가 더 어려워집니다.
로크웰 시험법 및 응용 분야 예시
로크웰 시험에 대해 가능한 한 넓은 적용 범위를 달성하기 위해 로크웰 및 슈퍼 로크웰 절차에 대해 여러 가지 시험법이 개발되었습니다.
로크웰 시험법 구별 요인은 다음과 같습니다.
- 압자 유형(재료, 모양 및 크기, 볼 직경)
- 전체 시험 하중의 규모(총 하중 또는 주하중)
- 저울 눈금폭(측정할 잔여 압흔 깊이 h에 대한 기본 h0이 100 또는 130 단위(저울에 따라 다음을 적용: 1 unit E = 0.002mm 또는 0.001mm)).
그에 따른 로크웰 시험법은 5가지 압자(120도 곡률의 다이아몬드 콘 또는 직경이 1/16인치, 1/8인치, 1/4인치, 1/2인치인 탄화텅스텐으로 만든 초경합금 볼)와 6가지의 총 시험 하중(15, 30, 45, 60, 100, 150kgf)을 사용합니다.
이로 인해 ISO 6508 및 ASTM E18(예: A, B, C, 30N, 15T)에 따라 표준화된 30가지 로크웰 저울 또는 로크웰 시험법(예: HRA, HRBW, HRC, HR30N, HR15TW)이 발생했으며, 각각 서로 다른 경도 범위를 다루고 결과적으로 가장 다양한 재료와 응용 범위를 포함합니다(아래 표 참조).
로크웰은 생산 또는 시험실에서 빠른 시험으로 흔히 사용되고, 조미니 선단 담금질 시험/조미니 시험 같은 다른 절차에도 사용됩니다.
실제로 가장 일반적으로 사용되는 로크웰 시험법은 HRC입니다. 원칙적으로 볼 압자는 단단한 재료를 시험하는 연질 재료 및 다이아몬드 압자의 경도 시험에 사용합니다. 다이아몬드는 연질 재료를 파괴하거나 관통합니다.
표는 ISO 6508에 따라 표준화한 로크웰 시험법과 그 응용 분야입니다. 모든 시험법의 예하중은 10kgf입니다.
| 시험법 | 압자 | 주하중(kgf) | 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| HRA | 다이아몬드 120° | 60 | 표면 경화강 및 합금, 초경합금 |
| HRBW | 1/16인치 볼 | 100 | 구리(Cu) 합금, 비경화강(미국에서는 최대 약 686N/mm²의 강철에도 적용) |
| HRC | 다이아몬드 120° | 150 | 표면 경화강 및 합금, 초경합금 |
| HRD | 다이아몬드 120° | 100 | 표면 경화강 및 합금, 초경합금 |
| HREW | 1/8인치 볼 | 100 | 알루미늄(Al) 합금, 구리(Cu) 합금 |
| HRFW | 1/16인치 볼 | 60 | 연질 박강판 |
| HRGW | 1/16인치 볼 | 150 | 청동, 구리(Cu), 주철 |
| HRHW | 1/8인치 볼 | 60 | 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb) |
| HRKW | 1/8인치 볼 | 150 | 베어링 메탈 및 플라스틱을 포함한 기타 매우 부드럽거나 얇은 금속(ASTM D785 참조) |
| HRLW | 1/4인치 볼 | 60 | |
| HRMW | 1/4인치 볼 | 100 | |
| HRPW | 1/4인치 볼 | 150 | |
| HRRW | 1/2인치 볼 | 60 | |
| HRSW | 1/2인치 볼 | 100 | |
| HRVW | 1/2인치 볼 | 150 |
아래 개요는 ASTM E18에 따라 표준화된 모든 슈퍼 로크웰 시험법과 그 응용 분야입니다. 모든 시험법의 시험 예하중은 3kg입니다.
| 시험법 | 압자 | 주하중(kgf) | 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| HR15N | 다이아몬드 120° | 15 | 표면 경화된 공작물 |
| HR30N | 30 | ||
| HR45N | 45 | ||
| HR15TW | 1/16인치 볼 | 15 | 박판 금속 |
| HR30TW | 30 | ||
| HR45TW | 45 | ||
| HR15WW | 1/8인치 볼 | 15 | 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb), 주석판 |
| HR30WW | 30 | ||
| HR45WW | 45 | ||
| HR15XW | 1/4인치 볼 | 15 | 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb), 주석판 |
| HR30XW | 30 | ||
| HR45XW | 45 | ||
| HR15YW | 1/2인치 볼 | 15 | 알루미늄(Al), 아연(Zn), 납(Pb), 주석판 |
| HR30YW | 30 | ||
| HR45YW | 45 |
