경도 시험 종류 및 방법

금속의 경도(Hardness)는 기계적 성질 중에서 가장 중요한 것이며 내마멸성을 확인할 수 있는 척도이고 경도는 브리넬, 비커스, 로크웰, 쇼어, 미소 경도를 통해 시험 합니다.

경도 시험은 인장 시험과 달리 비교가 아닌 수치로 확인이 가능합니다.

1. 브리넬 경도(Brinel Hardness) 시험

지름 D의 강구에 일정한 하중 W를 가하여 시험면을 30초 동안 눌러 주어 이때 시험면에 생긴 오목 부분의 표면적 A로 하중을 나눈 값을 브리넬 경도라고 하며 단위는 붙이지 않음.

여기서, W는 하중(kg), D는 강구의 지름(mm), A는 오목 부분의 표면적(㎟), t는 오목 부분의 깊이(mm)임.

(1) 풀림 처리한 재료의 브리넬 경도

풀림 처리한 브리넬 경도는,

(2) 담금질 후 뜨임 처리한 재료의 브리넬 경도

담금질 후 뜨임 처리한 재료의 브리넬 경도는,

2. 비커스 경도(Vickers Hardness) 시험

대단히 단단한 강철이나 정밀가공 부품 혹은 박판 등의 경도시험에는 비커스 경도 시험이 사용됨.

이것은 브리넬 경도의 원리와 같이 오목 부분의 표면적을 하중으로 나눈 값을 비커스 경도라 하며 브리넬 경도와 마찬가지로 단위를 붙이지 않음.

즉 대면각이 136˚인 다이아몬드로 만든 사각추의 압자를 시험면에 눌러 주어 시험면에 생긴 피라미드 모양의 오목 부분의 대각선을 측정하면 표를 통해 경도를 구할 수 있음.

오목 부분의 대각선의 길이 d(mm), 하중을 W(kg), 대면각을 α(136˚)라고 하면 비커스 경도의 산술식은 다음과 같음.

오목 부분이 극히 작아 제품의 경도 시험에 적합하고 정확함.

표면경화재료, 도금 또는 용접 부분의 경도 시험에 편리함.

3. 로크웰 경도(Rockwell Hardness) 시험

정해진 압자를 사용하여 처음에는 10kg의 기준 하중을 가한 다음 이어서 B 스케일인 경우에는 100kg, C 스케일인 경우에는 150kg으로 눌렀다가 다시 10kg의 기준 하중으로 되돌렸을 때 첫 기준 하중을 가했을 때 오목 부분의 깊이와 다시 기준 하중으로 되돌렸을 때의 오목 부분의 깊이 차 t로부터 산술되는 수치를 표시한 것.

입자에는 그림 (a)와 같이 선단의 지름이 1.588mm인 강구가 붙어 있는 것과 (b)와 같이 입자의 끝부분이 120˚이고 선단 반지름이 0.2mm인 다이아몬드 원추가 붙어 있는 것이 있음.

연질 시험편인 경우에는 그림 (a) 입자를 사용하여 측정하고 이때의 경도를 로크웰 B 경도라 하며 HRB로 표시함.

경질 시험편인 경우에는 그림 (b) 입자를 사용하여 측정하며 이때의 경도를 로크웰 C 경도라 하고 HRC로 표시함.

로크웰 경도 산술식은 다음과 같음.

다이엘 게이지 지시값으로 측정함.

오목 부분이 작고 측정이 빨라서 널리 사용됨.

4. 쇼어 경도(Shore Hardness) 시험

선단에 다이아몬드를 붙인 일정한 하중의 추를 일정한 높이 h0에서 떨어뜨려 그 추가 시험면에 부딪쳐 튀어오르는 높이 h에 의하여 쇼어 경도 Hs를 정하는 방법으로 다음식을 산출함.

다이엘 게이지 지시값으로 측정.

수치의 확실성이 적으나 소형이므로 휴대가 편리하고 현장에서 바로 시험할 수 있음.

5. 미소 경도 시험

비커스 경도의 하중 크기를 아주 작게 하면 제품의 면에서 직접 경도를 측정할 수가 있는데 하중 1kg 이하에서 사용할 수 있는 경도 시험기를 미소 경도 시험기라고 함.

수십 g 이하의 작은 하중을 사용하는 경도 시험기로서 경도는 하중이 다르면 값이 달라지지만 비커스 경도의 압자를 갖춘 미소 경도 시험기는 하중에 상관없이 거의 같은 값을 얻을 수 있음.

작은 결정, 아주 얇은 단단한 물체, 조직 중의 입자의 경도, 도금 층과 같은 표면의 얇은 층, 경도의 분포 등을 검사하는데 유용함.