건설기계기술사_경도(hardness)시험의 종류

1. 경도시험의 개요

경도는 재료의 단단함과 무름의 정도와 재료 변형에 대한 저항을

수치화 한 것을 의미한다. 따라서 경도시험은 강의 인장성질을

빠르고 효율적으로 평가할 수 있으며 비파괴 방법으로도 인장

성질을 평가할 수 있는 유일한 방법이기도 하다.

또한 경도값은 항복강도 수치와도 연관성이 있다. 100% 맞는 것

은 아니지만 상당히 비례적으로 변화되며 항복강도 역시 연신율

이나 단면감소율 등의 연성과 반비례적으로 변화되며 항복강도

역시 연신율이나 단면감소율 등의 연성과 반비례적으로 변하므로

경도는 이들 특성을 예측하는 변수로도 작용될 수 있다.

아울러 경도가 기계가공작업에서 매우 중요한 변수인데 경도가

높을수록 절삭성이 나쁘며, 대신에 내마모성에서는 우수한 특성을

나타낸다.

2. 경도시험의 종류

경도시험의 종류로 첫번째 브리넬 경도시험이 있다. 구형의 압입자를

시편에 압입하여 볼록하게 파인 면적과 압입한 힘으로 경도 수치를

산출하는 방법을 사용한다. 그래서 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를

알고자 하는 경우에는 적합하지 않으며 어닐링, 노멀라이징 등을

한 소재 및 주물제품 등 비교적 불균일하고 현상이 큰 재료의 경도

측정에 주료 사용된다. 이 시험법은 여타의 압입 경도시험과 마찬가지로

부하속도와 하중유지 시간에 따라 경도 값이 달라지므로 이를 고려

해야 한다. 특히 하중 유지시간의 경우에는 그 변화에 따라 경도 값도

많이 달라지므로 대체로 10~15초를 그 표준조건으로 잡고 있다.

두번째는 로크웰 경도시험이 있다. 초하중 후의 기준으로 주하중을

가압하여 주하중 제거시 탄성에 의해 복원된 길이 즉 영구변형된 길이로

경도의 수치를 산출하는 방법을 사용한다. 자세히 설명하자면,

첫 단계에서 압입자에 미리 10kg의 초하중(premary load)을 걸어주어

3초 이내 시편에 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모를 결함에 의한

영향을 없앤다. 두번째 단계에서 압입자에 주하중(major load)을 더

걸어주어 압입자국이 더 깊어지게 한다. 그 후 주하중을 제거하고,

초하중과 주하중에 의한 압입자국 깊이의 차이로써 경도를 평가한다.

세번째는 쇼어경도시험이 있다. 강재 헤머를 일정한 높이에서 낙하시켜

튀어오르는 높이를 측정하여 경도 수치를 산출하는 방법을 사용한다.

선단에 다이아몬드를 끼운 추를 시험면 위에 일정한 높이에서 떨어뜨려

충돌에 의해 튀어오른 높이에 비례하는 값으로 경도를 나타내는 방법

인데 취급이 비교적 간단하고 오목하게 파인 일이 거의 없는 특징이

있어서 주료 열처리한 대형부품 및 템퍼링 부품의 경도 측정에 사용된다.

마지막 네번째는 비커스 경도시험이 있다. 대면각이 136도인 피라미드형

다이아몬드 입자를 재료의 면에 대어 눌러 피트를 만들고 하중을 제거한 후

남은 영구 피트의 표면적으로 경도를 측정하는 방법을 사용한다.

이 경도 시험기는 브리넬경도 시험법으로는 측정 불가능한 초경합금과

같이 매우 단단한 재료의 정밀한 경도를 측정할 수 있으며 움푹 파인 곳이

항상 상사형이 되므로 재료가 균일하기만 하다면 시험하중에 관계없이

경도 측정치가 동일한 수치가 되는 상사의 법칙이 성립된다. 주로 고주파

열처리, 침탄, 질화, 전기도금, 세라믹 코팅 등 경화층이 얇은 부품의 경도

측정에 적합하다.