금속 경도시험

경도의 정의

경도는 재료 표면이 압입, 긁힘, 반발 같은 외력 변형에 저항하는 능력이다.

시험 방법에 따라 압입, 긁기, 반발 경도로 나누어 측정한다.

압입과 긁기 경도는 소성 변형에, 반발 경도는 탄성 변형에 대한 저항을 본다.

압입 경도의 원리

압입 경도 시험은 압입자를 일정 하중으로 눌러 시험편에 자국을 만든다.

하중을 제거한 뒤 남는 영구 자국의 크기나 깊이로 경도를 구한다.

자국의 지름, 대각선, 깊이 차 중 무엇을 재는지에 따라 방법이 나뉜다.

방법별 측정 값 비교

대표 방법은 브리넬, 비커스, 로크웰, 쇼어 네 가지다.

브리넬은 강구 자국의 지름, 비커스는 대각선으로 구한다.

로크웰은 기준 하중 대비 침입 깊이 차, 쇼어는 반발 높이로 구한다.

서로 다른 척도의 값은 같은 물리량이 아니므로 직접 비교하지 않는다.

브리넬 경도 계산 예

브리넬 경도는 자국 지름 한 번의 측정으로 정해진다. 예로 D 10mm, F 3,000kgf, d 4.0mm를 든다.

먼저 루트 안의 값을 구하고, 그 결과로 분모 πD(D−√(D²−d²))를 계산한다.

분자는 2F로 6,000kgf이고, 분모 26.23으로 나누면 약 229가 나온다.

결과 229 HB는 탄소강 중간 경도 범위에 드는 값이다.

SI 표기 HBW로 바꿀 때는 하중을 N으로 환산해 쓴다.

긁기·반발 경도

긋기 경도는 모스 경도가 대표적이다. 활석 1부터 금강석 10까지 10단계로 나눈다.

고경도 구간은 간격이 넓어 금속에는 맞지 않고, 광물 감별에 쓰인다.

반발 경도는 일정 높이에서 해머를 떨어뜨려 튀어 오른 높이로 나타낸다.

쇼어 경도는 탄성 변형에 대한 저항을 보며, 현장 휴대용 시험에 편리하다.

정리

정답은 10이다. 모스 경도에서 금강석은 10단계로 가장 높은 값이다.

시험 방법을 고를 때는 측정 값과 변형 저항의 종류를 함께 떠올린다.

시험 결과에는 시험 방법, 하중, 압입자 종류를 함께 적는 것이 원칙이다.