경도시험법(브리넬·비커스·로크웰·쇼어)

핵심 정리

경도는 재료가 외력에 저항하는 정도, 즉 재료가 얼마나 단단한지를 수치로 나타낸 값이다. 경도 시험은 재료에 압입자를 눌렀을 때 생기는 압입 저항을 측정하는 기계적 시험이다. 경도는 시험 방식에 따라 값을 구하는 기준이 달라서 같은 재료라도 방식에 따라 값이 다르게 나올 수 있다. 경도가 높을수록 내마모성이 좋다.

경도 시험은 압입 자국을 이용하는 방식과 이용하지 않는 방식으로 나뉜다. 압입 자국을 이용하지 않는 경도시험은 쇼어 경도 시험이다. 압입 방식끼리도 값을 구하는 기준이 다르므로 시험명과 기준을 함께 외워야 한다. 이 구분이 이 단원의 핵심이다.

압입 시험은 시료 면에 압입자를 일정 하중으로 눌러 생긴 자국의 치수로 경도를 구한다. 자국의 치수는 압입자 모양에 따라 깊이, 대각선 길이, 직경으로 나타낸다. 따라서 같은 압입 시험이라도 무엇을 측정하는지 확인해야 선지를 가릴 수 있다. 시험 결과는 경도 값으로 나타나며, 값을 읽을 때는 압자 모양과 하중, 계산 기준을 함께 확인해야 한다.

시험 하중에 따라 값에 한계가 생기기도 한다. 특히 비커스 시험에서는 압흔 크기 효과가 문제가 되는데, 0.5N으로 만든 압흔이 50N으로 만든 압흔보다 더 높은 경도 값을 보인다. 이 현상 때문에 하중을 함께 기록하지 않은 비커스 값은 의미가 없다고 본다. 비커스 값을 비교할 때는 먼저 하중이 같은지 확인해야 한다.

쇼어 경도는 일정 높이에서 해머를 낙하시킨 뒤 반발 높이로 구하는 동적 경도 시험이다. 쇼어 경도는 압입 자국이 아니라 반발을 이용하므로 자국의 깊이나 크기로 구하는 다른 시험과 구분된다. 이 차이는 로크웰을 쇼어와 혼동하는 선지를 가릴 때 특히 중요하다.

자세히

비커스 경도 시험

비커스 경도 시험은 대면각 136°인 다이아몬드 사각추로 만든 압입 자국의 대각선 길이로 경도를 구한다. 압입자는 다이아몬드 피라미드형이므로 강구를 쓰는 브리넬과 압자부터 다르다.

압입 자국의 대각선 길이는 현미경으로 측정한다. 비커스 경도는 자국의 치수를 정확히 측정해야 구할 수 있으므로 측정 방법도 함께 익혀야 한다.

비커스 경도는 다이아몬드 사각뿔 압입자로 만든 오목 자국의 표면적을 측정해 구하는 압입 경도시험이다. 가한 하중을 자국의 표면적으로 나눈 값이 비커스 경도이다. 이때 표면적은 대각선 길이로 계산한다.

비커스 경도 시험은 질화강과 침탄강의 경도 평가에 적합하다. 경강, 정밀 가공 부품, 박판 등의 시험에도 쓰인다.

로크웰 경도 시험

로크웰 경도는 기준 하중과 시험 하중으로 생긴 압입 깊이의 차로 구한다. 로크웰 경도 시험은 다이아몬드 원추나 강구 압자의 압입 깊이로 경도를 구한다. 이 시험은 압입 깊이 차로 값을 구하므로 자국의 표면적을 이용하는 브리넬·비커스와 기준이 다르다.

B스케일은 100kgf 하중에서 1.588mm 강구를 사용하고, C스케일은 120도 원뿔에 선단 반지름 0.2mm인 다이아몬드 압자를 사용한다. 같은 로크웰 시험이라도 스케일에 따라 압자가 다르므로 압자 종류를 함께 외워야 한다.

시험 절차는 초하중을 건 뒤 다이얼 게이지 지침을 0으로 맞추고 시험 하중을 가한 다음, 하중을 제거해 초하중 상태로 돌아왔을 때 지시값을 읽는 순서이다.