경도 실험 예비 보고서

문서 내 토픽

1. 경도의 정의

경도(Hardness)는 압흔(indentation)또는 마모(abrasion)에 의해 유도된 국부소성변형에 대한 저항의 척도로서 재료의 강도를 측정하는 정량적 방법 중의 하나로 규정되어 있다. 경도는 재료가 경도 시험조건에 의해 영향을 받은 후 나타나는 소성변형, 탄성변형 혹은 파괴적인 능력 또는 이러한 저항 중 두 가지 혹은 세 가지가 동시에 발생하는 저항능력에 대한 표현이다.
2. Rockwell 경도 측정

로크웰(Rockwell) 방식은 두 가지 압입자(indenter)의 형태와 다양한 크기로 A부터 K까지의 scale로 구성되어있는데 이는 매우 연한 금속부터 강한 금속, 합금까지 시험할 수 있도록 하기 위한 것이다. 압입자(누름자, indenter)는 120°의 원뿔 다이아몬드(diamond cone) 형태와 강구(steel ball)형태가 있다. 로크웰 경도는 초기에 미세하중을 가한 후 주 하중이 가해짐으로서 생성된 침투 깊이의 차이(h)로 경도 지수를 결정한다.
3. Micro Vickers 경도 측정

미세 비커스(Micro Vickers) 방식은 압흔을 생성시키는 방식이 로크웰 방식처럼 하중에 의하여 시편이 압입자의 형상으로 소성변형을 일으킨다. 하지만 미세 비커스 방식의 압입자는 다이아몬드 피라미드(diamond pyramid)의 형태로 로크웰 방식과는 다르다. 압흔도 매우 작아 현미경으로 관찰 및 측정하여 경도 지수로 변환한다.
4. 경도 측정의 산업 응용

경도시험은 시편에 대한 요구 조건이 그렇게 까다롭지 않으며 어떤 부속품은 직접 측정이 가능하여 별도로 시편을 따로 가공할 필요가 없다. 경도시험은 다른 시험에 비해 시간도 절약할 수 있고, 힘도 절약할 수 있다. 경도시험은 기계공업, 철강공장, 전기도금, 금속표면처리, 금속 열처리, 기계 가공, 고무와 플라스틱, 건축재료, 농업생산, 식품가공과 의약 생산 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다.
5. 세라믹 재료의 경도 측정 문제점

세라믹 재료의 경도 측정 시, 낮은 압입 하중에서는 경도의 부하 의존성 및 작은 압입 크기로 인한 측정 불확실성이 발생한다. 또한, 더 높은 하중에서는 균열과 박리가 문제가 된다. 압입 하중이 증가함에 따라 경도가 감소하는 압입 크기 효과가 발견된다. 압입자가 시편과 접촉하는 동안 경도 기계 또는 테이블에 약간의 충돌만 있어도 상당한 오류가 발생할 수 있다. 균열은 팁이 끝나는 위치를 추정하는 데 어려움을 가중시키며 너무 자주 자주 압흔의 크기를 읽을 수 없게 만든다.

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1. 경도의 정의

경도는 재료의 표면이 다른 물체에 의해 변형되는 정도를 나타내는 척도입니다. 경도 측정은 재료의 강도, 내마모성, 내부식성 등을 평가하는 데 중요한 역할을 합니다. 경도 측정 방법에는 여러 가지가 있는데, 각각의 방법은 재료의 특성과 용도에 따라 적합한 방법을 선택해야 합니다. 경도 측정은 제품의 품질 관리, 재료 선택, 공정 개선 등에 활용되어 산업 전반에 걸쳐 중요한 역할을 합니다.
2. Rockwell 경도 측정

Rockwell 경도 측정 방법은 재료의 표면에 일정한 하중을 가하여 발생하는 영구 변형량을 측정하는 방식입니다. 이 방법은 금속 재료의 경도 측정에 널리 사용되며, 측정이 간단하고 신속하며 재현성이 높다는 장점이 있습니다. 하지만 시편의 표면 상태, 시편 두께, 측정 위치 등에 따라 측정 결과가 달라질 수 있어 주의가 필요합니다. Rockwell 경도 측정은 제품의 품질 관리, 열처리 공정 관리, 재료 선택 등에 활용되고 있습니다.
3. Micro Vickers 경도 측정

Micro Vickers 경도 측정 방법은 다이아몬드 압입자를 이용하여 재료 표면에 작은 압흔을 만들고, 그 압흔의 크기를 측정하여 경도를 계산하는 방식입니다. 이 방법은 작은 시편이나 얇은 코팅 층의 경도 측정에 적합하며, 미세한 부위의 경도 분포를 확인할 수 있습니다. 하지만 측정 시 압흔이 남기 때문에 시편 표면에 영향을 줄 수 있습니다. Micro Vickers 경도 측정은 세라믹, 박막, 표면 처리 재료 등의 경도 평가에 널리 사용됩니다.
4. 경도 측정의 산업 응용

경도 측정은 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 합니다. 제품의 품질 관리, 재료 선택, 공정 개선 등에 활용되며, 기계, 자동차, 항공, 전자, 에너지, 의료 등 다양한 산업 분야에서 활용됩니다. 경도 측정을 통해 재료의 강도, 내마모성, 내부식성 등을 평가할 수 있어 제품의 성능과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 또한 경도 측정은 열처리, 표면 처리, 코팅 등의 공정 관리에도 활용되어 제품의 품질 향상에 기여합니다. 따라서 경도 측정은 산업 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하고 있습니다.
5. 세라믹 재료의 경도 측정 문제점

세라믹 재료의 경도 측정은 일반 금속 재료에 비해 어려운 점이 많습니다. 세라믹 재료는 취성이 강하고 균일하지 않은 미세구조를 가지고 있어 경도 측정 시 오차가 크게 발생할 수 있습니다. 또한 세라믹 재료는 표면 상태에 따라 경도 값이 크게 달라질 수 있어 시편 준비가 매우 중요합니다. 이러한 문제점으로 인해 세라믹 재료의 경도 측정에는 Vickers, Knoop, Berkovich 등의 압입 경도 시험 방법이 주로 사용됩니다. 하지만 이 방법들도 시편 준비, 측정 조건 설정 등에 많은 주의가 필요합니다. 따라서 세라믹 재료의 경도 측정을 위해서는 재료의 특성을 고려한 측정 방법 및 조건 설정이 중요합니다.

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