여러 금속 시편의 경도 측정 실험

본 내용은 " [재료공학기초실험]여러가지 금속 시편들에 대한 경도 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.26

문서 내 토픽

• 1. 탄소강의 분류 및 특성

  탄소강은 탄소 함유량에 따라 저탄소강(0.3wt% 미만), 중탄소강(0.3~0.6wt%), 고탄소강(0.6wt% 이상)으로 분류된다. 저탄소강은 연하고 약하지만 우수한 연성과 인성을 가지며, 중탄소강은 저탄소강보다 경도가 크고, 고탄소강은 가장 단단하고 강하며 낮은 연성을 갖는다. 탄소강은 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트 조직으로 구성되며, 탄소와 합금원소에 의해 특성이 결정된다.

• 2. 브리넬 경도 측정 원리 및 특징

  브리넬 경도는 지름 10mm의 강구를 유압으로 시편에 압입할 때 최대하중을 압입된 자국의 표면적으로 나눈 값이다. 공식은 HB = 2P/πD(D-√(D²-d²))이다. 브리넬 경도시험의 특징은 시편 윗면 상태에 의한 오차가 적고, 불균일한 재료의 평균 경도값을 측정할 수 있으며, 간단한 장치로 현장에서도 측정 가능하다. 주로 주물 제품의 경도 측정에 이용된다.

• 3. 로크웰 경도 측정 원리 및 특징

  로크웰 경도는 기준하중과 시험하중을 가한 후 시험하중만 제거했을 때의 압입 깊이 차이로 경도를 결정한다. 로크웰 경도의 특징은 기준하중 상태에서 시작하므로 시편의 표면 상태를 무시할 수 있고, 측정면이 반드시 평면일 필요가 없으며, 경도치를 눈금판에서 직접 읽을 수 있어 조작이 용이하고, 압입자국이 비교적 작다.

• 4. 금속 시편의 경도 측정 결과 및 분석

  실험 결과 경도는 초경합금 > 듀라루민 > 탄소강 > 티타늄 > 구리 순서로 높았다. 압흔직경의 크기와 경도는 반비례 관계를 보였다. 초경합금은 매우 단단하여 HRC만 측정 가능했고, 구리는 너무 무르기 때문에 HRC에서 음의 값을 가졌다. 로크웰B와 로크웰C 측정값이 각 범위의 한계에 근사할 때는 불안정성이 발생하므로 다른 쪽 데이터를 사용하는 것이 정확도를 높인다.

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• 1. 탄소강의 분류 및 특성

  탄소강은 철과 탄소의 함량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 분류되며, 각각의 특성이 산업 응용에 중요한 역할을 합니다. 저탄소강은 연성과 가공성이 우수하여 자동차 부품과 구조용 강재로 널리 사용되고, 중탄소강은 강도와 경도의 균형이 좋아 기계 부품에 적합합니다. 고탄소강은 높은 경도와 내마모성으로 공구와 스프링에 활용됩니다. 탄소 함량의 증가에 따라 강도는 증가하지만 연성과 용접성은 감소하는 특성을 보이므로, 용도에 맞는 적절한 탄소강 선택이 필수적입니다. 열처리를 통해 이러한 특성들을 더욱 향상시킬 수 있어 탄소강의 활용 범위가 매우 광범위합니다.

• 2. 브리넬 경도 측정 원리 및 특징

  브리넬 경도 측정은 일정한 하중을 받는 경화된 강구를 시편에 압입하여 생긴 오목한 자국의 면적으로 경도를 평가하는 방법입니다. 이 방법은 측정이 비교적 간단하고 재현성이 좋으며, 주로 주조재나 열처리 전 소재의 경도 측정에 사용됩니다. 그러나 측정값이 압입 깊이에 따라 변할 수 있고, 시편 표면의 상태에 영향을 받으며, 측정 후 자국이 크게 남아 제품에 손상을 줄 수 있다는 단점이 있습니다. 또한 매우 경한 재료나 매우 얇은 시편의 측정에는 부적합하며, 측정 시간이 다른 경도 측정법에 비해 상대적으로 길다는 제한이 있습니다.

• 3. 로크웰 경도 측정 원리 및 특징

  로크웰 경도 측정은 다이아몬드 원뿔이나 강구를 이용하여 시편에 압입한 후, 압입 깊이의 차이로 경도를 직접 읽을 수 있는 방법입니다. 측정이 신속하고 간편하며, 자동화가 용이하여 산업 현장에서 광범위하게 사용됩니다. 다양한 스케일(A, B, C 등)을 제공하여 경한 재료부터 연한 재료까지 측정할 수 있는 유연성이 있습니다. 그러나 측정값이 시편의 두께, 표면 상태, 측정 위치에 민감하게 반응하며, 정밀도가 브리넬 경도에 비해 낮을 수 있습니다. 또한 측정 원리상 시편의 탄성 복원력이 측정값에 영향을 미치므로, 정확한 측정을 위해서는 표준화된 절차 준수가 매우 중요합니다.

• 4. 금속 시편의 경도 측정 결과 및 분석

  금속 시편의 경도 측정 결과는 재료의 강도, 경도, 연성 등의 기계적 성질을 평가하는 중요한 지표입니다. 측정 결과를 분석할 때는 단순히 수치만 비교하는 것이 아니라, 측정 방법, 시편의 상태, 열처리 이력 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 같은 재료라도 열처리 조건에 따라 경도값이 크게 달라질 수 있으며, 이는 미세조직의 변화와 직접적인 관련이 있습니다. 측정 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 여러 위치에서 반복 측정하고 통계적 분석을 수행하는 것이 필수적입니다. 또한 경도 측정 결과를 인장강도 등 다른 기계적 성질과 연관지어 해석하면 재료의 전체적인 성능을 더욱 정확하게 평가할 수 있습니다.