경도실험보고서

소개

일반적으로 경도에 관한 개념은 무르다든가 단단하다는 경험에 바탕을 둔 것이다. 경도에 대한 종래의 정의는 어떤 단단한 표준 물체를 시편에 압입하였을 때 시험편에 나타나는 변형에 대한 저항력을 그의 경도라 하고, 이 변형에 대한 저항력의 크기로서 경도치를 표시한다. 경도의 정의를 물리적으로 엄격하게 표현하기에는 매우 곤란하다. 그 이유는 녹는점, 빛의 속도 및 전기저항 등의 물리적인 표준상수와 달리 재료의 여러 가지 성질의 복합적인 작용 결과 나타나는 것이므로 어느 한 가지의 물리적 성질에 근거를 둔 표준 상수값을 정할 수 없기 때문이다. 그럼에도 불구하고 경도측정이 간편하고 손쉬우며 재료의 다른 기계적인 성질, 예를 들어 경도등과 매우 밀접한 관계가 있어 오래 전부터 공업계에서 널리 쓰여져 왔다. 경도 측정은 이를 통해서 재료의 물성의 알고자 하는 목적으로 이루어진다. 재료의 물성에는 크게 두 가지가 있다. 그 하나는 재료의 물리적 성질에 직접 연관이 되는 것(물리상수, Physical Property)으로서 시험 방법이 바뀌어도 그 값이 바뀌지 않는다. 여기에는 강도, 탄성계수, 녹는점 및 저항값 등이 포함된다. 다른 하나는 재료의 여러 가지 성질이 복합적으로 작용하여 나타나는 물성인데 시험방법에 따라 그 값이 다르게 나타나

목차

1. 서 론
2. 본 론
(1) 실험 이론
(2) 경도기 원리
2. 브리넬 경도기 원리

본문내용

(2) 경도기 원리
1.비커스 경도기 원리
다이아몬드 피라미드 압입자의 자국
136°
Diamond Pyramid
h
Specimen
S

브리넬 입자와 비커스 압입자와의 관계
A
B
O
θ=136°
P

d=0.375D


< 그림 2-1 > < 그림 2-2 >
저면이 정사각형인 diamond pyramid를 steel ball 대신에 압입자로 사용할 것을 제안하였다. diamond pyramid로 압입하면 압입깊이가 다르더라도 그림 1과 같이 자국은 항상 상사형(相似形)이고 경도는 diamond pyramid의 대면각에 의존한다. 비커스경도는 브리넬경도와 일치시키기 위하여 그림 2과 같이 자국의 지름과 Ball의 지름의 비, 의 평균치가 0.3759(가 0.25～0.5)에 해당하는 자국의 접선사이의 각 136°을 diamond pyramid의 대면각으로 하였다. 따라서 브리넬 압입자국이 수직으로 침투했을 때에는 DPH와 BHN값은 거의 동일하다. 이 각은 브리넬경도 시험에서 강구지름에 대한 압입자국의 지름의 가장 적당한 비율에 접근하도록 선택된 것이다. 압자의 형태 때문에 이 시험을 흔히 diamond pyramid Hardness Test이라고 한다. 다이아몬드 피라미드 경도값(DPH) 또는 비커스경도값(VHN, VPH)는 작용하중을 압입자국의 표면적으로 나눈 값으로 정의된다. 실제로 이 표면적은 압입자국의 대각선의 길이를 현미경으로 측정한 값으로부터 계산한다. ∠ACB = θ = 대면각, △OAB는 이등변 삼각형이므로 ∠AOH = ∠BOH이고, 한편 △OAB와 △OBC에서 OC = 일정, OA = OB = , △OAB와 △OBC는 두변 사이각이 같으므로 △OAB ≡ △OBC 이다. 따라서 △OBH에서


OB = , BH = , ∠BOH = ,
,
2. 브리넬 경도기 원리
브리넬 경도는 가장 많이 사용되고 있는 경도시험이다.이 시험방법의 원리는 소입하여 변형이 잘 안되는 특수강구로 평활히 가공된 시험편의 표면에 외력을 가했을 때 시험편 표면에 생긴 압력에 대한 압흔의 면적으로 외력(하중)을 나눈 값으로 표시한다. 실제 압흔의 직경을 측정함으로서 아래식에 의해 경도를 환산하고 있다.

Brinell 경도계는 3,000Kg의 하중하에서 10mm 직경의 강구로 금속 표면에 흔적을 남기게 되어 있다. 연한 금속에서는 너무 깊은 흔적을 피하기 위해서 하중을 500Kg으로 줄이고, 매우 경한 금속에서는 압자의 변형을 최소화하기 위하여 텅스텐 탄화물로 된 구를 사용한다. 하중은 보통 30초의 일정 시간 동안 가하고, 하중을 제거한 후 저배율 현미경으로 압흔 자국을 측정한다. 압흔의 직경을 직각으로 각각 읽어 이들의 평균을 얻는다. 압흔이 위치할 표면은 비교적 편평하고 먼지나 흠이 없어야 한다. Brinell 경도값(Brinell hardness number,BHN)은 하중 p를 압흔 표면적으로 나눈값으로 표시된다. 이것은 다음과 같은 형태로 표시된다.
(1-1)
( P=부과 하중,Kg D=볼의 직경,mm d=압흔은 직경,mm t=압흔의 깊이,mm )
BHN의 단위는 mm²당의 Kg임을 주시한다. 그러나 BHN은 식 (1-1)에서 압흔의 표면 위의 평균 압력으로 주어지지 않으므로 만족할 만한 물리적 개념은 되지 못한다.
그러므로 d=sinφ임을 알 수 있으며, 이것을 식(1-1)에 대입하면 BHN은 다르게 표시된다.
(1-2)
비표준화된 하중이나 구의 지름을 사용할 경우에도 동일한 BHN을 얻기 위해서는 기하학적으로 유사한 압흔을 만들 필요가 있다. 기하학적 유사는 각 2φ가 상수로 남아 있기만 하면 기하학적 유사성이 얻어진다. 식(1-2)로부터 φ와 BHN이 상수로 남아 있기 위해서는 하중과 구 지름의 비는 다음 관계를 유지해야 한다.

참고자료

· ▣ 이교성, 『금속재료학』, 도서출판 동화기술, 1992
· ▣ 김학모 저, 재료시험, 태훈출판사, 2002
· ▣ 금속재료시험 부경대학교 금속공학과 3학년 참고교재
· ▣ NAVER 지식 검색
· ▣ KS집공업재료 가공학 Serope Kalpakjian
· ▣ 금속재료공학 이수진, 골드(골드기술사), 2002.02.25
· ▣ 금속 재료 시험 금속공학과 3년.