모든 재료의 경도를 테스트하는 것은 용도에 따라 가장 중요합니다. 경도를 확인하지 않고 재료를 사용하는 것은 현명하지 못합니다. 경도는 재료의 다른 많은 특성을 제어합니다. 그러나 다양한 유형의 경도 테스트를 사용할 수 있습니다.
이러한 경도 테스트는 각각 경도를 측정하는 방식이 다릅니다. 따라서 선택 과정이 매우 어렵고 까다롭습니다. 하지만 이러한 테스트의 작동 방식을 이해하면 훨씬 더 쉽게 관리할 수 있습니다. 그렇죠? 제조업체는 필요에 따라 몇 가지 테스트를 사용합니다. 각 테스트에 대해 자세히 알아보겠습니다.
경도 및 테스트 개요
다이빙을 시작하기 전에 재료의 경도를 측정해야 하는 이유가 궁금하지 않으신가요? 결국 이 측정은 이러한 다양한 테스트에 대해 논의하기 위한 것입니다. 프로젝트에 사용할 재료를 선택할 때 경도를 측정하는 것은 매우 중요합니다. 하지만 경도 자체는 무엇일까요?
경도는 어떤 물질이 힘이나 변형에 저항하는 능력입니다. 이는 전형적인 사전적 정의입니다. 하지만 일상 생활에서는 재료가 마모를 견디는 능력으로 받아들입니다. 이는 소재가 얼마나 좋은지 또는 얼마나 강한지를 정의합니다. 경도는 재료의 내구성을 나타냅니다.
경도 측정의 중요성에 대해 논의해 보겠습니다. 경도를 테스트하고 알면 재료에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 경도는 재료의 내구성이 있는지 또는 특정 용도에 적합한지 여부를 알려줍니다. 이 경도는 재료의 다른 많은 특성에 영향을 미친다는 점을 명심하세요. 예를 들어, 뻣뻣하거나 단단한 소재는 마모에 강합니다.
스트레스를 쉽게 견딜 수 있고 쉽게 부러지지 않습니다. 반대로 경도가 낮은 재료는 약하고 마모되기 쉽습니다. 그렇기 때문에 경도를 측정하는 것이 필수적입니다. 경도는 재료가 사용 중에 얼마나 강해지는지를 나타냅니다. 한 가지 경도를 알면 엔지니어가 재료의 다른 특성을 예측하는 데 도움이 됩니다.
다양한 유형의 경도 시험기
경도 테스트가 왜 중요한지 더 잘 알고 계시리라 믿습니다. 한 가지 더 알려드리자면, 다양한 경도 테스트가 있습니다. 각각 다른 도구나 기계를 사용하여 테스트를 수행합니다. 이러한 도구를 사용하려면 해당 도구의 작동 방식을 알아야 합니다.
다음은 가장 일반적인 경도 테스트 목록입니다:
- 로크웰 경도 테스트
- 브리넬 경도 테스트
- 비커스 경도 테스트
- 누프 경도 테스트
- 리브 경도 테스트
- 해안 경도 테스트
- 웹스터 경도 테스트
각 테스트에는 구체적인 사양이 있습니다. 이를 살펴보고 어떻게 작동하는지 알아봅시다.
1- 로크웰 경도 테스트
로크웰 경도 테스트는 더 신뢰할 수 있고 널리 사용됩니다. 특수 로크웰 경도 시험기 는 테스트 프로세스에 사용됩니다. 테스트 대상 재료는 힘 또는 하중을 받습니다. 압자는 공작물에 하중을 가하는 중요한 기계 구성 요소입니다.
로크웰 테스트는 두 가지 부하를 사용합니다. 첫 번째 하중은 일반적으로 낮거나 미미합니다. 두 번째 하중은 더 강하고 높습니다(메이저). 예를 들어, 작업자는 공작물의 압자를 통해 10kg의 첫 번째 하중을 사용합니다. 이 하중은 재료의 표면에 약간의 관통을 일으키겠죠?
작업자는 압자의 관통으로 생성된 깊이를 측정합니다. 완료되면 두 번째 하중이 재료에 적용됩니다. 그러나 이 두 번째 하중은 첫 번째 하중보다 더 강하고 높습니다. 첫 번째 하중이 10인 경우 Kgf두 번째는 60 Kgf. 이 60 Kgf 를 사용하면 더 깊이 있고 침투력이 높아집니다.
작업자는 두 번째 하중으로 생성된 깊이를 다시 측정합니다. 그런 다음 두 하중에 의해 생성된 깊이를 비교합니다. 이 비교를 통해 경도 값을 얻을 수 있습니다. 이 유형의 테스트는 일반적으로 단단한 금속 및 합금에 적합합니다. 다양한 로크웰 테스트 스케일을 사용할 수 있으며 다양한 재료를 테스트하는 데 이상적이라는 점을 기억하세요.
부하와 그 값에 대해 혼란스러울 수 있습니다. 일반적으로 이러한 첫 번째 및 두 번째 하중은 사용한 로크웰 눈금에 따라 달라집니다. 이 눈금은 재료에 따라 다릅니다. 일반적으로 첫 번째 하중(마이너 하중)은 동일하게 유지됩니다. 두 번째 또는 중요한 하중은 달라집니다. 다음은 하중이 있는 눈금을 보여주는 표입니다:
| 로크웰 스케일 | 경미한 부하 | 주요 부하 |
| 로크웰 A(HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| 로크웰 B(HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| 로크웰 C(HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- 브리넬 경도 테스트
브리넬 경도 테스트는 새로운 것이 아니며 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 이 테스트는 강철 또는 카바이드 볼을 통해 재료에 힘을 가하는 방식으로 진행됩니다. 이 카바이드 볼은 압자에 사용됩니다. 최소 3000킬로그램의 강한 힘이 재료의 표면에 가해집니다.
이 극단적인 힘은 움푹 들어간 곳 또는 깊이를 만듭니다. 이 깊이를 측정하면 브리넬 경도를 알 수 있습니다. 브리넬 경도는 생각만큼 간단하지 않습니다. 많은 요소가 재료의 최종 브리넬 경도를 결정합니다. 여기에는 체류 시간, 가해진 힘, 생성된 깊이 등이 포함됩니다.
이 브리넬 경도 테스트의 장점 중 하나는 재료에 대한 단일 경도 값을 제공한다는 점입니다. 로크웰 테스트와 달리 브리넬 테스트에는 여러 경도 눈금이 없습니다. 샘플을 보류에 놓기만 하면 됩니다. 힘을 가하고 간단한 계산을 수행하면 됩니다. 다음은 일부 재료의 브리넬 경도 목록입니다.
| 재료 | 브리넬 경도수(BHN) |
| 침엽수(예: 소나무) | 1.6 HB |
| 순수 알루미늄 | 15 HB |
| 구리 | 35 HB |
| 연강 | 120 HB |
| 이붕화 레늄 | 4600 HB |
표의 HB는 "경도 브리넬"을 나타냅니다. 이 테스트의 이름은 발명자인 요한 아우구스트 브리넬 박사에게 바치는 일종의 헌사입니다. 다양한 브리넬 테스트 머신 를 사용할 수 있으며 가격은 다양합니다. 일반적으로 이 테스트는 극한의 힘을 가하기 때문에 두껍고 강한 소재에 적합합니다.
3- 비커스 경도 테스트
이 테스트는 1924년에 발명되었습니다. 이 테스트는 재료 표면에 생긴 깊이를 신경 쓰지 않기 때문에 다른 방법과 약간 다릅니다. 대신 들여쓰기의 크기와 더 관련이 있습니다. 이 테스트에 대해 더 자세히 설명하겠습니다. 이 테스트는 비커스 경도 기계 피라미드 다이아몬드 모양의 들여쓰기로 구성되어 있습니다.
작업자는 이 피라미드형 다이아몬드 압자를 사용하여 재료 표면에 힘을 가합니다. 이 힘은 재료의 공작물 표면에 홈을 만듭니다. 이제 제조업체는 이 홈의 크기를 측정합니다. 이 압흔은 압자의 모양과 같은 다이아몬드 모양을 갖게 된다는 점을 기억하세요.
이 테스트는 작은 조각과 부품에도 사용되므로 압흔이 작을 수 있습니다. 따라서 작업자는 현미경을 사용하여 압흔의 크기를 분석합니다. 압흔 크기가 측정되면 다양한 매개 변수를 포함하는 공식에 값을 입력합니다.
이 공식과 계산을 통해 작업자는 재료의 정확한 경도를 알 수 있습니다. 브리넬 테스트와 마찬가지로 이 방법은 단일 눈금을 사용하므로 일반인도 결과를 쉽게 이해할 수 있습니다. 미세한 홈의 크기를 측정하기 때문에 미세 경도 시험기라고도 합니다.
4- 누프 경도 테스트
이 테스트는 비커스 경도와 어느 정도 유사합니다. 이 테스트는 길쭉한 마름모꼴 모양의 다이아몬드 압자를 사용하여 길쭉한 홈을 만듭니다. 일반적으로 이 테스트는 작은 재료에 적합합니다. 작업자는 현미경을 사용하여 다이아몬드 모양의 압흔을 관찰합니다.
먼저 재료를 기계의 홀더에 놓습니다. 약 1kg 이하의 작은 힘이 가해집니다. 이 힘은 더 길쭉한 홈을 만듭니다. 따라서 작업자는 압흔의 전체 크기를 측정하지 않습니다. 대신 긴 대각선 길이를 측정하고 분석 및 계산합니다.
이 누프 테스트는 공식을 통해 경도를 계산한다는 점을 기억하세요. 이 테스트의 장점은 얇고 작고 부서지기 쉬운 재료의 경도를 테스트할 수 있다는 점입니다. 일반적으로 다른 모든 경도 테스트는 재료가 깨지기 쉬운 높은 힘을 가합니다. 하지만 이 누프 테스트는 부드러운 힘을 가하는 방식으로 작동합니다.
빠른 하이라이트: 눕 테스트와 비커스 테스트의 차이점은 압자의 모양에 있습니다. 비커 테스트는 피라미드형 다이아몬드 압자를 사용합니다. 반대로 눕 테스트는 길쭉한 압자를 사용합니다. 비커스 테스트와 달리 작업자는 긴 대각선 길이만 측정합니다.
5- 리브 경도 테스트
리브 테스트는 다른 모든 경도 테스트와 차별화됩니다. 그 이유는 공(압자)의 반동 속도에 의존하기 때문입니다. 이 테스트는 텅스텐 카바이드로 만든 단단한 공을 압자로 사용합니다. 이 테스트에 사용되는 기계는 작고 휴대가 간편합니다.
기계는 테스트 중에 재료 표면에 단단한 공 또는 압자를 발사하거나 추진합니다. 인덴터는 표면에 부딪힌 후 되돌아옵니다. 기계는 충돌 후 공의 반동 속도를 측정합니다. 또한 표면과 충돌한 후 공(인덴터)이 얼마나 빨리 그리고 얼마나 멀리 갔는지 확인합니다.
이 측정값을 계산하고 분석하면 재료의 정확한 경도를 알 수 있습니다. 따라서 이 테스트는 공이 소재에 부딪힌 후의 반발 속도를 기준으로 합니다. 표면이 단단할수록 공이 더 빨리 반동하며, 그 반대도 마찬가지입니다. 이 Leeb 경도 테스트는 무게가 5kg 이상인 중금속에 적합합니다. 작은 공작물을 사용하는 경우 정확도를 신뢰할 수 없습니다.
6- 쇼어 경도 테스트
이 테스트는 간단하게 수행할 수 있습니다. 경도계를 처음 만든 앨버트 쇼어에게 경의를 표하기 위해 붙여진 이름입니다. 이 경도계는 둥근 압자로 구성되어 있으며 테스트를 수행하는 데 사용됩니다. 다른 테스트와 달리 이 쇼어 테스트는 플라스틱이나 고무와 같은 부드러운 소재에 적합합니다.
이 표면 경도 테스트가 어떻게 작동하는지 알아보겠습니다. 먼저 경도계가 압입기를 발사하거나 추진하여 재료의 표면에 부딪혀 내부로 들어갑니다. 이제 장치는 인덴터(둥근 모양)가 재료에 얼마나 깊이 가라앉는지 확인합니다. 압자가 가라앉는 깊이는 경도를 계산하는 데 사용됩니다.
압흔이 깊게 패이지 않으면 경도를 나타내는 명확한 표시입니다. 반대로 압자가 재료 안쪽으로 깊숙이 들어가면 재료가 부드럽다는 뜻입니다. 재료의 정확한 경도를 확인할 수 있는 쇼어 스케일이 있습니다. 쇼어 스케일은 두 가지가 있으며 그 이름은 다음과 같습니다:
- 쇼어 A
- 쇼어 D
쇼어 A 눈금은 부드럽고 유연한 재료의 경도를 측정하는 데 사용됩니다. 반대로 쇼어 D는 단단한 재료에 적합합니다. 이 경도는 금속을 의미하지 않는다는 점을 기억하세요. 대신 경화된 고무 또는 플라스틱을 나타냅니다. 이 테스트는 금속 및 합금과 같은 복잡하고 딱딱한 재료에는 적용되지 않습니다.
7- 웹스터 경도 테스트
앞서 말했듯이 쇼어 테스트는 부드러운 소재에만 적합합니다. 하지만 딱딱한 재료의 경도를 확인하고 싶다면 이 웹스터 하네스 테스트를 가져왔습니다. 알루미늄, 황동 또는 기타 금속이 될 수 있습니다. 웹스터 테스터는 플라이어와 유사하며 테스트 대상 재료를 고정합니다.
재료가 고정되면 작업자는 웹스터 장치의 손잡이를 쥡니다. 압착하면 재료 표면의 압자를 밀어내는 힘이 발생합니다. 이 힘으로 인해 압자가 재료 표면에 홈이 생깁니다. 작업자는 이 압흔을 확인하고 분석하여 재료의 경도를 나타냅니다.
이 웹스터 테스터는 휴대용으로, 작업자가 자료를 테스트하는 동안 손에 들고 있습니다. 이 테스트의 장점은 빠르고 쉽게 할 수 있다는 점입니다. 경험이 풍부하고 최소한의 기술 지식이 있는 사람이라면 누구나 이 테스트를 수행할 수 있습니다. 게다가 이 웹스터 테스터 기계는 비교적 저렴하다는 점도 큰 장점입니다.
결론
위에서 언급했듯이 재료의 경도를 아는 것은 필수입니다. 다양한 재료를 올바르게 사용하여 제품을 만드는 데 도움이 됩니다. 하지만 다양한 경도 시험기를 사용할 수 있습니다. 작동 방식, 사용법, 눈에 띄는 특징이 서로 다릅니다.
엔지니어와 제조업체는 테스트하려는 재료에 따라 한 가지 유형의 재료를 사용합니다. 예를 들어, 부드러운 소재를 테스트해야 하는 경우 쇼어 테스트가 가장 적합합니다. 마찬가지로 로크웰 또는 브리넬 테스트는 딱딱한 재료를 검사하는 데 적합합니다.