로크웰 경도시험 Rockwell Hardness Test
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로크웰 경도시험 Rockwell Hardness Test
[로크웰 경도시험]
로크웰 경도시험은 1919년 미국의 로크웰(S.P.Rockwell)에 의하여 고안되어 윌슨(Wilson)사에 의하여 실용화되었다. 브리넬 경도시험은 정밀도와 측정시간의 측면에서 단점이 있고, 쇼어 경도 시험은 숙련도나 정밀도의 관점에서 문제가 있었으므로 정밀도도 높고 짧은 시간에 시험을 할 수 있는 로크웰 경도 시험은 좋은 반응을 얻었다.
로크웰 경도 시험의 원리는 C 스케일의 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다, 우선 규정된 형상의 압자를 기준 하중(10kgf)으로 시편표면에 압입하고 여기에 다시 시험하중(10kgf+140kgf=150kgf)을 가하면 시편을 압자의 형상으로 변형을 일으킨다. 이 때의 변형은 탄성 변형과 소성 변형이 동시에 일어난 상태이다. 이 상태서 시험 하중(140kgf)만을 제거하면 처음의 기준 하중만을 받는 상태로 되어 탄성변형은 회복되고 소성 변형만 남게 된다. 이 때의 깊이 (즉, 시험하중시의 깊이 기준 하중시의 깊이)는 소성변형에 의하여 압입된 깊이로서 시편의 경도와 대응하여 경도가 크면 얕고 경도가 작으면 깊게 된다. 따라서 로크웰 C 스케일 경도 값은 HRC=100~500h(h는 압입 깊이로서 단위는 mm )로 정의한다. 이 시험 방법의 장점은 기준 하중일 때의 압입 깊이를 기준으로 하기 때문에 시편 표면의 거칠기의 영향이 작다는 것과 정도값을 바로 눈금으로 읽을 수 있기 때문에 측정에 필요한 시간이 매우 짧다는 점이다.
로크웰 경도 시험의 기준 하중은 10kgf이며 시험 하중은 60,100,150kgf의 세가지가 이용된다. 압자로는 1/16,1/8,1/4 또는 1/2인치의 직경을 갖는 강구 압자와, 꼭지각 120°±30‘, 선단부의 곡률 반경 0.2±0.02mm인 다이아몬드 압자가 사용된다. 따라서 세 종류의 시험하중과 다섯 종류의 압자가 조합되어 모두 15종류의 시험방법이 가능하다. 각각의 시험 방법들은 A스케일, B스케일 등으로 표시하고 경도값은 HRC59.5, HRB30 등과 같이 스케일과 함께 표시한다. 이와같이 여러 가지 종류의 스케일이 사용되고 있는 이유는 한 가지 스케일만으로는 경한 재질로부터 연한 재질까지를 측정하기 어렵기 때문이며 시편의 재질, 경도 등에 따라 적당한 압자와 하중을 조합한 것이 보다 적절하게 경도측정을 할 수 있기 때문이다. 로크웰 경도값은 압입 깊이(mm)를 500배 해서 일정한 값에서 뺀 값으로 정의되며, 압입 깊이 2㎛이 로크웰 경도 1에 해당한다. 보통 C스케일의 경우에는 HRC 20~70 범위가, 스케일의 경우에는 HRB 30~100의 범위가 많이 사용된다.
시험방법은 주로 시험편의 강구난 다이아몬드등을 정적으로 압입 할 때 생기는 자국의 크기에 따라서 경도를 정할 수 있다. 하중과 압자 형상에 의하여 기준을 정할 수 있고 시험법에는 브리넬, 비커어스, 크로웰, 쇼어, 등이 있다. 또한 변형량을 정의하는 것은 변형 부분의 표면적, 변형 부분의 길이, 용적, 등에 따라서 정의된다. 변형량은 영구변형량으로 표시되며 재료의 변형저항으로 나타낼 수 있으므로 경도와 인장강도의 비례 관계식이 성립된다. 동적 경도 시험법은 쇼어 및 하버트 등이 있다. 하버트 바이법은 압자를 해머로 낙하시키면 시편이 변형하여 생기는 변형부분의 체적이 해머는 높이와 질량에 비례하여 나타난다. 쇼어 방법은 압자가 튀어오르는 높이로 경도를 표시한다. 이와 같은 방법은 시험 할 때 생긴 폭과 가해진 하중의 크기에 비례하여 경도값을 결정한다. 강구가 시편에 압입할 때에 자국이 생기면 상대적인 경도가 차하게 나타나는 것은 모즈의 방법으로 나타낸다. 모건의 척도는 경도의 수치로 나타내어 각종 광물에 널리 사용하며 다이아몬드 수치는 10이고 연한 활석은 1이다.
경도 시험은 1회 측정에 요하는 시간은 매우 짧고 측정값은 전용시험기에 따라 숙련을 요하며 간단히 구할수 있다. 특히 시험편을 제작할 필요가 없으므로 제품위에 비파괴적으로 여러번 시험 할수 있는 이점이 있다.
그러므로 생산현장이나 연구용에 간편하여 재료시험에 매우 널리 이용된다. 특히 압연용 로라에 대한 쇼아 경도, 구름 베어링, 절삭공구, 스프링판등에 대한 로크웰 경도, 침탄, 질화, 탈탄, 도금등이 표면 변화층이나 정밀기기의 미소부품에 대한 비커스 경도등 금속 제품의 생산공장 및 완성시의 검사에 필요한 경도시험을 필요로 하는 경우가 많다.
특히 금속의 열처리 효과나, 균질성의 확인에는 경도시험이 가장 유효한 방법인 것이다. 따라서 경도는 물체에 압력을 가하거나 충격을 하였을 때 생기는 영구 변형에 대한 저항으로 경도시험은 강도와의 사이에 정량적인 관계값을 갖도록 공업적으로 규정하고 경도시험을 실시한다.
[사용방법/주의사항]
압자를 일정 하중으로 시료면에 압입을 가해 압자의 선단이 들어간 깊이로 재료의 경도를 아는 시험.
[C스케일의 경우] ① 초하중을 건다. 다이얼 게이지의 지침을 0으로 맞춘다.
② 시험 하중을 건다.
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