금속은 종종 경도와 관련이 있지만 수은은 실온에서 액체이며, 금속을 고체 물질로 인식하는 일반적인 인식을 거부합니다. 반면에 나트륨과 같은 금속은 부엌칼로 반으로 자를 수 있습니다. 금속은 다양한 산업 분야에서 사용되기 때문에 경도 테스트를 수행하는 것이 중요하며, 이는 변형, 마모 및 찢어짐을 견딜 수 있는 재료의 능력을 결정하는 데 도움이 됩니다.
금속 경도 시험의 다양한 방법, 사례, 공식에 대해 알아보겠습니다.
1. 금속 경도시험의 기준
금속 경도 시험의 표준은 특히 금속 가공과 같은 산업에서 재료와 의도된 용도에 따라 다릅니다. 그러나 세계적으로 인정받는 표준은 ASTM(American Society for Testing and Materials) 및 ISO(International Organization for Standardization)와 같은 조직에 의해 제정됩니다.
가장 일반적으로 사용되는 표준은 ASTM E18로, 업계 벤치마크 중 하나인 로크웰 경도 시험을 수행하는 절차를 설명합니다. 비커스 또는 브리넬 경도 시험과 같은 다른 방법의 경우 특정 ASTM 또는 ISO 표준도 프로세스를 안내합니다.
경도 시험은 금속 표면에 하중이나 압력을 가하여 압흔 또는 긁힘에 대한 재료의 저항을 측정합니다. 이는 경도가 재료의 거동 방식에 중요한 역할을 하는 금속 굽힘과 같은 공정에서 특히 중요합니다.
기본 프로세스에는 다음 단계가 포함됩니다.
1) 경도 시험 방법 선택
재료와 원하는 결과에 따라 Rockwell, Brinell 또는 Vickers와 같은 적절한 테스트 기술을 선택하십시오. 또한 일부 방법은 특정 재료에 특히 적합할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 강철용 휴대용 경도 시험기는 로크웰 방법이 될 수 있습니다.
2) 샘플 준비
알루미늄 경도 시험기를 사용하든 다른 장치를 사용하든 재료가 정확한 측정을 달성할 수 있도록 평평하고 매끄러운 표면을 가지고 있는지 확인하십시오.
3) 테스트 힘 적용
금속 경도 시험기를 사용하여 시료 표면에 힘을 가합니다.
4) 압입부 측정
힘을 가한 후 알루미늄용 휴대용 경도 시험기를 통해 표준 공식이나 시각 자료를 사용하여 압흔의 깊이나 크기를 측정합니다.
5) 결과 기록
분석법의 확립된 척도를 기반으로 경도 값을 문서화합니다(예: Rockwell의 경우 HRC, Brinell의 경우 HBW).
3. 금속 경도시험 방법
여러 가지 금속 경도 시험 방법이 있으며 각각 고유한 장점과 제한 사항이 있습니다.
1) 로크웰 경도
로크웰 경도는 두 개의 서로 다른 하중을 사용하여 재료에 두 개의 압흔을 만드는 것입니다. 첫 번째 들여쓰기는 더 작은 하중으로 만들어지고 두 번째 들여쓰기는 더 큰 하중을 사용합니다. 이 기술은 더 단단한 재료의 경도를 측정하는 데 특히 효과적입니다.
| 금속 | 경도 (로크웰) |
| 텅스텐 카바이드 | 75 |
| 텅스텐 | 66 |
| 타이타늄 | 80 |
| 코발트 | 70 |
| 강철 | 60 |
| 철 | 86 |
| 놋쇠 | 55 |
| 청동 | 42 |
| 구리 | 10 |
| 알루미늄 | 20-25 |
| 주석 | - |
| 납 | 5 |
| 나트륨 | - |
2) 모스 경도
모스 경도는 표면 마모를 기반으로 금속 경도를 결정하는 데 사용됩니다 . 여기서 압흔을 통해 측정하는 대신 금속 경도를 결정하기 위해 한 재료를 다른 재료로 긁 습니다.
이 방법은 주로 광물과 보석에 사용되지만 금속에도 사용할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
| 금속 | 경도 (Mohs) |
| 텅스텐 카바이드 | 9.0 |
| 텅스텐 | 7.5 |
| 타이타늄 | 6.0 |
| 코발트 | 5.0 |
| 강철 | 4.0 |
| 철 | 4.0 |
| 놋쇠 | 3.0 |
| 청동 | 3.0 |
| 구리 | 3.0 |
| 알루미늄 | 2.75 |
| 주석 | 1.5 |
| 납 | 1.5 |
| 나트륨 | 0.5 |
3) 브리넬 경도
브리넬 경도는 단단한 강철 또는 카바이드 볼을 금속 표면에 누르고 압흔의 직경을 측정하는 것입니다. 그 다음에는 Brinell 경도 척도를 결정하기 위해 메가파스칼 단위로 계산합니다.
| 금속 | 경도 (Brinell) |
| 다이아몬드 | 8000 |
| 텅스텐 | 2000-4000 |
| 타이타늄 | 716-2700 |
| 코발트 | 1265 |
| 강철 | 120 |
| 철 | 200-1180 |
| 놋쇠 | |
| 청동 | |
| 구리 | 35 |
| 알루미늄 | 15 |
| 주석 | 62 |
| 납 | 5.0 |
| 나트륨 | 0.69 |
4) 비커스 경도
비커스 경도는 다이아몬드 피라미드를 사용하여 재료를 들여쓰고 압흔의 크기를 측정합니다. 이 방법은 원형 들여쓰기보다 정사각형 들여쓰기를 계산하기가 더 쉽기 때문에 프로세스를 단순화합니다.
| 금속 | 경도 (Vickers) |
| 텅스텐 카바이드 | 2600 |
| 텅스텐 | 3430-4600 |
| 타이타늄 | 830-3420 |
| 코발트 | 1043 |
| 강철 | |
| 철 | 608 |
| 놋쇠 | |
| 청동 | 250 |
| 구리 | 343-369 |
| 알루미늄 | 160-350 |
| 주석 | |
| 납 | |
| 나트륨 |
4. 금속 경도 계산하는 공식
경도를 계산하는 공식은 시험 방법에 따라 다릅니다.
브리넬 경도 시험에서 경도(HBW)는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
- P = 적용된 하중(kg)
- D = 볼 압자(mm)의 직경
- d = 압흔의 지름 (mm)
Vickers의 공식은 다음과 같습니다.
- F = 적용된 힘(kg)
- d = 압흔의 대각선 길이(mm)
5. 금속 경도시험 선택방법
경도는 정적인 속성이 아니기 때문에 측정하는 것이 약간 까다로울 수 있습니다. 또한 이를 측정하는 것은 금속의 녹는점을 측정하는 것과 다릅니다. 예를 들어, 철과 같은 금속은 다양한 형태로 나타나 샘플마다 다른 결과를 생성할 수 있습니다. 휴대용 금속 경도 시험기를 사용하면 이러한 경우 시험 과정을 간소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 이러한 다양한 테스트에서 많은 금속 경도 값이 공개되지 않았거나 쉽게 구할 수 없습니다.
최상의 경도 시험 방법을 선택하는 것은 미세 구조(예: 시험하는 재료의 균질성, 금속 유형, 크기 및 상태)를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 여기에서 금속용 휴대용 경도 시험기를 사용하면 다양한 조건에서 다양한 재료를 시험할 때 유연성을 제공할 수 있습니다.
모든 경도 테스트에서 압흔 아래 영역은 재료의 전체 미세 구조를 반영해야 합니다(미세 구조 내의 다른 구성 요소를 특별히 분석하지 않는 한). 결과적으로, 미세 구조가 거칠고 불균일한 경우 더 균일한 재료에 비해 더 큰 압흔이 필요합니다.
방법을 선택할 때 다음 요소를 고려해야 합니다.
- 재료의 종류
- 특정 표준을 준수해야 하는지 여부
- 재료의 예상 경도
- 동질성/이질성
- 구성 요소의 크기
- 시료를 장착해야 하는지 여부
- 테스트할 샘플의 수
- 결과에 필요한 정확도 수준
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