[기계실험] 로크웰 경도시험 (예비+결과레포트)

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목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험방법 및 장비
4. 실험결과
5. 고찰

본문내용

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하중의 크기를 아주 작게 하면 제품의 면에서 직접 굳기를 측정할 수가 있으며 하중 1kg 이하에서 사용할 수 있는 시험기를 특히 미소경도시험기라고 한다. 수십 g 이하의 작은 하중(荷重)을 사용하는 경도시험기로서 경도는 하중을 바꾸면 다른 수치가 나오지만, 정사각뿔 모양의 다이아몬드 압자를 갖춘 비커스 경도시험기는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어지므로 많이 사용된다.
나. 로크웰 경도(HRC)
경도측정에 널리 쓰이는 또 다른 방법은 로크웰 경도계를 이용하는 것이다. 이 방법은 브리넬 경도계와 몇 가지 다른 점이 있으며 주로 두 단계로 그 측정이 이루어진다. 첫 단계에서 압입자에 미리 10㎏의 초 하중(primary load)을 걸어주어 시편에 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모를 결함에 의한 영향을 없앤다.
두 번째 단계에서 압입자에 주 하중(major load)을 더 걸어주어 압입 자국이 더 깊어지게 한다. 그 후 주 하중을 제거하고 초 하중과 주 하중에 의한 압입 자국 길이의 차이로써 경도를 평가한다.
압입 깊이의 차이가 자동적으로 다이알 게이지에 나타나 금속의 경도를 표시한다. 로크웰 경도 측정에서 하중은 추에 의해서 부가되며 다이알 게이지로부터 직접 경도 값을 읽을 수 있다.
여러 하중 조건에 따라 각기 다른 종류의 압입자가 사용되므로 넓은 범위의 경도 값이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 브리넬 경도 시험법 보다 압입 자국을 적게 내며 따라서 더 얇은 시편을 측정할 수 있다. 그러나 그만큼 시편의 표면은 브리넬의 경우보다 더 평평해야 정확한 값을 갖는다.
브리넬 경도(Brinell hardness)는 지름이 Dmm인 강구(鋼球)를 재료에 일정한 압력으로 누르고, 이 때 생기는 우묵한 자국의 크기로 경도를 나타낸다.
즉, P kg으로 눌렀을 때 지름이D mm이고, 깊이가 h mm인 우묵한 자국이 생겼다고 하면, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh로 표시된다.
브리넬 경도계 시험기 (BRNELL HARDNESS TESTER)는 강구의 압자를 일정한 시험하중으로 시편에 압연시켜 시험하는 브리넬 경도시험기로 열처리, 주물, 주강, 특수강 제품 금속소재 및 비철금속, 합금소재, 플라스틱, 합성수지 등의 경도시험에 편리한 측정기이다.
다. 쇼어 경도시험기
쇼어 경도시험기는 추를 hO의 높이에서 떨어뜨리고, 튀어 오른 이를 h라 하면, 쇼어 경도 Hs는 HO>=(10,000/65)×(h /hO>)로 표시된다. 실제로는 경도 값을 판독할 수 있게 되어 있다. 표준경도를 지닌 물체를 시험하고자 할 때 물체 표면을 긁어서 자국을 내는 방법인데, 앞에서 설명한 모스의 방법이 바로 이 방법이다. 그러나 이 방법으로는 정량적인 결과를 얻을 수 없다. F.F.마르텐스는 대면 각이 90 °인 다이아몬드의 피라미드로 긁어 0.01 mm 폭의 자국을 내는 하중으로 경도를 표시할 것을 제창하였다. 그러나 아직은 모든 물질에 일률적으로 적용할 수 있는 경도의 표시방법이 정해져 있지 않으므로, 금속을 비롯하여 목재 · 암석 ·플라스틱 등 여러 가지 것에 대한 공통된 시험을 하여 그것들의 경도를 비교할 수는 없다.
라. 미소(micro)경도시험기
미소경도시험기로 만든 움푹 패인 곳을 현미경으로 본 것이며, 시험하중은 대체로 25ｇｆ~1㎏ｆ정도이다. 얇은 판, 얇은 층, 가는 선, 보석, 금속조직 등의 측정에 편리하다. 하중의 크기를 아주 작게 하면 제품의 면에서 직접 굳기를 측정할 수가 있으며 하중 1kg 이하에서 사용할 수 있는 시험기를 특히 미소경도시험기라고 한다. 수십 g 이하의 작은 하중(荷重)을 사용하는 경도시험기로서 경도는 하중을 바꾸면 다른 수치가 나오지만, 정사각뿔 모양의 다이아몬드 압자(壓子)를 갖춘 비커스 경도시험기는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어지므로 많이 사용된다.
3) 로크웰 경도 시험
가. 원리
로크웰 경도 시험의 원리는 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 상태에서 시험 하중 (140kgf)만을 제거하면 처음의 기준 하중만을 받는 상태로 되어 탄성 변형은 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 C스케일 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 정 도 값을 바로 눈금으로 읽을 수 있기 때문에 측정에 필요한 시간이 매우 짧다는 점이다. 로크웰 경도 시험의 기준 하중은 10kgf이며 시험 하중은 60,100,150kgf의 세 가지가 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 조 합되어 모두 15종류의 시험방법이 가능하다. 경도 값은 HRC59.5, HRB30 등과 같이 스케일과 함께 표시한다. 이와 같이 여러 가지 종류의 스케일이 사용되고 있는 이유는 한 가지 스케일만으로는 경 한 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 500배해서 일정한 값에서 뺀 값으로 정의되며, 압입 깊이 2㎛가 로크웰 경도 1에 해당한 다. 보통 C스케일의 경우에는 HRC 20~70 범위가, B스케일의 경우에는 HRB 30~100h의 범위가 많이 사용된다.
다이아몬드 압입자에 기준하중(P1=kgf)으로 시험편을 압입하고 여기에 다시 시험하중(P=P1+P2=150kgf)을 가하면 시험편은 압이

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