로크웰 경도 실험
분야
hwp경도(Hardness)란 한 물체가 다른 물체에 의해 변형을 받았을 때 나타나는 저항의 크기이다. 경도는 공업재료의 평가에 있어서 중요한 항목의 하나이며 재료의 강도와 밀접한 관계가 있다.
1.이론
▣로크웰경도란
1. 로크웰 경도 실험은 미국에서 가장 널리 사용되는 경도 시험법이다. 이렇게 널리 사용되는 이유는 이 시험법의 빠른 속도, 개인에 따른 오차의 작음, 경화된 강에서 작은 경도의 차이도 구별 할 수 있는 능력, 그리고 열처리가 끝난 부분을 흠없이 시험 할 수 있을 정도로 작은 크기의 압흔 등이다. 이 시험법은 정하중하에서의 압흔의 깊이로 경도를 측정한다. 처음에 10kg의 작은 하중을 시편이 자리 잡도록 부과하는데, 이것은 표면 준비에 필요한 면적을 최소화하고 압자에 의한 융기나 내려앉는 경향을 감소시키기 위해서이다. 다음 주 하중이 부과되는데, 이 떄 압흔의 깊이는 임의의 경도수로 다이얼 게이지상에 자동적으로 기록된다. 다이얼은 100눈금으로 되어 있고, 각 눈금은 0.002mm의 침투를 나타낸다. 다이얼은 침투가 적을 때 높은 경도값이 나오게 되어 있다. 단위를 갖는 Brinell과 Vickers 경도와는 달리 로크웰 경도값은 완전히 임의적인 수이다.
2. 한 가지의 하중과 압자의 조합만으로는 넓은 경도 범위를 다 다룰 수 있는 만족할 만한 결과를 얻지 못한다. 브레일 압자(Brale indenter)라 하는 압자로는 끝이 약간 둥근 120도 다이아몬드와 1.6mm와 3.2mm 지름의 강구(鋼救)가 흔히 사용된다. 주하중으로는 60, 100, 150kg이 사용된다. 로크웰 경도는 하중과 압자에 모두 의존하기 때문에 사용하는 조합을 모두 표시해야 한다. 따라서 경도 숫자 앞에 사용된 하중과 압자의 조합을 쓰도록 한다. 숫자 앞에 표시가 없는 로크웰l 경도수는 의미가 없다. 경화된 간(鋼)은 다이아몬드 압자와 150kg의 주하중으로 C눈금으로 시험된다. C 눈금의 유요한 범위는 약 Rc 20에서 Rc 70정도 까지이다. 연한 재료는 보통 1.6mm의 강구(鋼球)와 100kg의 주하중으로 B눈금으로 시험된다. 이 눈금의 유효범위는 Rb 0에서 Rb 100까지 이다. A눈금(다이아몬드 압자와 60kg 주하중)은 어닝링된 구리에서부터 단단한 탄화물까지 가장 광범위한 범위에 걸쳐 쓰인다. 특별한 목적에 대해서는 다른 눈금을 쓸 수도 있다.
3. 로크웰 경도 시험법은 1919년 미국의 S. P. 로크웰에 의해 발표되었으며 그 시험기는 C. H. Wilson에 의히 실용화되기 시작하였다. 즉, 자동차 부품의 대량생산 방식에 따라 검사수단도 종래의 브리넬경도나 쇼어 경도의 부족한 점을 보강하여 고안된 것으로, 지금은 1시간당 900회의 다수축정이 가능한 전용자동 시험기도 개발 되었을 정도로 현장에서의 이용도가 가장 높은 경도 시험법이 되었다.
▣ 경도시험의 목적
경도시험의 목적에는 사용 재료의 경도 값을 알고자 하는 경우, 경도 값으로부터 강도를 추정하고 싶은 경우 또는 경도 값으로부터 시험편의 가공 상태나 열처리상태를 비교하고 싶은 경우 등이 있다. 재료의 단순 경도 값을 알고자하는 경우에는 적절한 시험방법을 선택하면 된다. 그러나 경도 값으로부터 강도를 추정하는 경우에는 근본 목적이 강도의 추정이므로 침탄처리 등의 표면 처리된 시험편이나 가공경화가 많이 일어나는 재료에 있어서 가공에 의한 표면경화가 나타난 시험편은 경도 값으로부터 강도를 추정하는 데에는 문제가 있다. 경도 값으로부터 시험편의 가공 상태나 열처리상태 등을 알고 싶을 경우에는 그에 따라 적절한 경도 측정 방법을 결정해야 하는데, 우리는 비커스, 로크웰, 브리넬 등의 여러 가지 경도시험 방법 중 로크웰 경도시험 방법을 통하여 재료의 하중에 대한 변형 정도를 측정하여 재료의 변형 특성을 이해하도록 한다.
▣ 로크웰경도시험의 원리
로크웰 경도 시험은 간단하고 특별한 기술이 필요하지 않으므로 가장 널리 쓰이는 경도 시험법이다. 이 시험법은 여러 가지의 압입자와 하중을 조합함으로써 사실상 가장 단단한 것에서부터 가장 연한 것까지 모든 금속과 합금을 시험할 수 있는 스케일이다.
초기에 가한 기준 하중과 그 후에 가한 시험 하중으로부터 생긴 침투 깊이의 차이로 경도 지수를 결정하며, 기준 하중을 작용시킴으로써 시험의 정확도를 높이게 되었다. 시험 하중과 기준 하중의 양에 따라 로크웰과 가상(superficial) 로크웰의 두 가지 형태가 있다. 로크웰의 경우 미세 하중이 10kgf이고 시험 하중은 60, 100, 150 kgf이다. 가상 로크웰의 경우 기준 하중은 3kgf이고 시험 하중은 15, 30, 45 kgf이다.
