경도 테스트 가이드: Vickers, Rockwell, Brinell 및 샘플 준비

금속 조직학적 샘플 준비: 경도 테스트 전이 중요한 이유

정확한 경도 테스트는 압자가 시편에 닿기 오래 전에 시작됩니다. 금속 조직 샘플 준비 — 금속 샘플의 절단, 장착, 연삭 및 연마의 제어된 프로세스 — 경도 판독값이 재료의 실제 특성을 반영하는지 또는 취급 중에 도입된 인공물을 반영하는지 직접 결정합니다.

특히 미세 경도 방법의 경우 표면 상태가 중요합니다. 제대로 연마되지 않은 시편은 인덴터를 편향시키고 분산을 팽창시키며 게시된 변환표와 상관관계가 없는 판독값을 생성하는 지형적 변화를 유발합니다. Vickers 및 Knoop 미세 경도 테스트에 대한 일반적인 요구 사항은 0.1 µm Ra 이상의 표면 마감입니다. 이는 체계적인 금속 조직학적 준비를 통해서만 달성할 수 있습니다.

준비 순서에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.

1. 열 손상을 방지하기 위해 적절한 절삭유를 사용하는 연마 절단 휠로 절단
2. 가장자리 지지 및 안전한 취급을 제공하기 위해 에폭시 또는 페놀 수지에 냉간 또는 열간 장착 가능
3. 절편 손상을 제거하고 평평한 기준면을 얻기 위한 평면 연삭
4. 점점 더 미세한 SiC 연마재를 통한 순차적 연삭(일반적으로 240 → 400 → 600 → 1200 그릿)
5. 모든 연삭 스크래치를 제거하기 위한 다이아몬드 연마(6 µm, 그 다음 3 µm, 그 다음 1 µm)
6. 마이크로 경도 표준에서 요구하는 경면 마감 표면을 위한 콜로이드 실리카(0.04–0.05 µm OPS)를 사용한 최종 연마

각 단계에서는 이전 단계의 피해를 완전히 제거해야 합니다. 단계를 건너뛰거나 체류 시간을 서두르면 변형된 지하층이 내장됩니다. 이는 10~50HV 범위의 거짓 높은 비커스 판독값을 생성하는 작업 경화 영역으로, 얇은 코팅, 열 영향 영역 또는 표면 경화층을 테스트할 때 심각한 오류입니다.

비커스 경도 시험은 무엇에 사용됩니까?

비커스 경도 테스트는 면각이 136°인 정사각형 기반 다이아몬드 피라미드 압자를 사용하여 영구 압입에 대한 재료의 저항성을 측정하는 데 사용됩니다. 이는 현존하는 가장 다양한 매크로 및 마이크로 경도 방법입니다. , 경도 수준에 관계없이 거의 모든 고체 재료에 적용할 수 있으며 정밀도, 추적성 또는 미세 구조 분해능이 필요할 때 선호되는 방법입니다.

실제로 Vickers 테스트는 다음 용도로 사용됩니다.

• 케이스 깊이 측정 - 표면으로부터 점점 더 먼 거리에 일련의 압흔을 만들어 침탄, 질화 또는 유도 경화 표면 전반에 걸쳐 경도 구배를 프로파일링합니다.
• 얇은 코팅 평가 — 영향을 받은 영역의 두께가 몇 마이크론에 불과한 PVD/CVD 하드 코팅, 전기 도금 층 및 확산 처리를 평가합니다.
• 용접 품질 검사 — 모재, 열 영향부 및 용접 비드 전반에 걸쳐 경도를 매핑하여 연화, 과도한 경화 또는 수소 균열 민감성을 감지합니다.
• 고장 분석 — 국소 경도 측정을 통해 탈탄, 템퍼링되지 않은 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 또는 상 경계를 식별합니다.
• 소재 인증 — AMS, ISO 6507 및 ASTM E92와 같은 사양에 따라 항공우주, 자동차 및 공구 부품의 열처리 결과를 검증합니다.
• 연구 및 개발 — 기존 변환 스케일이 존재하지 않는 새로 개발된 합금, 소결 세라믹 및 복합 재료의 특성화

비커스 스케일은 대략 5HV(매우 부드러운 납 합금)부터 3000HV(다이아몬드) 이상까지 연속적이므로 범위 변경이 필요하지 않습니다. 단일 방법에는 연질 구리(40~80HV), 경화 공구강(700~900HV), 초경합금(1400~1800HV)이 포함됩니다. 이러한 연속성은 Vickers를 모든 국제 경도 변환표의 기초로 만듭니다.

Rockwell 경도 참조 블록: 교정, 추적성 및 적절한 사용

A 로크웰 경도 기준 블록 (테스트 블록 또는 교정 블록이라고도 함)은 Rockwell 경도 시험기가 명시된 정확도 한계 내에서 작동하는지 확인하는 데 사용되는 정밀하게 연마된 인증된 금속 쿠폰입니다. 이는 소모품이 아닙니다. 단일 인증 블록은 올바르게 사용될 경우 일반적으로 수백 번의 검증 측정을 지원합니다.

ASTM E18 및 ISO 6508에 따라 참조 블록은 국립 계측 기관(미국의 NIST, 독일의 PTB 등)에서 추적 가능한 기본 표준화 기계에서 교정되어야 합니다. 각 블록에는 인증된 경도 값, 측정 불확도 및 블록 표면에 남아 있는 유효한 테스트 위치의 수가 명시된 인증서가 함께 배송됩니다.

참조 블록의 올바른 사용

참조 블록 측정을 무효화하는 일반적인 오류에는 모따기된 가장자리 테스트, 직경 3개의 들여쓰기 제외 영역 내 압입 부위 재사용, 바닥면 테스트(보정된 상단면과 잔류 응력 상태가 다름)가 포함됩니다. 명확하게 표시된 상단 표면만 검증 테스트에 유효합니다.

테스트 중인 재료와 경도가 가까운 블록을 사용하여 매일 검증을 수행해야 합니다. 60HRC 블록을 사용하여 25개 HRC 부품을 테스트하는 기계를 검증하는 것은 기술적으로 허용되지만 중간 범위 판독값에 영향을 미치는 모루 장착, 압입기 상태 및 로드 셀 드리프트와 같은 체계적인 오류에 실질적으로 덜 민감합니다.

블록은 습기와 진동이 없는 밀폐된 케이스에 보관해야 하며, 연마된 표면의 부식을 방지하기 위해 면장갑을 끼고 다루어야 합니다. 떨어뜨렸거나 활성 영역이 긁혔거나 표면 산화가 나타난 블록은 교정 사용을 중단해야 합니다.

HK의 경도는 무엇입니까? 미세 경도 작업에 대한 누프(Knoop) 대 비커스(Vickers)

HK는 Hardness Knoop의 약자입니다. , Knoop 미세 경도 시험에 사용되는 척도입니다. Vickers(HV)와 마찬가지로 Knoop은 다이아몬드 피라미드 압자와 결과 인상의 광학 측정을 사용하지만 기하학적 구조는 근본적으로 다릅니다. Knoop 압입기는 대각선 비율이 7.11:1인 긴 마름모꼴 압입을 생성하는 반면 Vickers 압입은 거의 정사각형 압입을 생성합니다.

이러한 기하학적 차이는 두 가지 중요한 실제 결과를 가져옵니다.

• 더 얕은 침투 깊이 — Knoop 들여쓰기는 길이가 긴 대각선 깊이의 약 1/30인 반면, 동일한 대각선 길이의 Vickers 들여쓰기는 1/7입니다. 이로 인해 Knoop은 매우 얇은 코팅, 깨지기 쉬운 세라믹 및 깊은 침투로 인해 균열이나 기판 영향이 발생할 수 있는 유리에 대해 훨씬 더 좋습니다.
• 방향성 감도 - 길쭉한 모양은 압입자 축을 기준으로 샘플을 회전시켜 단결정 또는 질감이 높은 재료의 결정학적 이방성을 나타낼 수 있습니다.

Knoop은 ASTM E384에서 초경합금, 경화 유리, 얇은 갈바니 층, 비커스 압입 주변의 균열로 인해 측정 유효성이 저하될 수 있는 재료 등의 테스트에 선호되는 방법입니다. 대부분의 강철, 알루미늄 및 구리 합금 응용 분야의 경우 Vickers 마이크로 경도(HV 0.1 ~ HV 1)가 더 단순한 형상과 다른 경도 스케일로의 직접 변환이 가능하기 때문에 기본 선택입니다.

브리넬 경도를 극한 인장 강도로 변환

브리넬 경도(HBW)는 광범위한 강철 및 주철에 대한 극한 인장 강도(UTS)와 선형적으로 상관관계가 있습니다. , 엔지니어링에서 가장 실질적으로 유용한 경도-강도 변환 중 하나입니다. 두 특성 모두 집중 하중 하에서 소성 흐름에 대한 재료 미세 구조의 저항에 의해 좌우되기 때문에 이러한 관계가 발생합니다.

탄소강 및 저합금강에 널리 적용되는 근사치는 다음과 같습니다.

UTS(MPa) ≒ 3.45 × HBW

미국 관습 단위: UTS(psi) ≒ 500 × HBW

이러한 계수는 150-400 HBW 범위의 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트 강철에 대해 합리적으로 잘 유지됩니다. 정확도는 일반적으로 정규화 또는 담금질 및 템퍼링 탄소강의 경우 ±7% 이내로 떨어지며 이는 재료 검증 및 수입 검사 목적에 충분합니다.

다음과 같은 경우에는 관계가 저하되므로 재료별 데이터 없이 사용해서는 안 됩니다.

• 오스테나이트계 스테인리스강 - 가공 경화 거동이 페라이트강과 크게 다릅니다. 승수는 3.3~3.55에 가까우며 합금에 따라 다릅니다.
• 알루미늄 합금 — 3.6~3.8에 가까운 승수가 자주 인용되지만, 다양한 온도 조건에서 분산이 높습니다.
• 주철 — 흑연 형태(편상 대 결절형)는 2차 미세 구조 변수를 도입합니다. 연철 및 회주철에 대해 게시된 표는 별도로 참조해야 합니다.
• HBW > 400 - 선형 관계가 무너진다. ASTM E140을 통한 Vickers 또는 Rockwell C 변환은 높은 경도 수준에서 더욱 안정적입니다.

ASTM A370 및 EN ISO 18265는 모두 명시된 적용 범위 및 예상 불확실성과 함께 표로 작성된 경도-인장 강도 변환 데이터를 제공하며 사양이 중요한 모든 변환에 대한 참조 문서가 되어야 합니다.

로크웰 경도의 인장 강도: 변환 방법 및 한계

로크웰 경도에서 인장 강도를 추정하는 과정은 2단계 프로세스를 따릅니다. 먼저 ASTM E140 변환표를 사용하여 로크웰을 브리넬로 변환한 다음 위에 설명된 브리넬-UTS 관계를 적용하거나 두 단계를 통합하는 직접적인 UTS 상관 관계표를 사용합니다.

HRC 20-65 범위의 경화강용 , 다음과 같은 대략적인 동등성은 실용적인 출발점을 제공합니다.

HRC 40(~400 HBW) 이상에서는 10mm 초경 볼이 높은 하중에서 탄성 변형되어 재현 불가능한 결과를 생성하기 때문에 브리넬 테스트 자체는 더 이상 유효하지 않습니다. 이 범위에서, Vickers 또는 Rockwell C가 올바른 경도 방법입니다. , UTS 추정은 일반적인 선형 공식보다는 특정 철강 등급에 대한 직접적인 경험표를 참조해야 합니다.

압력 용기, 구조용 패스너, 크랭크샤프트 등 안전이 중요한 구성 요소와 관련된 엔지니어링 결정의 경우 경도에서 파생된 UTS 값은 선별 데이터로만 처리되어야 합니다. 설계 기반 인증을 위해서는 ASTM E8 또는 ISO 6892에 따른 물리적 인장 시험이 필요합니다.