경도는 기본적인 재료 특성이 아니라 특정 압입 방법에 대한 측정된 반응입니다. 직접적인 실제적인 대답은 다음과 같습니다. 록웰, 브리넬 및 비커스는 서로 다른 압입기와 하중을 사용하고 서로 다른 단위 또는 스케일로 값을 생성하는 세 가지 압입 경도 테스트입니다. . 록웰은 깊이 측정을 사용하고 HRC 또는 HRB와 같은 척도로 무차원 숫자를 보고합니다. 브리넬은 카바이드 볼을 표면에 밀어넣고 다음과 같은 값을 보고합니다. HBW (kgf/mm²) . 비커스는 다이아몬드 피라미드를 사용하여 경도를 다음과 같이 보고합니다. HV(kgf/mm²로도 표시) , 얇은 코팅부터 벌크 재료까지 모든 용도에 다용도로 사용할 수 있습니다. 에이 만능 경도 시험기 이러한 방법을 단일 장비에 통합하고 종종 깊이 감지 Martens 경도 기능을 추가합니다. 단일 경도 측정 장치가 없습니다. "경도 단위"는 규모에 따라 다르며 테스트 간의 선택은 재료 유형, 샘플 형상 및 필요한 특정 정보에 따라 달라집니다.
만능 경도 시험기
A 만능 경도 시험기 인덴터, 대물 렌즈 및 로딩 프로파일을 교체하여 일반적으로 Rockwell, 브리넬 및 Vickers와 같은 여러 표준화된 경도 테스트 방법을 수행하도록 설계된 단일 장비입니다. 따라서 별도의 전용 테스터가 필요하지 않습니다. 전통적인 광학 방식을 뛰어넘는 고급 범용 기계는 깊이 감지 기술을 사용하여 측정합니다. 마르텐스 경도(흠) ISO 14577에 따른 압입 계수. 이는 압입 주기 동안 연속적인 힘-변위 곡선을 기록하여 고속 압축 시험과 동등한 재료 매개변수를 제공함으로써 달성됩니다. 예를 들어 현대의 범용 기계는 다음과 같은 테스트 힘을 적용할 수 있습니다. 1gf ~ 3000kgf , Vickers, Brinell, Rockwell, 심지어 누프 및 플라스틱 테스트에 대한 마이크로, 저부하 및 매크로 범위를 포괄합니다. 폐쇄 루프 힘 제어 시스템(종종 샘플링 속도: 1~2kHz , 로딩 속도와 체류 시간이 ASTM E92 및 ISO 6506과 같은 표준을 엄격하게 준수하는지 확인하십시오.
Rockwell, Brinell 및 Vickers 경도 테스트 기본 사항
세 가지 테스트 모두 영구 소성 변형에 대한 재료의 저항성을 정량화하지만 압입기 형상, 하중 적용 및 측정 원리가 근본적으로 다릅니다.
로크웰 경도 시험
Rockwell 방법은 다음을 측정합니다. 침투 깊이 차이 예비적인 작은 하중에 이어 큰 하중을 받는 압입기. 작은 하중(일반적으로 10kgf 또는 3kgf)은 기준 위치를 설정하여 표면 결함과 탄성 변형을 흡수합니다. 그런 다음 주요 하중(60, 100 또는 150kgf)을 가하고 제거하고 침투 깊이의 영구적인 증가를 측정합니다. 경도 수치는 이 깊이와 반비례하며 다이얼이나 디지털 디스플레이에서 직접 읽습니다. 에이 로크웰 HRC 값 60 , 예를 들어 는 약 0.080mm의 깊이에 해당합니다. 일반적인 스케일에는 경화강용 HRC(다이아몬드 콘, 150kgf)와 연질 합금용 HRB(1/16인치 볼, 100kgf)가 있습니다. 가장 큰 장점은 속도입니다. 광학적 측정 없이 몇 초 만에 결과를 얻을 수 있기 때문입니다.
브리넬 경도 시험
브리넬 테스트는 다음을 사용합니다. 텅스텐 카바이드 볼 압자 , 일반적으로 직경 10mm이며 높은 테스트 힘(철금속의 경우 일반적으로 3000kgf)으로 표면에 압착됩니다. 하중을 제거한 후 영구 인상의 직경을 광학적으로 측정합니다. 브리넬 경도(HBW)는 적용된 하중을 압흔의 구형 표면적으로 나누어 계산합니다. 일반적인 결과는 다음과 같습니다. 350 HBW 10/3000 이는 10mm 볼과 3000kgf 하중을 사용하여 10~15초의 체류 시간 동안 브리넬 경도가 350임을 나타냅니다. 큰 압흔은 국소적인 미세 구조 변화를 평균화하므로 Brinell은 주조, 단조 및 거친 입자 구조의 재료에 이상적입니다. 볼이 변형되거나 샘플이 손상될 수 있으므로 매우 단단한 재료(650 HBW 이상) 또는 얇은 단면에는 적합하지 않습니다.
비커스 경도 시험
비커스 테스트는 다음을 사용합니다. 다이아몬드 정사각형 기반 피라미드 압자 정점 각도는 136도입니다. 원리는 전체 하중 범위에서 동일합니다. 인덴터는 정밀한 힘으로 샘플에 압착되고 결과 정사각형 인상의 두 대각선이 광학적으로 측정되어 평균화됩니다. 비커스 경도는 다음과 같이 보고됩니다. HV , 예를 들어 kgf 단위의 테스트 힘이 옵니다. 640HV30 . 비커스 경도의 단위는 기술적으로 다음과 같습니다. kgf/mm² , 그러나 일반적으로 무차원수로 표현됩니다. 동일한 인덴터 모양이 1gf에서 120kgf까지의 힘에 사용되기 때문에 Vickers는 얇은 포일과 표면 경화층부터 벌크 재료에 이르기까지 모든 스케일에 걸쳐 경도를 측정할 수 있으며 결과는 일반적으로 수백 그램 이상의 힘에 대해 하중 독립적입니다.
다양한 방법에 따른 경도 측정 단위
"경도 단위"의 개념은 방법별로 다릅니다. 각 테스트에는 고유한 보고 규칙이 있으며 ASTM E140 및 ISO 18265에서 정의한 변환표 없이 값을 직접 전송할 수 없습니다. 아래 표에는 주요 테스트 방법의 단위 및 규모 구조가 명시되어 있습니다.
| 시험방법 | 기호 | 물리적 단위 | 예시 지정 |
|---|---|---|---|
| Rockwell | HR 규모 | 무차원 | 60HRC |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 HBW 10/3000 |
| Vickers | HV | kgf/mm² | 640HV30 |
| Knoop | 홍콩 | kgf/mm² | 1000 홍콩 0.1 |
| 마르텐스(유니버설) | HM | N/mm² | 4500HM 0.5/20/15 |
세 가지 방법의 종합 비교
Brinell, Rockwell 및 Vickers 경도 시험의 차이점은 단지 절차적인 것이 아닙니다. 주어진 산업 작업에 어떤 방법이 적합한지 결정합니다. 다음 표는 애플리케이션 중심의 직접적인 비교를 제공합니다.
| 특징 | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| 들여쓰기 | 다이아몬드 콘 또는 카바이드 볼 | 10mm 카바이드 볼(또는 5/2.5mm) | 다이아몬드 피라미드(136도) |
| 측정 | 침투 깊이 | 인상의 직경 | 인상의 대각선 |
| 속도 | 매우 빠름(3~5초) | 느림(광학 30초) | 보통에서 느림 |
| 적합성 | 생산 QA, 경화강, 합금 | 주조, 단조품, 거친 금속 | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| 키 제한 | 얇거나 표면 경화된 층에는 적합하지 않음 | 650HBW를 초과하지 않습니다. 큰 피해 지역 | 느리고 표면 마감이 중요함 |
비커스는 무엇입니까? 경도 시험 사용 대상
비커스 경도 테스트는 단일 경도 스케일이 제품 재료 경도의 전체 범위를 포괄해야 할 때 선호되는 방법입니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다. 침탄 또는 질화강의 케이스 심층 분석 , 표면 가장자리에서 코어까지 일련의 미세 압흔이 경도 구배를 매핑합니다. 다음과 같은 일반적인 사양은 케이스 깊이 0.5mm의 HV 550 , Vickers 마이크로 경도 트래버스로만 확인할 수 있습니다. 시험은 또한 필수적이다 적격 용접 , 열 영향부, 모재, 용접 금속은 각각 서로 다른 특성을 갖고 있으며 작은 압입기로 이러한 영역을 격리할 수 있습니다. 연구 개발에서 Vickers는 다른 인덴터가 부서지거나 너무 큰 설치 공간이 필요한 세라믹, 복합재 및 박막 코팅을 특성화하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 3미크론 두께의 TiN 하드 코팅은 다음과 같은 방법으로 안정적으로 테스트할 수 있습니다. 0.025kgf(25gf) , 기판의 영향 없이 약 0.5 마이크론 깊이의 들여쓰기를 생성합니다.
웹스터 대 로크웰 경도
웹스터 경도 시험기는 특정 압입 방법을 적용하는 휴대용 직접 판독 장비입니다. 특정 Rockwell 스케일과 직접적으로 동일하지는 않지만 웹스터 경도 값은 경험적으로 알루미늄 합금의 Rockwell B 및 Rockwell H 스케일과 상관관계가 있습니다. . 예를 들어 Webster B 척도는 대략 다음과 같습니다. WB 0 ~ WB 20 , 이는 약 25~100HRB 알루미늄 압출 및 시트용. Webster 테스터의 장점은 벤치 Rockwell 테스터로 가져올 수 없는 대형 어셈블리, 열 교환기 및 항공기 구조를 테스트할 수 있는 휴대성과 능력에 있습니다. 그러나 상관 관계는 재료별로 다릅니다. 6061-T6 알루미늄에 대해 교정된 Webster 테스터는 7075 또는 기타 금속에 대해 정확한 Rockwell 등가물을 제공하지 않습니다. 정확한 재료 인증을 위해서는 편리한 현장 검사 도구 역할을 하는 Webster와 함께 Rockwell 또는 Brinell 벤치 테스트가 필요합니다.
귀하의 응용 분야에 적합한 경도 테스트를 선택하는 방법
테스트 선택은 재료 유형, 샘플 형상, 생산량 및 필수 정보에 따라 결정됩니다. 실제 산업 시나리오를 기반으로 한 다음 의사 결정 논리는 건설적인 지침을 제공합니다.
- 미세구조가 거친 대형 주조 또는 단조품용 , 브리넬 테스트를 선택합니다. 10mm 볼 압입은 입자 경계와 위상 변화의 평균을 내며 부품의 전반적인 기계적 특성을 대표하는 벌크 경도를 제공합니다. 10mm 볼을 사용한 3000kgf의 표준 테스트는 철 및 강철 주물의 기본값입니다.
- 가공 부품의 대량 생산 품질 관리용 , 록웰이 표준입니다. 3초의 HRC 테스트로 병목 현상 없이 열처리 라인의 공정 능력 지수를 유지할 수 있습니다. 20 HRC 이상의 경화강에는 HRC를 사용하고, 연질 비철 합금에는 HRB를 사용합니다.
- 표면 경화, 얇거나 코팅된 부품용 , micro-Vickers가 유일하게 적합한 선택입니다. 500gf 또는 1kgf의 하중과 누프(Knoop) 또는 비커스(Vickers) 인덴터는 경화층을 통해 확장되는 압입 없이 코어-케이스 구배를 측정할 수 있습니다.
- 용접부, 접합부, 열 영향부 , Vickers 또는 Knoop 저하중 테스트(1-5kgf)는 용접 경계면의 좁은 밴드에 걸쳐 경도 변화를 해결할 수 있으며, 이는 수소 균열 또는 취성 상 형성을 방지하는 데 중요합니다.
- 단일 경도 수치 이상의 재료 특성이 필요한 경우 , Martens 모드의 범용 경도 시험기는 단일 계측 압입 시험에서 압입 경도, 탄성 계수, 크리프 및 이완 거동을 제공하며 이는 폴리머, 세라믹 및 고급 재료 개발에 유용합니다.
경도 척도 간 변환
경도 척도 변환은 근사치이며 책임 있는 관행은 다음과 같습니다. 비교용으로만 사용하고 사양에는 사용하지 마십시오. . Brinell, Rockwell 및 Vickers 간의 변환 관계는 재료의 가공 경화 거동에 따라 달라지므로 오스테나이트계 스테인리스강에 대한 ASTM E140 변환표는 탄소강 및 저합금강의 변환표와 다릅니다. 실제적인 예로, 일반적인 탄소강은 다음과 같습니다. 640HV30 대략에 해당합니다 56HRC 및 600HBW . 그러나 완전히 가공 경화된 오스테나이트 스테인리스 강의 경우 동일한 56 HRC는 단지 250 HBW에 해당할 수 있습니다. 사양에 따라 특정 규모의 보고가 필요한 경우 테스트는 해당 규모에서 직접 수행되어야 합니다. 만능 경도 시험기는 변환에 의존하지 않고 필요한 방법으로 시험을 수행함으로써 이러한 불확실성을 최소화할 수 있습니다.
