이 재료의 단단성에 대해 얼마나 알고 있나요?

성능과 수명을 보장하기 위해 기계 제조에 사용되는 커터, 측정공구 및 금형의 재료는 충분한 경도를 가져야 합니다.

오늘은 재료의 경도에 대해 이야기하겠습니다.

경도는 재료가 국부적인 변형, 특히 소성 변형, 압입 또는 긁힘에 저항하는 능력을 측정하는 것입니다. 일반적으로 재료의 경도가 높을수록 내마모성이 우수하며, 기어 및 기타 기계 부품은 충분한 내마모성과 서비스 수명을 보장하기 위해 특정 경도를 요구합니다.

경도의 종류

위에서 보듯이 경도의 종류가 매우 많았습니다. 금속 경도에서 일반적이고 실용적인 압입 경도 시험에 대해 소개하겠습니다.

경도의 정의

1. 브리넬 경도

인정된 경도 사양으로 자리 잡은 브리넬 경도(기호 HB) 시험 방법은 개발 및 요약된 최초의 방법 중 하나이며, 다른 경도 시험 방법의 출현에 기여했습니다.

브리넬 경도 시험의 원리는 다음과 같습니다. 압입자(강구 또는 탄화물 구, 직경 Dmm)가 시험력 F를 가하면, 시편이 눌린 후, 구 압입자와 시편 사이의 접촉 면적 S(mm2)는 압입자가 남긴 오목한 직경 d(mm)로 계산되며, 시험력에서 얻은 값이 제외됩니다. 압입자가 강구인 경우 기호는 HBS이고, 초경합금 구인 경우 HBW입니다. k는 상수(1/g= 1/9.80665 = 0.102)입니다.

2. 비커스 경도

비커스 경도(기호 HV)는 모든 시험력으로 시험할 수 있는 가장 널리 사용되는 시험 방법이며, 특히 9.807N 미만의 낮은 경도 분야에서 사용됩니다.

비커스 경도는 표준판과 압입자 사이의 접촉 면적 S(mm2)로 시험력 F(N)를 나눈 값으로, 압입자(정사각형 원뿔형 다이아몬드, 상대 표면 각도 = 136°)가 시험력 F(N)에서 표준판에 형성한 압입 자국의 대각선 길이 d(mm, 두 방향의 평균 길이)를 기준으로 계산됩니다. k는 상수(1/g=1/9.80665)입니다.

3. 누프 경도

누프 경도(기호 HK)는 다음 공식과 같이, 상대 측면 각도가 172°30' 및 130°인 긴 다이아몬드 압입자를 눌러 시험력 F에서 표준 시트에 형성된 압입 자국의 더 긴 대각선 길이 d(mm)를 기준으로 압입 자국 투영 면적 A(mm2)로 시험력을 나눈 값으로 계산됩니다.

누프 경도는 마이크로 경도계의 비커스 압입자를 누프 압입자로 교체하여 측정할 수도 있습니다.

4. 로크웰 경도

로크웰 경도(기호 HR) 또는 로크웰 표면 경도는 다이아몬드 압입자(팁 원뿔 각도: 120°, 팁 반경: 0.2mm) 또는 구형 압입자(강구 또는 탄화물 구)를 사용하여 표준 시트에 예비 하중을 가한 다음, 시험력을 가하고 예비 하중을 복원하여 측정합니다.

이 경도 값은 경도 공식에서 파생되며, 예비 하중과 시험력 사이의 압입 깊이 h(μm)의 차이로 표현됩니다. 로크웰 경도 시험은 98.07N의 예비 하중을 사용하고, 로크웰 표면 경도 시험은 29.42N의 예비 하중을 사용합니다. 압입자 유형, 시험력 및 경도 공식과 결합된 특정 기호는 스케일이라고 합니다. 일본 산업 표준(JIS)은 다양한 관련 경도 스케일을 정의합니다.

HR(다이아몬드 압입자, 로크웰 경도)=100-h/0.002 h:mm

HR(구 압입자, 로크웰 경도)=130-h/0.002 h:mm

HR(다이아몬드/구 압입자, 표면 로크웰 경도)=100-h/0.001 h:mm

경도 시험기는 작동이 간단하고 빠르며 원자재 또는 부품 표면에서 직접 시험할 수 있기 때문에 널리 사용됩니다.

경도 선택 가이드

참고용 경도 시험 방법 선택 가이드:

경도 선택 변환

• 누프에서 비커스로 변환

• 동일한 경도를 가진 물체가 두 종류의 누프 비커스 압입자에 대해 동일한 저항을 가진다는 사실에 기반하여, 두 종류의 비커스 누프 압입자의 응력을 각각 유도한 다음, σHK=σHV에 따라 HV=0.968HK를 얻습니다. 이 공식은 저하중에서 측정되며 오차가 비교적 큽니다. 또한, 경도 값이 HV900보다 클 때 이 공식의 오차가 매우 커서 참조 가치를 잃습니다.
• 유도 및 보정을 거쳐 누프 경도와 비커스 경도의 변환 공식을 제안합니다.

실제 데이터로 검증한 결과, 공식의 최대 상대 변환 오차는 0.75%로 높은 참조 가치를 가집니다.

• 로크웰에서 비커스로 변환

• Hans· Qvarnstorm이 제안한 Qvarnstorm 변환 공식을 수정하여 로크웰 경도를 비커스 경도로 변환하는 공식을 얻습니다:

이 공식은 중국에서 발행된 철강 재료 경도 표준 데이터를 사용하여 변환되며, HRC 오차는 기본적으로 ±0.4HRC 범위 내에 있고, 최대 오차는 0.9HRC에 불과하며, 최대 계산된 HV 오차는 ±15HV입니다.

• 다른 압입자의 응력 σHRC=σHV에 따라, 로크웰 경도와 비커스 경도 압입 깊이 간의 관계 곡선을 분석하여 공식을 얻습니다.

이 공식은 국가 표준 실험 변환 값과 비교되며, 변환 공식의 계산 결과와 표준 실험 값 사이의 오차는 ±0.1HRC입니다.

• 실제 실험 데이터를 바탕으로 선형 회귀를 통해 로크웰 경도를 비커스 경도로 변환하는 것을 논의하고 공식을 얻습니다:

이 공식은 사용 범위가 좁고 오차가 크지만 계산이 간편하여 정확도가 높지 않을 때 사용할 수 있습니다.

• 로크웰에서 브리넬 경도로 변환

• 브리넬 압입 자국과 로크웰 압입 자국 깊이 간의 관계를 분석하고, 압입자의 응력 σHRC=σHB에 따라 변환 공식을 얻습니다.

계산 결과와 표준 실험 값 사이의 오차는 ±0.1HRC입니다.

• 실제 실험 데이터를 바탕으로 선형 회귀 방법을 사용하여 공식을 얻었습니다.

공식 오차가 크고 사용 범위가 좁지만 계산이 간단하여 정확도가 높지 않을 때 사용할 수 있습니다.

• 브리넬에서 비커스로 변환

브리넬 경도와 비커스 경도 간의 관계도 σHB=σHV를 기반으로 합니다.

이 공식의 변환 결과는 국가 표준 변환 값과 비교되며, 변환 오차는 ±2HV입니다.

• 누프에서 로크웰로 변환

누프와 로크웰의 해당 곡선이 포물선과 유사하기 때문에 곡선에서 근사 변환 공식을 유도합니다.

이 공식은 정확하며 참조로 사용할 수 있습니다.