금속 표면이 단단한 물체에 의해 눌리는 것에 저항하는 능력을 경도라고 합니다. 경도는 시험 방법과 적용 범위에 따라 브리넬 경도, 로크웰 경도, 비커스 경도, 쇼어 경도, 미세 경도, 고온 경도 등으로 나눌 수 있습니다. 파이프에 일반적으로 사용되는 경도는 브리넬 경도, 로크웰 경도, 비커스 경도 세 가지입니다.
A. 브리넬 경도(HB)
일정한 직경의 강구 또는 탄화물구를 사용하여 지정된 시험력(F)으로 시편 표면을 누릅니다. 지정된 유지 시간 후, 시험력을 제거하고 시편 표면의 압흔 직경(L)을 측정합니다. 브리넬 경도 값은 시험력을 압흔이 생긴 구의 표면적으로 나눈 값입니다. HBS(강구) 단위로 표시되며, 단위는 N/mm²(MPa)입니다.
계산 공식은 다음과 같습니다.
공식에서 F는 금속 시료 표면에 가해지는 시험력(N)입니다.
D – 시험용 강구의 직경(mm);
d – 함몰부의 평균 직경(mm).
브리넬 경도 측정은 더 정확하고 신뢰할 수 있지만, 일반적으로 HBS는 450N/mm²(MPa) 이하의 금속 재료에만 적합하며, 더 높은 경도의 강재나 얇은 판재에는 적합하지 않습니다. 강관 경도 표준 중에서 브리넬 경도가 가장 널리 사용됩니다. 재료의 경도는 압흔 직경 d로 나타내는 경우가 많은데, 이는 직관적이고 편리합니다.
예시: 120HBS10/1000130: 이는 직경 10mm의 강구를 사용하여 1000kgf(9.807kN)의 시험 하중으로 30초 동안 측정한 브리넬 경도 값이 120N/mm²(MPa)임을 의미합니다.
B. 로크웰 경도(HR)
로크웰 경도 시험은 브리넬 경도 시험과 마찬가지로 압입 시험 방법입니다. 차이점은 압입 깊이를 측정한다는 것입니다. 즉, 초기 시험력(Fo)과 총 시험력(F)이 순차적으로 작용하여 압입기(콘 또는 제철소의 강구)가 시료 표면에 눌러집니다. 정해진 유지 시간이 지난 후, 주요 시험력을 제거하고 측정된 잔류 압입 깊이 증가량(ε)을 이용하여 경도 값을 계산합니다. 이 값은 기호 HR로 표시되는 익명의 숫자이며, A, B, C, D, E, F, G, H, K의 9가지 등급이 사용됩니다. 그중 강철 경도 시험에 일반적으로 사용되는 등급은 A, B, C 등급으로, 각각 HRA, HRB, HRC입니다.
경도 값은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
A 및 C 척도로 테스트할 때 HR=100-e
B 척도로 테스트했을 때 HR=130-e
공식에서 잔류 압입 깊이 증가량 e는 0.002mm의 단위로 표시됩니다. 즉, 압입기의 축 방향 변위가 1단위(0.002mm)일 때, 로크웰 경도는 1만큼 변화합니다. e 값이 클수록 금속의 경도는 낮아지고, 반대로 e 값이 작을수록 경도는 높아집니다.
위 세 가지 척도의 적용 범위는 다음과 같습니다.
HRA(다이아몬드 콘 인덴터) 20-88
HRC(다이아몬드 콘 인덴터) 20-70
HRB(직경 1.588mm 강구 압입기) 20-100
로크웰 경도 시험은 현재 널리 사용되는 경도 측정 방법으로, 그중에서도 HRC는 브리넬 경도 HB 다음으로 강관 규격에서 많이 사용됩니다. 로크웰 경도는 매우 연한 금속부터 매우 단단한 금속까지 측정할 수 있어 브리넬 경도법의 단점을 보완합니다. 또한 브리넬 경도법보다 간단하며, 경도계 다이얼에서 직접 경도값을 읽을 수 있습니다. 그러나 작은 압흔 때문에 경도 측정값이 브리넬 경도법만큼 정확하지는 않습니다.
C. 비커스 경도(HV)
비커스 경도 시험은 압입 시험 방법의 일종입니다. 이 시험에서는 마주보는 면 사이의 각도가 1360°인 사각 피라미드형 다이아몬드 압입기를 선택된 시험력(F)으로 시험 표면에 누르고, 정해진 유지 시간 후에 압입기를 제거합니다. 이때, 압입 자국의 두 대각선의 길이를 측정합니다.
비커스 경도 값은 시험력을 압흔 면적으로 나눈 값입니다. 계산 공식은 다음과 같습니다.
공식에서 HV는 비커스 경도 기호(N/mm2, MPa)를 나타냅니다.
F-시험력, N;
d – 함몰부의 두 대각선의 산술 평균(mm).
비커스 경도 시험에 사용되는 시험력 F는 5(49.03), 10(98.07), 20(196.1), 30(294.2), 50(490.3), 100(980.7) kgf(N) 및 기타 6단계입니다. 측정 가능한 경도 값은 5~1000HV 범위입니다.
표현 방법의 예: 640HV30/20은 30Hgf(294.2N)의 시험력으로 20초 동안 측정한 비커스 경도 값이 640N/mm2(MPa)임을 의미합니다.
비커스 경도법은 매우 얇은 금속 재료 및 표면층의 경도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 브리넬 및 로크웰 경도법의 주요 장점을 가지면서 기본적인 단점을 극복하지만, 로크웰 경도법만큼 간단하지는 않습니다. 비커스 경도법은 강관 규격에서는 거의 사용되지 않습니다.
게시 시간: 2024년 4월 3일
