경도 테스트의 이해: 전체 가이드

1. 개요

경도국부적인 압흔 변형이나 스크래치 골절에 대한 저항력.

두 가지 종류의 모스 경도 순서 테이블

2. 브리넬 경도

(1) 원칙

금속 재료의 브리넬 경도를 측정하려면 표면에 직경 D의 구형 압자를 사용하여 특정 하중 F를 가하고 일정 시간 동안 유지합니다. 이 과정에서 구형 압흔이 형성되고 압흔의 단위 면적당 하중 값이 해당 재료의 브리넬 경도로 간주됩니다. 금속 소재.

압흔 직경 측정

들여쓰기 재료: 재질

• 경질 합금 볼(HBW) HB=450~650
• 경화강 볼(HBS) HB<450

(2) 표현 방법

예: 280HBS10/3000/30
1kgf=9.81N

• 280 - 경도 값
• HBS - 경도 기호
• 10 - 강구 직경 mm
• 3000 - 부하 크기 kgf
• 30 - 부하 유지 시간 초

일반 조건: 10mm 스틸 볼 직경; 3000kg 하중; 10초 압력 유지 시간, 즉 HB280

(3) 테스트 단계

(4) F와 D 선택(들여쓰기의 기하학적 유사성 원칙)

측정 시 브리넬 경도 직경이 다른 들여쓰기와 크기가 다른 하중의 경우 동일한 HB 값, 즉 들여쓰기의 개방 각도φ를 얻으려면 기하학적 유사성 원칙을 충족해야 합니다.

방법: 재료는 같지만 두께가 다른 시료 또는 경도와 부드러움이 다른 재료에 대해 동일한 HB를 측정해야 합니다.

D와 F를 선택할 경우, F/D² 는 동일합니다.

들여쓰기의 기하학적 유사성 원리:

F/D가 일정하게 유지되는 한 HB는 누르는 각도 φ에만 의존한다는 것을 알 수 있습니다.

F/D² 비율: 30,15,10,5,2.5,1.25,1

엔지니어링 규정에 따르면 F/D의 비율은 다음과 같습니다.² 는 재료 경도와 샘플 두께에 따라 30, 10, 2.5로 선택됩니다.

자세한 내용은 다양한 표준 및 테스트 사양을 참조하세요.

그림 1-21 유사성 원칙의 적용

브리넬 경도 테스트 P/D 선택표²

실험 결과 HB는 0.25D<d<0.5D일 때 안정적이고 비슷한 것으로 나타났습니다.

(5) 로드 유지 시간:

시험에 영향을 미치는 경우, 일반적으로 10대와 30대의 규정에 따라 엄격하게 실시합니다.

(6) 브리넬 경도의 특성 및 적용

이 방법은 압흔 면적이 넓고 측정 정확도가 높기 때문에 거칠거나 이질적인 재료에 적합합니다. 그러나 압흔 크기가 크기 때문에 완제품 검사가 어려울 수 있습니다.

주로 원자재 검사에 활용되며 압자 재료는 연질 재료(HB450~650)로 제한됩니다. 또한 압흔 측정 효율이 상대적으로 낮습니다.

3. 로크웰 경도

들여쓰기 깊이는 재료의 경도를 반영하는 데 사용할 수 있습니다.

다양한 연질 및 경질 재료에 적응하기 위해 여러 등급의 경도 시험기는 다양한 압입구와 하중을 사용합니다.

일반적인 등급 중 하나는 150kgf의 총 하중과 120° 다이아몬드 원뿔 압자를 두 번 사용하는 C, HRC입니다.

먼저 압자와 재료 표면이 적절히 접촉할 수 있도록 초기 하중 P1=10kgf를 가합니다. 그런 다음 P2=140kgf의 메인 하중이 추가됩니다.

P2를 제거한 후 압흔의 깊이를 측정하여 재료의 경도를 결정하는 데 사용합니다.

그림 3-17 로크웰 경도 시험의 원리 및 시험 과정 모식도

(a) 프리로드 추가 (b) 메인 로드 추가 (c) 메인 로드 언로드

들여쓰기: 120 다이아몬드 콘 또는 경화 강철 볼

로크웰 경도 정의:

0.002mm 잔여 압흔 깊이는 로크웰 경도 단위입니다.

K - 상수, 스틸 볼 인덴터의 경우 130, 다이아몬드 인덴터의 경우 100

표 3-6 로크웰 경도 테스트 사양 및 응용 프로그램

로크웰 경도의 특성 및 응용

(1) 이 방법은 경도 값을 직접 판독할 수 있고 매우 효율적이어서 배치 검사에 적합합니다.

(2) 홈이 작고 일반적으로 '비파괴적'으로 간주되므로 완제품 검사에 적합합니다.

(3) 그러나 들여쓰기 크기가 작으면 대표성이 떨어질 수 있으므로 거칠거나 균일하지 않은 소재에는 적합하지 않습니다.

(4) 로크웰 경도 테스트는 다양한 스케일로 나뉘며, 각각 광범위한 응용 분야가 있습니다.

(5) 다른 스케일에서 얻은 로크웰 경도 값은 비교할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.

4. 비커스 경도

1. 원칙

다이아몬드 피라미드를 일정한 하중 F로 금속 표면에 눌러 피라미드 홈을 만듭니다.

단위 들여쓰기 영역의 하중 값은 비커스 경도입니다. 금속 소재.

테스트 힘 F의 단위가 kgf인 경우:

테스트 힘 F의 단위가 N인 경우:

들여쓰기 재질: 136°의 각도가 포함된 다이아몬드 피라미드

2. 표현 방법

예: 270HV30/20, 유지 시간이 10-15초인 경우 270HV로 기록할 수 있습니다.

• 270 - 경도 값
• 30 - 하중 크기 kgf
• 20 - 부하 유지 시간 초

3. 미세 경도

매우 작은 하중의 비커스 경도, 하중은 5-200gf입니다.

Hm으로 표시되며, 단일 입자 또는 위상의 경도를 테스트하는 데 사용할 수 있습니다.

비커스 경도의 특성 및 적용

(1) 들여쓰기의 기하학적 모양은 항상 비슷하지만 하중은 다양할 수 있습니다.

(2) 모서리 원뿔 홈 윤곽이 뚜렷하여 측정 정확도가 높습니다.

(3) 다이아몬드 인덴터는 광범위한 응용 분야를 가지고 있으며 다양한 재료에 대해 일관된 경도 스케일을 제공할 수 있습니다.

(4) 압흔 측정의 효율성이 낮아 현장 배치 검사에 적합하지 않습니다.

(5) 들여쓰기가 작고 거칠거나 이질적인 재료에는 적합하지 않습니다.

그러나 금속학적 시편을 사용하여 다양한 위상의 경도 또는 경도 분포를 측정할 수 있습니다.

5. 경도 강도 관계 및 시험 방법 개선

(1) 경도 테스트 특성

스트레스 상태는 매우 부드러워(α>2) 광범위하게 적용할 수 있습니다;

일부 재료의 경도

공유 결합 ≥ 이온 결합>금속 결합>수소 결합>반 결합

이 방법은 간단하고 비파괴적이며 현장 검사에 적합합니다;

물리적 의미가 명확하지 않아 정량적으로 설계하기 어렵습니다.

(2) 경도와 강도의 관계

σb≈KH

강철: K=0.33~0.36

구리 합금, 스테인리스 스틸 등: K=0.4~0.55

간의 관계 경도 및 강도 어닐링된 금속의

참고: 경도 단위!

(3) 나노 압흔 테스트

하중을 가하는 과정에서 시편 표면에서 탄성 변형이 먼저 발생합니다. 하중이 증가함에 따라 소성 변형이 서서히 나타나고 또한 증가합니다.

언로딩 프로세스는 주로 탄성 변형의 복구이며, 소성 변형은 궁극적으로 샘플 표면에 홈을 형성합니다.

나노 인덴테이션의 하중 변위 곡선

나노 압입 테스트의 원리

• H - 나노 경도;
• S - 접촉 강성;
• A - 연락처 영역;
• β - 들여쓰기의 지오메트리와 관련된 상수입니다;
• Er - 등가 계수

나노 경도와 기존 경도 사이에는 중요한 차이점이 있습니다:

우선, 두 가지 정의가 서로 다릅니다.

나노 경도: 시료의 압흔 과정에서 베이스 압흔의 표면적을 투영할 때 단위 면적이 받는 순간적인 힘으로, 접촉 하중을 견디는 시료의 능력을 측정하는 척도입니다;

비커스 경도 는 압자의 언로딩 후 유지되는 압자의 표면적에 대한 단위 면적당 평균 힘으로 정의되며, 이는 시편의 선형 잔류 변형에 대한 저항력을 반영합니다.

경도를 측정하는 과정에서 소성 변형이 공정을 지배하는 경우 두 정의의 결과는 비슷합니다. 그러나 탄성 변형이 공정을 지배하는 경우 결과는 달라집니다.

순수 탄성 접촉에서는 잔류 접촉 면적이 매우 작습니다. 따라서 경도에 대한 기존의 정의는 무한대의 값을 산출하여 시료의 실제 경도 값을 얻을 수 없게 됩니다.

또한 두 방법의 측정 범위가 다릅니다. 기존의 경도 측정은 측정 기기의 한계로 인해 대형 시료에만 적용할 수 있을 뿐만 아니라 잔류 압흔이 마이크로 및 나노 스케일에서 시료의 실제 경도를 정확하게 반영할 수 없기 때문입니다.

나노 경도 측정에는 새로운 측정 기술과 계산 방법이 사용되어 마이크로 및 나노 스케일에서 시료의 경도 특성을 보다 정확하게 반영할 수 있습니다.

두 방법의 가장 큰 차이점은 압흔 면적의 계산입니다. 나노 경도 측정은 압흔 깊이를 측정한 다음 경험적 공식을 사용하여 접촉 면적을 계산하는 반면, 기존 경도 측정은 언로딩 후 촬영한 사진에서 압흔 표면적을 구하는 방식입니다.

(4) 나노 인덴테이션 테스트 방법

나노 경도 시험기의 기본 구성 요소는 제어 시스템, 무빙 코일 시스템, 로딩 시스템, 압자 등 여러 부분으로 나눌 수 있습니다.

일반적으로 삼각형 원뿔 또는 네 모서리 치수인 다이아몬드 인덴터가 일반적으로 사용됩니다.

테스트 중에 초기 매개변수가 먼저 입력되고 이후 감지 프로세스는 마이크로컴퓨터에 의해 완전히 자동화됩니다.

로딩 시스템의 조작과 압자의 동작은 무빙 코일 시스템의 전류를 변경하여 달성할 수 있습니다.

압자 압착 하중의 측정 및 제어는 스트레인 게이지에 의해 수행되며, 이는 폐쇄 루프 제어를 위해 무빙 코일 시스템에 피드백을 제공하여 입력 파라미터 설정에 따라 테스트를 완료할 수 있습니다.