경도 측정기의 선정 및 적용 범위

경도 측정기는 금속 재료의 경도를 측정하는 도구이다. 경도의 정의는 최초로 리오 뮐(Léo Muhl)에 의해 제시되었으며, 이는 물체가 그 표면에 압입되는 것을 저항하는 능력을 의미한다. 이는 금속 재료의 중요한 성능 지표 중 하나이다. 일반적으로 경도가 높을수록 내마모성이 우수하다.

측정 원리에 따라 경도 측정은 리브(Leeb) 경도 측정기, 로크웰(Rockwell) 경도 측정기, 브리넬(Brinell) 경도 측정기, 쇼(Shaw) 경도 측정기, 쇼어(Shore) 경도 측정기, 바콜(Barcol) 경도 측정기, 미세경도 측정기, 모스(Mohs) 경도 측정기, 비커스(Vickers) 경도 측정기 등으로 구분된다.

브리넬 경도계와 로크웰 경도계가 가장 널리 사용됩니다. 강재 및 주조 강재, 합금 공구강, 스테인리스강, 흑연주철(회주철), 구상흑연주철(연성주철), 주조 알루미늄 합금, 구리-아연 합금(황동), 구리-주석 합금(청동), 순동, 단조 강재, 열처리, 침탄, 담금질 경화층, 표면 코팅, 강재, 비철금속, 미세 및 얇은 부품, 고무, 플라스틱, IC 웨이퍼, 보석류 등 다양한 재료를 모두 측정할 수 있습니다.

경도계 사용 시 유의해야 할 사항이 몇 가지 있습니다.

1. 경도 측정기 자체는 두 가지 오차를 발생시킨다. 첫 번째는 기기 부품의 변형 및 이동으로 인해 발생하는 오차이고, 두 번째는 경도 파라미터가 규정된 표준을 초과함으로써 발생하는 오차이다. 두 번째 오차의 경우, 측정 전에 표준 블록을 사용하여 경도 측정기를 교정해야 한다. 로크웰 경도 측정기의 경우, 교정 편차가 ±1 이내이면 적합하며, 해당 편차 범위 내에서 안정된 값이 ±2 이내이면 보정 값을 부여할 수 있다. 편차가 ±2 범위를 벗어날 경우, 경도 측정기를 반드시 교정 및 수리하거나 다른 경도 시험 방법으로 대체해야 한다.

2. 경도 측정기는 각기 다른 적용 범위를 가지며, 규정에 따라 적절한 것을 선택해야 한다. 예를 들어, 경도가 HRB 100을 초과할 경우 HRC 척도를 사용하여 측정해야 하며, 경도가 HRC 20 미만일 경우에는 HRB 척도를 사용하여 측정해야 한다. 이는 지정된 측정 범위를 벗어날 경우 경도 측정기의 정확도와 감도가 떨어져 측정된 경도 값이 부정확해지므로, 실제 사용에 부적합하기 때문이다.

3. 압입자(인덴터) 또는 받침판(앤빌)을 교체할 때는 접촉 면을 깨끗이 닦아야 한다. 교체 후에는 일정한 경도를 가진 강철 시료를 여러 차례 측정하여 연속 두 번 측정된 경도 값이 동일해질 때까지 반복한다. 이는 압입자 또는 받침판이 시험기의 접촉 부위에 단단히 밀착되어 잘 접촉하도록 하여 시험 결과의 정확도에 영향을 주지 않기 위함이다.

4. 경도 측정기를 조정한 후, 경도 측정을 시작할 때는 첫 번째 측정 지점에서 표준 시험 블록을 사용하여 시편과 앤빌(받침대) 사이의 접촉 불량으로 인해 측정값이 부정확해지는 상황을 배제합니다. 확인 후, 경도 측정기가 정상 작동 상태임이 확인되면 시편에 대한 본격적인 측정을 실시하고, 측정된 경도 값을 기록합니다.

5. 시편의 크기 및 조건이 허용되는 경우, 일반적으로 서로 다른 부위를 선정하여 최소 3개의 경도 값을 측정합니다. 세 측정 지점 간 거리는 ≥3mm 이상이어야 하며, 이 세 값의 평균을 해당 시편의 경도 값으로 산정합니다.

6. 복잡한 형상을 가진 시편의 경우, 적절한 받침대(패드)를 사용하여 고정한 후 측정을 수행합니다. 원형 시편은 일반적으로 V자 홈(V-groove)에 놓고 측정합니다.

7. 경도 측정기는 규정에 따라 교정되어야 한다. 경도 측정기의 교정에 사용되는 표준 블록은 양면을 모두 사용할 수 없는데, 이는 표준 면과 배면의 경도가 일치하지 않을 수 있기 때문이다. 일반적으로 표준 블록은 교정일로부터 1년간 유효하다.

각 종류의 경도 측정기의 적용 범위는 다음과 같다.

브리넬 경도 측정기: 주로 구조가 불균일한 단조 강재 및 주철의 경도 시험에 사용되며, 비철금속 및 연강에도 적합합니다. 브리넬 경도 시험은 원자재 및 반제품 검사에 적합합니다. 제품 장점은 압입 흔적이 크기 때문에 재료의 종합적인 성능을 반영할 수 있고 정밀도가 높다는 점이며, 단점은 압입 흔적이 크기 때문에 일반적으로 완제품 검사에는 사용되지 않는다는 점입니다.

‌ 록웰 경도 측정기: 담금질된 강철, 담금질 및 템퍼링 처리된 강철, 템퍼링 처리된 강철, 어닐링 처리된 강철, 표면 경화 강철, 카바이드 재료, 분말 야금 재료, 열살포 코팅 등 다양한 철계 및 비철계 금속의 경도 측정에 적합합니다. 장점은 응용 범위가 넓어 다양한 철계 및 비철계 금속의 경도 측정에 적합하다는 점이며, 단점은 인덴테이션 크기가 작아 얇은 판재 금속, 얇은 벽관 등에 적합하다는 점입니다.

‌ 표면 로크웰 경도 시험기: 얇은 판재, 침탄 처리, 질화 처리, 표면 경화층, 스테인리스강 및 알루미늄 합금 등에 적합한 경도 시험. 비커스 경도 시험기: 미세 부품, 얇은 강판, 금속 호일, IC 시트, 와이어, 얇은 경화층, 전기 도금층, 유리, 보석 및 세라믹 등을 측정하는 데 사용됨. 장점은 압입 흔적이 작아 미세 부품 및 얇은 재료의 시험에 적합하다는 점이며, 단점은 조작이 비교적 복잡하다는 점임. 미세 부품, 얇은 강판, 금속 호일 등 다양한 재료의 시험에 적합함.