재료의 경도에 대해 알아야 할 모든 것

부품에 사용된 재료의 적합성은 부품이 의도한 환경에서 기능할 수 있도록 하는 데 매우 중요합니다. 프로젝트에 대한 재료의 적합성을 결정하는 재료 중 하나는 재료의 경도입니다. 프로젝트에 강철이나 더 부드러운 재료와 같이 경도가 높은 재료가 필요한지 여부를 결정합니다.

프로젝트에서 잘못된 재료를 사용하면 특히 생산된 부품이 더 큰 프로젝트의 일부일 때 재앙적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 우리 모두 알고 있습니다. 따라서 생산 전에 재료의 경도를 평가하는 것이 필수적입니다.

높은 압흔이나 마모에도 변형 없이 견딜 수 있는 물질이 필요하다면 단단한 재질을 선택해야 합니다. 그러나 경도가 높은 재료가 모든 프로젝트에 반드시 적합한 것은 아닙니다. 어떤 것이 귀하의 프로젝트에 적합한지 알아보려면 전문 가공 회사와 상담해야 합니다.

재료 경도란 무엇입니까?

재료 경도는 변형, 긁힘, 관통 및 움푹 들어간 곳 없이 힘을 견딜 수 있는 재료의 능력입니다. 즉, 가해지는 힘에도 불구하고 물리적 특성을 유지하는 재료의 능력입니다.

강철과 같은 재료는 주석과 같은 다른 재료에 비해 경도가 높기 때문에 경도는 많은 재료에 따라 다릅니다. 목재 및 플라스틱과 같은 다른 비금속 재료도 부드러운 금속 특성을 가지고 있습니다.

재료의 경도는 가소성, 탄성 강성, 연성, 인성, 변형률, 강도, 점탄성 및 점도와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.

재료 경도의 유형은 무엇입니까?

재료는 조건에 따라 다르게 동작합니다. 예를 들어, 재료는 아직 큰 일회성 충격을 견딜 수 있지만 지속적인 하중을 견딜 수 없습니다. 따라서 프로젝트의 요구 사항에 맞게 재료 경도를 수행해야 합니다.

우리는 재료의 경도를 세 가지로 분류할 수 있습니다. 재료는 이러한 다양한 유형의 경도에서 다른 값을 갖습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 스크래치 경도
• 반동 경도
• 압입 경도

긁힘 경도

기계공은 긁힘 경도를 표면의 긁힘에 저항하는 재료의 능력으로 정의합니다. 스크래치는 재료 표면에 있는 좁은 연속선입니다. 날카롭고 더 단단한 재료가 더 부드러운 재료의 표면을 스칠 때 그러한 재료의 표면에 흠집이 생깁니다.

기계공은 세라믹과 같은 취성 재료에 대해 스크래치 테스트를 사용합니다. 일부 재료는 소성 변형에 도달하지 않지만 스크래치를 견딜 수 없습니다. 일부 디자인은 긁힘에 민감합니다. 따라서 긁힘 경도가 높은 재료가 필요합니다.

예를 들어, 기계의 특정 부품에는 마찰이 필요할 수 있습니다. 이 경우 스크래치 경도가 낮은 재료를 사용하면 충분하지 않을 수 있습니다. 약간의 마찰로 재료가 매끄러운 표면을 잃어 결국 기계의 전체 기능에 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 즉, 수리에 더 많은 비용을 자주 지출해야 합니다. 재료가 마찰을 견디고 매끄러운 표면을 잃지 않는지 알아보기 위해 긁힘 경도 테스트를 수행하여 이를 방지할 수 있습니다.

반동 경도

이에 대한 동의어는 동적 경도이며 플라스틱 경도보다 탄성 경도에 가깝습니다. 탄성 경도는 재료가 영구적으로 변형되지 않음을 의미합니다. 외력이 가해질 때만 형태를 잃습니다. 외력이 제거되면 자동으로 원래 모양으로 돌아갑니다. 이것은 재료가 원래 모양을 회복할 수 없는 소성 변형의 경우가 아닙니다. 따라서 반발경도는 탄성경도에 가깝습니다.

반발 경도는 재료가 충격에 대한 에너지를 흡수하고 압자에 되돌려주는 것을 요구합니다. 기계공은 반발 경도를 테스트하기 위해 압자를 사용합니다. 압자로 사용된 재료는 이미 알려진 경도를 가지고 있으며 기계 기술자가 측정한 재료의 경도와 비교합니다.

다이아몬드 팁 망치를 재료에 떨어뜨려 재료의 반발 또는 동적 경도를 측정할 수 있습니다. 그런 다음 표면을 친 후 망치의 경계를 측정합니다. 해머가 원래 낙하 높이에 더 가까워지면 재료는 반발 경도 값이 높습니다. 반면 해머가 낙하높이에 가까워지지 않으면 반발경도가 낮은 재료입니다.

압입 경도

기계공은 압입 경도를 사용하여 변형에 대한 재료의 경도를 결정합니다. 인상을 형성할 때까지 지속적인 하중으로 검사된 재료를 압입해야 합니다. 기계공은 테스트한 재료와 사용 목적에 따라 미시적 및 거시적 규모 모두에서 압입 경도 테스트를 수행합니다.

엔지니어와 야금학자는 재료 경도에 대해 이야기할 때 종종 압입 경도를 나타냅니다. 재료의 들여쓰기 값을 측정하면 재료가 변형되기 전에 견딜 수 있는 하중을 알 수 있습니다.

재료 경도를 측정하는 단위는 무엇입니까?

일부 기계공은 종종 경도의 SI 단위를 압력의 단위와 혼동합니다. 전자는 N/mm²의 SI 단위를 가지며, 그렇지 않으면 단위 파스칼이라고 합니다. 반면에 후자는 (N/m2 또는 kg·m−1·s−2)의 SI 단위를 갖습니다.

앞에서 논의한 다양한 유형의 경도는 각각 다른 측정 척도를 가지고 있습니다. 단위는 각 측정 방법에서 파생됩니다. 따라서 직접 비교에 적합하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 비교에 사용할 수 있는 변환표가 있습니다. 비교가 100% 정확할 수는 없지만 적절한 표시를 제공하기 때문에 "관리"라고 합니다.

경도 측정을 위한 몇 가지 일반적인 단위에는 브리넬 경도 수(HB), 로크웰 경도 수(HRA, HRB, HRC 등), 리브 경도 값(HLD, HLS, HLE 등) 및 비커스 경도 수(HV)가 포함됩니다. 아래 표에서 측정 방법을 비교했습니다.

재료 경도 시험 방법

각 유형의 재료 경도는 다르게 측정됩니다. 다음은 모든 종류의 경도를 테스트하는 방법입니다.

브리넬 테스트

이것은 기계공이 사용하는 일반적인 경도 테스트입니다. 첫째, 기계공은 시험기에 익숙해집니다. 그는 테스트를 수행하기 전에 모니터에 필요한 모든 설정을 합니다.

여기서의 원리는 직경 10mm의 강구를 사용하여 시험편에 인상을 만드는 것과 관련이 있습니다. 그런 다음 재료의 Brinnel 경도 수치를 알기 위해 인상을 계산합니다.

기계는 재료에 볼을 내려서 움푹 들어간 부분을 형성하고 약 30초 동안 그대로 둡니다. 그런 다음 기계공은 공에 힘을 가합니다. 테스트 중인 금속의 종류에 따라 적용되는 힘이 결정됩니다.

일부 금속은 500Kg의 하중이 필요할 수 있지만 일부는 표준 하중인 3000Kg까지 필요할 수 있습니다. 인덴터가 제거되면 엔지니어는 저배율 현미경으로 관찰하여 인덴터의 크기를 측정합니다. 그는 다른 영역을 잘라내고 직각에서 측정값의 평균을 계산합니다.

테스트를 마친 후 기계공은 브리넬 경도 계산 공식을 사용하여 경도 수치를 계산합니다.

어디,

F – 힘, N

D – 압자 직경, mm

d – 압입 직경, mm

로크웰 경도 시험

이것은 또 다른 일반적인 유형의 경도 시험입니다. 테스트한 재료의 종류에 따라 사용되는 스케일의 종류가 결정됩니다.

선택할 수 있는 30가지 다른 저울이 있습니다. 따라서 재료에 적합한 것을 선택할 수 있습니다. 그러나 가장 일반적으로 사용되는 음계는 "B"와 "C"입니다.

테스터는 테스트 부하를 적용하기 전에 먼저 약간의 부하를 적용합니다. 작은 하중은 압자를 테스트 샘플에 적절하게 고정하고 더 정확한 결과를 위해 표면 불규칙성을 제거하는 데 도움이 됩니다.

그런 다음 그는 주요 하중을 ​​적용하여 인상을 만들기 위해 재료에 압자를 낮춥니다. 그는 경도를 결정하기 위해 인상을 측정합니다. 그런 다음 시험기는 경도 값을 계산하여 증가된 압입 치수를 결정합니다.

로크웰 경도 공식은 다음과 같습니다.

어디,

N – 사용된 스케일에 따른 스케일 팩터

s – 사용된 스케일에 따른 스케일 팩터

d - 경미한 하중과 비교한 영구 압입 깊이, mm

비커스 경도 시험

이것은 경도를 측정하는 또 다른 방법입니다. 더 적은 하중을 필요로 하는 부드러운 재료에 더 적합합니다. 따라서 부드러운 재료에 대해 더 나은 정확도가 필요한 경우 Vickers 테스트가 가장 적합합니다.

Vickers는 모든 재료에 단일 다이아몬드 인덴터를 사용하여 계산을 더 쉽게 만듭니다.

테스터는 시작하기 전에 먼저 기계에 익숙해져야 합니다. 그런 다음 부품을 기계에 올려 놓고 현미경을 사용하여 적절한 높이를 찾습니다. 화면의 이미지를 확인하여 정확한 위치를 결정할 수 있습니다. 더 집중된 이미지가 있으면 설정이 잘 된 것입니다.

다이아몬드 인덴터가 부품까지 내려와 지정된 기간 동안 유지됩니다.

아래 공식을 사용하여 인덴터를 들어올리고 인덴트 값을 측정합니다.

어디,

F – 힘, N

d – 들여쓰기 대각선, mm

모스 경도 시험

스크래치 경도를 측정하려는 경우 채택할 수 있는 적합한 방법입니다. 전통적으로 이 테스트는 알려진 경도를 가진 기준 재료에 대해 재료를 긁어 수행합니다. 모스 경도 시험은 경도가 다른 10개의 기준 재료를 사용합니다. 테스트 중인 재료의 종류는 사용할 참조의 종류를 결정합니다. 그런 다음 시험 재료에 수치 경도 값을 할당하여 결과를 얻습니다.

Talk는 값이 1인 가장 부드러운 재료로 사용됩니다. 반면 가장 단단한 재료는 값이 10인 다이아몬드입니다.

Rockwell 다이아몬드 압자는 현대 모스 경도 시험에 사용됩니다. 기계의 작동 원리는 전통적인 방법과 유사합니다. 시험편에 적당한 하중을 가하여 일정시간 긁는 작업입니다.

경화경 검사

Scleroscope를 사용하여 재료의 반발 경도를 결정할 수 있습니다. 중공 수직 유리관을 스탠드에 연결하여 이 테스트를 수행할 수 있습니다. 그런 다음 다이아몬드 망치를 튜브를 통해 시험편에 떨어뜨립니다. 해머가 튕기고 튕기는 높이가 측정하고 기록할 것입니다. 경도가 높은 재료는 바운스가 높고 부드러운 재료는 바운스가 낮습니다.

재료 경도 차트

재료 경도 차트는 일부 인기 있는 재료 유형의 경도를 결정하는 가장 쉬운 방법 중 하나입니다. 차트는 다양한 측정 방법을 사용하여 이러한 다양한 재료의 경도 값을 제공합니다. 예를 들어, 위의 차트는 Brinell의 척도와 같은 측정 방법을 사용하여 알루미늄 및 티타늄과 같은 금속의 경도 값을 보여줍니다. 이렇게 하면 목록에 없는 사람을 사용하는 경우 원료의 경도를 평가할 필요가 없습니다.

그러나 사용된 차트가 표준 조건에서 평가된 차트인지 확인해야 합니다.

결론

프로젝트에 적합한 재료를 선택하려면 적절한 재료 경도 테스트를 수행하는 것이 필수적입니다. 재료의 경도를 테스트하는 다양한 방법이 있습니다. 재료의 경도에 대한 전문적인 조언은 전문 회사에 문의하십시오.

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