평가하고 깨뜨리지 마십시오 - 경도 테스트 및 주조

비파괴 접근 방식을 사용하여 금속 부품을 검증하는 중요한 단계

경도 테스트는 주조 금속의 특성과 다양한 응용 분야에 대한 적합성을 측정하기 위해 주조 공장에서 사용되는 품질 테스트입니다. 그 인기는 시험의 비파괴적 특성과 다른 기계적 특성과의 관계 때문입니다. 주조소는 경도 테스트 결과를 기반으로 재료의 인장 응력을 추론합니다.

주조금속의 성질은 금속의 조성, 공정조건, 열처리에 따라 달라진다. 주조 금속 제품이 원하는 최종 용도에 적합한지 인증하는 것이 중요합니다. 주물 사용자에게는 네 가지 주요 속성 범주가 중요합니다.

• 힘
• 영향
• 경도
• 내식성

주조소는 때때로 제품 주조와 함께 테스트 쿠폰을 주조합니다. 테스트 쿠폰의 품질 테스트 결과는 주조 제품에도 적용되는 것으로 가정합니다. 인장 응력 및 충격과 같은 일부 시험은 공정에서 시험편을 파괴합니다. 그러나 비파괴 검사(NDT)는 결과를 얻기 위해 금속 샘플을 파괴하지 않습니다. 비파괴검사의 장점은 시험편이 아닌 주조 금속 제품 자체에 대해 시험을 수행할 수 있다는 것입니다.

경도 시험의 이점:

• 열처리 작업에서 부품의 열처리 검증 및 케이스 깊이 분석 기능
• 재료가 의도한 용도에 필요한 특성을 가지고 있는지 판단하는 능력
• 대상 애플리케이션을 위한 재료 또는 구성 요소를 효과적으로 검증하고 출시하기 위한 비파괴 테스트 대안
• 저비용 및 빠른 성능

경도 시험이란 무엇입니까?

경도라는 용어 , 일반적으로 변형에 대한 저항을 의미합니다. 금속의 경우 속성은 영구 변형 또는 소성 변형에 대한 저항의 척도입니다. 금속 및 주조 금속의 경도를 측정하기 위한 몇 가지 다른 테스트가 있습니다.

브리넬 경도 시험

브리넬 경도 시험은 ASTM E10—금속 재료의 브리넬 경도에 대한 표준 시험 방법을 사용합니다. ASTM(American Society for Testing and Measurement)은 이 표준의 관리 기관입니다. 측정값을 얻기 위해 높은 하중을 사용하는 매크로 압입 테스트입니다. 주조 금속은 코스 입자 구조와 재료가 불균일할 가능성으로 인해 거시적 경도 테스트가 필요합니다.

브리넬 경도 수(BHN)를 얻기 위해 고정 직경의 카바이드 볼이 고정된 압력에서 설정된 시간 동안 금속을 누릅니다. 하중을 제거할 때 작업자는 남아 있는 압입의 직경을 측정하고 다음 공식을 사용하여 BHN으로 변환합니다.

\(BHN={2PoverπD(D-제곱{D^2-d^2 })}\)

페 =적용된 힘(kgf)
D =압자의 직경(mm)
d =압입 직경(mm)

미국에서 강철과 철의 시험 하중은 일반적으로 10mm 볼에 최대 3000kgf로 설정됩니다. 알루미늄은 500kgf의 더 낮은 테스트 하중을 사용하고 때로는 5mm의 더 작은 압자를 사용합니다. 금속의 경우 일반적인 BHN 범위는 50–750입니다. 아래의 Engineering Toolbox Brinell 경도 표에는 BHN의 몇 가지 예가 나와 있습니다.

재료
브리넬 경도 수치

부드러운 황동

60

연강

130

소둔 끌 강철

235

백주철

415

질화 표면

750

Brinell 경도 시험을 위한 금속 표면의 준비는 매우 중요합니다. 들쭉날쭉한 표면이나 기타 결함이 결과에 영향을 미칩니다. 결과의 변동성을 최소화하기 위해 테스트를 준비하기 위해 금속 표면을 연마하는 것이 좋습니다.

Brinell 경도 시험의 기원은 1900년으로 거슬러 올라갑니다. 시험 초기에 결과는 작업자의 관점에 크게 영향을 받았습니다. 다른 운영자는 측정의 높은 변동성을 초래하는 다른 결과를 내놓을 것입니다. 그러나 전자 측정 장비의 도입으로 일관성 수준이 크게 향상되었습니다.

로크웰 경도 시험

로크웰 경도 시험은 ASTM E18—금속 재료의 로크웰 경도에 대한 표준 시험 방법을 사용합니다. 로크웰 테스트에는 두 단계가 있습니다. 장비는 다이아몬드 또는 볼 압자를 사용하여 샘플에 예비 테스트 힘을 가합니다. 이 단계의 목적은 금속 표면을 뚫고 최종 결과에 대한 표면 마감의 영향을 줄이는 것입니다. 오퍼레이터는 이 지점에서 베이스라인 들여쓰기 깊이를 측정합니다. 설정된 시간 동안 예압을 유지한 후 주요 하중이 가해집니다. 다시, 힘은 미리 설정된 시간 동안 유지되고 다시 예압으로 감소됩니다. 시간이 경과하면 작업자가 압입 깊이를 측정합니다. 로크웰 경도 수치는 기준선과 최종 깊이 측정값 간의 차이를 기반으로 합니다.

테스트 축에 대한 로크웰 테스트의 정확도가 수직의 2도 이내인 것이 중요합니다. Rockwell 경도 척도가 테스트와 함께 제공됩니다.

\(RHN={N-(h/S) }\)

아니 =상수
S =스케일 단위
h =들여쓰기 깊이

리바운딩 경도 시험

Leeb 시험은 ASTM A956 - 철강 제품의 Leeb 경도 시험을 위한 표준 시험 방법을 사용합니다. Leeb 테스트는 테스트 샘플에서 물체가 반동하는 정도를 측정한 것입니다. 금속의 경도는 반발 에너지에 영향을 미칩니다. 더 단단한 재료는 더 큰 반발을 생성하고 부드러운 재료는 반발 에너지를 약화시킵니다. 물체가 샘플과 충돌하기 전과 후의 속도는 반동 값의 기초를 형성합니다. Leeb 테스트 장비에는 리바운드 테스트에 사용되는 자기 볼의 유도 전압을 측정하는 코일이 포함되어 있습니다. 이 유도 전압은 테스트 장비의 코일을 통해 움직이는 볼의 속도와 직접적인 관련이 있습니다. Leeb 경도 값은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

\(LHN={반동;충격보다 속도;속도}x1000\)

Leeb 방법의 장점은 테스트 샘플에 남아 있는 들여쓰기가 다른 방법보다 훨씬 작다는 사실입니다. 또한 Brinell 및 Rockwell 경도 시험기보다 휴대가 간편하고 사용이 간편합니다. 단점은 샘플 표면이 고르지 않은 경우 다양한 결과를 얻을 수 있다는 것입니다. 샘플의 두께와 탄소 함량도 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.

경도 수치 변환

ASTM E140-12be1은 금속이 한 경도 시험 방법에서 다른 경도 시험 방법으로 변환하기 위한 표준 경도 변환 표를 제공합니다. 이러한 변환은 대략적이며 재료 구성, 미세 구조 및 열처리와 같은 요인에 따라 달라집니다. 표는 다양한 방법에 대한 수많은 테스트를 기반으로 하지만 변환 결과는 비교 가능한 값의 추정치로만 간주될 수 있습니다.

경도수 및 열처리

주조 금속은 특성을 조작하기 위해 열처리됩니다. 열처리는 재료의 온도를 미리 결정된 값으로 올리는 것을 포함합니다. 그런 다음 제품의 원하는 특성에 따라 특정 속도로 냉각됩니다. 가열 사이클의 최종 온도와 냉각 속도는 금속의 미세 구조에 직접적인 영향을 미칩니다.

더 빠른 냉각 속도에 의해 발생하는 미세 펄라이트 및 페라이트 미세 조직은 더 큰 경도 값을 갖습니다. 금속이 담금질되면 급속 냉각으로 인해 가장 큰 경도를 갖는 마르텐사이트 미세 조직이 생성됩니다. 미세 구조와 경도 사이의 직접적인 관계 때문에 경도 테스트는 열처리의 성공 여부를 빠르게 나타내는 지표입니다.

경도 수치 및 주조 금속 특성

표는 인장 강도와 특정 재료의 경도 상관 관계를 보여줍니다. 인장 응력 측정은 파괴적인 과정인 반면 경도 시험은 비파괴적이기 때문에 이는 유용한 상관 관계입니다. 그러나 경도에서 인장강도로 변환하는 데에는 한계가 있으며 이 표는 근사치일 뿐입니다.

브리넬 경도 수와 인장 응력 사이의 관계:

\(TS(MPa)=begin{cases}3.55cdot HB(HB le 175)[2ex]3.38cdot HB(HB>175)end{cases}\)\(TS(psi)=begin{cases}515cdot HB (HB 파일 175 )[2ex]490 cdot HB(HB>175 )end{cases}\)

HB =재료의 브리넬 경도(표준 압자와 3000kgf 하중으로 측정)

주물 제품 및 등급 지정

많은 요인이 주강 등급에 영향을 미칩니다. 제품의 구성, 화학적 및 기계적 특성, 열처리 공정은 모두 해당 ASTM 표준에 대한 각 주조 제품의 인증에 중요한 역할을 합니다.

ASTM은 다양한 등급의 금속 제품에 대한 표준 사양을 설정합니다. 각 응용 분야에 적합한 등급을 선택하려면 이러한 등급과 특성을 이해하는 것이 중요합니다. ASTM A27은 일반 적용을 위한 탄소강 주물을 다루는 표준입니다.

파운드리에서의 경도 테스트

경도 시험의 발달로 금속 주조 공장은 하나의 간단한 시험을 기반으로 제품의 특성을 더 쉽게 추정할 수 있게 되었습니다. 이는 비파괴적이므로 손상을 입히지 않고 완제품에 수행할 수 있습니다. 이는 생산 라인을 떠날 때 제품에 대한 신속한 피드백을 주조 공장에 제공하는 빠른 프로세스입니다. 경도수와 인장강도 사이의 상관관계는 제품 등급의 초기 평가를 위한 유용한 지침입니다. 파운드리는 고객에게 제품을 출시하기 전에 전체 인증 테스트를 완료합니다.

경도 시험은 또한 주조소가 열처리 공정을 점검하는 데 도움이 됩니다. 결과는 재료의 미세 구조가 예상대로 변경되었는지 여부를 보여줍니다. 경도 시험은 금속 주조 공장의 품질 관리 및 공정 조정의 중요한 구성 요소입니다.