재료공학실험 | 탄소강 열처리와 로크웰, 비커스 경도 측정

 

 

 

TIP

 

 

탄소강 열처리 후 노냉, 수냉, 유냉, 열처리×(하지 않음) 4개에 시편으로 재료의조직상을 관찰 하고 냉각 과정에 따른 경도 값을 측정 후 이론적 자료를 바탕으로 경도 값이 다르게 나오는 이유를 이해한다.

 

 

 

경도시험 (Hardness Testing)

경도는 변형에 대한 저항을 의미하는데 금속의 경우에 이 특성은 영구 또는 소성변형에 대한 저항을 측정하는 것이다. 사용되는 시험의 종류에는 정적 압입시험(indentation test)은 정적하중이 볼(ball), 원추, 피라미드, 쐐기 등과 같은 압입체에 작용한다. 하중을 각종 시험기 또는 하중자치를 통하여 작용케 할 수 있으나, 특수 시험기인 경도시험기가 사용된다. 경도시험에는 압입체가 만든 면적, 표면적, 깊이 혹은 체적등이 측정되고 또한 지시된 하중 및 특성된 압입자국으로부터 경도치가 계산된다.

 

이 방식을 이용한 경도계가 브리넬 경도계(Brinell Hardness), 로크웰 경도계(Rockwell Hardness), 비커스 경도계(Vickers Hardness), 누프 경도계(Knoop Hardness) 및 초음파 경도시험이 여기에 속한다. 동적 경도시험은 표준 질량과 크기를 가진 물체를 시편으로부터 반발되는 높이를 경도로 측정한다. 쇼어(Shore) 시험이 이에 속한단 , 긁힘시험은 하나의 재료를 다른 재료에 긁힘으로써 경도를 나타내는데 모스(Mohs) 및 줄(file)경도실험이 여기 속한다.

 

모든 경도시험의 주요부분은 압입형태에 근거를 두고 있으며, 이실험에 의하여 얻어진 이론적인 경도값과 연관된 평균하중압력은 C*Y로 나타낼 수 있는데 여기서 C는 시험에서 구속인자(constraint factor)이며, Y는 시험하려는 재료의 단축유동(진항복)응력인데 대개 kPa또는 pis로 주어진다. 구속인자값은 사용된 압입자의 항상에 의하여 주로 자우된다. 일반적인 압입자(원추형 다이아몬드, Brinell, Rockwell, Vickers 및 Knoop는 모두 비교적 무디고 구속인자는 약 3이다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 시편은 약1㎝로 총 4개를 제작한 뒤 3개는 열처리로에 넣고 가열을 하는데 시편 가열온도는 780℃ 이며, 냉각은 각 1개씩 노냉, 유냉, 수냉을 시키고 1개는 열처리를 하지 않는다.

 

2) 열처리 된 시편을 연마하기 쉽도록 하기 위해 마운팅을 하게 되는데 이번 실험에선 수지 마운팅을 하였다.

 

3) 수지 마운팅의 순서는 형틀을 고정시키고 형틀 가운데 시편을 위치시킨 후 수지와 경화제를 혼합하여 형틀 안에 주입 후 완전히 응고가 되면 형틀로부터 빼낸다.

 

4) 마운팅이 끝난 후 연마를 하는데 400-800-1000-1200-2000의 샌드페이퍼의 순으로 연마를 한다.

 

5) 폴리싱용 연마기를 이용해 표면이 거친 400부터 시작하여 비교적 부드러운 2000에서 마무리를 한다. 단, 연마지를 바꿀 때마다 방향을 90° 바꾸어서 이전과 90°방향으로 바꾸어 연마를 해야 한다. 이유는 연마가 되는 곳과 안 되는 곳을 알아 시편표면의 수평을 맞춰가며 연마를 할 수 있기 때문이다.

 

6) 2000까지 연마를 마친 후 남아있는 연마 흠을 제거하기 위하여 광택 연마를 하여야 하는데. 알루미나 가루(Al₂O₃ )와 물 희석시킨 용액을 연마기에 뿌려주면서 연마를 하며 시편을 확인하여 광택연마가 되었을 경우 물 세척을 하고 물로 인한 부식과 얼룩을 막기 위해 알코올로 한번 더 세척 후 드라이어로 말린다.

 

7) 조직 관찰을 하기 위하여 연마된 표면은 에칭을 시키게 되는데 부식액은 나이텔용액 (알코올용액 NHO₃ 5㎖, C₂H₅OH 100㎖)으로 부식하며 부식 시간은 정해저 있지 않으나 유간으로 보았을 때 성애가 앉은 것 같을 때나 5-10초 간 부식한다.

 

8) 부식 시킬 때는 부식액은 고루 묻혀야 하며 부식이 완료되면 빨리 흐르는 물에 시편표면을 세척해야 한다. 물 세척한 후 알코올로 한번 더 세척하고 드라이어로 말린. 부식 시킨 시편을 로크웰 경도계에서 경도를 측정(하중 100㎏)한 후 비커스 경도계에서 조직관찰 및 경도(하중 200㎏)를 측정하였다.

 

 

 

[재료공학실험]탄소강 열처리와 로크웰, 비커스 경도 측정 레포트