브리넬경도, 비커스경도, 로크웰경도 비교 분석 및 표기법

적합한 경도 시험 방법 알아보기 오늘은 금속 소재의 고유한 물성 중 하나인 경도에 대해 자세히 알아보고, 브리넬 경도(Brinell Hardness), 비커스 경도(Vickers Hardness), 그리고 로크웰 경도(Rockwell Hardness)라는 세 가지 대표적인 경도 시험 방법에 대해 비교 분석해보겠습니다.

먼저, 경도란 무엇일까요? 경도는 금속 소재의 강도와 마찰 방지 특성을 측정하기 위한 물성 값입니다.

여기에는 브리넬 경도, 비커스 경도, 로크웰 경도와 같이 다양한 방법으로 측정할 수 있는데, 이러한 방법들의 차이와 특징을 알아보기에 앞서 용도와 소재 가공 공정 등의 기준에 따라 결정이 필요합니다.

1. 브리넬 경도 (Brinell Hardness)

브리넬 경도는 소재의 표면에 공형의 압자(indenter)를 사용하여 일정하게 압력을 가한 후 생기는 압입 폭을 확인하여 경도를 측정하는 방법인데, 주로 대형 구조물이나 강철, 주철 등의 금속 소재에 적용되는 방법입니다. 대표적인 압자로는 강철 구슬과 인장 구슬이 있으며, 세부적인 실험 변수로는 압자의 크기와 압력, 압입 시간 등이 포함됩니다.

브리넬 경도의 장점은 높은 성능에 비해 비교적 간단하고, 대형 배의 재료와 같은 넓은 표면을 테스트할 수 있다는 점이 있습니다. 하지만 인장 구슬의 응력이 오차를 일으킬 수 있으며, 세밀한 표면에 대해서는 측정이 어렵다는 한계가 있습니다.

2. 비커스 경도 (Vickers Hardness)

비커스 경도는 정사각형 모양의 압자를 사용하여 측정하는 방식입니다. 주로 미세 구조물의 실현 공정이나 연구실에서 활용되며, 모든 물질에 적용할 수 있는 가장 범용적인 구조입니다. 인장 강도와 경도 사이의 관계식을 이용해 계산되는 값이 비커스 경도입니다.

비커스 경도의 장점으로는 두께와 부피에 거의 영향을 받지 않아 작은 물질이나 얇은 소재에서도 측정이 가능하다는 점이 있습니다. 이를 통해 많은 실험 데이터를 취득하고 높은 정밀도를 기대할 수 있습니다. 단점으로는 실험 과정에서 높은 천이력으로 인해 시간이 많이 걸린다는 점이 있습니다.

3. 로크웰 경도 (Rockwell Hardness)

로크웰 경도는 다른 압자를 사용하여 다양한 소재에 따른 경도변화 측정이 가능한 방법입니다. 다이아몬드 스타 압자와 강철 볼을 사용하여 측정하며, 크게 로크웰 A/B/C 계열 별로 적용되며, 각기 다른 소재 및 경도 범위에 따라 적합한 종류를 선택해야 합니다.

로크웰 경도의 장점으로는 빠른 시금과 높은 정밀도를 가진 실험 과정이다. 작은 시험 표본에서도 측정이 가능합니다. 단점으로는 경도 압자가 변형 될 수 있어 일부 오차가 발생할 수 있다는 점입니다.

결론적으로, 각각의 경도 시험 방법에는 그만의 장단점을 가지고 있으며 소재 유형, 두께, 가공 공정 등 여러 요소따라 가장 적합한 경도 시험 방법을 선택해야 합니다. 참고로, 각 방법의 활용성에 따라 브리넬경도와 로크웰경도의 경우 대규모 생산에서 주로 이용되며, 비커스 경도는 연구 및 개발 단계에서 활용되는 경향이 있습니다.

세 가지 경도 시험법의 경도 단위 표시법은 아래와 같습니다.

4. 표기법

1) 브리넬 경도(Brinell Hardness)

브리넬 경도의 단위 표시법은 HB(Hardness Brinell)로 나타냅니다. 예를 들어, 브리넬 경도가 120인 경우, 이를 ‘120 HB’라고 표현합니다.

2) 비커스 경도(Vickers Hardness)

비커스 경도의 단위 표시법은 HV(Hardness Vickers)로 표기합니다. 예를 들어, 비커스 경도가 800인 경우, 이를 ‘800 HV’라고 표현합니다.

3) 로크웰 경도(Rockwell Hardness)

로크웰 경도는 여러 가지 영역 및 인데넌트 종류에 따라 다른 기호를 사용하여 표기합니다. 일반적으로는 HRA, HRB, HRC와 같이 축약된 형태로 표시됩시다.

-HRA는 60Kg의 하중과 Diamond cone 압자를 사용하여 구한 경도로 경도가 높은 재료에 사용됩니다. 예: 강판, 경질 합금.

-HRB는 100Kg의 하중과 직경 1.5875mm의 경화 강구를 사용하여 얻은 경도로 경도가 낮은 재료에 사용됩니다. 예: 연강, 비철금속, 소둔강 등

-HRC는 150Kg의 하중과 Diamond cone 압자를 사용하여 얻은 경도로 경도가 더 높은 재료에 사용됩니다. 예: 경화강, 주철 등 참고: 로크웰 경도 값은 “이름 없는 숫자”이며 단위가 없습니다. 따라서 로크웰 경도를 관례적인 도수로 부르는 것은 올바르지 않습니다. 경도 데이터와 경도 기호(예: 50 HRC)로 표현됩니다.

세 가지 경도 시험법에 각각에 해당하는 단위 표시법을 사용하여 결과를 나타낼 수 있습니다. 실험 조건에 따라 각각의 시험법을 선택해야 하며, 예상 범위 또한 각각의 단위에 대응하여 선정해야 합니다. 이렇게 경도를 단위로 표시한다면, 사용자는 표준화된 형식을 사용해 여러 제품 간의 경도를 비교하고, 적절한 소재 선택이 가능하게 됩니다.