재료의 경도란?

재료의 경도란?

경도는 기계적 압입이나 마모에 의해 유발되는 국부적인 소성 변형에 대한 저항의 척도입니다. 일반적으로 재료마다 경도가 다릅니다. 예를 들어, 티타늄 및 베릴륨과 같은 경금속은 나트륨 및 금속 주석과 같은 연금속 또는 목재 및 일반 플라스틱보다 더 단단합니다.

거시적 경도는 일반적으로 강한 분자간 결합을 특징으로 하지만 힘을 받는 고체 물질의 거동은 복잡합니다. 따라서 긁힘 경도, 압입 경도 및 반발 경도와 같은 경도 측정이 다릅니다.

경도는 연성, 탄성 강성, 가소성, 변형, 강도, 인성, 점탄성 및 점도에 따라 달라집니다.

경질 물질의 일반적인 예로는 세라믹, 콘크리트, 특정 금속 및 연질 물질과 대조될 수 있는 초경질 물질이 있습니다.

 

 

경도의 소개

 

재료의 경도는 일반적으로 압입에 의한 국부적인 영구 변형을 견디는 능력으로 정의됩니다. 경도는 다음과 같은 다른 작용으로 인한 변형에 대한 재료의 저항을 설명하는 데 사용될 수도 있습니다.

▷ 절단
▷ 연마
▷ 침투
▷ 스크래칭

경도는 국부적인 영구 변형에 대한 재료의 저항을 측정한 것입니다. 영구 변형은 소성 변형이라고도 합니다. 탄성 변형은 재료가 힘을 가하는 동안에만 모양이 바뀌는 것을 의미하는 반면, 소성 변형은 재료가 원래 모양으로 돌아가지 않음을 의미합니다.

일부 재료는 자연적으로 단단합니다. 예를 들어, 텅스텐은 공구강에서 합금 원소로 사용되는 매우 단단한 금속입니다. 이를 통해 이 강철 그룹은 절단 작업 중 고온에서도 마모에 저항할 수 있습니다.

밀링 커터에 많이 사용되는 초경합금에는 종종 텅스텐이 포함됩니다. 이러한 교체 가능한 절삭 공구 비트는 절삭 공구의 수명을 상당히 연장시킵니다.

반면에 금속을 포함한 일부 재료는 부드러워서 많은 응용 분야에서 쓸모가 없습니다. 순금은 너무 부드러워서 긁거나 구부리는 데 많은 노력이 필요하지 않습니다. 따라서 은, 구리 및 알루미늄과 같은 다른 금속을 첨가하는 것은 경도를 향상시키는 데 필수적입니다.

일부 재료의 경우 열처리를 통해 코어에서 금속의 다른 품질을 유지하면서 더 큰 표면 경도를 유도할 수 있습니다. 기계 샤프트는 더 긴 수명을 보장하기 위해 종종 이 과정을 거칩니다.

엔지니어는 제품 설계 개념을 작성할 때 경도의 비율도 고려해야 합니다. 예를 들어, 베어링과 샤프트 끼워맞춤에서 베어링은 교체하기 쉽기 때문에 더 부드러워야 합니다. 끊임없는 움직임으로 한 부품은 마모되어야 하며 선택은 엔지니어의 몫입니다.

 

경도의 종류

경도는 만입에 대한 표면 저항이 측정되는 표준 테스트에 의해 결정되는 변형에 저항하는 재료의 능력입니다. 가장 일반적으로 사용되는 경도 시험은 압입의 모양 또는 유형, 크기 및 적용된 하중의 양으로 정의됩니다.

경도 측정에는 긁힘, 압입 및 반발의 세 가지 주요 유형이 있습니다. 이러한 각 측정 등급 내에는 개별 측정 척도가 있습니다. 실용적인 이유로 변환표는 하나의 척도와 다른 척도 사이를 변환하는 데 사용됩니다.

1. 긁힘 경도
긁힘 경도는 날카로운 물체의 마찰로 인한 파손 또는 영구 소성 변형에 대한 샘플의 내성을 측정한 것입니다. 원리는 더 단단한 재료로 만든 물체가 더 부드러운 재료로 만든 물체를 긁는다는 것입니다.

코팅을 테스트할 때 스크래치 경도는 필름을 통해 기판까지 절단하는 데 필요한 힘을 나타냅니다. 가장 일반적인 테스트는 광물학에서 사용되는 모스 척도입니다. 이 측정을 수행하는 한 가지 도구는 경화계입니다.

이러한 테스트를 수행하는 데 사용되는 또 다른 도구는 포켓 경도 테스터입니다. 이 도구는 4륜 캐리지에 부착된 눈금 표시가 있는 스케일 암으로 구성됩니다. 날카로운 테두리가 있는 스크래치 도구는 테스트 표면에 미리 결정된 각도로 장착됩니다.

그것을 사용하기 위해 알려진 질량의 무게가 눈금 표시 중 하나에서 스케일 암에 추가되고 도구는 테스트 표면을 가로질러 당겨집니다. 무게와 표시를 사용하면 복잡한 기계 없이도 알려진 압력을 적용할 수 있습니다.

2. 압입 경도
압입 경도는 날카로운 물체의 일정한 압축 하중으로 인한 재료 변형에 대한 샘플의 저항을 측정합니다. 압입 경도 시험은 주로 엔지니어링 및 야금학에서 사용됩니다. 테스트는 특정 치수 및 하중을 가한 압입자가 남긴 압흔의 임계 치수를 측정한다는 기본 전제에서 작동합니다.
일반적인 압입 경도 척도는 Rockwell, Vickers, Shore 및 Brinell입니다.

3. 리바운드 경도
동적 경도라고도 하는 반발 경도는 고정된 높이에서 재료 위로 떨어지는 다이아몬드 팁 해머의 "바운스" 높이를 측정합니다. 이러한 유형의 경도는 탄성과 관련이 있습니다. 이 측정을 수행하는 데 사용되는 장치를 경화경이라고 합니다.

반발 경도를 측정하는 두 가지 척도는 Leeb 반발 경도 시험과 Bennett 경도 척도입니다.

UCI(초음파 접촉 임피던스) 방법은 진동 막대의 주파수를 측정하여 경도를 결정합니다. 막대는 진동 요소가 있는 금속 샤프트와 한쪽 끝에 장착된 피라미드 모양의 다이아몬드로 구성됩니다.