로크웰 경도 시험, 현장에서 바로 이해하는 핵심

안녕하세요! 현장에서 재료의 경도를 측정하시는 분들, 그리고 재료 시험을 공부하는 학생 여러분들께 조금이나마 도움이 되고자 이 글을 쓰게 되었고, 오늘 이야기해볼 주제는 바로 ' 로크웰 경도 시험 (Rockwell Hardness Test) '입니다.

브리넬, 비커스와 함께 대표적인 경도 시험 중 하나인 로크웰 경도 시험은, 특히 시험 과정이 빠르고 간편하여 생산 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 현장에서 여러 경도 시험을 경험해봤지만, 로크웰 경도 시험은 다양한 재료에 적용 가능하고 시험 결과를 바로 확인할 수 있다는 점이 정말 편리했습니다.

그래서 오늘은 로크웰 경도 시험의 원리부터 방법, 장단점, 그리고 현장에서 주의해야 할 사항까지, 현장에서 직접 경험하며 느꼈던 점들과 함께 학생들이 궁금해할 만한 내용들을 함께 녹여내어 살펴보도록 하겠습니다.

 

 

경도, 왜 중요한 걸까요? (재료의 단단함을 아는 것은 기본!)

경도는 재료 표면의 단단한 정도, 즉 외부의 압입이나 긁힘에 대한 저항성을 나타내는 척도입니다. 현장에서 재료를 사용하거나, 제품을 설계할 때, 이 재료가 얼마나 단단한지, 얼마나 잘 마모되는지 등을 알아야 하는 경우가 많습니다.

예를 들어, 자동차 부품처럼 마찰에 강해야 하는 부품은 높은 경도를 가진 재료를 사용해야 수명을 연장할 수 있고, 금형처럼 반복적인 압력을 받아야 하는 부품은 높은 경도를 가져야 변형을 막을 수 있습니다. 또한, 칼이나 드릴처럼 다른 재료를 가공해야 하는 도구는 피가공재보다 높은 경도를 가져야 효과적인 작업이 가능합니다.

이처럼 경도를 측정하는 것은 재료의 적합성을 판단하고, 제품의 품질을 관리하는 데 매우 중요한 과정입니다.

 

1. 로크웰 경도 시험, 어떤 원리로 측정할까요? (압입 깊이 차이를 이용)

로크웰 경도 시험은 브리넬이나 비커스 시험과는 달리, 압흔의 크기가 아닌 압입 깊이의 차이를 측정하여 경도를 계산합니다. 다이아몬드 콘(cone) 또는 강구(ball) 압자를 사용하여 두 단계의 하중(예비 하중과 시험 하중)을 가하여 압입 깊이의 차이를 측정합니다. 예비 하중을 가해 압자를 시험편에 고정시킨 후, 시험 하중을 추가로 가하여 압입 깊이를 더 깊게 합니다. 이후 시험 하중을 제거하고 예비 하중만 남긴 상태에서 압입 깊이의 차이를 측정하는 방식입니다.

 

로크웰 경도 시험 원리

 

이러한 측정 방식 덕분에 로크웰 경도 시험은 시험 과정이 빠르고 간편하며, 시험 결과를 바로 확인할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

2. 로크웰 경도 시험 방법 (현장 실무 및 시험 절차)

로크웰 경도 시험은 다음과 같은 절차로 진행됩니다.

1. 시험편 준비: 시험편 표면을 깨끗하게 연마합니다. 표면에 이물질이나 녹 등이 있으면 측정 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 표면 거칠기는 측정 결과에 영향을 줄 수 있으므로, 필요한 경우 연마 등의 전처리를 수행합니다.
2. 압자 선택: 시험편의 재질과 예상 경도에 따라 적절한 압자를 선택합니다. 일반적으로 경도가 높은 재료에는 다이아몬드 콘 압자를, 비교적 무른 재료에는 강구 압자를 사용합니다.
3. 스케일 선택: 압자와 하중 조합에 따라 다양한 스케일(Scale)이 있습니다. 시험편의 재질과 예상 경도에 맞는 스케일을 선택해야 합니다. 대표적인 스케일로는 HRA, HRB, HRC 등이 있습니다.
4. 예비 하중 가압: 예비 하중(보통 10kgf)을 가하여 압자를 시험편에 고정시킵니다.
5. 시험 하중 가압: 선택한 스케일에 맞는 시험 하중을 추가로 가압합니다.
6. 하중 제거 및 깊이 측정: 시험 하중을 제거하고 예비 하중만 남긴 상태에서 압입 깊이의 차이를 측정합니다.
7. 경도 값 표시: 측정된 깊이 차이를 이용하여 경도 값을 표시합니다. 로크웰 경도 값은 HR 기호와 함께 스케일 기호(예: HRC 60)로 나타냅니다.

 

로크웰 경도 시험 장비

 

3. 로크웰 경도 스케일 (다양한 재료에 적용 가능)

로크웰 경도 시험은 다양한 재료의 경도를 측정하기 위해 여러 가지 스케일을 제공합니다. 각 스케일은 압자의 종류와 시험 하중이 다르며, 측정 가능한 경도 범위도 다릅니다.

 

스케일	압자	시험 하중 (kgf)	적용 재료
HRA	다이아몬드 콘	60	초경합금, 얇은 경화강
HRB	1/16인치 강구	100	구리 합금, 연강, 알루미늄 합금
HRC	다이아몬드 콘	150	경화강, 주철
HRD	다이아몬드 콘	100	얇은 경화강, 얕은 침탄 경화강
HRF	1/16인치 강구	60	연강, 얇은 구리 합금
HRG	1/16인치 강구	150	청동

[로크웰 경도 스케일 요약 표]

 

제가 현장에서 가장 많이 사용하는 스케일은 HRC입니다. 열처리된 강철의 경도를 측정할 때 유용하게 사용됩니다.

 

4. 로크웰 경도 시험의 장점과 단점 (실무자의 시각으로 분석)

제가 현장에서 로크웰 경도 시험을 사용해본 결과, 다음과 같은 장단점을 가지고 있었습니다.

 

장점

• 빠르고 간편한 시험: 시험 과정이 비교적 간단하고 시간이 짧습니다.
• 직접적인 경도 값 확인: 압입 깊이 차이를 이용하여 경도 값을 바로 확인할 수 있습니다.
• 다양한 재료에 적용 가능: 다양한 스케일을 통해 광범위한 경도 범위를 측정할 수 있습니다.
• 자동화 용이: 자동화된 장비를 이용하여 대량 생산 라인에서 효율적인 품질 관리가 가능합니다.

 

단점

• 압흔 발생: 시험 후 작은 압흔이 남기 때문에 제품의 최종 상태에서는 시험을 진행할 수 없는 경우가 있습니다. (비파괴 시험이 필요한 경우 다른 방법을 고려해야 합니다.)
• 표면 상태에 영향 받음: 시험편 표면의 상태(거칠기, 이물질 등)에 따라 측정 결과에 영향을 받을 수 있습니다.
• 얇은 시편 측정에 제한: 너무 얇은 시편의 경우, 압입 시 시편이 변형될 수 있어 정확한 측정이 어렵습니다.

 

5. 로크웰 경도 시험 적용 분야 (현장에서 만나는 로크웰 경도)

로크웰 경도 시험은 다음과 같은 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

• 자동차: 엔진 부품, 기어, 베어링 등의 경도 측정
• 금속 가공: 열처리된 금속의 경도 측정
• 항공: 항공기 부품의 경도 측정
• 품질 관리: 제품의 품질 검사 및 관리

 

마치며

지금까지 로크웰 경도 시험에 대해 살펴보았습니다. 빠르고 간편하게 경도를 측정할 수 있다는 장점 덕분에 로크웰 경도 시험은 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 부디, 현장에서 로크웰 경도 시험을 접하는 모든 분들께, 그리고 재료 시험을 공부하는 학생들에게 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다.

 

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경도의 종류 - 로크웰, 브리넬, 쇼어, 비커즈, 모스 경도