브리넬 경도 시험, 현장에서 바로 써먹는 꿀팁

안녕하세요! 현장에서 재료의 경도를 측정하시는 분들께 조금이나마 도움이 되고자 이 글을 쓰게 되었습니다. 오늘 이야기해볼 주제는 바로 ' 브리넬 경도 시험 (Brinell Hardness Test) '입니다.

금속 재료의 경도를 측정하는 방법은 여러 가지가 있지만, 브리넬 경도 시험은 비교적 간단한 방법으로 넓은 면적의 평균 경도를 측정할 수 있다는 장점 덕분에 현장에서 널리 사용되고 있습니다.

저도 현장에서 다양한 경도 시험을 경험해봤지만, 특히 주조물이나 단조품처럼 표면이 거칠거나 균일하지 않은 재료의 경도를 측정할 때 브리넬 경도 시험이 유용했던 기억이 납니다.

그래서 오늘은 브리넬 경도 시험의 원리부터 방법, 장단점, 그리고 현장에서 주의해야 할 사항까지, 여러분의 이해를 돕고자 노력했습니다. 함께 브리넬 경도 시험의 세계로 떠나볼까요?

 

 

경도, 왜 측정해야 할까요? (재료의 단단함을 아는 것은 힘!)

본격적인 이야기에 앞서, 경도를 왜 측정해야 하는지 다시 한번 강조하고 넘어가겠습니다.

경도는 재료 표면의 단단한 정도, 즉 외부의 압입이나 긁힘에 대한 저항성을 나타내는 척도이며 현장에서 재료를 사용하다 보면, 이 재료가 얼마나 단단한지, 얼마나 잘 마모되는지 등을 알아야 하는 경우가 많습니다.

예를 들어, 기어처럼 마모에 강해야 하는 부품은 높은 경도를 가진 재료를 사용해야 수명을 연장할 수 있고, 절삭 공구처럼 단단한 재료를 가공해야 하는 경우에는 더 높은 경도를 가진 재료를 사용해야 효율적인 작업이 가능합니다.

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

 

1. 브리넬 경도 시험, 어떤 원리로 측정할까요? (압흔의 크기로 경도를 계산)

브리넬 경도 시험은 강철 또는 초경합금으로 된 구(球), 즉 볼(Ball)을 일정한 하중으로 시험편 표면에 압입하여 생긴 영구 압흔의 지름을 측정하여 경도를 계산하는 방법입니다. 압흔의 지름이 작을수록 경도가 높고, 지름이 클수록 경도가 낮습니다. 마치 찰흙에 도장을 찍었을 때, 힘을 많이 줄수록 도장 자국이 깊고 크게 남는 것과 같은 이치입니다.

 

브리넬 경도 시험 원리 그림

 

브리넬 경도 값(HB 또는 HBW)은 다음과 같은 식으로 계산합니다.

HB = 2P / (πD(D - √(D² - d²)))

여기서,

• HB: 브리넬 경도 값
• P: 압입 하중 (kgf 또는 N)
• D: 압자의 지름 (mm)
• d: 압흔의 지름 (mm)

 

2. 브리넬 경도 시험 방법 (현장 실무 절차)

브리넬 경도 시험은 다음과 같은 절차로 진행됩니다.

1. 시험편 준비: 시험편 표면을 깨끗하게 연마합니다. 표면에 이물질이나 녹 등이 있으면 측정 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
2. 압자 선택: 시험편의 재질과 예상 경도에 따라 적절한 지름의 압자를 선택합니다. 일반적으로 강철에는 강구 압자를, 경도가 높은 재료에는 초경합금 압자를 사용합니다.
3. 하중 설정: 시험편의 재질과 압자 지름에 따라 적절한 하중을 설정합니다. KS B 0805 또는 ASTM E10 등의 관련 규격을 참고하여 하중을 결정하는 것이 좋습니다.
4. 압입: 설정된 하중으로 압자를 시험편 표면에 압입합니다. 하중은 규정된 시간 동안 유지합니다.
5. 압흔 측정: 압입 후 생긴 영구 압흔의 지름을 측정합니다. 이때 압흔의 가장자리에서 가장자리까지의 지름을 측정해야 합니다.
6. 경도 계산: 측정된 압흔의 지름과 압입 하중, 압자 지름을 이용하여 브리넬 경도 값을 계산합니다.

 

브리넬 경도시험장비

 

제가 현장에서 브리넬 경도 시험을 진행할 때 가장 중요하게 생각하는 것은 압흔 지름을 정확하게 측정하는 것입니다. 압흔의 가장자리가 명확하지 않은 경우에는 측정 오차가 발생할 수 있으므로 주의해야 합니다.

 

3. 브리넬 경도 시험의 장점과 단점 (실무자의 시각으로 분석)

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

 

장점

• 비교적 간단한 시험 방법: 시험 방법이 비교적 간단하고 장비 조작이 용이합니다.
• 넓은 면적의 평균 경도 측정 가능: 압흔의 크기가 비교적 크기 때문에 표면이 거칠거나 균일하지 않은 재료의 평균 경도를 측정하는 데 적합합니다.
• 주조물, 단조품 등 대형 시편 측정에 용이: 시험편의 크기에 큰 제약이 없어 대형 시편의 경도 측정에도 용이합니다.

 

단점

• 압흔 발생: 시험 후 영구 압흔이 남기 때문에 제품의 최종 상태에서는 시험을 진행할 수 없습니다.
• 얇은 시편 측정에 부적합: 얇은 시편의 경우 압흔이 시편 뒷면에 영향을 미칠 수 있으므로 측정이 어렵습니다.
• 경도가 높은 재료 측정에 부적합: 지나치게 경도가 높은 재료의 경우 압자가 변형될 수 있으므로 측정이 어렵습니다.
• 측정 오차 발생 가능성: 압흔의 가장자리가 명확하지 않은 경우 측정 오차가 발생할 수 있습니다.

 

 

4. 브리넬 경도 시험 적용 분야 (현장에서 만나는 브리넬 경도)

브리넬 경도 시험은 다음과 같은 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

• 주조 산업: 주철, 주강 등 주조물의 경도 측정
• 단조 산업: 단조품의 경도 측정
• 철강 산업: 강판, 형강 등 철강 제품의 경도 측정
• 자동차 산업: 엔진 부품, 기어 등 자동차 부품의 경도 측정
• 건설 산업: 철골 구조물 등 건설 자재의 경도 측정

 

마치며

지금까지 브리넬 경도 시험에 대해 살펴보았습니다. 비교적 간단한 방법으로 넓은 면적의 평균 경도를 측정할 수 있다는 장점 덕분에 브리넬 경도 시험은 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 이 글이 현장에서 브리넬 경도 시험을 접하는 모든 분들께 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다.

 

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