브리넬경도란?
브리넬 경도(Brinell Hardness)는 재료의 경도를 나타내는 측정 단위입니다. 1900년 브리넬이 발표한 경도계로, 시험편의 표면에 강구 또는 초경합금으로 만든 압입체를 사용해서 일정한 하중을 가하였을 때, 시험편의 표면에 둥글게 생긴 압입자국의 표면적을 측정하여 브리넬경도 값을 구합니다.
브리넬 경도는 주로 금속재료, 주물, 단조물, 구조물 등의 경도 시험에 널리 사용되며 특히 불균일한 시험 표면에도 경도 측정이 가능하고 사용하기가 편리합니다.
브리넬 경도는 다음과 같이 계산합니다.
브리넬 경도(HB) = P/πDH
여기서 P는 눌렀을 때의 하중, D는 강구의 지름, H는 깊이입니다.
브리넬경도 장단점
브리넬 경도 시험은 강력한 대표성, 양호한 데이터 반복성, 강도와의 특정 변환 관계라는 장점을 가지고 있습니다. 또한, 시험력과 압흔이 크기 때문에 표면 성상의 영향을 크게 받지 않고, 압흔을 눈으로 확인할 수 있습니다.
단점으로는 더 튼튼한 재료를 시험하는 것이 불가능하고, 들여 쓰기가 크고 완제품 검사에 적합하지 않습니다. 또한, 정밀도와 측정시간의 측면에서 단점이 있습니다.
브리넬 경도 시험은 다른 경도시험보다는 더욱 더 연질의 금속을 테스트할 수 있습니다. 브리넬의 결과는 여러종류의 고정된 하중을 선택하여 얻을 수 있습니다.
브리넬경도 환산표
브리넬 경도 환산표는 다음과 같습니다.
- 압자: 동구Ø5㎜ 또는 10㎜
- 하중: 500㎏ 또는 3000
- 브리넬 경도(HB) 10mm 구 하중 3000kgf
브리넬 경도 환산표는 대략적인 계산치이며, 탄소강 및 합금강을 기준으로 합니다. 압흔과 브리넬 경도(Bhn) 간의 환산은 모든 재료에 대해 정당하지만, Bhn과 다른 경도치의 환산값은 강에 대해서만 정당합니다.
경도 환산표는 비커스 경도, 로크웰 경도, 인장강도 등으로 환산이 가능합니다.
브리넬경도 공식
브리넬 경도 공식은 HB=P/πDh입니다. 여기서 P는 누르는 하중(N), D는 강구의 지름(mm), h는 깊이(mm)를 의미합니다.
브리넬 경도 시험은 압흔자국이 커서 경도가 불균일한 주철, 주강 등 주물소재에 널리 쓰입니다. 브리넬 경도를 계산하기 위해서는 시험 압흔의 수직 직경 2개를 측정하고, 시험 하중 N과 구형 압자의 직경이 필요합니다.
경도값은 자동적으로 계산되어 나오지만 수동식 고정 장비의 경우에는 눌러진 크기를 측정하여 계산해야 합니다.
브리넬경도 계산
브리넬 경도(Brinell Hardness Test)는 다음과 같이 계산합니다.
브리넬 경도 = P / A
{P : 하중(N), A : 압입자국의 표면적 mm2}
{D : 강구의 지름(mm), d : 압입된(들어간) 지름(mm)}
또는, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh로 표시할 수도 있습니다.
브리넬 경도 시험은 다른 경도 시험에 비해 압흔자국이 커서 경도가 불균일한 주철, 주강 등 주물소재에 널리 쓰입니다.
브리넬경도 시험방법
브리넬 경도 시험 방법은 다음과 같습니다.
- 지름 D의 강구에 일정한 하중 W를 가합니다.
- 시험면을 30초 동안 눌러줍니다.
- 시험면에 생긴 오목 부분의 표면적 A를 측정합니다.
- 하중을 나눈 값을 브리넬 경도라고 합니다.
- 압자를 테스트를 진행할 시편에 꾸욱 누릅니다.
- 시편에 생긴 홈의 크기를 측정하여 경도를 확인합니다.
- 초경합금 볼을 재료에 압착하는 브리넬 경도 시험법을 이용하여 측정합니다.
- 그로 인해 생기는 압흔의 크기를 광학적으로 측정하여 재료의 경도를 측정합니다.
브리넬경도 시험의 오차는?
브리넬 경도 시험의 오차는 이론값에서 실험값을 뺀 값을 이론값으로 나눈 값의 100배입니다.
브리넬 경도 시험의 오차는 재료의 탄성회복, 내부응력 등의 원인으로 매우 복잡합니다. 정밀한 값을 얻기 위해 여러 번 시험을 하면 오차가 발생할 수 있습니다.
시험기의 총합 오차를 점검하기 위해 경도 기준편을 정밀도에 이용하는 것이 바람직합니다. 특히 오목부의 계측 장치가 바르게 조정되어 있는지 확인해야 합니다.
저배율 확대경으로 압흔자국을 측정할 때 시험자 간의 측정 오차가 발생할 수 있으므로 압흔자국을 자동으로 측정해주는 장비를 사용하는 것이 좋습니다.
직접검증은 브리넬 경도시험기에서 오차의 원인을 결정하는 데 유용한 도구입니다.
마무리
오늘은 브리넬경도의 장단점과 시험방법, 공식 등에 대해 알아보았습니다.
브리넬 경도는 재료의 표면 경도를 측정하는 방법 중 하나로, 장비가 간단하고 경제적이라는 장점이 있습니다. 그러나 정밀도가 낮고, 표면 경도만을 측정할 수 있으며, 고경도 재료에 대한 측정이 어렵다는 단점도 있습니다. 따라서 브리넬 경도 측정은 재료의 대략적인 경도를 알고 싶을 때, 또는 표본이 크거나 경제적인 이유로 다른 방법을 사용할 수 없을 때 유용합니다. 그러나 정밀한 측정이 필요하거나, 재료의 내부 경도를 알고 싶을 때는 다른 방법을 사용해야 합니다.