로크웰경도란?
로크웰 경도(Rockwell Hardness)는 물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 경도(Hardness)를 측정하는 방법입니다. 로크웰 경도계는 시료에 강구를 통해 일정한 하중을 가한 다음 이를 복원 시키면서 얻어지는 경도 측정방법입니다.
로크웰 경도값은 압입 깊이(mm)를 500배해서 일정한 값에서 뺀 값으로 정의됩니다. 압입 깊이 2㎛가 로크웰 경도 1에 해당합니다.
로크웰 경도에는 B스케일과 C스케일이 있습니다. B스케일은 100kgf의 하중에서 1.588mm의 강구를, C스케일에서는 120도의 원뿔 및 선단 반지름은 0.2mm의 다이아몬드 압자를 사용합니다.
로크웰 경도는 칼에 사용되는데, 일반적으로 경화 강철의 경도를 측정하는 C 척도를 사용합니다.
로크웰경도 장단점
로크웰 경도 시험의 장단점은 다음과 같습니다.
장점
- 간단한 조작
- 작은 들여쓰기
- 넓은 적용 범위
- 시편을 준비할 필요 없음
- 경도값 직접 판독
- 광학적 평가 필요 없음
- 브리넬 경도 시험에 비해 압흔이 얇고 작음
- 시료면의 영향이 적음
- 기준 하중일 때의 압입 깊이를 기준으로 하기 때문에 시편 표면의 거칠기의 영향이 작음
- 정도값을 바로 눈금으로 읽을 수 있기 때문에 측정에 필요한 시간이 매우 짧음
단점
- 측정 결과의 산포가 크다
- 시료에 의해 시험 방법, 스케일이 제한됨
- 스케일이 다른 값에 대해 상관성이 없음
로크웰경도 공식
로크웰 경도값은 압입 깊이(mm)를 500배 해서 일정한 값에서 뺀 값으로 정의됩니다. 압입 깊이 2㎛이 로크웰 경도 1에 해당합니다.
로크웰 경도 공식은 다음과 같습니다:
- HR=130-0.5h
- HR=100-h
- h (깊이; mm)와 두 상수 N (잣대에 따른 상수; B scale:130, C scale:100), S (경도 잣대 단위; B,C:0.002mm)
보통 C스케일의 경우에는 HRC 20~70 범위가, B스케일의 경우에는 HRB 30~100h의 범위가 많이 사용됩니다.
로크웰경도 시험방법
로크웰 경도 시험은 시료에 강구를 통해 일정한 기준의 하중을 가한 다음 이를 복원 시키면서 얻어지는 경도 측정방법입니다. 로크웰 경도 시험에서는 차동 깊이 방법, 즉 압자로 생긴 잔류 압흔 깊이를 측정합니다. 압흔 크기는 브리넬, 비커스, 누프 광학 시험법으로 측정합니다.
로크웰 경도 시험법은 압입하는 압자의 종류 그리고 사용하는 힘(시험하중)에 따라 여러 종류로 나뉩니다. 이것을 스케일이라 하며, 경도에 사용되는 스케일은 A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T 입니다.
로크웰 경도 시험의 원리는 C스케일의 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같습니다. 우선 규정된 형상의 압자를 기준 하중(10kgf)으로 시편표면에 압입하고 여기에 다시 시험하중(10kgf+140kgf=150kgf)을 가하면 시편을 압자 ….
로크웰 경도값은 위의 식으로 측정된 누르개의 침투 깊이의 차이(h)로부터 산출하는데, 일반적으로는 측정 장치에 직접 표시됩니다.
로크웰경도 오차는 어느정도일까?
로크웰 경도 시험에서 발생 가능한 오차의 종류
- 압입 속도가 느릴수록 경도가 높아지고, 하중 유지시간이 길면 낮아짐
- 시편을 만드는 과정에서 시편 하나에도 조금씩 표면의 차이가 있음
- 로크웰 경도계에서 압입자의 고정이 불완전하면 오차가 발생함
- 차동 깊이 측정 오차가 작더라도 계산된 경도값에 상당한 오차를 야기할 수 있음
- 시험 장소에 먼지나 파편(예: 물때 및 재, 이물질 또는 기름)이 전혀 없어야 함
로크웰 경도 시험의 오차를 방지하기 위한 방법
- 시편은 지지대 위에 밀착되어야 하고, 하중은 시험면과 수직이 되도록 가하여야 함
- 시험기는 충분히 안정성이 있는 기초대 위에 설치해야 함
- 시험기의 종합오차 점검을 KS B 5530에 적합한 경도 기준편을 사용하여 하는 것이 바람직함
- 오차를 최소한으로 방지하는 장점이 있음
마무리
오늘은 로크웰경도의 장단점, 시험방법, 오차에 대해 알아보았습니다.
로크웰 경도 시험은 금속 재료의 경도를 측정하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 이 시험의 장점은 시험이 간단하고 견고한 편이며, 시험 결과의 재현성이 좋다는 것입니다.
하지만 이 시험에는 몇 가지 단점도 있습니다. 시험에 사용되는 다이아몬드 선단 반경이 시간이 지나면서 변화하기 때문에 정확도가 떨어질 수 있습니다. 또한 시험 결과는 시험자의 기술과 경험에 영향을 받기 쉽습니다.
결론적으로, 로크웰 경도 시험은 간편성과 견고성 때문에 여전히 널리 사용되고 있지만, 정확도와 재현성을 위해서는 주의깊게 수행되어야 합니다. 정기적인 교정과 숙련된 시험자가 필요합니다.