경도(Hardness) 비교표

 

물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것을 경도라고도 하며 1772년에 프랑스의 R.A.레오뮈르가 긁은 자국의 크기로 굳기를 처음으로 측정하였고, 1822년에는 독일의 F.모스가 광물의 굳기를 나타내는 척도를 정하였으며 이 방법은 무른 활석에서 단단한 다이아몬드에 이르기까지 10단계의 광물을 정하고, 미지의 재료 표면을 문질러 그 표면에 자국이 생기는 것으로 굳기를 정하는 것이다. 이것을 모스경도라고 한다.
 요즈음은 이것을 15단계로 나누어서 새로운 모스척도로 정하여, 경도 8.5, 경도 10 등으로 경도를 표시히며 표면에서 경도를 측정하는 경우가 많다. 예를 들면 금속의 열처리효과나 균질성을 조사하는 데에는 경도를 시험하는 것이 가장 좋다. 이 시험법으로는 다음과 같은 종류가 실용화되어 있다.
 브리넬, 로크웰, 비커스 경도기는 압입 경도시험기로 재료를 강하게 눌러 시험체 표면의 영구변형을 살피는 것이며, 쇼어 경도계는 해머 등을 충돌시켰을 때의 반발력을 측정하는 충격경도 시험기이다.
또 재료를 날카로운 도구로 굵어 할퀴기 경도를 측정하기도 한다. 광물의 굳기를 결정하는 데는 모스 경도계가 사용된다. 경도는 표준물질과 비교해서 결정하며 이것에 의해 재료의 기계적 성질은 알 수 있다.
 
1.브리넬 경도시험기(Brinell hardness)

 브리넬 경도(Brinell hardness)는 지름이 D mm인 강구(鋼球)를 재료에 일정한 압력으로 누르고, 이때생기는 우묵한 자국의 크기로 경도를 나타낸다.
즉, P kg으로 눌렀을 때 지름이D mm이고, 깊이가 h mm인 우묵한 자국이 생겼다고 하면, 브리넬 경도 HB는 HB=P/πDh로 표시된다.
브리넬 경도계 시험기(BRNELL HARDNESS TESTER)는 강구의 압자를 일정한 시험하중으로 시편에 압연시켜 시험하는 브리넬 경도시험기로 열처리, 주물, 주강, 특수강 제품 금속소재 및 비철금속, 합금소재, 프라스틱, 합성수지 등의 경도시험에 편리한 측정기입니다.
 
ex)일반적으로 정확한 표현은175 HBW 10/3000  여기서 W는 강구의 재질입니다. W=텅스텐, S=스틸 10은 강구의 지름, 3000은 하중 3000 kgf입니다.
 
2.로크웰 경도(Rockwell hardness)

 로크웰경도시험기(Rockwell Hardness Tester)는 물질의 단단함과 무른 정도를 나타내는 것을 경도(Hardness)라고도 하며 이것을 나타내는 기기를 경도시험기(Hardness Tester)라한다.
로크웰 경도(Rockwell Hardness)는 지름이 1.588 mm인 강구를 누르는 방법과 꼭지각[頂角]이 120 °, 선단의 반지름 0.2 mm인 원뿔형 다이아몬드를 누르는 방법의 2가지가 있다.
전자를 로크웰 경도치 B스케일(HRB), 후자를 로크웰 경도치 C스케일(HRC)이라고 한다.
로크웰시험기(Rockwell Hardness Tester)는 이 양쪽의 경도 수가 직접 시험기의 다이얼에 지시된다.
 
3.비커스 경도 (Vickers hardness)

 비커스경도(Vickers hardness)는 대면각(對面角)이 136 °인 다이아몬드의 사각뿔을 눌러서 생긴 자국의 표면적으로 경도를 나타낸다.
누르는 하중을 P kg, 표면적을 S mm2라고 하면, 비커스경도는 HV>=P /S 로 표시된다.
쇼어경도(Shore hardness)는 선단에 다이아몬드를 끼운 추를 떨어뜨려 충돌해서 튀어 오른 높이로 굳기를 나타내는 방법인데, 취급이 비교적 간단하고 오목하게 팬 일이 거의 없는 특징이 있다.
대면각(對面角) 136°인 피라미드형 다이아몬드 압자(壓子)를 재료의 면에 살짝 대어 눌러 피트(pit:들어간 부분)를 만들고, 하중(荷重)을 제거한 후 남은 영구 피트의 표면적(表面積)으로 하중을 나눈 값으로 나타내는 경도를 비커스경도(Vickers hardness)이다.
비커스경도(Vickers hardness)는 하중을 Pkg, 피트의 대각선의 길이를 dmm라 하면, 비커스굳기 H v는 H v=1.854 P/d2이 된다.
피트가 닮은꼴이 되므로 하중의 크기에 관계없이 굳기의 수치가 일정해지는 것이 특징이다.
피트가 아주 작으므로 시험면의 경도분포를 구하거나 금속조직의 작은 부분의 굳기를 구할 때에도 사용된다.
 
4.쇼어경도시험기

 쇼어경도시험기는 추를 hO의 높이에서 떨어뜨리고, 튀어 오른 높이를 h라 하면, 쇼어경도 Hs는 HO>=(10,000/65)×(h /hO>)로 표시된다. 실제로는 경도 값을 판독할 수 있게 되어 있다.
표준경도를 지닌 물체를 시험하고자 할 때 물체 표면을 긁어서 자국을 내는 방법인데, 앞에서 설명한 모스의 방법이 바로 이 방법이다. 그러나 이 방법으로는 정량적인 결과를 얻을 수 없다.
F.F.마르텐스는 대면각이 90 °인 다이아몬드의 피라미드로 긁어 0.01 mm 폭의 자국을 내는 하중으로 경도를 표시할 것을 제창하였다.
그러나 아직은 모든 물질에 일률적으로 적용할 수 있는 경도의 표시방법이 정해져 있지 않으므로, 금속을 비롯하여 목재 • 암석 •플라스틱 등 여러 가지 것에 대한 공통된 시험을 하여 그것들의 경도를 비교할 수는 없다.