경도계란?

경도란 물체의 기계적 성질 중에서 단단하고 무름의 정도를 나타내는 수치이다.  경도의 개념은 확실하게 정의되어 있지 않지만 일반적으로 재료의 작은 부분에 힘을 가하여 변형시킬 때, 재료가 나타내는 저항력으로 이야기되고, 힘이 가해지는 형태에 따라 압입 저항, 마모 저항, 반발 저항으로 나누어진다.  경도를 측정하는 방법은 시편이 나타내는 저항의 대소, 저항의 종류, 시편의 재질 등에 따라 여러 가지로 나누어지며 측정방법에 따라  **식 경도로 나타내며 단위도 붙지 않는다.재료의 기계적 굳기를 측정하는 장치.
브리넬 ·록웰 ·비커스 경도기는 압입경도 시험기로 재료를 강하게 눌러 시험체 표면의 영구변형을 살피는 것이며, 쇼어경도계는 해머등을 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

 경도시험의 목적

경도 시험은 측정 시간이 짧고 측정 방법이 간단하며, 시편 제작이 용이하다. 보통 비파괴적으로 할 수 있는 이점 때문에 생산 현장용 및 연구 수단으로 널리 이용되고 있다. 압연기용 롤러에는 쇼어 경도, 회전 축수, 절삭공구, 스프링판 등에는 로크웰 경도, 침탄, 질화, 탈탄, 도금 등의 표면 변질층 및 정밀기기의 미소 부품에 대해서는 비커스 경도 등을 사용한다. 특히 금속의 열처리 효과 및 균질성 시험에는 경도 시험이 많이 이용된다. 

경도시험의 종류

1. 압입 경도 시험(Indentation test)

정적 하중이 볼, 원추, 피라미드, 쐐기등과 같은 압입체(Indenter)에 작용된다. 하중은 각종 시험기 또는 하중장치를 통하여 작용케 할 수 있으나, 보통 특수 시험기인 경도시험기가 사용된다. 이 경도 시험에서는 압입체가 만든 면적, 표면적, 깊이 혹은 체적 등이 측정되고 지시된 하중 및 측정된 압입 자국으로부터 경도치가 계산된다. 이 방식을 이용한 것에는 다음과 같은 것들이 있다.

① 브리넬(Brinell) 경도계  

일반적으로 유압경도계가 많이 사용되나 기계형, 전자형, 경도시험기도 있다. 강구의 재질은 보통 구축수용이며 강구로서는 HB 450까지의 경도 측정에 사용하여 HB450 이상은 WC 볼 등을 사용한다.

브리넬 경도는 다음과 같이 하중을 강구와 시편의 접촉면적으로 나눈 값이다.
 
  P : 하중 (Kg)
  D : 볼의 직경 (mm)
  d : 압흔의 직경 (mm)
  t : 압흔의 깊이 (mm)

② 로크웰 경도계   

로크웰 경도시험은 정각 120도의 다이아몬드로 된 원추체나 특정한 직경을 갖는 강구(steel ball)를 선단에 붙인 압자를 일정 시간동안 10kg의 초기하중(minor load)에서 최대하중(major load)으로 변화시켜 시험편을 압입하고 그 깊이로부터 경도값을 얻는 방법이다. 같은 시편이라도 압자의 직경과 최대하중이 변하게  되면 경도값도 달라지므로 로크웰 경도시험에서 측정된 경도를 나타낼 때에는 압자의 크기와 시험 하중을 나타내는 scale symbol을 반드시 표기하여야 한다. 측정한 값이 클수록 시편은 더 단단하다. 아래 Table에 ASTM D785-89에 나타낸 플라스틱 재료에 대한 Rockwell hardness scale을 나타내었다.

 Rockwell hardness scale

Minor load (kg)

Major load (kg)

Indenter diameter

in

mm

R

10

60

0.5000±0.0001

12.700±0.0025

L

10

60

0.2500±0.0001

6.350±0.0025

M

10

100

0.2500±0.0001

6.350±0.0025

E

10

100

0.1250±0.0001

3.175±0.0025

K

10

150

0.1250±0.0001

3.175±0.0025

측정된 값은 일반적으로 0에서 100사이의 값을 취한다. 측정시편은 두께가 최소 6mm(1/4in)이상 되어야 하며 폭은 13mm(1/2in)이상 되어야 한다. 보다 자세한 내용은 ASTM D 785-89를 참고하시길 바랍니다.

③ 비커스 경도계  

경도계의 구조는 일반적인 경도 측정 장치와 그 압흔을 측정하기 위한 현미경 부분으로 나누어 진다. 압자는 두 대각면의 각도가 136도인 다이아몬드 피라미드 압자를 사용하며 부하시간은 캠의 회전속도로 조절한다.

 
P : 하중
d : 압흔의 대각선 길이 

④ 마이어 경도계

2. 긋기 시험(Scratch test)

시험하려고 하는 시편에 표준 물질로써 긋기 흔적을 만든다. 가장 대표적인 것이 Mohs 경도이다. 이 밖에도 시편위에 다이아몬드 또는 굳은 재질로써 긋기 흔적을 만들고 다이아몬드의 하중을 긋기 흔적의 폭으로 나눈 값으로 경도를 표시하는 마르텐스 경도 시험계가 있다.

3. 반발 시험(Rebound test)

낙하 하중을 지정된 높이에서 시편의 표면에 낙하시켜 반발한 높이로 경도를 측정한다. 쇼어 경도시험계가 이와 같은 방법을 이용한 것이다