압입경도

압입 경도 테스트는 변형에 대한 재료의 경도를 결정하기 위해 기계 공학에서 사용됩니다.그러한 테스트는 몇 가지 존재하며, 검사된 재료는 인상이 형성될 때까지 움푹 패인다. 이러한 테스트는 거시적 또는 현미경적 척도로 수행될 수 있다.

금속을 테스트할 때 압입 경도는 인장 ^[1]강도와 거의 선형적으로 상관하지만, 각 압입 형상에 대해 종종 작은 범위의 강도와 경도로 제한되는 불완전한 상관 관계입니다.이러한 관계를 통해 휴대용 Rockwell 경도 테스터와 같은 가볍고 심지어 휴대용 장비를 사용하여 벌크 메탈 배송의 경제적으로 중요한 비파괴 테스트를 수행할 수 있습니다.

재료경도

더 작은 규모로 재료 특성을 정량화하기 위해 다양한 기술이 사용됩니다.예를 들어 박막의 재료에 대한 기계적 특성 측정은 기존의 단축 인장 시험으로는 수행할 수 없습니다.그 결과, 이러한 특성을 추정하기 위해 매우 작은 인상의 재료를 오목하게 함으로써 재료의 "경도"를 시험하는 기술이 개발되었습니다.

경도 측정은 소성 변형에 대한 재료의 저항을 정량화합니다.압입 경도 테스트는 재료 경도를 결정하는 데 사용되는 대부분의 공정을 구성하며 매크로,^[2][3] 마이크로 및 나노 인덕션 테스트의 세 가지 클래스로 나눌 수 있습니다.미세 유도 시험은 일반적으로 2N(0.45파운드_f) 미만의 힘을 갖는다.그러나 경도는 기본적인 재료 ^{[citation needed]}특성으로 간주할 수 없다.고전적인 경도 테스트는 일반적으로 재료 ^[3]특성에 대한 상대적 개념을 제공하는 데 사용할 수 있는 수치를 생성합니다.따라서 경도 기술은 척도가 다르기 때문에 경도는 소성 변형에 대한 재료의 저항성을 비교할 수 있을 뿐입니다.

경도의 방정식 기반 정의는 인덴터와 시험 대상 재료 사이의 접촉 영역에 적용되는 압력이다.그 결과 경도 값은 일반적으로 압력 단위로 보고되지만, 인덴터와 표면 인터페이스가 완전히 ^{[citation needed]}평탄한 경우 "참" 압력에 불과합니다.

인스톨먼트 인크루먼트

계기화된 움푹 들어간 부분은 기본적으로 힘-변위 곡선을 얻기 위해 재료 표면에 날카로운 끝을 집어넣습니다.그 결과 탄성 모듈리 및 소성 변형 등 재료의 기계적 거동에 대한 많은 정보를 얻을 수 있습니다.계측된 압입 테스트의 핵심 요소 중 하나는 팁이 압입 ^[4]사이클 전체에 걸쳐 동시에 측정될 수 있는 힘 또는 변위에 의해 제어되어야 한다는 것입니다.현재 기술로는 광범위한 범위에서 정확한 힘 제어를 실현할 수 있다.따라서 경도는 세라믹과 같은 단단한 재료에서 폴리머와 같은 부드러운 재료까지 다양한 길이의 척도로 특징지을 수 있습니다.

1970년대에 Alekhin, Shorshorov의 Bulychev에 의해 최초의 작업이 완료되었으며, 그는 재료의 Young 계수를 다음과 같이 ^[5]힘 대 변위 함몰 곡선의 기울기로 결정할 수 있다고 결정했다.

${\displaystyle S={dP\over d\display}=sfrac {2}{\displayrt {\pi}}E_{r}{\sqrt {A}}}$

${\displaystyle S}$\ $displaystyle$S$$: 곡선의 기울기인 재료 강성

$\displaystyle$ A$:$ 팁 샘플 접점 영역

${\displaystyle E_{}}$r \ $displaystyle E_{r$ : 감소 계수, 다음과 같이 정의:

${\displaystyle {1}{E_{r}}=sq {1-\nu _{s}^2}}{E_{s}}+{\frac {1-\nu _{i}^2}}{E_{i}}}}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 E$(\$ 및$$ $(\$ _${s})$는 샘플의 영률 및 포아송 비율이며, ${\displaystyle E_{}}$$(\$}) $및{\displaystyle {}_{}}$ $（\$ _${i$})은 입력자의 비율입니다. E > s\ $displaystyle E_{i}$ >$E_{s$ 두 번째 용어는 일반적으로 무시해도 됩니다.

가장 중요한 정보인 경도는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle H=maxfrac {P_{max}}}{A}}}$

일반적으로 사용되는 들여쓰기 기법과 각 다른 방법의 상세한 계산에 대해 다음과 같이 설명합니다.

매크로인디테이션 테스트

"매크로인디테이션"이라는 용어는 1kgf 이상과 같이 시험 하중이 큰 시험에 적용한다.다음과 같은 다양한 매크로인디션 테스트가 있습니다.

• 비커스 경도 검정(HV)은 가장 넓은 척도 중 하나입니다.모든 종류의 금속 재료(강철, 비철금속, 주석, 초경합금, 판금 등), 표면층/코팅(침탄, 질화, 탈탄층, 표면경화층, 아연도금 코팅 등)^[6]의 경도 시험에 널리 사용된다.
• 브리넬 경도 시험(HB) BHN 및 HBW가 널리 사용된다.
• Knoop 경도 테스트(HK)는 작은 면적에 대한 측정을 위해 유리 또는 세라믹 ^[8]재료를 테스트하는 데 널리 사용됩니다.
• 목재용 얀카 경도 시험
• 마이어 경도 시험
• 주로 미국에서 사용되는 Rockwell 경도 시험(HR). HRA, HRB 및 HRC 척도가 가장 널리 사용된다.^[9]
• 고무 ^[10]산업에서 널리 사용되는 폴리머에 대한 쇼어 경도 시험.
• 복합 재료에 대한 Barcol 경도 테스트.

일반적으로 다른 경도 테스트의 결과 사이에는 단순한 관계가 없습니다.예를 들어, 경강에 대한 실질적인 변환 표가 있지만, 일부 재료는 다양한 측정 방법에서 질적으로 다른 거동을 보여줍니다.그러나 Vickers와 Brinell 경도 척도는 광범위한 범위에서 상관관계가 있으며 Brinell은 높은 부하에서 과대평가된 값만 생성합니다.

마이크로 인덕션 테스트

"마이크로 경도"라는 용어는 적용 하중이 낮은 재료의 경도 시험을 설명하기 위해 문헌에서 널리 사용되어 왔다.보다 정확한 용어는 "마이크로 인덕션 경도 테스트"입니다.마이크로 인덕션 경도 테스트에서 특정 형상의 다이아몬드 인덕터는 1~1000gf의 알려진 힘(일반적으로 "하중" 또는 "시험 하중"이라고 함)을 사용하여 테스트 시료 표면에 인가됩니다.마이크로 인텐션 테스트는 일반적으로 2N(대략 200gf)의 힘을 가지며 약 50μm의 움푹 패인 부분을 생성한다.이러한 특수성으로 인해 미세 경도 테스트를 사용하여 현미경 눈금의 경도 변화를 관찰할 수 있습니다.불행히도 미세 경도 측정을 표준화하기는 어렵다. 거의 모든 물질의 미세 경도가 매크로 경도보다 높은 것으로 밝혀졌다.또한 미세 ^[3]경도 값은 재료의 하중 및 작업 경화 효과에 따라 달라집니다.가장 일반적으로 사용되는 두 가지 미세 경도 테스트는 매크로 인텐션 테스트로서 더 무거운 하중을 적용할 수도 있는 테스트입니다.

• 비커스 경도 시험(HV)
• Knoop 경도 시험(HK)

마이크로 인덕션 테스트에서 경도 수치는 시험체 표면에 형성된 움푹 패인 자국을 측정하여 구한다.경도 수치는 적용된 힘을 움푹 들어간 부분 자체의 표면적으로 나눈 값에 기초하며, 경도 단위는 kgf/mm²입니다.마이크로 인덕션 경도 테스트는 Knoop 인덕더뿐만 아니라 Vickers를 사용하여 수행할 수 있습니다.Vickers 검정의 경우 두 대각선이 모두 측정되고 평균값이 Vickers 피라미드 수를 계산하는 데 사용됩니다.Knoop 테스트에서는 긴 대각선만을 측정하여 오목부의 투영 면적을 가한 힘으로 나눈 값을 바탕으로 Knoop 경도를 계산하여 테스트 단위를 kgf/mm²로 한다.

Vickers 마이크로인디션 테스트는 동일한 피라미드를 사용하여 Vickers 매크로인디션 테스트와 유사한 방식으로 수행됩니다.Knoop 검정은 길쭉한 피라미드를 사용하여 재료 샘플을 들여씁니다.이 길쭉한 피라미드는 얕은 인상을 주며, 부서지기 쉬운 재료나 얇은 부품의 경도를 측정하는 데 유용합니다.Knoop 및 Vickers 인덕터는 모두 정확한 ^{[citation needed]}결과를 얻기 위해 표면을 연마해야 합니다.

3gf 또는 9gf 부하로 수행된 Bierbaum 마이크로캐릭터 테스트와 같은 저부하에서의 스크래치 테스트는 기존 인사이더를 사용하는 마이크로 하드도 테스터의 개발에 선행했다.1925년, 영국의 스미스와 샌드랜드는 ^[11]다이아몬드로 만들어진 정사각형 기반의 피라미드 인덴터를 사용하는 압입 테스트를 개발했습니다.그들은 시료의 Brinell 경도 수치와 가능한 가까운 경도 수치를 얻기 위해 마주보는 면들 사이에 136°의 각도를 갖는 피라미드 모양을 선택했다.Vickers 검정은 모든 재료를 검사하는 데 하나의 경도 척도를 사용할 수 있는 큰 장점이 있습니다.1932년 국립물리연구소의 연례보고서에서 저부하인더에 대한 첫 언급이 있었다.Lips and Sack은 1936년 ^{[citation needed]}저하중을 사용한 최초의 Vickers 테스터에 대해 설명합니다.

마이크로 하드도 시험에 적용할 수 있는 부하 범위에 대해서는 문헌에 몇 가지 불일치가 있다.예를 들어 ASTM 사양 E384에서는 마이크로하드니스 테스트의 부하 범위는 1 ~1000 gf라고 기술되어 있습니다.1kgf 이하의 하중의 경우, 비커스 경도(HV)는 하중(L)은 그램의 힘, 두 대각선(d)의 평균은 밀리미터로 계산됩니다.

$({displaystyle HV=0.0018544\times {L}{d^{2}}})$

주어진 부하에 대해 경도는 낮은 대각선 길이에서 빠르게 증가하며, 부하가 감소함에 따라 그 효과는 더욱 뚜렷해집니다.따라서 낮은 부하에서는 작은 측정 오차가 큰 경도 편차를 발생시킵니다.따라서 어떤 테스트에서도 항상 가능한 한 높은 부하를 사용해야 합니다.또한 곡선의 수직 부분에서 작은 측정 오차는 큰 경도 편차를 발생시킵니다.

나노인덴테이션 테스트

에러의 원인

압입 테스트의 주요 오류 원인은 기술 불량, 장비 보정 불량 및 공정의 변형 경화 효과입니다.그러나 "무변형 경도 테스트"를 통해 작은 ^[12]움푹 패임으로 효과가 미미하다는 것이 실험적으로 확인되었다.

표면 거칠기에 비해 움푹 패인 부분이 큰 한 부품 및 인덴터의 표면 마감은 경도 측정에 영향을 주지 않습니다.이는 실제 표면의 경도를 측정할 때 유용한 것으로 입증되었습니다.또한 미세하게 식각된 인덴터는 부드러운 ^[13]인덴터보다 읽기 쉬운 오목한 부분을 남기 때문에 얕은 오목한 부분을 남길 때도 유용합니다.

인더와 로드를 제거한 후 남은 움푹 들어간 부분은 "복구" 또는 스프링백(spring back (스프링백)이 효과는 '할로우링'으로 잘 알려져 있습니다.구면 들여쓰기의 경우 움푹 패인 부분이 대칭을 유지하며 구면이지만 반지름이 더 큰 것으로 알려져 있습니다.매우 단단한 재료의 경우 반지름은 인더터 반지름의 3배가 될 수 있습니다.이 효과는 탄성 응력의 방출에 기인한다.이러한 효과로 인해 움푹 패인 곳의 지름과 깊이에 오류가 있습니다.직경 변화에 따른 오차는 몇 퍼센트밖에 되지 않으며 깊이에 대한 오차는 더 ^[14]큰 것으로 알려져 있습니다.

하중이 움푹 패인 부분에 미치는 또 다른 영향은 주변 재료가 쌓이거나 가라앉는 것입니다.금속이 가공 경화되면 쌓여서 "상자"를 형성하는 경향이 있습니다.금속을 아닐하면 움푹 패인 곳 주변에 가라앉게 됩니다.이 두 가지 효과 모두 경도 ^[15]측정의 오차를 더합니다.

항복 응력과의 관계

경도 $(\displaystyle$ H$)$를 평균 접촉 압력(하중/투사 접촉 면적)으로 정의할 때, 많은 재료의 항복 응력 ${\displaystyle {\theta }_{}}$y(\$displaystyle \sigma$ _${y$는 구속 계수 ^[16]C로 알려진 상수에 의해 경도에 비례합니다.

${\displaystyle H=C\sigma_{y}}$

여기서:

${\displaystyle C\case}3&{\text{large}}E/\sigma_{y}{\text{\text{(금속 등)}}\1.5&{\text{small}}E/\sigma_{y}{\text{(안경 등)}}\end {case}}$

경도는 서로 다른 압축 고장 모드가 적용되기 때문에 재료의 단축 압축 항복 응력과 다릅니다.단축 테스트는 재료를 1차원으로만 구속하므로 재료가 전단 때문에 고장날 수 있습니다.한편, 움푹 패인 경도는 3차원으로 억제되어 전단 ^[16]파괴를 억제할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

• 리프 리바운드 경도 시험
• 마이어의 법칙

레퍼런스

메모들

외부 링크

• "핀볼 테스터, 경도 확인"Popular Mechanics, 1945년 11월, 페이지 75

참고 문헌

• 를 클릭합니다Tabor, David (2000), The Hardness of Metals, Oxford University Press, ISBN 0-19-850776-3.