브리넬 경도 시험의 특징은 시험방법이 직관적이고 소요시간이 짧아서,
현업에서도 많이 활용하는 대표적인 시험 중 하나다.
따라서 금속재료, 일반기계 등의 공학계열 기사 및 기능장 자격증 수험생이라면 반드시 알아야 하는 시험이다.
본 글에서 브리넬 경도시험의 원리와 시험방법을 상세하게 설명하겠습니다.
1. 브리넬 경도시험의 원리
브리넬 경도시험은 초경합금(주로 텅스텐 카바이드) 소재의 구 형상의 누르개를 이용해 시험편을 일정한 힘으로 누른다.
그 다음 누르개에 의해 눌린 자국의 지름을 측정하여, 이를 통해 소재의 경도를 평가한다. 경도는 소재의 변형 저항을 나타내는 척도로, 소재가 얼마나 단단한지를 판별하는 중요한 기준이다.
2. 브리넬 경도시험방법
브리넬 경도시험은 다른 시험에 비해 비교적 간단한 방법으로 수행되며, 다음과 같은 절차를 따른다.
2-1. 시험편의 전처리
브리넬 경도시험을 위한 시험편의 형상은 측정면이 편평해야 하며, 두께가 충분해야 한다. 두께는 누르개 자국 깊이의 8배 이상이어야 한다. 그리고 측정면의 상태는 산화물, 이물질, 윤활유가 없이 깨끗해야 한다. 또한, 누르개 자국의 지름을 정확하게 측정할 수 있도록 표면이 다듬질되어 있어야 한다. 경험에 의하면 밀링 한 면 정도의 표면상태면 충분히 측정 가능하다. 시험편의 준비과정에서 열이나 냉간가공으로 인해 표면 경도의 변화가 생기지 않도록 주의해야 한다.
2-2. 누르개의 종류와 시험하중
누르개의 종류는 구 형상의 직경 1mm, 2.5mm, 5mm, 10mm가 있으며, 현업에서는 10mm를 주로 사용한다. 시험하중은 1 kgf ~ 3000 kgf 사이의 힘을 시험하중으로 한다. 시험자는 시험편의 소재에 따라 적절한 누르개와 시험하중을 선택해야 한다. KS 규격(KS B 0805)에서는 합금, 주철, 동 및 동합금, 경금속, 납, 주석, 소결금속 등 소재 별로 적절한 시험하중과 누르개 지름의 비율을 정하여 쓰도록 한다. 또한, d = 0.24D ~ 0.6D 의 범위가 되도록 하중을 설정해야 한다.
(d : 누르개 자국의 지름, D : 누르개의 지름)
2-3. 시험 절차
가. 시험편은 시험 도중 움직이지 않도록 단단한 시료 받침대 위에 잘 놓아야 한다. 이때 받침대에 접촉하는 면은 이물질이 없이 깨끗해야 한다. 또한, 시험하는 모든 과정 중 진동이나 충격이 없어야 한다.
나. 누르개 자국 중심과 시험편 가장자리 거리 2.5d 이상, 이웃하는 누르개 자국 중심사이 거리 3d 이상이 되도록 누르개를 시험면에 접촉시킨다.(d : 누르개 자국 평균 지름)
다. 시험면에 수직방향으로 규정된 값의 시험 하중을 가한다. 이때 하중 증가시간은 2 ~ 8초, 시험하중 유지시간은 10 ~ 15초로 한다.
라. 시험이 완료되면 서로 수직한 두 방향의 누르개 자국 지름을 측정한 다음 브리넬 경도값을 계산한다.
2-4. 시험결과 계산
식에서,
0.102 : 브리넬 경도 상수
F : 시험하중(kgf)
D : 누르개 지름(mm)
d : 누르개 자국 지름(mm)
위의 식은 브리넬 경도 구하는 공식으로, 브리넬 경도(HBW) = 상수 X 시험하중 / 누르개 자국의 표면적이다.
2-5. 브리넬 경도 시험결과의 표기방법
브리넬 경도는 HBW 10/3000/20 40 과 같은 형식으로 표기한다.
여기서,
HBW : 브리넬 경도 단위
10 : 사용된 누르개의 직경(mm)
3000 : 시험 하중(kgf)
20 : (표준 시험방법과 다를 경우) 시험하중 유지시간, 만약 표준 시험방법(10초 ~ 15초)대로 실시하였다면 생략 가능
40 : 브리넬 경도 값
3. 맺음말
해당 포스팅의 내용은 KS 규격(KS B 0805 금속재료의 브리넬 경도 시험 방법) 기준으로 작성하였으며, 다른 규격(ASTM, ISO, JIS) 역시 큰 맥락에서는 벗어나지 않으므로 해당 포스팅을 숙지 후 본다면 이해가 쉬울 것이다. 브리넬 경도시험은 서론에서 언급한 바와 같이, 시험방법이 직관적이고 소요시간이 짧아 현업에서 품질 검증 및 소재 평가를 위해 많이 활용된다. 그러므로 금속재료, 일반기계 기사 및 기능장, 기술사 시험에서 자주 다루어진다. 수험생들에게는 자격증을 준비하는데 필수적인 내용이다. 이 글을 통해 브리넬 경도시험의 원리와 시험방법을 숙지한다면, 자격증 시험에서 출제되는 관련 문제를 보다 효과적으로 풀 수 있을 것이다. 자주 출제되는 부분인 만큼 꼭 숙지하였으면 좋겠습니다.
4. 추가사항(브리넬, 로크웰, 비커스 경도의 특징 비교)
경도시험의 이해를 돕기 위해 블로그에서 다루었던 경도시험 방법들(브리넬, 로크웰, 비커스 경도시험)의 비교 포스팅을 추가로 하였습니다. 궁금증을 해결하시거나, 시험공부에 도움이 되었으면 좋겠습니다.
브리넬, 로크웰, 비커스 경도의 특징비교 바로가기