비커스 경도 시험의 특징은 시험방법이 다른 경도 시험에 비해 복잡한 대신, 시험편 두께에 대한 제약이 작다. 브리넬이나 로크웰 경도의 경우 두께 1mm 이하의 박판의 경도는 측정하기 힘든 반면, 비커스 경도 시험은 두께가 얇은 박판, 도금층 및 침탄층의 경도까지 확인 가능할 정도로 정밀한 시험이 가능하다. 본 글에서 비커스 경도시험의 원리와 시험방법을 상세하게 설명하겠다.
1. 비커스 경도시험의 원리
비커스 경도시험은 다이아몬드소재의 사각뿔 누르개를 이용해 시험편을 일정한 힘으로 누른다. 누르개에 의해 눌린 압입자국의 경사면적을 시험 하중으로 나눈 값에 비례하여 소재를 비커스 경도 값으로 평가한다.
2. 비커스 경도시험방법
비커스 경도시험은 다른 경도시험과 다르게 시험편의 표면을 연마하는 과정이 필요하며, 압입자국 측정을 위한 현미경이 필요하다. 비커스 경도시험방법은 다음과 같은 절차를 따른다.
2-1. 시험편의 전처리
비커스 경도시험을 위한 시험편의 형상은 측정면이 편평해야 하며, 두께가 충분해야 한다. 두께는 압입자국의 대각선 길이의 1.5배 이상이어야 한다. 측정면의 상태는 산화물, 이물질, 윤활유가 없이 깨끗해야 하며, 마이크로 비커스 경도시험의 경우 압입자국의 대각선 측정을 위하여 측정면을 적절히 연마해야 한다. 경험에 의하면 물사포 No. 600 정도로 고르게 연마하면 충분히 측정 가능하다. 시험편의 준비과정에서 열이나 냉간가공으로 인해 표면 경도의 변화가 생기지 않도록 주의해야 한다.
2-2. 누르개의 형상과 시험하중
누르개는 다이아몬드 재질의 사각뿔 형태이며 꼭짓점에서 마주 보는 두 변의 각도는 136˚이다.
시험하중은 0.01 kgf ~ 100 kgf 까지 다양하며, 시험하중을 3가지 범위로 구분하여 표시한다.
범위는 비커스 경도시험, 저하중 비커스 경도시험, 마이크로 비커스 경도시험으로 나뉘며, 통상적으로 비커스 경도시험이라 말한다.
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. 압입자국 중심과 시험편 가장자리 거리 2.5d 이상, 이웃한 압입 자국의 중심 사이의 거리 3d 이상이 되도록 누르개를 시험면에 접촉시킨다.(d : 압입자국 평균 대각선 길이)
다. 시험면에 수직방향으로 규정된 값의 시험 하중을 가한다.
라. 측정 현미경을 이용하여 압입 자국의 2개의 대각선 길이를 측정한다.
마. 2개의 대각선길이의 평균을 구해 비커스 경도값을 계산한다. 2개의 대각선 길이의 차는 5% 이하인 것이 바람직하며, 5% 초과할 경우 시험 보고서에 기입해야 한다.
2-4. 시험결과 계산
비커스 경도는 시험하중과 압입자국 대각선 길이의 평균을 위의 공식에 대입하여 계산한다.
2-5. 비커스 경도 시험결과의 표기방법
비커스 경도는 530 HV10 과 같은 형식으로 표기한다.
여기서,
530 : 비커스 경도 값
HV : 비커스 경도 단위
10 : 시험하중(kgf)
3. 맺음말
해당 포스팅의 내용은 KS(KS B 0811 금속 재료의 비커스 경도 시험 방법) 기준으로 작성하였으며, 다른 규격(ASTM, ISO, JIS) 역시 큰 맥락에서는 벗어나지 않으므로 해당 포스팅을 숙지 후 본다면 이해가 쉬울 것이다. 비커스 경도시험은 서론에서 언급한 바와 같이, 박판이나 얇은 도금 및 침탄층의 경도를 측정하는데 많이 사용된다. 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