경도(Hardness)란?
재료의 단단함을 어떻게 측정할 수 있을까?
경도(Hardness)란 재료가 외부 하중에 의해 얼마나 딱딱한지 또는 변형에 저항하는 능력을 평가하는 특성이다. 경도 시험(Hardness Testing)은 압입 시험(Indentation Test), 반발 시험(Rebound Test), 마모 시험(Wear Test) 등으로 나뉘며, 이 중 압입 시험이 가장 널리 사용된다.
경도는 인장 강도(Tensile Strength), 내마모성(Wear Resistance), 피로 저항성(Fatigue Resistance) 등과 밀접한 관련이 있어 재료 선택과 품질 평가에 중요한 요소로 작용한다. 대표적인 경도 시험법으로 브리넬(Brinell), 로크웰(Rockwell), 비커스(Vickers), 마이어스(Meyers), 마이크로 경도(Microhardness) 시험이 있다.
경도의 정의
- 경도는 재료가 압입(Indentation), 긁힘(Scratch), 마모(Wear), 변형(Deformation)에 저항하는 능력을 의미한다.
- 단순한 기계적 특성이 아니라 강도(Strength), 연성(Ductility), 인성(Toughness)과 관련된 복합적인 성질이다.
경도와 다른 기계적 특성과의 관계
| 기계적 특성 | 경도와의 관계 |
|---|---|
| 인장 강도 (Tensile Strength) | 일반적으로 경도가 높을수록 인장 강도가 큼 |
| 연성 (Ductility) | 연성이 높은 재료는 경도가 낮음 |
| 내마모성 (Wear Resistance) | 경도가 높을수록 내마모성이 좋음 |
| 인성 (Toughness) | 경도가 높은 재료는 일반적으로 인성이 낮음 (취성이 증가) |
경도 시험의 종류
| 시험 방법 | 원리 및 특징 |
|---|---|
| 압입 경도 시험 (Indentation Hardness Test) | 단단한 볼이나 원뿔형 압입자를 이용하여 재료 표면을 눌러 경도를 측정 (브리넬, 로크웰, 비커스 등) |
| 반발 경도 시험 (Rebound Hardness Test) | 재료의 반발 탄성을 측정하여 경도를 평가 (쇼크 시험, 리바운드 시험) |
| 스크래치 경도 시험 (Scratch Hardness Test) | 표면에 일정한 힘을 가해 긁힘에 대한 저항을 측정 (모스(Mohs) 경도 시험) |
| 마모 경도 시험 (Wear Hardness Test) | 마찰을 통해 마모 저항성을 평가 |
https://youtu.be/-2_IyGL17vA?feature=shared
압입 시험(Indentation Test)
- 강한 힘을 가진 압입자를 이용하여 재료 표면을 눌러 경도를 측정하는 방법
- 압입자의 형태(볼, 원뿔, 피라미드 등)에 따라 측정 방식이 다름
일반적인 경도(H) 공식
H = F / A- H: 경도 값
- F: 가해진 하중 (Force, N)
- A: 압입 면적 (Indentation Area, mm²)
추가하면 좋은 내용
1. 경도 시험 결과 해석 방법
- 경도 값이 높은 재료는 내구성이 뛰어나지만, 가공성이 떨어질 수 있음
- 경도와 연성이 반비례하는 경우가 많아, 재료 선택 시 균형이 필요
2. 경도 시험과 열처리의 관계
- 열처리를 통해 금속의 경도를 증가시키거나 낮출 수 있음
- 담금질(Quenching) 후 뜨임(Tempering) 처리를 하면 경도와 인성을 조절할 수 있음
3. 경도 시험의 한계
- 경도는 표면 특성만 반영하므로 내부 결함을 파악하기 어려움
- 시험 방식에 따라 결과가 다를 수 있어, 복합적인 평가가 필요
