비커스 경도 시험

비커스 경도 테스트는 재료의 ^[1]경도를 측정하는 브리넬 방법의 대안으로 1921년 비커스사의 로버트 L. 스미스와 조지 E. 샌들랜드에 의해 개발되었습니다.필요한 계산이 인덴터의 크기와 무관하고 인덴터를 경도에 관계없이 모든 재료에 사용할 수 있기 때문에 비커스 테스트는 다른 경도 테스트보다 사용하기 쉽다.모든 일반적인 경도 측정과 마찬가지로 기본 원리는 표준 선원에서 소성 변형에 저항하는 물질의 능력을 관찰하는 것입니다.비커스 테스트는 모든 금속에 사용할 수 있으며 경도 테스트 중 가장 넓은 스케일을 가지고 있습니다.테스트에 의해 주어진 경도의 단위는 비커스 피라미드 수(HV) 또는 다이아몬드 피라미드 경도(DPH)로 알려져 있습니다.경도 수치는 패스칼 단위로 변환할 수 있지만 동일한 단위를 사용하는 압력과 혼동해서는 안 됩니다.경도 수치는 힘에 대한 수직 영역이 아닌 움푹 들어간 부분의 하중에 의해 결정되므로 압력이 아닙니다.

실행

인덴터 형상은 크기에 관계없이 기하학적으로 유사한 인상을 생성할 수 있어야 하며, 인상은 명확한 측정점을 가져야 하며, 인덴터는 자기변형에 대한 높은 내성을 가져야 한다고 결정했다.정사각형 모양의 피라미드 형태의 다이아몬드는 이러한 조건을 충족시켰다.브리넬 인상의 이상적인 크기는 다음과 같았다.볼 직경의 3/8.길이 3d/8의 끝부분의 원에 대한 2개의 접점이 136°에서 교차하므로 이를 인덴터 팁의 평면면 사이의 포함 각도로서 이용하기로 했다.이렇게 하면 각 면의 수직에서 수평면까지의 각도가 각 면의 22°가 됩니다.각도는 실험적으로 변화했으며, 균질 재료 조각에서 얻은 경도 값은 ^[2]하중에 관계없이 일정하게 유지된다는 것을 발견했다.따라서 측정 대상물의 경도에 따라 평탄면에 다양한 크기의 하중을 가할 수 있다.그런 다음 HV 수치는 비율 F/A에 의해 결정됩니다. 여기서 F는 다이아몬드에 가해지는 힘(kg-힘 단위), A는 결과적으로 움푹 들어간 부분의 표면적(제곱 밀리미터 단위)입니다.A는 다음 공식에 의해 결정될 수 있다.

$({displaystyle A=modulefrac {d^{2}}}{2\sin(module^{\module}/2)}},$

이는 줄 사인항을 평가하여 대략적으로 계산할 수 있습니다.

$({displaystyle A} 약 {frac {d^{2}} {1.854}})$

여기서 d는 인덴터가 남긴 대각선의 평균 길이(밀리미터)입니다.그래서^[3]

$display$$F}{d^{2}}\quad [{\textrm {kgf/mm}}^{2$

여기서 F는 kgf, d는 밀리미터 단위입니다.

HV의 해당 단위는 평방 밀리미터당 킬로그램 힘(kgf/mm²) 또는 HV 번호입니다.위 식에서 F는 N, d는 mm 단위일 수 있으며, 이는 MPa의 SI 단위로 HV를 나타낸다.SI 단위를 사용하여 Vickers 경도 수(VHN)를 계산하려면 적용된 힘을 9.806 65(표준 중력)로 나누어 뉴턴에서 킬로그램-힘으로 변환해야 합니다.그 결과 다음과 같은 ^[4]방정식이 도출됩니다.

$\displaystyle \mathrm {HV} \approx {0.1891} {\frac {F} {d^{2}} \quad [{\textrm {kgf/mm} ^{2}} } }$

여기서 F는 N, d는 밀리미터 단위입니다.일반적인 오류는 HV 수치를 계산하는 위의 공식은 단위 뉴턴/제곱 밀리미터(N/mm²)의 숫자가 아니라 단위 없이 직접 Vickers 경도 수(일반적으로 단위 없이 지정됨)가 된다는 것입니다. 실제로는 평방 밀리미터(1kgf/mm²)당 1kg의 힘이 됩니다.

비커스 경도 수치가 xxx로 보고됨HVyy(예: 440)힘 지속 시간이 10초에서 15초 사이인 경우 HV30, 또는 xxxHVyy/zz. 예를 들어 440HV30/20. 여기서:

• 440은 경도 수치입니다.
• HV는 경도 척도(Vickers)를 제공합니다.
• 30은 사용된 하중을 kgf 단위로 나타냅니다.
• 20은 10초에서 15초까지 다를 경우 적재 시간을 나타냅니다.

다양한^[5] 재료에 대한 HV 값의 예

재료.	가치
316L 스테인리스강	140HV30
347L 스테인리스강	180HV30
탄소강	55~120HV5
철	30 ~ 80 HV5
마르텐사이트	1000HV
다이아몬드	10000HV

주의사항

경도 시험을 실시할 때, 가공 경화 영역과 가장자리의 영향을 피하기 위해 움푹 패인 부분과 시료의 가장자리까지의 최소 거리를 고려해야 한다.이러한 최소 거리는 ISO 6507-1 및 ASTM E384 표준에 따라 다릅니다.

표준.	움푹 들어간 곳 사이의 거리	움푹 패인 중심에서 시료 가장자리까지의 거리
ISO 6507-1	강철 및 구리 합금의 경우 > 3·d, 경금속의 경우 > 6·d	강철 및 구리 합금의 경우 2.5·d, 경금속의 경우 > 3·d
ASTM E384	2.5·d	2.5·d

비커스 값은 일반적으로 시험력과 독립적이다. 힘이 최소 200gf인 ^[6]한 500gf와 50kgf에서 동일하게 나타난다.단, 저부하 인텐트는 종종 압입 크기 효과(ISE)^[7]로 알려진 압입 깊이에 대한 경도의 의존성을 나타냅니다.작은 들여쓰기 크기에도 미세구조 의존 경도 값이 있습니다.

얇은 샘플의 경우 기판 효과로 인해 움푹 들어간 깊이가 문제가 될 수 있습니다.일반적으로 샘플 두께는 들여쓰기 직경의 2.5배 이상으로 유지해야 합니다.또는 들여쓰기 깊이 $t\backslash$$displaystyle$t는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle t=margfrac {d_{\rm {avg}}{2margrt {2}}{frac {d_{\rm {avg}}}{7.0006}}}}$

SI 유닛으로의 변환

Vickers 경도 수치를 SI 단위로 변환하려면 평방 밀리미터당 킬로그램-포스(kgf/mm²) 단위의 경도 수치와 표준 ${\displaystyle {중력\mathrm{}}_{}}$g 0(\$displaystyle g_{$0$\})$을 곱하여 MPa(N/mm²) 단위의 경도를 구하고 나아가 1000으로 나누면 GPa의 경도를 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle {\text{표면적경도(GPA)}}=420frac {g_{0}}{1000}}HV=havfrac {9.80665}{1000}HV}$

비커스 경도는 표면적이 아닌 움푹 패인 부분의 투영 면적에 근거해 SI 경도로 변환할 수도 있다.투영 영역 ${\displaystyle {A\mathrm{}}_{}}$ p$$\ $display style$ A _ { \$rm$ { $p$}$$, 、 Vickers Indenter 지오메트리에 ^[8]대해 다음과 같이 정의됩니다.

$({displaystyle A_{\rm {p}}=param frac {d_{\rm {avg}}^2}}{2}}=param frac {1.854}{2}}}{}}}{displayfrac {\rm {\rm {avg}}}}}}}}A_{s}}}$

이 경도는 평균 접촉 면적 또는 마이어 경도라고 불리기도 하며 투영 면적을 사용하여 정의된 다른 경도 테스트와 직접 비교할 수 있습니다.측정된 경도에 영향을 미칠 수 있는 다양한 크기 척도 인자로 인해 다른 경도 시험을 비교할 때 주의해야 합니다.

${\displaystyle {\text{GPA}}=blac{g_{0}}{1000}{\frac{2}{1.854}}HV\약(\frac{HV}{94.5)}}}$

인장강도 추정

HV를 처음 N/mm²(MPa)로 나타내거나 kgf²/mm에서 변환하여 재료의 인장 강도(MPa 단위)를 근사할_u 수 있습니다. 여기서 c는 항복 강도, 포아송의 비율, 작업 경화 지수 및 기하학적 요인에 의해 결정되는 상수(일반적으로 2와 ^[9]4 사이).즉, HV가 N/mm²(MPa 단위)로 표시되는 경우 인장 강도(MPa 단위) hv HV/3이다.이 경험 법칙은 재료의 작업 ^[10]경화 거동에 따라 달라집니다.

어플

Convair 580 여객기의 핀 부착 핀과 슬리브는 항공기 제조업체에 의해 390의 비커스 경도 사양으로 강화되도록 지정되었습니다.HV5, '5'는 5킬로폰드를 의미합니다.그러나 Partnair 394편을 비행하는 항공기에서는 핀이 표준 이하의 부품으로 교체된 것으로 나중에 밝혀졌으며, 이로 인해 항공기가 빠르게 마모되고 최종적으로 상실되었다.사고 조사 결과 표준 이하의 핀의 경도는 200~230 정도밖에 되지 않았다.HV5.^[11]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

추가 정보

• Meyers and Chawla (1999). "Section 3.8". Mechanical Behavior of Materials. Prentice Hall, Inc.
• ASTM E92: 금속 재료의 비커스 경도 표준 방법(도면 및 E384-10e2로 대체)
• ASTM E384: Knoop 및 Vickers 재료의 표준 경도 시험 방법
• ISO 6507-1: 금속 재료 – 비커스 경도 시험 – 제1부: 시험 방법
• ISO 6507-2: 금속 재료 – 비커스 경도 시험 – 제2부: 시험기의 검증 및 교정
• ISO 6507-3: 금속 재료 – 비커스 경도 시험 – 파트 3: 기준 블록의 보정
• ISO 6507-4: 금속 재료 – 비커스 경도 시험 – 파트 4: 경도 값 표
• ISO 18265: 금속 재료 – 경도 값 변환

외부 링크

• Vickers 경도 테스트 비디오
• 비커스 경도 시험
• 변환표 – Vickers, Brinell 및 Rockwell 스케일