홍라이프 계산기비커스 경도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
비커스 시험은 정사각뿔 다이아몬드 압자를 재료에 눌러 남은 사각형 자국의 두 대각선을 재는 방법입니다. 이 계산기는 시험 하중과 대각선 길이로 비커스 경도(HV)를 구하고, 접촉 면적, 압입 깊이, 두 대각선의 차이도 함께 보여 줍니다.
계산 방법
d = (d₁ + d₂) ÷ 2
접촉 면적 A = d² ÷ (2 sin 68°)
HV = F(kgf) ÷ A ≈ 1.8544 × F(kgf) ÷ d²
F가 뉴턴이면 HV = 0.102 × 2F sin 68° ÷ d² ≈ 0.1891 × F ÷ d²
깊이 ≈ d ÷ (2√2 × tan 68°) ≈ d ÷ 7
- d는 mm, F는 kgf 또는 N(1kgf = 9.80665N)입니다.
원리
여기서 경도는 영구적인 압입에 대한 저항입니다. 다이아몬드의 마주 보는 면 사이 각은 136°로, 각 면은 축과 68°를 이룹니다. 모양이 항상 같으므로 무른 재료일수록 자국이 커지고, 경사진 접촉 면적은 대각선만으로 계산됩니다. 하중을 이 면적으로 나누면 kgf/mm² 단위의 압력 같은 수가 되며, 이것이 HV의 전통적인 정의입니다. 압자가 기하학적으로 닮은꼴이라 넓은 하중 범위에서 HV가 하중에 거의 영향을 받지 않습니다.
예제 풀이
기본값 하중 10kgf, d₁ = 0.302mm, d₂ = 0.306mm로 계산합니다.
- 평균 대각선 = 0.304mm입니다.
- 면적 = 0.304² ÷ (2 × 0.92718) = 0.04984mm²입니다.
- HV = 10 ÷ 0.04984 = 200.7, 표시값 201(201 HV10)입니다.
- 깊이 = 0.304 ÷ 7.0 = 43.4µm입니다.
- 하중 = 98.07N, 대각선 차이 = 0.004 ÷ 0.304 = 1.3%입니다.
| 대각선 d₂ (mm, 0 = 없음) | 비커스 경도 (HV) |
|---|---|
| 0.0765 | 518 |
| 0.153 | 358 |
| 0.23 | 263 |
| 0.306 | 201 |
| 0.383 | 158 |
| 0.459 | 128 |
| 0.612 | 89 |
결과 해석
경도는 시험 하중과 함께 201 HV10처럼 표기합니다. 풀림 처리한 구리·알루미늄 합금은 대개 150HV보다 훨씬 낮고, 구조용 강은 약 120~200HV, 담금질한 공구강은 수백 HV입니다. 두 대각선 차이가 크면 시편이 기울었거나, 재료에 방향성이 있거나, 자국이 변형되었을 수 있습니다. 시편 두께는 대각선의 1.5배 이상이어야 하고 자국 사이는 충분히 띄워야 합니다.
흔한 실수
- 자국이 정사각형이 아닌데 대각선 하나만 쓰는 경우
- 식에서 kgf와 N을 섞는 경우
- 너무 얇은 시편을 시험해 받침대 영향이 생기는 경우
- 자국을 너무 가깝게 또는 가장자리에 가깝게 찍는 경우
자주 묻는 질문
HV10은 무슨 뜻인가요?
10kgf 하중으로 측정한 비커스 경도입니다.
미소 경도란 무엇인가요?
보통 1kgf 미만의 낮은 하중으로 하는 비커스 시험으로, 얇은 층이나 작은 부위에 씁니다.
하중을 바꾸면 HV가 달라지나요?
이상적으로는 거의 같지만, 낮은 하중에서는 표면 상태와 측정 오차의 영향이 커집니다.
출처: ISO 6507-1, Metallic materials — Vickers hardness test — Part 1: Test method