Hardness Test (경도시험)

For 플랜트자료/비파괴검사 2017. 5. 12. 22:17
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Hardness Test (경도시험)


① 경도 (단단함)란 물질의 단단함, 부드러움의 정도를 가리키는 양으로 물리적 정의는 어렵지만 재료의 소성변형에 대한 저항의 크기라고 생각할 수 있다. 일반적으로 시료에 그 물질보다 단단한 다른 물체로 밀어 누르거나 또는 긁을 때에 나타나는 저항으로 측정한다.

 

② 단단함을 재기 위해서는 여러 가지 방법이 있지만 크게 나누면 다음과 같다.
1) 압입 경도 
2) 반발 경도
3) 긁기 경도

 

WHAT IS HARDNESS?

- 금속핸드북에서는 소성변형에 대한 금속의 저항으로 "hardness"를 정의한다. 그러나, 이 용어는 단단함, temper(?), 마모 또는 절단, 긁힘에 대한 저항으로도 정의된다.  이것은 부하가 적용되었을 때, 변형 (구부림, 깨짐, 형체의 변화)이 영구적으로 저항하는 능력을 주는 금속의 특성이다. 금속의 경도보다도 더 큰 저항은, 변형을 가지게 한다. 야금경도는 소성 변형 저항에 대한 자재의 능력으로 정의된다. 광물학에서, 공통적으로 묘사되는 특성은 다른 물질에 의해 긁혀짐에 대한 저항이다.

 

③ Hardness 측정법

 

HARDNESS MEASUREMENT METHODS

- 금속산업에서 Hardess test에는 세가지 시험방법인 브리넬 테스트, 록크웰 테스트 그리고 비커스 테스트가 있다. 야금 최대 강도와 경도가 다소 비슷하기 때문에, 일반적으로 강한 금속이 단단한 금속이라고 여겨질 수 있다.금속의 경도를 측정하는 경도시험의 세가지 방식은 변형이 되지 않는 ball 또는 cone의 침투에 대한 금속의 저항을 결정하는 것이다. 이러한 테스트는 특정한 시간 내에 주어진 하중 아래에서, 이런 ball or cone이 금속으로 내려앉는 깊이에 의해 결정된다. 아래는 오늘날의 기술에서 사용되는 가장 공통적인 경도시험방식이다 : 

 

 1. Rockwell hardness test 

 2. Brinell hardness

 3. Vickers

 4. knoop hardness 

 5. Shore

 

Brinell Hardness Test (화공기기 제조업에서 주로 사용하는 Hardness 측정법)

- Brinell Hardness는 자재의 표면에 특정 하중 아래 직경의 단단한 또는 탄화물의 강제적인 힘으로, 남겨진(or 찍혀진) 원형의 직경을을 측정하여 결정된다. Brinell hardness number 또는 Brinell number는 남겨진 (or 찍힌 자국)의  ㎟ 로 실제 표면적에 kilogram으로 사용되는 하중에 의해 얻어진다.

 

BHN은 아래의 공식에 의해 계산되어진다.

 

 
 


BHN = the Brinell hardness number 
F = the imposed load in kg 
D = the diameter of the spherical indenter in mm 
Di = diameter of the resulting indenter impression in mm 


>> 경도시험의 종류

1. Brinell 시험
가장 오래된 경도 측정 방법. 금속구를 (steel ball)을 사용한다. 금속구로 재료의 표면을 특정하중(12.6 kg, 27.8 lb)를 가하여 누르면 구형태의 압흔이 생긴다. 이 압흔의 직경을 측정한 후, 하중을 그 영구 오목부의 표면적으로 나누면 값으로 Brinell Harness Number (BHN)가 얻어지는데... 재료가 단단하면 단단할 수록 압혼의 크기는 작아지고 BHN은 커진다.
금속과 같이 연성이 있는 물질의 경도를 측정하는데... 주로 이용되지만, 유리, 치과용 도재같이 깨지기 쉬운 물질이거나 고무같이 큰 금속과 같이 연성이 있는 물질의 정확한 경도 측정은 어렵다. 또한 압흔의 크기, 시험 하중도 다른 경도 시험법에 비해 크기 때문에 얇은 부품, 특히 표면만의 경도를 알고자 하는 경우에는 적합하지 않으며 주물제품 등 비교적 균일하고 현상이 큰 재료의 경도측정에 주로 사용된다.


2. Rockwell 시험
Brinell 시험과 비슷한 금속구를 사용하거나, 원뿔형의 다이아몬드를 사용한다. 전잔즌 Rockwell 경도값 B스케일, 후자는 C스케일이라고 한다. 경도의 평가는 압흔의 직경이 아닌 깊이로 측정된다. 두 단계로 측정이 이루어지는게 주인데, 첫 단계에서 미리 10 kg의 초하중 (primary load)으로 접촉시켜 표면상에 존재할지도 모르는 결함의 영향을 없앤다. 두 번째 단계에서 주하중 (major load)를 눌러 자국을 더 깊어지게 하고, 그 후 주하중과 초하중의 압흔의 깊이의 차이로 경도를 평가한다. 평가는 기구의 숫자계기에 나타난 수를 직접 읽으면 된다. Rockwell 시험은 여러 하중 조건에 따라 각기 다른  종류의 압흔이 사용되므로 넓은 범위의 경도값이 정확하게 측정된다. 이 시험법은 Brinell 시험법보다 자국을 적게 내고 더 얇은 시편을 측정할 수 있다. 그러나 그 만큼 시편의 표면은 Brinell의 경우보다 더 평평해야 한다. 연질 밀 경질재료의 금속에 폭 넓게 사용되며, 작동이 간편하고 고정도를 유지하는 시험방법으로 신속한 시험을 할 수 있다.


3. Vickers 시험 (또는 136도 Dimond Pyramid)
Brinell 시험과 동일한 원리를 이용하는데, 금속구 대신 피라미드 형태의 다이아몬드를 사용하며, BHN과 같이 하중을 오목부 압흔의 표면적으로 나눠 VHN (Vickers Hardness Number)를 결정한다. 이러한 정사각뿍 모양의 다이아몬드 압자를 갖춘 Vickers 경도시험기는 하중이 작든 크든 거의 같은 결과가 얻어진다.
Brinell 시험법으로는 측정할 수 없는 매우 단단한 재료의 정밀한 경도를 측정할 수 있으며 깨지기 쉬운 재료의 경도를 결정하는데 적당하므로 치아 조직의 경도를 측정하는데 쓰인다. 하지만 고도로 탄력성을 나타내는 재료의 경우에는 Brinell 시험에서와 같은 문제가 생긴다. ADA 규격에서 치과 주조용 금합금의 경도측정을 위해 사용된다.


4. Knoop 시험
치과 영역에서 널리 쓰이는 시험이다. 압흔의 형태는 다이아몬드꼴 또는 마름모꼴이며, KHN (Knoop Hardness Number)는 압흔에서 장측이 긴쪽을 측정한다. 가로 방향으로는 길고 세로방향으로는 짧은데, 탄력이 있는 재료는 물론이고 깨어지기 쉬웅ㄴ 재료의 경도 측정에도 이용된다.
이러한 시험들은 치과 재료의 성질을 평가함에 있어서 매우 중요하다. BHN이나 KHN은 치과용 금합금의 인장강도와 비례 한계에 직접적인 관린이 있다. 또한 경도값을 알면 합금을 파괴시키지 않고도 강도를 추정할 수 있다.


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내공식지수 (PREN : Pitting Resistance Equivalent Number)

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 12. 22:11
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1. PREN 이란?

스테인리스강의 내식성을 평가하는 여러 지수 중 Pitting 에 대한 내성을 평가하는 값이 PREN이다. PREN 값이 30 이상이면 해안지역에서 사용가능하며, 특히 PRE 지수가 40 이상인 경우에는 다량의 Mo와 N을 첨가하여 만든 제품으로 원자력발전소, 탈황설비, 해수설비 및 화학 Plant 등 고내식 환경에서 주로 사용 되는 Super Stainless Steel 이 있다. 

 

PREN Indicaotr = Cr + 3.0 Mo + (16~30) N

 

2. SPEC. Requirement

1) 압력용기가 해양플랜트 및 선박에 설치

2) 고객社 요구사항 중에서 PREN Indicator > 34 (i.e Cr > 22%wt, Mo > 3%wt, N > 0.14%wt)를 요구.

3) 자재성적서는 PREN 값이 34 이상이나, Mo = 3% 임을 확인.

4) %wt는 질량백분율 단위이며, 일반적인 %는 Volume에 대한 백분율이므로 단위가 다르므로 합격처리됨.

 


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ASME Material Numbrs 구분

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 12. 21:56
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1. P-number 구분목적

WPS & BPS (Welding / Brazing Procedure Qualification)의 번호를 줄이기 위해, ASME BPVC에 의해 모재 (Base Metal)가 화학적 조성, 용접성, 기계적 특성에 따라 P-numbr로 구분되어 진다.

 

 

2. G-number 구분목적

충격시험 (Impact Test) 요건을 가지는 규정된 Ferrous metal은 P-number 안에서 Group number로 구분된다. 즉, P-number 안에서 충격시험을 요구하는 PQ Test를 위해 분류되어진다고 할 수 있다.

 

 

3. P-number 구분요쇼

P-number 안에서 비교가 가능한 Group number는 아래의 요소로 구분되어 진다.

 

① Chemical Composition (화학적 조성)

② Weldability (용접성)

③ Mechanical Properties (기계적 특성)

 

 

4. UNS 번호지정과 함께 모재가 P-number로 지정될 때, 동일한 UNS number와 함께 다른 ASME material specification에 나열된 모재 (Base metal)은 P-number로 간주된다.

 

* P-number로 구분되는 ASME material


P-Numbers

 Base Metal (Typical or Example)

1

 Carbon Manganese Steels (four Group Numbers) ==> SA516-60,70..,etc

2

 Not Used

3

 1/2 Molybdenum or 1/2 Chromium, 1/2 Molybdenum (three Group Numbers)

4

 1 1/2 Chromium, 1/2 Molybdenum (two Group Numbers) ==> SA387-Gr11.,etc

5A

 2 1/2 Chromium, 1 Molybdenum

5B

 5 Chromium, 1/2 Molybdenum or 9 Chromium, 1 Molybdenum

 (two Group Numbers)

5C

 Chromium, Molybdenum, Vanadium (five Group Numbers)

6

 Martensitic Stainless Steels (Grade 410, 415, 429) (six Group Numbers)

7

 Ferritic Stainless Steels (Grade 409, 430)

8

 Austenitic Stainless Steels

       Group 1 - Grades 304, 316, 317, 347 

       Group 2 - Grades 309, 310 

       Group 3 - High Manganese Grades 

       Group 4 - High Molybdenum Grades

9A, B, C

 Two to four Nickel Steels

10A, B, C, F

 Various low alloy steels

10H

 Duplex and Super Duplex Stainless Steel (Grades 31803, 32750)

10I

 High Chromium Stainless Steel

10J

 High Chromium, Molybdenum Stainless Steel

10K

 High Chromium, Molybdenum, Nickel Stainless Steel

11A

 Various high strength low alloy steels (six Group Numbers)

11B

 Various high strength low alloy steels (ten Group Numbers)

12 to 20

 Not Used

21

 High Aluminum content (1000 and 3000 series)

22

 Aluminum (5000 series - 5052, 5454)

23

 Aluminum (6000 series – 6061, 6063)

24

 Not Used

25

 Aluminum (5000 series - 5083, 5086, 5456)

26 to 30

 Not used

31

 High Copper content

32

 Brass

33

 Copper Silicone

34

 Copper Nickel

35

 Copper Aluminum

36 to 40

 Not Used

41

 High Nickel content

42

 Nickel, Copper - (Monel 500)

43

 Nickel, Chromium, Iron - (Inconel)

44

 Nickel, Molybdenum – (Hastelloy B2, C22, C276, X)

45

 Nickel, Chromium

46

 Nickel, Chromium, Silicone

47

 Nickel, Chromium, Tungsten

47 to 50

 Not Used

51, 52, 53

 Titanium Alloys

61, 62

 Zirconium Alloys

 
 

 

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