4-2. 침탄열처리 요령 2

[침탄깊이에 대한 데이터]와 [심부(x400)]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 6. 강의 침탄경화층 깊이 측정방법

1) 적용범위

이 규격은 강의 침탄소입에 의한 경화층 깊이를 측정하는 방법에 대한 규정이다.

2) 용어의 의미

이 규격에 사용되는 주요한 용어의 의미는 다음과 같다.

① 유효경화층 깊이
침탄 후 Quenching(담금질) 처리상태 그대로 또는 200˚C를 초과하지 않는 온도로 Tempering(뜨임)한 경화층의 표면으로부터 비커스(Vickers) 경도 550(Rockwell "C" 경도 50)이 나오는 점까지의 깊이를 말한다

② 전체경화층 깊이
침탄 후 Quenching(담금질) 처리상태 그대로 또는 200˚C를 초과하지 않는 온도로 Tempering(뜨임)한 경화층의 표면에서 경화층과 본래 소재의 물리적, 화학적 성질과 차이를 구분할 수 없는 점까지의 거리(여기서 말하는 물리적 성질은 경도로 화학적 성질은 마이크로 조직을 검사하여 판정한다)를 말한다

③ 경도추이곡선(경도변화곡선)
경화층의 표면에서의 수직 거리와 그 점의 경도와의 관계를 표시하는 곡선을 말한다.

3) 측정방법의 종류

① 경도 시험에 의한 방법
시험 제품의 절단면에 대해 경도시험을 실시하여 경도추이곡선을 작성하고 그 곡선에서 유효경화층 깊이나 전체겨화층 깊이를 측정하는 방법이다.

② 마이크로 조직 시험에 의한 측정방법
시험품의 절단면에 저배율의 확대경으로 경화층 깊이를 측정하는 방법이다.   경화층 깊이 측정은 일반적인 경도시험에 의한 측정방법이 사용되고, 간단한 방법으로 현미경 조직검사에 의한 측정방법이 사용된다.

4) 검사 제품

검사 제품은 원칙적으로 열처리된 침탄품 그 자체를 사용한다.   특수한 경우에만 침탄된 기어 제품과 동일한 형상과 조건으로 열처리된 동일 재질의 것을 사용해도 좋다.

5) 경도 시험에 의한 측정방법

① 검사 제품을 경화면에 수직 방향으로 절단하여 그 절단 단면을 연마하여 마무리하고 그 면을 검사면으로 정한다.
② 검사면에 비커스 경도시험을 행하여 경도변화곡선을 작성하고 그 곡선으로부터 유효경화층 깊이와 전체경화층 깊이를 측정한다.
이 때에 시험하중은 원칙적으로 0.3 kgf (2.9N)로 한다.   단 필요한 경우 0.1 ~ 10 kgf(0.98 ~ 98.1 N)을 사용해도 좋다.
③ 경도변화곡선은 다음과 같이 작성한다.

ㄱ. 검사면으로부터 측정하려고 하는 점까지, 수직방향으로 원하는 깊이에 따라 순서대로 경도를 측정하여 경도변화곡선을 작성한다.   단 필요한 경우 표면으로부터 1.5mm 범위에 2~5개의 점을 지정하여 이 점과 수직방향으로 깊이에 따라 경도를 측정하여 경도변화곡선을 작성한다(그림 참조).

[경도 측정점의 배치]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ㄴ. 경도변화곡선에서 측정점의 간격은 원칙적으로 0.1mm 이하로 한다.
ㄷ. 경도시험방법은 JIS G 2244(비커스 경도시험방법)에 따른다.   단 서로 접하는 점에서는 그 중심 간격을 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다.

6) 마이크로 조직시험에 의한 측정방법

① 시험 제품을 경화면에 수직으로 절단하고 절단면을 연마하여 시험면으로 정한다.   절단이나 연마시 시험면의 조직에 영향을 주지 않도록 충분하게 주의한다.
시험면의 표면조도는 1.6S로 한다.
시험면을 약 5%의 질산 알콜 용액을 사용하여 명료한 착색 상태가 되도록 적당시간 동안 부식시킨다.   이 부식면을 알콜이나 물로 세정하여 20배를 넘지 않는 배율의 확대경으로 부식에 의한 착색 상황을 조사한다.
② 전체경화층 깊이를 구하기 위해서 본 바탕과 달리 착색된 부분의 표면에서부터 깊이를 측정한다.

7) 표시

① 경화층깊이는 mm로 표시하고 소수점 이하 1정도까지 표시한다.
② 경화층깊이 표시기호는 다음 표에 따른다.
<표1>경화층 깊이 표시 기호

측정방법   경화층깊이	경도시험에 의한 측정방법	마이크로 조직 시험에 의한 측정방법
유효경화층 깊이	CD - H△ - E	-
전경화층 깊이	CD - H△ - T	CD - M - T

비고

1. △에는 시험하중을 kfg(N) 단위로 기입한다.
2. 시험하중이 0.3kgf(2.9N) 일 때는 △에 기입하지 않아도 좋다.

기입 예

1. CD - H 0.3 - T 1.1 (경도시험에 의한 측정방법으로 시험하중 0.3kgf(2.9N) 로 측정하여 전경화층깊이가 1.1mm인 경우)

2. CD - H 1 - E 2.5 (경도시험에 의한 측정방법으로 시험하중 1kgf(9.8N) 로 측정하여 전경화층깊이가 2.5mm인 경우)

3. CD - H - T 1.1 ( 1번 예와 같음)

4. CD - M - T 2.2 (마이크로 조직시험에 의한 측정방법으로 측정하여 전체경화층깊이 2.2mm의 경우)

 

 

7. 비커스 경도 시험방법

1) 적용범위

이 규격은 주로 금속재료의 비커스 경도 시험방법에 대해 규정한다.

비고

1. 이 규격의 인용규격은 다음과 같다.

            JIS B 7725 비커스 경도시험기
            JIS B 7734 미소(微小) 경도시험기
            JIS B 7735 비커스 경도 기준편
            JIS z 8401 수치의 사사오입법

2. 이 규격과 같은 종류의 국제 규격은 다음과 같다.

            ISO 6507-1 : 1982 Metallic materials-Hardness test-Vickers test
                            Part 1 : HV 5 to HV 100
            ISO 6507-2 : 1983 Metallic materials-Hardness test-Vickers test
                            Part 2 : HV 0.2 to less than HV 5
            ISO 65-7-3 : 1989 Metallic materials-Hardness test-Vickers test
                            Part 3 : Less than HV 0.2
2) 용어의 정의

이 규격에 사용되는 주요한 용어의 정의는 다음과 같다.

ㄱ. 비커스(Vickers) 경도
압자(壓子)로 136˚의 정각(頂角)을 지닌 다이아몬드각추(角錐)를 이용하여 시험면을 오목하게 패이게 했을 때, 시험하중을 오목하게 패인 표면적으로 나누어 얻은 경도를 말한다.  경도는 다음 식에 따른다.

HV = 0.102 F / S = 0.102 x 2 x F x sin (θ/2) / d² = 0.1819 F / d²

여기서, HV : 비커스 경도수, F : 시험하중(N), S : 패인 표면적(mm), d : 오목하게 패인 표면적 대각선 길이의 평균(mm), θ : 다이아몬드 각추의 정각(136˚)

비고 : 비커스 경도 표기는 영어의 대문자 표기 HV를 사용한다.

ㄴ. 경도 기호
비커스 경도를 나타내는 HV에 이어서 시험하중에 비례하는 값을 표시한 기호.
경도기호와 시험하중과의 관계는 <표1>에 따른다.

<표1>경도기호와 시험하중과의 대응표

경도기호	시험하중	경도기호	시험하중
HV 0.001	9.807mN	HV 0.3	2.942N
HV 0.002	19.61mN	HV 0.5	4.903N
HV 0.003	29.42mN	HV 1	9.807N
HV 0.005	49.03mN	HV 2	19.61N
HV 0.01	98.07mN	HV 5	49.03N
HV 0.025	0.2452N	HV 10	98.07N
HV 0.05	0.4903N	HV 20	196.1N
HV 0.1	0.9807N	HV 30	294.2N
HV 0.2	1.961N	HV 50	490.3N

ㄷ. 표준 오목 면적 : 대각선 길이의 표준값이 결정되어져 있는 오목면적.

3) 시험기

시험기는 다음에 따른다.

ㄱ. 비커스 경도시험에 사용되는 시험기는 JIS B 7725 또는 JIS B 7734에 적합한 것이어야 한다.

비고

1. 시험기는 그 주요 부분의 분해와 재조립 또는 모양을 변경하거나 압자의 교환 등을 한 경우 다시 한 번 JIS B 7725 또는 JIS B 7734 정도에 적합한가를 확인한다.
2. 비고 1에 해당하지 않는 경우라도 사용빈도에 따라서 일정 기간마다 JIS B 7725 또는 JIS B 7734 정도에 적합한 지를 확인한다.
또한 필요에 따라 시험기 종합오차의 점검을 JIS B 7735에 적합한 경도 표준편을 이용해 시행하길 바란다.

ㄴ. 시험기는 충분히 안전성이 있는 받침에 위에 놓고 압자의 부착 축을 수직으로 하여 사용한다.

4) 시험편

시험편는 다음에 따른다.

ㄱ. 시험편 평면으로 한다.

비고
시험편의 시험면이 곡면인 경우는 기어 제작업체와 열처리 업체 사이(이하, 당사간이라 표현함)의 협정에 따른다.

ㄴ. 시험편은 충분한 두께가 있는 것이어야 한다. 오목하게 패일 때 그 모양으로 인해 뒷면에 변화가 있어서는 안된다.

비고

1. 시험편의 두께는 패임 대각선 길이의 1.5배 이상으로 한다. 그 관계를 그림1에 표시한다.
2. 도금층 등 시험의 두께에 관해 <비고 1>의 규정을 적용할 수 없을 때, 각 재료의 일본공업규격지정이나 당사자 간의 협정에 따른다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ㄷ. 시험면의 마무리는 [6) ㄱ.] 항목의 패임 측정이 행하여 질 수 있도록 한다.
ㄹ. 시험면은 경도값에 영향이 없도록 마무리에 주의한다.
또한 시험편 채취나 단면의 경도시험을 위해 절단가공을 한 경우는 가공층의 제거에 유의한다.
ㅁ. 시험면에는 기름이나 산화물 등의 이물질이 있으면 안된다.
ㅂ. 아주 작은 크기의 시험편이나 복잡한 형상을 지닌 시험편은 시험면을 마무리할 때, 시험편에 특수한 물질를 이용하거나 수지에 메꾸어 넣은 것과 방법 등을 이용하여 시험편가 잘 보존될 수 있도록 한다.  단, 이러한 방법이 시험편 경도에 영향을 미치지 않아야 한다.

비고
시험편의 단면의 벌어진 틈에 수지를 메꾸어 넣을 경우, 수지경화에 따른 발열이나 프레스 성형 시의 압력과 온도 등이 시험편 경도에 영향을 줄 수 있으므로 특별히 주의할 필요가 있다.

5) 경도시험

시험은 다음에 따른다.

ㄱ. 시험하중의 크기는 별도로 제한이 없는 한 크게 선택하는 것이 좋다.
ㄴ. 시험편 시험면은 압자 부착 축에 수직이 되도록 놓는다.
ㄷ. 경도를 측정할 오목한 면적의 중심 거리는 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다.   또한 오목한 면에서 시험편 가장자리까지 거리는 대각선 길이의 2.5배 이상으로 한다.
ㄹ. 시험하중은 충격을 수반하지 않으며 운동부분의 관성에 의한 오차를 무시할 수 있을 정도로 서서히 증가시켜 규정의 크기로 만든다.

비고

1. HV1 (시험하중 9.087N)을 넘는 시험에서는 경도가 대략 700HV의 재료
            HV30 (시험하중 294.2N)의 경도 시험을 했을 때 시험하중을 가하기 시작해서부터 끝날 때까지 소요시간이 2-10시간이 되도록 부하속도를 조정하는 것이 좋다.
2. HV1 (시험하중 9.807N)이하의 시험에서 부하속도는 그 시험기에 지정된 조건에 따른다.

ㅁ. 시험하중을 규정의 크기로 유지하는 시간은 10 ~ 15시간으로 한다.
ㅂ. 시험온도는 일반적으로 10 ~ 35˚C 범위로 하며 필요한 경우 시험온도를 기록한다.  단 온도 관리는 23±5˚C로 하며 온도변화에 민감한 재료에 대해서는 그 재료의 일본공업규격 지시에 따른다.

6) 패임의 측정과 경도값 산출

패임의 측정과 경도값 산출은 다음에 따른다.

ㄱ. 패임의 방향에 따른 대각선 길이는 시험하중을 제거한 후 그 대각선 길이의 0.4%나 0.2㎛중 큰 어느 한쪽 값까지 읽는다.  단 당사자간의 협정에 따라 오차가 허용되고 있는 경우 1㎛까지 읽어도 좋다.

비고 패임 계측이 테레비 방식인 경우 패임 읽기는 최대 측정치의 0.3% 이하로 한다.

ㄴ. 패임의 대각선 길이 측정에 있어서는 기준 패임의 측정을 하여 치우침을 구하고 대각선 길이 측정치를 보정하는 것이 좋다.
ㄷ. 비커스 경도는 패임의 가로와 세로 두 방향의 대각선 길이를 측정하여 그 평균을 이용하여 산출한다.   경도는 JIS Z 8401에 따라 유효숫자 3자리로 사사오입한다.

7) 경도 표시

비커스 경도는 경도값과 경도 번호 순서로 표시한다.

예) 700HV0.1 : 경도값 700 시험하중 0.9807 N
     300HV30 : 경도값 300 시험하중 294.2N


(참고) 곡면에 있어서 경도시험
이 참고는 본체 규정과 관련된 사항을 보충설명하는 것으로 규정의 일부는 아니다.  곡면에서 경도를 측정할 경우 외관 경도 측정치에 대해 참고표 1 ~ 6 (ISO 6507-1에 따름)의 보정계수를 곱한 값을 경도 측정치로 한다.

<참고표1>볼록구면에 대한 보정계수

d / D	보정계수	d / D	보정계수
0.004	0.995	0.086	0.920
0.009	0.990	0.093	0.915
0.013	0.985	0.100	0.910
0.018	0.980	0.107	0.905
0.023	0.975	0.114	0.900
0.028	0.970	0.122	0.895
0.033	0.965	0.130	0.890
0.038	0.960	0.139	0.885
0.043	0.955	0.147	0.880
0.049	0.950	0.156	0.875
0.055	0.945	0.165	0.870
0.061	0.940	0.175	0.865
0.067	0.935	0.185	0.860
0.073	0.930	0.195	0.855
0.079	0.925	0.206	0.850

<참고표2>오목구면에 대한 보정계수

d / D	보정계수	d / D	보정계수
0.004	1.005	0.057	1.080
0.008	1.010	0.060	1.085
0.012	1.015	0.063	1.090
0.016	1.020	0.066	1.095
0.020	1.025	0.069	1.100
0.024	1.030	0.071	1.105
0.028	1.035	0.074	1.110
0.031	1.040	0.077	1.115
0.035	1.045	0.079	1.120
0.038	1.050	0.082	1.125
0.041	1.055	0.084	1.130
0.045	1.060	0.087	1.135
0.048	1.065	0.089	1.140
0.051	1.070	0.091	1.145
0.054	1.075	0.094	1.150