경도 환산기

경도 스케일이란 무엇이며 어떻게 관련되나요?

경도는 국부적 소성 변형에 대한 재료의 저항을 측정한다. 척도마다 사용하는 압입자와 하중이 다르다: 로크웰 C(HRC)는 150 kgf의 다이아몬드 원추를, 브리넬(HB)은 3000 kgf의 10 mm 텅스텐 카바이드 볼을, 비커스(HV)는 가변 하중의 다이아몬드 피라미드를 사용한다.

척도 간 환산은 수학적이 아닌 경험적 관계로, ASTM E140의 상관 테이블에 기반한다. 이 관계는 제한된 범위 내에서만 근사적으로 선형이다. HRC는 경화강(20-68 HRC)에 가장 널리 사용되고, HB는 연질 재료와 주물에 선호된다.

대표적인 경도 값: 연강 ~120 HB, 중탄소강(퀜칭·템퍼링) ~30 HRC, 공구강(경화) ~60 HRC, 침탄 경화 표면 ~700 HV. 여기의 쇼어 열은 ASTM E140이 환산하는 스클레로스코프 반발 시험(HS)이다 — 고무·플라스틱에 쓰는 쇼어 D 듀로미터와는 이름만 같고, 그쪽은 다른 척도에서 압입량을 재는 시험이다.

경도와 인장강도의 관계는 탄소강 및 합금강에서 대략 선형입니다: UTS (MPa) ≈ 3.45 × HB. 이는 현장에서 휴대용 경도 시험기를 사용하여 인장강도를 비파괴적으로 추정하는 편리한 방법을 제공합니다. 그러나 이 상관관계는 비철금속이나 심하게 냉간가공된 강재에는 적용되지 않습니다.

현대의 자동 경도 시험기는 자동으로 변환을 수행할 수 있지만, 기본 관계를 이해하는 것은 시험 보고서를 검증하고 서로 다른 공급업체가 사용하는 측정 스케일 간의 분쟁을 해결해야 하는 품질 엔지니어에게 필수적입니다.

Formula: HRC ≈ HV/10.2 − 3 (개략 근사, 20-60 HRC 범위) HB ≈ HV × 0.95 (HB < 350인 경우) 실제 환산은 ASTM E140 조견표를 사용

계산 예시

강 부품이 45 HRC로 측정되었다. ASTM E140 표에 따르면 이는 약 446 HV, 421 HB, 쇼어 스클레로스코프 척도로 대략 62 HS에 해당한다. 근사 인장강도는 약 1480 MPa이다.

이 계산기를 사용할 때

• 자재 시험 성적서가 HB로 되어 있는데 도면이 HRC를 요구하는 경우 — 합격 판정을 위해 변환이 필요
• 수입 자재 검사 시 휴대용 경도 시험기 측정값으로 인장강도 추정
• 서로 다른 경도 스케일을 사용하는 국제 표준 간의 재료 사양 비교 (예: JIS는 HV, ASTM은 HRC 사용)
• 사용 가능한 시험기가 사양에서 요구하는 것과 다른 스케일을 사용할 때 열처리 결과 확인

피해야 할 일반적인 실수

• ASTM E140 변환을 정확한 것으로 취급 — 경험적 근사치이며 ±2 HRC의 일반적인 불확도를 가지고, 20-60 HRC 범위를 벗어나면 정확도가 저하됩니다
• 탄소강/합금강용으로 설계된 변환을 스테인리스강, 알루미늄, 비철금속에 사용 — 상관 테이블은 재료별로 다릅니다
• 여러 스케일을 순차적으로 변환 (예: HRC→HV→HB) — 각 변환마다 오차가 추가되므로 항상 측정된 스케일에서 직접 변환해야 합니다
• 시험 방법의 한계를 무시 — HRC는 압입 깊이의 10배 이상의 최소 두께가 필요하며, HB는 450 HB 이상의 경화강에는 부적합합니다

결과 해석 방법

• HRC 20-30: 중간 경도 — 일반 기계류에 적합한 조질 처리(담금질 후 뜨임) 구조용 강의 일반적인 값
• HRC 30-45: 경질 — 고장력 볼트(Class 10.9), 기어, 내마모성이 요구되는 축의 일반적인 값
• HRC 45-58: 매우 경질 — 공구강, 베어링 레이스, 표면 경화 처리된 부품
• HRC 58-68: 극경질 — 절삭 공구, 게이지, 마모판; 이 범위에서 재료는 취성을 가짐
• HB 200 미만: 연질 및 가공 용이 — 일반 기계 가공 및 성형 작업에 적합

관련 표준 및 참고문헌

• ASTM E140 — 금속의 표준 경도 변환 테이블 (모든 변환의 기초)
• ASTM E18 — 로크웰 경도의 표준 시험 방법
• ASTM E10 — 브리넬 경도의 표준 시험 방법
• ISO 6508 — 금속 재료 — 로크웰 경도 시험
• ISO 6506 — 금속 재료 — 브리넬 경도 시험

ASTM E140 경도 환산표

이 계산기가 보간의 기준으로 삼는 전체 환산표입니다 — HRC 20~68 구간과 그에 대응하는 HB·HV·쇼어 스클레로스코프(HS) 값.

자주 묻는 질문

도면에는 어떤 경도 스케일을 지정해야 하나요?

20 HRC 이상의 경화강(열처리 부품, 공구, 스프링)에는 HRC를 사용합니다. 350 HB 미만의 연질 강재, 주물, 비철금속에는 HB를 사용합니다. 박판 단면, 침탄 깊이 측정, 그리고 단일 스케일로 넓은 범위를 다뤄야 할 때는 HV를 사용합니다. 항상 스케일과 시험 조건을 함께 명시해야 합니다.

경도 환산은 정확한가요?

아닙니다. ASTM E140 환산은 탄소강과 합금강에만 유효한 경험적 근사치입니다. 스테인리스강, 비철금속, 극단적인 범위에서는 정확도가 떨어집니다. 환산표의 일반적인 불확도는 ±2 HRC입니다. 중요한 사양에는 환산 대신 요구되는 스케일로 직접 시험해야 합니다.

경도 측정으로부터 인장강도를 추정할 수 있나요?

예, 탄소강 및 합금강의 경우 가능합니다. 대략적인 관계는 UTS (MPa) ≈ 3.45 × HB (브리넬)입니다. 예를 들어, 200 HB ≈ 690 MPa 인장강도입니다. 이것은 현장 추정 방법이며 실제 인장 시험을 대체하지는 않지만, 파괴 시험이 실용적이지 않을 때 수입 검사 및 재료 확인에 널리 사용됩니다.