경도

경도(硬度, Hardness)는 고체 재료의 변형에 대한 저항성을 나타내는 척도이다. 더 구체적으로는 국부적인 소성 변형, 즉 영구적인 형태 변화에 대한 저항성을 의미한다. 경도는 긁힘, 마모, 압입 등에 대한 저항을 포괄적으로 나타내는 개념이며, 특정한 물리량으로 정의되는 것이 아니라 측정 방법에 따라 다양한 값을 가질 수 있다. 따라서 경도는 재료의 고유한 물성이 아니라, 측정 조건에 따라 달라지는 상대적인 값이다.

경도 측정 방법

다양한 경도 측정 방법이 존재하며, 각 방법은 특정 하중을 가하여 재료 표면에 압입 자국을 만들거나 긁힘을 발생시키는 방식으로 경도를 측정한다. 측정 방법에 따라 결과값이 달라지므로, 경도를 표시할 때는 반드시 측정 방법을 명시해야 한다. 대표적인 경도 측정 방법은 다음과 같다.

• 브리넬 경도 (Brinell Hardness): 강구 또는 초경합금구를 사용하여 재료 표면에 압입 자국을 만든 후, 압입 자국의 면적을 측정하여 경도를 계산한다. 주로 주철, 강철 등 비교적 연한 금속 재료에 사용된다.

• 로크웰 경도 (Rockwell Hardness): 다이아몬드 콘 또는 강구를 사용하여 재료 표면에 두 단계로 하중을 가한 후, 압입 깊이의 차이를 측정하여 경도를 계산한다. 다양한 재료에 적용 가능하며, 측정 시간이 짧고 자동화가 용이하다는 장점이 있다.

• 비커스 경도 (Vickers Hardness): 다이아몬드 피라미드 압입 자국을 사용하여 재료 표면에 압입 자국을 만든 후, 압입 자국의 대각선 길이를 측정하여 경도를 계산한다. 브리넬 경도보다 얇은 시편이나 경도가 높은 재료에 적합하다.

• 누프 경도 (Knoop Hardness): 비커스 경도와 유사하지만, 압입 자국의 형태가 다르다. 얇은 박막이나 세라믹과 같이 취성 재료의 경도 측정에 사용된다.

• 쇼어 경도 (Shore Hardness): 고무나 플라스틱과 같이 탄성이 있는 재료의 경도를 측정하는 데 사용된다. 특정 높이에서 금속 해머를 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정하여 경도를 계산한다.

경도의 활용

경도는 재료의 품질 관리, 설계, 연구 개발 등 다양한 분야에서 활용된다. 예를 들어, 금속의 열처리 효과를 평가하거나, 새로운 합금의 성능을 비교하는 데 사용될 수 있다. 또한, 절삭 공구의 마모 저항성을 평가하거나, 코팅의 내구성을 평가하는 데도 활용된다. 경도 측정은 비파괴적인 방법으로 재료의 특성을 평가할 수 있다는 장점이 있어, 산업 현장에서 널리 사용되고 있다.