KR20120033186A - Method of correcting indentation curve by considering worn indenter's morphology - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법은, 초기의 이상적으로 예리한 삼각뿔형 압입자를 이용한 압입시험을 행하여 얻어진 압입하중 인가곡선과 여러 차례 압입시험을 반복한 결과 첨단 마모가 발생하여 무뎌진 압입자의 압입하중 인가곡선이 압입자의 마모 부분(혹은 결과적으로 발생하는 압입하중 인가곡선의 접촉천이 구간)을 제외하고는 일치한다는 전제 하에 예리한 압입자의 압입하중 인가곡선을 이론적으로 뒷받침하는 킥의 법칙(Kick's law)를 이용하여 마모된 압입자의 마모깊이를 산출하는 산출단계 및 마모된 압입자에 대한 압입하중 인가곡선을 x축 방향으로 산출된 마모깊이 만큼 평행이동시키는 보정단계를 포함한다. The method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention is a result of repeating the indentation load application curve obtained by performing an indentation test using an ideally sharp triangular pyramidal indenter and several indentation tests. The indentation load application curve of the sharp indenter is theoretically assumed on the premise that the indentation load application curve of the indenter, which has been blunted due to advanced wear, coincides with the exception of the wear portion of the indenter (or the contact transition section of the resulting indentation load application curve). Calculation step of calculating wear depth of worn indenter using supporting Kick's law and correction step of parallel moving the indentation load application curve for worn indenter by the wear depth calculated in the x-axis direction Include.
Description
본 발명은 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압입자로 시험편을 압입하는 압입시험의 조건을 동일하게 설정하여 압입시험을 진행하더라도 압입시험의 반복에 따른 압입자 첨단의 마모량, 즉, 압입자 첨단의 마모에 따른 압입깊이의 변화에 의해 압입하중 인가곡선의 형상이 달라져 재현성 있는 시험결과의 획득이 곤란한 문제점을 개선하기 위하여 이상적으로 예리한 압입자의 압입하중 인가곡선의 형상 최적화를 마모된 압입자를 이용한 압입시험 결과에 적용하여 압입자의 마모로 인하여 손실된 길이를 측정하고 이를 이용해 압입하중 인가곡선을 보정함으로써 동일한 시험조건 하에서 이루어진 압입시험의 경우 압입시험의 반복횟수 혹은 압입자의 마모정도와 무관하게 동일한 압입하중 인가곡선을 획득할 수 있도록 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting the indentation load application curve in consideration of wear of the indenter, and more specifically, even if the indentation test is carried out by setting the same conditions of the indentation test for indenting the test piece into the indenter, Ideally sharp indentation load application curve to improve the problem that the shape of the indentation load application curve is changed by the change of the indentation depth according to the wear of the indenter tip, which makes it difficult to obtain reproducible test results. In the indentation test made under the same test conditions by applying the shape optimization of to the indentation test results with worn indenter and measuring the length lost due to the indentation wear, and using this to correct the indentation load application curve, Apply the same indentation load regardless of the wear of the indenter It relates to a method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter to obtain a curve.
압입시험은 뾰족한 침 모양의 경도 및 강도 측정기구인 압입자를 이용해 측정하고자 하는 소재에 국부적인 변형을 가함으로써 경도, 탄성계수, 강도 및 잔류응력 등을 측정하는 기술이다. 이 시험방법은 가스, 정유, 발전산업 뿐 아니라 마이크로, 나노, 바이오산업 분야에 이르기까지 다양한 분야에 활용되고 있다.Indentation test is a technique for measuring hardness, modulus of elasticity, strength and residual stress by applying local deformation to the material to be measured by using the indenter, which is a needle and hardness measuring instrument. This test method is used in a variety of fields from the gas, refinery and power generation industries to micro, nano and bio industries.
상술한 바와 같이 압입시험은 단단한 압입자를 이용해 대상 소재에 국부적인 변형을 가해 소재의 경도, 탄성계수, 인장특성 및 잔류응력 등의 기계적인 특성을 평가하는 기법이다. 압입시험은 피라미드 형상의 다이아몬드 압입자를 시험편 표면에 수직으로 접촉시키고 일정한 압입하중을 가하여 압입자국을 형성시킨 후 압입하중을 그 압입자국의 표면적으로 나눈 값을 경도로 한다.As described above, the indentation test is a technique for evaluating mechanical properties such as hardness, elastic modulus, tensile properties, and residual stress by applying local deformation to the target material using hard indenter. Indentation test is to make pyramidal shape diamond indenter vertically contact the specimen surface, apply indentation load to form indentation station, and indentation load divided by surface area of indenter station as hardness.
압입자는 첨단이 하나의 점으로 모이도록 하는 삼각뿔 형태를 보편적으로 사용하고 있으며, 압입자 첨단에 압입하중이 집중되어 여러 차례 반복해서 사용하면 부분적으로 깨지거나 마모될 가능성이 크다.Indenters generally use a triangular pyramid shape that allows the tip to converge to a single point, and the indentation load is concentrated on the indenter tip, which is likely to be partially broken or worn after repeated use.
이에, 압입시험의 조건을 동일하게 설정하여 압입시험을 진행하더라도 압입자의 사용횟수가 증가함에 따라 다른 형태의 압입하중 인가곡선이 나타난다. 도 1은 압입자 마모에 따른 압입하중 인가곡선의 형상 변화를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 압입횟수의 증가, 즉, 압입자 첨단의 마모량이 커져 압입자가 무뎌질수록 압입하중 인가곡선이 화살표 방향으로 천이되는 경향을 지닌다.Accordingly, even if the indentation test is performed under the same conditions, the different types of indentation load application curves appear as the number of times the indenter is used increases. 1 is a view showing the shape change of the indentation load application curve according to the wear of the indenter. As shown in FIG. 1, the increase in the number of indentations, that is, the wear amount of the indenter tip increases, and as the indenter becomes dull, the indentation load application curve tends to shift in the direction of the arrow.
도 1에 도시된 바와 같이 압입자 첨단이 무뎌질수록 초기 접촉에 있어서 급격한 하중증가가 발생되고, 압입하중 인가곡선이 전반적으로 왼쪽으로 이동하게 된다.As shown in FIG. 1, as the tip of the indenter becomes dull, a sudden increase in load occurs at the initial contact, and the indentation load application curve is shifted to the left.
즉, 동일한 시험편에 대하여 수백 회 이상의 압입시험을 수행한다면 압입자 첨단의 마모량이 증가함에 따라 처음과 마지막에 획득한 압입하중 인가곡선은 서로 중첩될 수 없는 상황에 이르게 된다.That is, if hundreds of times of indentation tests are performed on the same specimen, the first and last indentation load application curves obtained may not overlap each other as the wear amount of the indenter tip increases.
따라서, 종래의 압입기술에서는 일정 주기마다 용융 실리카(Fused silica)와 같은 표준시험편에 교정 목적의 압입시험을 수행하여 교정 과정을 진행함으로써 압입자의 형상을 접촉깊이의 함수로 표현할 수 있다. 수학식 1은 이렇게 획득된 함수식을 나타낸다. 수학식 1은 접촉면적과 접촉깊이의 함수이다.Therefore, in the conventional indentation technology, the shape of the indenter may be expressed as a function of contact depth by performing a calibration process by performing a press-fit test for calibration purposes on a standard test piece such as fused silica at regular intervals. Equation 1 shows the function expression thus obtained. Equation 1 is a function of the contact area and the contact depth.
도 1에서 분석한 접촉깊이를 압입자의 형상 정보를 제공하는 압입자 형상함수(indenter area function), 즉, 수학식 1에 대입함으로써 접촉면적을 파악하는 방식을 사용해 왔다. 수학식 1에서 C0 내지 C5는 최적화 상수들이고, hc는 접촉깊이이며, Ac는 접촉면적을 나타낸다.A contact depth has been used by substituting the contact depth analyzed in FIG. 1 into an indenter area function that provides shape information of the indenter, that is, equation (1). In Equation 1, C 0 to C 5 are optimization constants, hc is a contact depth, and Ac represents a contact area.
이에, 압입시험의 측정 정밀도 향상을 위해서는 도 1과 같은 압입하중 인가곡선과 압입자 형상함수를 매번 획득해야만 하는 번거로움이 있다.Therefore, in order to improve the measurement accuracy of the indentation test, it is cumbersome to obtain the indentation load application curve and the indenter shape function as shown in FIG.
만일 압입시험이 동일한 시험조건 하에서 반복적으로 수행된다면 응력집중이 극심하게 발생하는 압입자 첨단에서 먼저 마모가 발생하게 된다. 따라서, 압입하중 인가곡선에 있어서 마모된 압입자와 시험편 간의 접촉이 이루어져 시험편에 가해지는 하중이 급격하게 증가하는 초기의 하중인가 부분의 형상 보정만 적절히 이뤄진다면 동일한 시험편에 대해서는 서로 중첩되는 압입하중 인가곡선의 획득이 가능할 것으로 판단된다.If the indentation test is carried out repeatedly under the same test conditions, abrasion first occurs at the tip of the indenter where stress concentrations are severe. Therefore, in the indentation load application curve, if only the shape correction of the initial load application part where the contact between the worn indenter and the test piece is made and the load applied to the test piece is rapidly increased is appropriately made, the indentation load is applied to the same specimen. It is determined that the curve can be obtained.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 압입자로 시험편을 압입하는 압입시험의 조건을 동일하게 설정하여 압입시험을 진행하더라도 압입시험의 반복에 따른 압입자 첨단의 마모량, 즉, 압입자 첨단의 마모에 따른 압입깊이의 변화에 의해 압입하중 인가곡선의 형상이 달라져 재현성 있는 시험결과의 획득이 곤란한 문제점을 개선하기 위하여 곡선의 형태를 보정하여 최적화시키는 적합화 방법을 적용하여 압입자의 마모로 인하여 손실된 길이를 측정하고 이를 이용해 압입하중 인가곡선을 보정함으로써 동일한 시험조건 하에서 이루어진 압입시험의 경우 압입시험의 반복횟수 혹은 압입자의 마모정도와 무관하게 동일한 압입하중 인가곡선을 획득할 수 있도록 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, even if the indentation test proceeds by setting the conditions of the indentation test to press the test piece into the indenter, that is, the amount of wear of the tip of the indenter according to the repeated indentation test, that is, In order to solve the problem that it is difficult to obtain reproducible test results because the shape of the indentation load application curve is changed due to the change of the indentation depth according to the wear of the indenter tip, it is possible to apply the adaptation method that corrects and optimizes the shape of the indenter. By measuring the length lost due to wear and correcting the indentation load application curve, it is possible to obtain the same indentation load application curve regardless of the number of times of the indentation test or the degree of wear of the indenter for the indentation test made under the same test conditions. Correction method of indentation load application curve considering wear of indenter It aims to provide.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법은, 초기의 이상적으로 예리한 삼각뿔형 압입자를 이용한 압입시험을 행하여 얻어진 압입하중 인가곡선과 여러 차례 압입시험을 반복한 결과 첨단 마모가 발생하여 무뎌진 압입자의 압입하중 인가곡선이 압입자의 마모 부분(혹은 결과적으로 발생하는 압입하중 인가곡선의 접촉천이 구간)을 제외하고는 일치한다는 전제 하에 예리한 압입자의 압입하중 인가곡선을 이론적으로 뒷받침하는 킥의 법칙(Kick's law)를 이용하여 마모된 압입자의 마모깊이를 산출하는 산출단계 및 마모된 압입자에 대한 압입하중 인가곡선을 x축 방향으로 산출된 마모깊이 만큼 평행이동시키는 보정단계를 포함한다. In order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention, by performing an indentation test using the initial ideally sharp triangular pyramidal indenter The indentation load application curve obtained by repeating the indentation load application curve several times and the indentation test resulted in the abrasion caused by the tip wear was excluded except the wear part of the indenter (or the contact transition section of the resulting indentation load application curve). Using the Kick's law, which theoretically supports the sharp indentation load application curve under the premise of coinciding, calculate the wear depth of the worn indenter and x the indentation load application curve for the worn indenter. And a correction step of parallelly moving by the wear depth calculated in the axial direction.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에서 상기 마모된 압입자의 압입하중을 L, 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 hb, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 h, 상기 마모된 압입자의 초기 형상인 예리한 압입자의 첨단의 각도를 2θ, 상기 압입시험에 사용되는 상기 시험편의 압입경도를 H라 하는 경우, 상기 마모된 압입자의 압입하중은 
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에서 상기 마모된 압입자의 압입하중을 L, 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 hb, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 h, 상기 마모된 압입자의 형상에 따라 결정되는 형상인자를 K라 하는 경우, 상기 마모된 압입자에 대한 상기 압입하중 인가곡선은 
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에서 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 산출하는 단계는, 상기 마모된 압입자에 대한 상기 압입하중 인가곡선의 식의 양변에 각각 제곱근을 취하여 상기 마모된 압입자의 압입하중의 제곱근 및 상기 마모된 압입자의 압입깊이 간의 직선식을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 직선식으로부터 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Further, in the method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention, the step of calculating the wear depth of the worn indenter, the equation of the indentation load application curve for the worn indenter Calculating a linear equation between the square root of the indentation load of the worn indenter and the indentation depth of the worn indenter by taking a square root on each side of the; And determining the wear depth of the worn indenter from the calculated linear equation.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에서 상기 산출된 직선식은 상기 마모된 압입자의 압입하중의 제곱근을 y축, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 x축으로 하는 그래프 상에서 직선으로 구현되고 상기 직선의 y절편을 이용해서 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 구하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention, the calculated linear equation is the y-axis of the square root of the indentation load of the worn indenter, and the indentation depth of the worn indenter is x. The wear depth of the worn indenter is obtained using a y-intercept of the straight line, which is embodied as a straight line on the axis graph.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에서 상기 평행이동한 압입하중 인가곡선은 상기 마모된 압입자 및 상기 시험편 간의 접촉이 이루어져 상기 시험편에 가해지는 하중이 급격하게 증가하는 초기의 하중인가 부분을 제외하고는 상기 마모된 압입자의 초기 형상인 예리한 압입자로 상기 시험편을 압입하는 압입시험을 행하여 얻어진 압입하중 인가곡선과 중첩되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention, the parallel indentation load application curve is a contact between the worn indenter and the test piece is made a load applied to the test piece Except for this rapidly increasing initial load application portion, it is characterized in that it overlaps the indentation load application curve obtained by performing the indentation test for indenting the test piece with the sharp indenter which is the initial shape of the worn indenter.
본 발명의 일실시예에 따른 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법에 따르면, 압입자로 시험편을 압입하는 압입시험의 조건을 동일하게 설정하여 압입시험을 진행하더라도 압입시험의 반복에 따른 압입자 첨단의 마모량, 즉, 압입자 첨단의 마모에 따른 압입깊이의 변화에 의해 압입하중 인가곡선의 형상이 달라져 재현성 있는 시험결과의 획득이 곤란한 문제점을 개선하기 위하여 곡선의 형태를 변경하여 최적화시키는 적합화 방법을 적용하여 압입자의 마모로 인하여 손실된 길이를 측정하고 이를 이용해 압입하중 인가곡선을 보정함으로써 동일한 시험조건 하에서 이루어진 압입시험의 경우 압입시험의 반복횟수 혹은 압입자의 마모정도와 무관하게 동일한 압입하중 인가곡선을 획득할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. According to the method for correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter according to an embodiment of the present invention, even if the indentation test is carried out by setting the same conditions of the indentation test that indents the test piece into the indenter, the indentation of the indentation test is repeated. Suitable for changing and optimizing the shape of the curve to improve the problem that it is difficult to obtain reproducible test results because the shape of the indentation load application curve is changed by the change of the indentation depth according to the wear of the indenter tip. Indentation test made under the same test conditions by measuring the length lost due to wear of the indenter by applying the indentation method and correcting the indentation load application curve, the same indentation load regardless of the number of times of indentation test or the degree of wear of the indenter The effect of obtaining an application curve can be obtained.
도 1은 압입자 마모에 따른 압입하중 인가곡선의 형상 변화를 도시한 도면.
도 2는 마모된 압입자의 형상을 도시한 도면.
도 3은 마모깊이의 결정을 위한 압입하중의 제곱근 및 압입깊이의 직선 최적화를 도시한 도면.
도 4는 압입하중 인가곡선의 보정을 통해 중첩된 두 압입하중 인가곡선을 도시한 도면.1 is a view showing the shape change of the indentation load application curve according to the wear of the indenter.
Figure 2 shows the shape of the worn indenter.
3 shows linear optimization of the square root of the indentation load and the indentation depth for the determination of wear depth.
4 is a diagram illustrating two indentation load application curves superimposed through the correction of the indentation load application curve.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
마모된 압입자의 첨단과 연관된 얕은 압입깊이에 해당하는 구간의 압입하중 인가곡선의 형상 보정을 위해서는 기하학적으로 완벽한, 즉, 예리한 압입자와 함께 마모된 압입자를 이용한 압입시험에서 발생하는 압입하중 인가곡선에 대한 모델링, 특히, 하중인가 부분, 즉, 압입자와 시험편 간의 접촉이 이루어져 시험편에 가해지는 하중이 급격하게 증가하는 초기의 부분에 대한 보정이 필요하다.In order to correct the shape of the indentation load application curve in the section corresponding to the shallow indentation depth associated with the tip of the worn indenter, it is geometrically perfect, that is, in the indentation load application curve generated in the indentation test using the worn indenter together with the sharp indenter. Modeling, in particular, correction of the initial part at which the load application part, i.e., the contact between the indenter and the test piece is made and the load on the test piece is rapidly increased.
압입크기 효과(indentation size effect)가 미미하고 비정질이기 때문에 미세조직의 영향도 배제할 수 있으며 금속소재에서 발생하는 표면 불균일한 변형이 없는 용융 실리카(Fused silica)와 같은 표준시험편은 미세한 연마를 통해 표면 조도의 영향도 배제할 수 있다.Because the indentation size effect is insignificant and amorphous, the effect of microstructures can be excluded and standard specimens such as fused silica without surface non-uniform deformations occurring in metal materials can be finely ground. The effects of illuminance can also be ruled out.
일반적으로 압입하중 인가곡선의 하중인가 부분은 수학식 2로 표현되는 킥의 법칙(Kick's law)을 만족하는 것으로 알려져 있으며, 용융 실리카의 표준시험편을 예리한 압입자(new indenter)로 압입하여 얻어진 압입하중 인가곡선은 킥의 법칙을 만족한다. 여기서, L은 압입하중이고, k는 압입자의 형상에 따라 결정되는 형상인자이며, h는 압입깊이를 나타낸다.In general, it is known that the load application part of the indentation load application curve satisfies Kick's law represented by Equation 2, and the indentation load obtained by indenting a standard test piece of fused silica with sharp new indenter The authorization curve satisfies Kick's Law. Where L is the indentation load, k is the shape factor determined according to the shape of the indenter, and h is the indentation depth.
또한, 보편적인 하중인가 부분을 L=khm으로 표현할 경우 m값이 2에 수렴하는 결과가 예리한 압입자 및 용융 실리카의 표준시험편을 이용한 압입시험에서 나타났다.In addition, when L = kh m is expressed as a general load-applying part, the result of convergence of m value to 2 was found in the indentation test using standard test pieces of sharp indenter and fused silica.
용융 실리카의 표준시험편을 예리한 압입자로 압입하는 압입시험을 행하여 얻어진 압입하중 인가곡선의 하중인가 부분이 수학식 2를 만족한다면 끝부분이 마모되고 변형된 압입자(worn indenter)로 동일한 시험편을 압입하는 압입시험을 행하더라도 접촉 초기의 얕은 압입깊이에 해당하는 구간을 제외하고는 전반적인 형태에서 압입하중 인가곡선이 수학식 2를 만족한다고 가정할 수 있다.If the load application part of the indentation load application curve obtained by indenting a standard test piece of fused silica into a sharp indenter satisfies Equation 2, the end portion is worn and the same test piece is indented with a warped indenter. Even if the indentation test is carried out, it can be assumed that the indentation load application curve satisfies Equation 2 in the general form except for the section corresponding to the shallow indentation depth of the initial contact.
즉, 도 1의 두 압입하중 인가곡선은 압입자의 형상 변화가 심각한 얕은 압입깊이에 해당하는 구간을 제외하고는 전반적인 형태에서 중첩되어야만 하고, 이를 만족시키기 위해서는 압입자의 형상과 압입하중 인가곡선을 연관지어 압입자의 마모깊이를 도출할 수 있다. That is, the two indentation load application curves of FIG. 1 should be overlapped in the overall shape except for a section where the shape change of the indenter corresponds to a serious shallow indentation depth. The wear depth of the indenter can be derived.
도 2는 마모된 압입자의 형상을 도시한 도면이다. 압입자 첨단이 곡률반경 R을 갖도록 마모된 압입자의 형상에서 마모깊이 hb가 존재하면 예리한 압입자에서의 압입하중 인가곡선과 달리 마모깊이 hb만큼 접촉이 지연된 이후 초기 접촉시 급격한 접촉면적의 증가로 인해 급격한 하중증가가 발생하는 접촉천이 구간을 거치게 된다.2 is a view showing the shape of the worn indenter. If the wear depth h b is present in the shape of the indenter worn to have the indenter tip with a radius of curvature R, unlike the indentation load application curve at the sharp indenter, the contact is delayed by the wear depth h b and then the rapid contact area increases during initial contact. As a result, the contact transition section undergoes a rapid increase in load.
접촉천이 구간은 압입자의 형상에서 살펴보자면 곡률반경 R을 갖는 마모 형상에서 반각 θ에 대응하는 원뿔 모양으로 접촉거동이 천이되는 구간이라 할 수 있으며, 접촉천이 구간 이후에 하중은 다시 (h+hb)2에 비례하는 예리한 압입자의 압입하중 인가곡선과 중첩된다.The contact transition section can be referred to as the conical shape corresponding to the half angle θ in the wear shape having the radius of curvature R in the shape of the indenter, and the load is again (h + h b) after the contact transition section. ) 2 sharp indentation party overlaps with the applied indentation load curve relative to the.
또한, 압입자의 형상의 측면에서 압입하중과 압입깊이의 관계를 살펴보자면, 압입하중은 경도와 접촉면적의 곱으로 정의되기 때문에 궁극적으로 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. In addition, in terms of the indentation load and the indentation depth in terms of the shape of the indenter, the indentation load is ultimately represented by Equation 3 because it is defined as the product of the hardness and the contact area.
즉, 수학식 3을 압입하중 인가곡선의 식, 즉, 
마모된 압입자의 형상을 예리한 압입자의 형상으로 보정하기 위해서는 마모깊이 hb의 명확한 결정이 필요하다. 마모깊이 hb의 결정을 위하여 본 발명에서는 곡선의 형태를 변경하여 최적화시키는 적합화 방법을 제안한다. 즉, 하중에 제곱근을 취하면 
직선식으로 최적화하게 되면 그 직선의 기울기는 도 3에 도시된 바와 같이 
마모깊이 hb만큼 압입하중 인가곡선을 오른쪽으로 평행이동시켜서 보정을 진행한다. 도 4에 도시된 바와 같이 보정을 통해 마모된 압입자를 이용한 압입시험의 결과가 압입깊이가 얕은 초기 부분을 제외한 전체적인 형상에서 예리한 압입자에서 얻어진 압입하중 인가곡선에 중첩되어 재현적인 압입결과의 확보가 가능해진다.Proceed calibration by shifting the indentation load application curve to the right by the wear depth h b . As shown in FIG. 4, the result of the indentation test using the indenter worn through the correction is superimposed on the indentation load application curve obtained from the indenter that is sharp in the overall shape except for the initial portion having the shallow indentation depth. It becomes possible.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 압입자로 시험편을 압입하는 압입시험의 조건을 동일하게 설정하여 압입시험을 진행하더라도 압입시험의 반복에 따른 압입자 첨단의 마모량, 즉, 압입자 첨단의 마모에 따른 압입깊이의 변화에 의해 압입하중 인가곡선의 좌측이동이 되어 재현성 있는 시험결과의 획득이 곤란한 문제점을 개선하기 위하여 곡선의 형태를 변경하여 최적화시키는 적합화 방법을 적용하여 압입자의 마모로 인하여 손실된 길이를 측정하고 이를 이용해 압입하중 인가곡선을 보정함으로써 동일한 시험조건 하에서 이루어진 압입시험의 경우 압입시험의 반복횟수 혹은 압입자의 마모정도와 무관하게 동일한 압입하중 인가곡선을 획득할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention as described above, even if the indentation test is carried out by setting the conditions of the indentation test indenting the test piece to the indenter in the same manner, the amount of wear of the indenter tip according to the repeated indentation test, that is, indentation according to the wear of the indenter tip In order to solve the problem that it is difficult to obtain reproducible test results due to the shift of the indentation load curve due to the change of the depth, it is possible to apply the adaptation method that changes the shape of the curve to optimize the length lost due to wear of the indenter. By measuring and correcting the indentation load application curve, it is possible to obtain the same indentation load application curve regardless of the number of times of indentation test or the degree of wear of the indenter.
압입자 마모에 따른 압입시험의 재현성 저하를 극복하기 위해서 종래의 경우 일정 주기마다 용융 실리카(Fused silica)와 같은 표준시험편에 교정 목적의 압입시험을 수행하는 절차를 거쳐왔다. 따라서 정밀한 압입시험을 위해서는 압입시험 전후에 용융 실리카의 표준시험편을 이용한 교정시험을 통해 압입자의 형상 변화를 확인해야 할 필요성이 있으며 이는 매우 번거로운 일이다.In order to overcome the reproducibility deterioration of the indentation test due to the wear of the indenter, the conventional procedure has been performed to perform a standard indentation test on a standard specimen such as fused silica at regular intervals. Therefore, for precise indentation test, it is necessary to confirm the shape change of the indenter through the calibration test using the standard specimen of fused silica before and after the indentation test, which is very troublesome.
본 발명에서는 압입하중의 제곱근과 압입깊이의 직선 최적화를 통해 마모깊이를 측정하여 압입하중 인가곡선을 보정하는 방법을 제안함으로써, 동일한 소재의 경우 압입시험의 반복횟수 혹은 압입자의 마모정도와 무관하게 보정을 통해 동일한 압입하중 인가곡선을 획득할 수 있는 기술을 제공한다. 이러한 압입하중 인가곡선의 보정을 통해 재현성 있는 압입시험의 수행과 함께 일정한 경도와 탄성계수의 획득 효과가 있다.The present invention proposes a method of correcting the indentation load application curve by measuring the wear depth through linear optimization of the square root of the indentation load and the indentation depth, so that the same material is corrected regardless of the number of times of indentation test or the degree of wear of the indenter. It provides a technique that can obtain the same indentation load application curve through. Through the correction of the indentation load application curve, there is a reproducible indentation test and the effect of obtaining a constant hardness and elastic modulus.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 마모된 압입자에 대한 상기 압입하중 인가곡선을 x축 방향으로 상기 산출된 마모깊이 만큼 평행이동시키는 보정단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법.The indentation load application curve obtained by the initial indentation test using an ideally sharp triangular pyramidal indenter and the indentation load application curve of the indenter due to the abrasion caused by repeated indentation tests resulted in the wear part of the indenter (or consequently Depth of wear of the worn indenter using Kick's law which theoretically supports the indentation load application curve of the sharp indenter under the premise that the coincidence of the indentation load application curve A calculating step of calculating; And
A correction step of parallelly moving the indentation load application curve for the worn indenter in the x-axis direction by the calculated wear depth;
Method for correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter, characterized in that it comprises a.
상기 마모된 압입자의 압입하중을 L, 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 hb, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 h, 상기 마모된 압입자의 초기 형상인 예리한 압입자의 첨단의 각도를 2θ, 상기 압입시험에 사용되는 상기 시험편의 압입경도를 H라 하는 경우, 상기 마모된 압입자의 압입하중은
The indentation load of the worn indenter is L, the wear depth of the worn indenter h b , the indentation depth of the worn indenter h, the angle of the tip of the sharp indenter which is the initial shape of the worn indenter is 2θ, the indentation When the indentation hardness of the test piece used for the test is H, the indentation load of the worn indenter is
상기 마모된 압입자의 압입하중을 L, 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 hb, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 h, 상기 마모된 압입자의 형상에 따라 결정되는 형상인자를 K라 하는 경우, 상기 마모된 압입자에 대한 상기 압입하중 인가곡선은
When the indentation load of the worn indenter is L, the wear depth of the worn indenter is h b , the indentation depth of the worn indenter is h, and the shape factor determined according to the shape of the worn indenter is K, The indentation load application curve for worn indenter
상기 마모된 압입자의 마모깊이를 산출하는 단계는,
상기 마모된 압입자에 대한 상기 압입하중 인가곡선의 식의 양변에 각각 제곱근을 취하여 상기 마모된 압입자의 압입하중의 제곱근 및 상기 마모된 압입자의 압입깊이 간의 직선식을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 직선식으로부터 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법.The method of claim 1,
Calculating the wear depth of the worn indenter,
Calculating a linear equation between the square root of the indentation load of the worn indenter and the indentation depth of the worn indenter by taking square roots on both sides of the equation of the indentation load application curve for the worn indenter; And
Determining the wear depth of the worn indenter from the calculated linear equation
Method for correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter, characterized in that it comprises a.
상기 산출된 직선식은 상기 마모된 압입자의 압입하중의 제곱근을 y축, 상기 마모된 압입자의 압입깊이를 x축으로 하는 그래프 상에서 직선으로 구현되고 상기 직선의 y절편과 기울기를 이용해서 상기 마모된 압입자의 마모깊이를 구하는 것을 특징으로 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법.The method of claim 4, wherein
The calculated linear equation is implemented as a straight line on a graph where the square root of the indentation load of the worn indenter is on the y-axis and the indentation depth of the worn indenter is on the x-axis, and the worn indentation is made using the y-intercept and the slope of the straight line. A method for correcting the indentation load application curve considering the wear of the indenter, characterized in that the wear depth of the ruler is obtained.
상기 평행이동한 압입하중 인가곡선은 상기 마모된 압입자 및 상기 시험편 간의 접촉이 이루어져 상기 시험편에 가해지는 하중이 급격하게 증가하는 초기의 하중인가 부분을 제외하고는 상기 마모된 압입자의 초기 형상인 예리한 압입자로 상기 시험편을 압입하는 압입시험을 행하여 얻어진 압입하중 인가곡선과 중첩되는 것을 특징으로 하는 압입자의 마모를 고려한 압입하중 인가곡선의 보정방법.The method of claim 1,
The parallel moving indentation load application curve is a sharp initial shape of the worn indenter except for an initial load application part in which contact between the worn indenter and the test piece is made and the load applied to the test piece is rapidly increased. A method for correcting an indentation load application curve in consideration of wear of the indenter, characterized by overlapping with the indentation load application curve obtained by performing an indentation test for indenting the test piece with the indenter.
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