금속 경도와 세계에서 가장 강한 금속

경도는 금속의 가장 중요한 기계적 특성 중 하나입니다. 경도는 주로 압흔, 긁힘, 절단 또는 마모와 같은 국소적인 조건에서 변형에 저항하는 재료의 능력을 정의합니다.

금속 경도는 무엇이고, 어떻게 측정하며, 어떻게 개선할 수 있는지 알아보세요. 또한 편리한 금속 경도 차트를 통해 인류에게 알려진 가장 강한 금속 10가지를 알아볼 수도 있습니다.

금속 경도가 무엇인가요?

금속 경도는 금속이 변형, 즉 긁힘이나 움푹 들어간 곳과 같은 영구적인 변형에 저항하는 능력을 말합니다. 이는 인성 및 강도와 같은 다른 기계적 특성과 관련이 있지만 동일한 것은 아닙니다.

경도에는 여러 가지 유형이 있습니다:

• 스크래치 경도 - 스크래치 저항성(예: 모스 스케일).
• 압흔 경도 - 움직이지 않는 물체에 의한 영구적인 압흔에 대한 저항성(예: 브리넬, 로크웰, 비커스).
• 반발 경도 - 충격 후 반발 높이로 측정한 탄성 변형에 대한 저항성(예: Leeb 테스트).

텅스텐, 티타늄 및 경질 강철 금속은 일반적으로 경도가 높기 때문에 내마모성 응용 분야에 최적입니다.

금속 경도 측정

1. 브리넬 경도 테스트(BHN): 텅스텐 카바이드 또는 스틸 볼을 사용하여 표면을 압입합니다. 더 부드러운 금속에 사용되며 더 넓은 표면적에 대한 평균 경도를 제공합니다.
2. 로크웰 경도 테스트(HR): 업계에서 일반적으로 사용되며, 다양한 스케일(예: 경강의 HRC)에서 압입 깊이를 테스트하는 데 적용됩니다. 빠르고 쉽게 수행할 수 있습니다.
3. 비커스 경도 테스트(VHN): 다이아몬드 피라미드 압자를 사용하여 얇거나 작은 시편을 정밀하게 테스트합니다. 정확도는 높지만 시간이 더 많이 소요됩니다.
4. 모스 경도 스케일: 1(활석)에서 10(다이아몬드)까지의 빠른 스크래치 테스트. 빠른 정성 테스트에 편리합니다.
5. 리브 경도 테스트(HL): 손에 들고 다니는 리바운드 속도 측정 도구. 크기가 크거나 장착된 품목에 이상적입니다.

금속 경도 차트

경도와 관련하여 서로 다른 금속이 서로 어떻게 비교되는지 더 잘 이해하기 위해, 다음은 다양한 경도 척도에서 흔히 접하는 재료 목록을 제공하는 참조 차트입니다. 이 값은 대략적인 가이드를 제공하지만 일부 합금 조합, 제조 방법 및 열처리에 따라 영향을 받을 수 있습니다.

세계에서 가장 강한 금속 10가지

강도와 경도는 동일하지는 않지만 비슷합니다. 그러나 가장 강한 금속은 대체로 가장 단단한 금속입니다. 다음은 가장 눈에 띄는 상위 10가지 금속 목록입니다:

1. 텅스텐(인장 강도: ~1510MPa, 모스 경도: ~9)

텅스텐은 순수 금속 중 인장 강도가 가장 높고 경도가 매우 높습니다. 매우 높은 온도에서도 강도를 잃지 않기 때문에 항공우주 부품, 절삭 공구 및 군사 응용 분야에서 매우 중요합니다.

2. 인코넬(인장 강도: >1000MPa, 모스 경도: 6.5-7)

인코넬은 고온과 경도에 강한 니켈-크롬 초합금 계열의 합금입니다. 부식과 산화에 강해 제트 엔진, 가스 터빈, 화학 공장 등에 사용됩니다.

3. 티타늄(인장 강도: ~1000MPa, 모스 경도: ~6)

티타늄은 인장 강도와 함께 낮은 밀도 및 적당한 경도를 가지고 있습니다. 무게 대비 강도와 내식성이 뛰어나 항공우주, 이식 장치 및 해양 환경에서 활용하기에 가장 적합한 소재입니다.

4. 공구강(경화강) (인장 강도: 700-1000 MPa, 모스 경도: ~7)

A2, D2, H13 등의 강재는 열처리를 통해 높은 표면 강도와 경도를 달성합니다. 이들은 툴링, 다이캐스팅 및 마모 부품에 널리 사용됩니다.

5. 바나듐(인장 강도: ~800MPa, 모스 경도: ~6.7)

바나듐은 인장 강도가 높고 강철과 합금하면 강도가 강화되고 단단해집니다. 항공우주 부품, 갑옷 도금, 고속 툴링에 널리 사용됩니다.

6. 크롬(인장 강도: ~418MPa, 모스 경도: 8.5-9)

크롬의 인장 강도는 평균이지만, 모스 척도에서 자연적으로 발생하는 금속 중 가장 단단한 금속입니다. 크롬은 스테인리스강 생산에 필수적인 요소이며 도금 응용 분야에서 탁월한 마모 및 부식 방지 기능을 제공합니다.

7. 오스뮴(인장 강도: ~600MPa, 모스 경도: ~7)

오스뮴은 가장 밀도가 높고 단단한 소재 중 하나입니다. 취성이 있지만 내마모성이 뛰어나 만년필 펜촉 및 전기 접점과 같은 특수 산업에서 사용됩니다.

8. 이리듐(인장 강도: ~540MPa, 모스 경도: ~6.5)

이리듐은 고온에서도 매우 단단하고 부식에 강한 금속입니다. 이리듐은 매우 부서지기 쉽지만 점화 플러그, 도가니, 심해 통신 장비 등에 활용도가 높습니다.

9. 니오븀(인장 강도: ~275MPa, 모스 경도: ~6)

니오븀은 주로 구조용 강철의 강도를 높이기 위한 합금 첨가제 및 초전도체 제조에 사용됩니다. 원소 형태로는 가장 강한 금속은 아니지만 다른 재료를 상당히 강화합니다.

10. 탄탈(인장 강도: ~200MPa, 모스 경도: ~6.5)

탄탈륨은 인장 강도는 낮지만 부식에 매우 강하고 경도가 우수합니다. 탄탈은 화학적 안정성이 필수인 전자제품(특히 커패시터), 의료용 임플란트 및 항공우주 부품에 광범위하게 사용됩니다.

참고: 이 순서는 인장 강도가 금속 성능의 핵심 지표 중 하나이지만 경도, 내식성, 열 안정성도 주어진 산업 또는 엔지니어링 요구 사항에 가장 적합한 소재를 결정하는 데 똑같이 중요하다는 것을 증명합니다.

결론

금속의 경도는 특정 산업 또는 구조 분야에 사용할 재료의 적합성을 평가하는 데 중요한 매개변수입니다. 경도를 이해하고, 측정하고, 경도를 향상시키면 엔지니어는 더 많은 정보를 바탕으로 결정을 내리고 도구, 구조물, 기계 및 정교한 장치에 금속을 최대화할 수 있습니다. 경도의 선두 주자는 텅스텐, 크롬, 경화강이지만, 금속의 선택은 항상 작업 수행을 위한 특정 특성 세트에 따라 달라집니다. 자세한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM)를 참조하세요.