High Temperature Mechanical Testing Application Notes - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing https://nanovea.com/ko/카테고리/애플리케이션-참고-사항/기계-테스트/고온-기계-테스트/ 재료 연구 및 품질 관리를 위한 계측 기기 Thu, 20 Aug 2026 23:58:36 +0000 ko-KR 매시간 1 https://wordpress.org/?v=6.8.8 https://nanovea.com/wp-content/uploads/2025/02/nanovea-favicon.png High Temperature Mechanical Testing Application Notes - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing https://nanovea.com/ko/카테고리/애플리케이션-참고-사항/기계-테스트/고온-기계-테스트/ 32 32 High Temperature Brinell Hardness Testing https://nanovea.com/ko/high-temperature-hardness-testing-of-steel/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=high-temperature-hardness-testing-of-steel https://nanovea.com/ko/high-temperature-hardness-testing-of-steel/#respond Thu, 20 Aug 2026 23:22:06 +0000 https://nanovea.com/?p=26582 Application Note | High Temperature Mechanical Testing High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer Request High Temperature Hardness Testing Speak with an Application Engineer Research & Experimental Testing Frank Liu Visual Design & Editorial Andrew Shore Introduction High temperature hardness […]

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Application Note | High Temperature Mechanical Testing

High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation

Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer

Request High Temperature Hardness Testing
Speak with an Application Engineer
Material performance testing under extreme temperature conditions for aerospace and defense applications

Research & Experimental Testing

Frank Liu

Visual Design & Editorial

앤드류 쇼어

소개

High temperature hardness testing provides insight into how the mechanical behavior of metals changes as temperature increases. Materials that exhibit high hardness at room temperature can soften significantly when exposed to elevated temperatures, making temperature-dependent hardness an important consideration when selecting materials for applications such as jet engines, high-temperature processing equipment, and other thermally demanding environments.

In this study, a steel sample was evaluated using Brinell indentation with the NANOVEA T2000 Tribometer. Hardness measurements were performed at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C to map the change in steel hardness with temperature. The results show a gradual reduction in hardness through approximately 600°C, followed by a much sharper decline at higher temperatures, resulting in an 84% decrease in hardness between room temperature and 925°C.

Why High Temperature Hardness Testing Matters

Hardness is a mechanical property that describes a material’s resistance to localized deformation. Higher hardness generally corresponds to greater resistance to indentation and permanent surface deformation.

Temperature can significantly alter this behavior. A material that remains hard at room temperature may soften as temperature increases, changing its mechanical response under elevated-temperature conditions. For materials intended for high-temperature applications, understanding these changes is important when evaluating their mechanical limits.

High temperature hardness testing makes it possible to measure these changes directly as temperature increases rather than relying only on room-temperature properties. In this study, the steel sample provides a clear example of how hardness can remain relatively stable over part of the temperature range before declining rapidly at higher temperatures.

측정 목표

The objective of this study was to evaluate how the Brinell hardness of steel changes as temperature increases from room temperature to 925°C.

Using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball, a load of 1000 N (~100 kgf) was applied to the steel sample at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C. The resulting indentations were measured using NANOVEA’s 3D Line Sensor to determine their diameter for Brinell hardness calculation.

나노비아 T2000 고부하

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NANOVEA T2000 high load pneumatic tribometer for friction and wear testing

테스트 절차

High temperature Brinell hardness testing was performed with the steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 heated chamber. The sample was tested at six temperatures from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball with an applied test force of 1000 N (~100 kgf).

The test parameters used throughout the study are summarized below.

Steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing

Steel sample mounted in the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing from 25°C to 925°C.

테스트 매개변수

Test Parameter High Temperature Brinell Hardness Setup
온도 25, 200, 400, 600, 800, 925°C
Test force 1000 N (~100 kgf)
Force-diameter ratio 1
Ball material Tungsten carbide (WC)
Ball diameter 10 mm
Steel samples used for high temperature Brinell hardness testing from 25°C to 925°C

Steel samples used in the high temperature Brinell hardness study from room temperature to 925°C.

결과 및 토론

Brinell hardness was calculated from the applied force, ball diameter, and measured indentation diameter using the equation below:

Brinell hardness equation using applied force, ball diameter, and measured indentation diameter

Where F (kgf) is the applied force expressed in kilogram-force, D is the ball diameter, and d is the measured indentation diameter. Two diameter measurements were taken for each indent and averaged to determine the value of d used in the hardness calculation.

Load versus time curve showing the 1000 N indentation load used during high temperature Brinell hardness testing of steel

Load vs. time profile for the 1000 N Brinell indentations performed during high temperature hardness testing.

The loading curve shows the applied load profile used during indentation. A consistent 1000 N (~100 kgf) test force was used throughout the temperature series so that the resulting indentation dimensions and calculated hardness values could be compared across each test condition.

Brinell indentation on steel measured at 800°C with diameters of 1.807 mm and 1.830 mm
거리 Unit A B
HDist mm 1.807 1.830

Brinell indentation measured at 800°C. Two diameter measurements of 1.807 mm and 1.830 mm were averaged to determine the indentation diameter used for hardness calculation.

At 800°C, the measured indentation diameters were 1.807 mm and 1.830 mm, producing an average diameter of approximately 1.819 mm. The indentation diameter increased substantially at the higher test temperatures as the steel became softer under the same applied load.

The measured indentation diameters were then used to calculate Brinell hardness at each temperature. The results show a relatively gradual decrease from 96.12 HBW at 25°C to 79.69 HBW at 600°C, followed by a much sharper decrease to 38.18 HBW at 800°C and 15.40 HBW at 925°C.

Brinell Hardness Results

High Temperature Brinell Hardness Results
Temperature (°C) Diameter 1 (mm) Diameter 2 (mm) Average Diameter (mm) HBW (10/100)
25 1.153 1.145 1.149 96.12
200 1.150 1.201 1.176 91.82
400 1.165 1.261 1.213 86.21
600 1.265 1.258 1.262 79.69
800 1.807 1.830 1.819 38.18
925 2.858 2.833 2.846 15.40
Graph showing Brinell hardness of steel decreasing from 96.12 HBW at 25°C to 15.40 HBW at 925°C

The temperature-dependent trend is clear. Steel hardness decreased moderately between room temperature and 600°C, then declined rapidly at higher temperatures. Between 25°C and 925°C, the measured Brinell hardness decreased from 96.12 to 15.40 HBW, representing an overall hardness loss of approximately 84%.

These results demonstrate why hardness measured at room temperature alone may not fully represent material behavior in high-temperature applications. For this steel sample, the most substantial loss in hardness occurred above approximately 600°C.

결론

High temperature hardness testing revealed a strong temperature-dependent change in the Brinell hardness of the steel sample. Hardness decreased gradually as temperature increased from 25°C to 600°C, then declined much more sharply at higher temperatures. By 925°C, the measured hardness had fallen from 96.12 HBW to 15.40 HBW, representing an overall decrease of approximately 84%.

The study demonstrates the ability of the NANOVEA T2000 Tribometer to perform Brinell hardness measurements under elevated-temperature conditions. Using a 1000 N (~100 kgf) test force, the steel sample was evaluated from 25°C to 925°C, allowing its change in hardness to be measured directly across the tested temperature range.

The results also highlight the importance of selecting an appropriate force-diameter ratio across a wide temperature range. Because of the large difference in hardness between room temperature and high temperature, the study recommends a force-diameter ratio of 5 or 10 at lower temperatures, while a ratio of 1 is suitable above 900°C.

Frequently Asked Questions About High Temperature Hardness Testing

What is high temperature hardness testing used for?

High temperature hardness testing evaluates how a material’s resistance to indentation changes as temperature increases. It is useful for materials intended for thermally demanding applications where room-temperature hardness may not represent mechanical behavior at operating temperature.

Can Brinell hardness be measured at elevated temperatures?

Yes. Elevated-temperature Brinell hardness testing applies a controlled force using a ball of known diameter while the specimen is heated to the required test temperature. In this study, steel was tested from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide ball and a 1000 N test force.

Why measure hardness while the material is hot?

Testing at temperature measures hardness under the thermal condition of interest rather than only after the specimen returns to room temperature. This makes it possible to directly characterize temperature-dependent softening and identify changes that may not be represented by room-temperature hardness values.

What equipment is used for high temperature hardness testing?

High temperature hardness testing requires controlled specimen heating, precise mechanical loading and measurement of the resulting indentation. The NANOVEA T2000 can integrate high-temperature environmental control with mechanical testing for evaluating material behavior under elevated-temperature conditions.

Can high temperature hardness testing be used for aerospace materials?

Yes. Elevated-temperature hardness measurements are relevant when evaluating materials intended for thermally demanding aerospace environments, including jet-engine and other high-temperature components. Testing helps characterize how hardness changes as exposure temperature increases.

Can NANOVEA perform high temperature hardness testing as a laboratory service?

NANOVEA provides materials testing services using its mechanical testing and tribology platforms. Application requirements, temperature range, load, specimen geometry and measurement method can be reviewed with a NANOVEA applications engineer to determine an appropriate high-temperature testing approach.

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고온 스크래치 경도

트라이보미터 사용

작성자

DUANJIE, 박사

소개

경도는 영구적 또는 소성 변형에 대한 재료의 저항력을 측정합니다. 1820년 독일의 광물학자 프리드리히 모스가 처음 개발한 스크래치 경도 테스트는 날카로운 물체와의 마찰로 인한 스크래치 및 마모에 대한 재료의 경도를 결정합니다.1. 모스 척도는 선형 척도가 아닌 비교 지수이므로 ASTM 표준 G171-03에 설명된 대로 보다 정확하고 정성적인 스크래치 경도 측정이 개발되었습니다.2. 다이아몬드 스타일러스로 생성된 스크래치의 평균 너비를 측정하여 스크래치 경도 수치(HSP)를 계산합니다.

고온에서 스크래치 경도 측정의 중요성

재료는 서비스 요구 사항에 따라 선택됩니다. 온도 변화와 열 구배가 큰 응용 분야의 경우 고온에서 재료의 기계적 특성을 조사하여 기계적 한계를 완전히 파악하는 것이 중요합니다. 재료, 특히 폴리머는 일반적으로 고온에서 부드러워집니다. 많은 기계적 고장은 높은 온도에서만 발생하는 크리프 변형과 열 피로로 인해 발생합니다. 따라서 고온 응용 분야에 적합한 재료를 적절히 선택하려면 고온에서 경도를 측정할 수 있는 신뢰할 수 있는 기술이 필요합니다.

측정 목표

이 연구에서 NANOVEA T50 마찰계는 실온부터 300°C까지 다양한 온도에서 테프론 샘플의 스크래치 경도를 측정합니다. NANOVEA는 고온 스크래치 경도 측정 기능을 통해 트라이보미터 고온 응용 분야용 재료의 마찰공학 및 기계적 평가를 위한 다목적 시스템입니다.

나노비아

T50

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테스트 조건

나노베아 T50 무중량 표준 트라이보미터를 사용하여 실온(RT)에서 300°C 범위의 온도에서 테프론 시료에 대한 스크래치 경도 테스트를 수행했습니다. 테프론의 녹는점은 326.8°C입니다. 팁 반경 200 µm의 정점 각도 120°의 원추형 다이아몬드 스타일러스를 사용했습니다. 테프론 샘플은 스테이지 중심까지 10mm의 거리를 두고 회전식 샘플 스테이지에 고정되었습니다. 샘플을 오븐으로 가열하고 RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C 및 300°C의 온도에서 테스트했습니다.

테스트 매개변수

고온 스크래치 경도 측정

일반 힘 2 N
슬라이딩 속도 1 mm/s
슬라이딩 거리 온도당 8mm
대기권 Air
온도 RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

결과 및 토론

다양한 온도에서 테프론 샘플의 스크래치 트랙 프로파일은 서로 다른 온도에서 스크래치 경도를 비교하기 위해 그림 1에 나와 있습니다. 스크래치 트랙 가장자리에 쌓인 재료는 스타일러스가 2N의 일정한 하중으로 이동하고 테프론 샘플을 쟁기질하면서 스크래치 트랙의 재료를 옆으로 밀고 변형시키면서 형성됩니다.

그림 2와 같이 스크래치 트랙을 광학 현미경으로 검사했습니다. 측정된 스크래치 트랙 폭과 계산된 스크래치 경도 수치(HSP)는 그림 3에 요약되어 비교되어 있습니다. 현미경으로 측정한 스크래치 트랙 폭은 나노베아 프로파일러로 측정한 것과 일치하며, 테프론 샘플은 더 높은 온도에서 더 넓은 스크래치 폭을 나타냅니다. 스크래치 트랙 폭은 온도가 RT에서 300oC로 상승함에 따라 281µm에서 539µm로 증가하며, 그 결과 HSP는 65에서 18MPa로 감소합니다.

고온에서의 스크래치 경도는 나노베아 T50 트라이보미터를 사용하여 높은 정밀도와 반복성으로 측정할 수 있습니다. 이 제품은 다른 경도 측정의 대체 솔루션을 제공하며, 나노베아 트라이보미터를 포괄적인 고온 트라이보 기계 평가를 위한 보다 완벽한 시스템으로 만들어 줍니다.

그림 1: 다양한 온도에서 스크래치 경도 테스트 후 스크래치 트랙 프로파일.

그림 2: 다양한 온도에서 측정한 후 현미경으로 트랙을 스크래치합니다.

그림 3: 온도에 따른 스크래치 트랙 폭과 스크래치 경도의 변화.

결론

이 연구에서는 나노베아 트라이보미터가 ASTM G171-03에 따라 고온에서 스크래치 경도를 측정하는 방법을 소개합니다. 일정한 하중에서의 스크래치 경도 테스트는 트라이보미터를 사용하여 재료의 경도를 비교할 수 있는 간단한 대체 솔루션을 제공합니다. 고온에서 스크래치 경도 측정을 수행할 수 있는 나노베아 트라이보미터는 재료의 고온 트라이보-기계적 특성을 평가하는 데 이상적인 도구입니다.

또한 나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 사전 통합된 하나의 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 옵션으로 제공되는 3D 비접촉식 프로파일러는 거칠기와 같은 기타 표면 측정과 더불어 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 위해 사용할 수 있습니다.

1 프레드릭 브레덴버그; PL 라르손 (2009). "금속 및 폴리머의 스크래치 테스트: 실험 및 수치". 착용 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03(2009), "다이아몬드 스타일러스를 사용한 재료의 스크래치 경도에 대한 표준 시험 방법"

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나노 인덴테이션 DMA를 통한 정밀한 국소 유리 전이

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벌크 시료가 일정한 속도로 균일하게 가열되는 시나리오를 상상해 보십시오. 벌크 재료가 가열되어 녹는점에 가까워지면 강성이 떨어지기 시작합니다. 동일한 목표 힘으로 주기적으로 압입(경도 테스트)을 수행하면 시료가 부드러워지기 때문에 각 압입의 깊이가 지속적으로 증가해야 합니다(그림 1 참조). 이 과정은 시료가 녹기 시작할 때까지 계속됩니다. 이 시점에서 압흔당 깊이가 크게 증가하는 것을 관찰할 수 있습니다. 이 개념을 사용하여 고정된 힘 진폭의 동적 진동을 사용하고 변위를 측정하여 재료의 상 변화를 관찰할 수 있습니다(동적 기계 분석(DMA)).   정밀한 로컬라이즈드 유리 전환에 대해 읽어보세요!

나노 인덴테이션을 이용한 스트레스 이완 측정

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이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

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]]> ASTM D7187에 따르면 페인트의 긁힘과 마모에 대한 저항성은 최종 사용에서 매우 중요한 역할을 합니다. 긁힘에 취약한 자동차 페인트는 유지 관리와 수리가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 프라이머, 베이스코트, 클리어코트의 다양한 코팅 아키텍처는 최상의 스크래치/마모 저항성을 달성하기 위해 개발되었습니다. 나노 스크래치 테스트 는 ASTM D7187에 기술된 페인트 코팅의 스크래치/마모 거동의 기계적인 측면을 측정하기 위한 표준 시험 방법으로 개발되었습니다.. 스크래치 테스트 중 다양한 하중에서 탄성 변형, 소성 변형 및 파단과 같은 다양한 기본 변형 메커니즘이 발생합니다. 이 테스트를 통해 페인트 코팅의 내소성 및 내파괴성을 정량적으로 평가할 수 있습니다.

나노 스크래칭을 이용한 ASTM D7187 온도 효과

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]]> 높은 온도에서 열은 테플론의 경도, 점탄성과 같은 기계적 특성을 변화시켜 기계적 고장을 초래할 수 있습니다. 고온 응용을 위한 후보 재료를 정량적으로 평가하려면 고분자 재료의 열-기계적 거동을 신뢰할 수 있는 측정이 필요합니다. 그만큼 나노모듈 나노베아의 기계 테스터 고정밀 피에조로 하중을 가하고 힘과 변위의 변화를 측정하여 경도, 영률 및 크리프를 연구합니다. 고급 오븐은 나노압입 테스트 전반에 걸쳐 압입 팁과 샘플 표면 주위에 균일한 온도를 생성하여 열 드리프트의 영향을 최소화합니다.

나노 인덴테이션을 이용한 고온에서의 테프론 기계적 특성

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]]> 솔더 조인트는 온도가 0.6을 초과하면 열 및/또는 외부 응력을 받습니다. Tm 어디 Tm 는 켈빈 단위로 표시된 재료의 융점입니다. 고온에서 납땜의 크리프 거동은 납땜 상호 연결의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다..  결과적으로, 다양한 온도에서 솔더에 대한 신뢰할 수 있고 정량적인 열역학적 분석이 필요합니다. 그만큼 나노모듈 나노베아의 기계 테스터 고정밀 피에조로 하중을 가하고 힘과 변위의 변화를 직접 측정합니다. 고급 가열 오븐은 팁과 샘플 표면에 균일한 온도를 제공하여 측정 정확도를 보장하고 열 드리프트의 영향을 최소화합니다.

나노 인덴테이션을 이용한 솔더의 열역학적 분석

 

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]]> 재료는 서비스 요구 사항에 따라 선택됩니다. 온도 변화와 열 구배가 큰 응용 분야의 경우 고온에서 재료의 기계적 특성을 조사하여 기계적 한계를 완전히 파악하는 것이 중요합니다. 재료, 특히 폴리머는 일반적으로 고온에서 부드러워집니다. 많은 기계적 고장은 높은 온도에서만 발생하는 크리프 변형과 열 피로로 인해 발생합니다. 따라서 고온 응용 분야에 적합한 재료를 적절히 선택하기 위해서는 고온 스크래치 경도를 측정하는 신뢰할 수 있는 기술이 필요합니다.

트라이보미터를 이용한 고온 스크래치 경도 측정

 

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