로크웰 경도의 값이 의미하는 것은?

공구에 사용하는 강의 판단 기준이 여러가지 있지만 수치로 된 것중의 중요한 항목에 경도(Hardness)가 있습니다.
베리타스의 리벨리 사이트나 리닐슨 대패의 카타로그를 보면서 대패날의 경도값을 제시하며 상품의 가격을 정해놓은 것들을 많이 볼 수 잇는데, 과연 공구강의 경도값은 어떤 의미가 있을까요?

다음의 자료는 리벨리 사이트에서 소개한 내용을 요약한 것입니다.

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리벨리의 카타로그에 설명된 많은 공구에, 로크웰 경도의 기호인 "Rc"를 그에 상응하는 값과 함께 표시되어 있는 것을 많이 보았을 것이다. 이것은 로크웰 C 경도의 스케일로 공구의 경도를 가리키는 수치이다. 여러해에 걸쳐 경도를 검사하는 많은 시스템이 있어왔다. 그러나 주요 두가지 방법이 최근에는 많이 사용되며 그중 하나는 브리넬이며 이는 미리 정해진 부하를 측정 시편에 압력을 가할 때 조그만 강구(steel ball)로 눌러 측정을 한다. 

나머지 하나는 로크웰 경도이며 브리넬 경도와 비슷하게 특별한 형상의 다이아몬드의 삽입물로 측정을 한다.

로크웰 경도 시스템은 A, B 그리고 C이며 이중 C가 많이 사용되며 다른 재질과 상대적인 경도를 측정한다. 경화시킨 강에 대한 스케일은 로크웰 C를 사용한다. 스케일의 가장 낮은 것이 일반적으로 톱(handsaw)으로 Rc38~42이다. 캐비넷 스크래퍼가 일반적으로 오래된 톱날로 흔히 만들기 때문에 이와 같은 범위이다.
업체에서 캐비넷 스크래퍼로 사용하는 사각 철판을 공급하기 시작했을 때, 같은 범위로 경화처리를 하였다. 몇년 지나서 Sandvik 과 베리타스가 10포인트 정도 더 경화시킨 Rc50 정도의 스크래퍼를 공급하였다. 이러한 스크래퍼는 엣지를 버니싱하는데 좀 더 많은 작업이 필요하지만, 소프트한 스크래퍼보다 날 끝이 상당히 더 오래 유지된다. 치즐은 일반적으로 Rc58~62 범위이며 일본의 끌은 Rc60이상이다.
로크웰 경도는 카타로그에서 명시적으로 강조하고 있는데 좋은 엣지를 유지하는 도구의 능력중의 하나이다. 이와 같은 수준에서 중요한 것은 사용된 합금이고 경화처리 과정이다. 로크웰 경도는 인성(toughness)와 취성(brittleness)간의 이율배반적인 성질을 가리킨다는 것을 강조한다. Rc63 치즐은 더디게 마모되지만 Rc58 치즐보다 더 쉽게 깨진다.
경도는 검증하기 가장 쉬운 품질 요소이다. 아마도 그것이 가장 대중적으로 사용하게 된 이유가 될 것이다.

– L.L. 경도 측정(Hardness Testing) 약간의 실험을 통하여, 줄을 사용하여 누구든지 공구의 경도를 테스트할 수 있다. 일반적인 기준으로, 보다 쉬운 방법이 줄로 쓸어 더 연한지 검사하는 것이다. 만약 어떤 공구가 망간 함유량이 높다면 망간이 공구강으로 첨가되면 기계적인 성질을 증가시키므로 좀 더 쉽게 줄로 쓸릴 것이다. 흔히 있는 탄소강은 상대적인 경도가 줄 쓸어서 결정될 수 있다. 그러한 목적으로 흔히 사용되는 줄을 기준이 되는 줄이라 부른다. 줄로 쓸어질 어떤 재료를 시료 줄로 먼저 확인한다. 검사 기준줄은 주의 깊게 Rc63이나 Rc64로 관리된다.  그 줄들은 계속되는 시험을 위하여 품질을 유지하고 검사의 용도로만 사용되어야 한다. 보통의 줄을 같은 목적으로 사용할 수도 있다, 하지만 예리함에 있어서 사소한 변화가 보다 더 하드한 공구에서 "skating"의 원인이 된다. Lee Valley Archives

서양대패 자작 3호 - 스크럽(Scrub) 플레인

자작으로 만든 스크럽 플레인(scrub plane) 입니다.

용도는 굴곡이 심한 판재를 평면을 잡는 초벌용으로 많은 살을 깍아내는 목적으로 사용합니다.

날의 구조가 일반적으로 많이 사용하는 벤치 플레인과 약간 다르게 날 끝 부분이 큰 호를 그리는 둥근 모습을 가지고 있습니다.

아래 부분에서 날을 살펴 보겠습니다.

완성품 모습입니다.

린시드 오일을 바른 상태입니다.

모양이 뭔가 조화스럽지 못한 언벨런스한 모습이 되고 말았습니다.

그냥 편하게 사용하기 쉬한 구조로 ...

처음 계획할 때 디자인은 뒤의 손잡이 토트도 없고 앞의 손잡이도 없는 형상이었지만,

조립 후 윗부분의 샌딩작업까지 다 끝난 상태에서, 앞 뒤의 손잡이를 붙이면서...

전체 모양이 뭔가 조금 부족한 언밸런스한 상태로 되었습니다.

      

옆 모습입니다.

밑의 검은 낭구는 흑단 에보니이고, 상부의 몸체는 쿠마루 입니다.

모두 하드목이고, 완전 건조된 후에는 변형이 거의 없는 재료입니다.

대패날은 미국 Hock사 대패날입니다.
날 규격은 1-1/2" * 3-1/2 반지름은 5" 입니다. 날폭 38미리로 조금 좁은 편이지요.

뒷 손잡이 토트는 곰팡이 낀 박달, 앞의 손잡이는 하트퍼플 입니다.

앞 손잡이를 조립하기 전의 모습입니다.
베드 각도는 45도, 날의 각도는 아직 숫돌에 갈지 않았지만 일반적인 30~35도로 생각하고 있습니다.

대패의 전체 길이는 220 입니다. 조금 짧습니다.

날을 대패집에서 분해한 상태입니다. 덧날이 조립된 상태로 위의 반사광을 보여주는 부분이 덧날 chip breaker 입니다.
날끝이 조금 둥근 호를 그리고 있습니다. 이 호의 반지름의 크기에 따라 나무의 살을 깍아내는 정도가 달라지겠습니다.

대패날이 보이도록 뒤집은 상태입니다.
바닥은 평면입니다. 날끝의 입구 부분(mouth) 부분은 거의 직선에 가까운 호를 보여주고 있는데....직선으로 할지 날끝의 호를 따라 곡선으로 마무리할지 아직 결정은 하지 않은 상태입니다

날끝은 조금 더 크게 찍은 모습인데...날끝의 색상이 조금 다른 부분이 어미날 부분입니다.
약 1 mm 정도를 더 길게 내밀어 덧날과 조립한 상태인데, 내미는 정도는 하드목이냐 소프트한 나무냐에 따라 결정을 하면 됩니다.

대패 밑면으로 날끝을 조금 내밀은 상태입니다. 날이 호를 그리고 있으므로 가운데 부분은 대패밥이 살두께가 두텁게 깍일 것이고 양 옆은 얇게 깍일 것입니다.
물론 대패질을 할 때에는 내미는 정도는 나무의 상태에 따라 조정을 해야 할 것입니다.

이 사진은 같은 재료로 함께 제작하여 앞서 게시글을 올렸던 스무스 플레인입니다.
하나의 재료로 만들어진 형상이 다른 두 쌍동이 대패라고 보아야 겠지요.
날끝이 직선으로 되어 있습니다. 그리고 그 위에 덮는 캡도 금속인 청동으로 만들었던 대패입니다.
스무스 플레인에 사용된 날은 1-3/4 * 3-1/2 입니다. 날폭 45미리 입니다.

위의 스크럽 플레인에서는 귀차니즘으로...굴러 다니던 나무로 캡을 사용하였습니다.
비교 차원에서 지난 사진을 올렸습니다.

ASCP_v0.9.

위의 사진은 두개를 나란히 크기를 비교하기 위하여 찍은 모습입니다.

서양대패 자작 2호 - 스무스 플레인

요즘 계속 서양대패에 필이 꽂혀서 구조 테스트겸 자체 사용 목적으로 자작하고 있습니다.
과정 샷을 몇개 찍었지만...과정 사진 찍는 것이 이렇게 어려울 줄이야...

그래도 구조가 간단한 것이니...어렵잖게 이해할 수 있으리라 생각합니다.
얼마전에는 잭 플레인을 만들어 보았는데...처녀작이다 보니 비주얼이 마음에 안들었지만....
두번째는 조금 나아진 것 같습니다.

그래 보았자...흉내를 낸 것이지만...
완성품 옆 모습입니다.

스므스 플레인 마무리 대패용도입니다.
1차로 시도해 보는 베드 각은 55도 고각입니다.
주로 다루는 낭구들이 하드목이다 보니...저각 대패는 별로 적합하지 않아서...
날물 각도도 고각입니다. 45도로.... 기억이 가물 가물합니다.

3 piece로 제작하였습니다.
Body는 오일장 쥔장님이 보내 주신 쿠마루...비싼 낭구이죠...우든펜 사선으로 절단하면 멋진 펜이 만들어지는 재료입니다.
sole는 20 미리 에보니 흑단을 신겼습니다. 바닥이 초칠을 하지 않아도 몇번 대패질하면 자연스레 윤이 반짝 반짝 납니다.

대패집 길이 220, 폭 65, 절삭각 55도...
AWSP_v1.0


양 옆 사이드 부분을 집성하여 본드로 붙이기 전에 마우스 부분의 입구폭을 잡고 움직이지 않도록 네 귀퉁이에 고정용 5미리 목심을 박아넣은 상태입니다. 사실 아래의 조립 상태를 한쪽 면만 분해한 모습니다.


앞뒤 코아의 위치를 잡아 목심으로 고정한 상태에서는 길이가 250미리 입니다.
더 길게 하고 싶었지만...보내 주신 쿠마루가 250 미리인 관계로...
그리고 small smooth plane을 만들고 싶었습니다.
대패날은 미국 Hock 사 날물입니다. chip breaker가 붙은 양날입니다. Hock 사 blade는 고품질이고 가격이 조금 셉니다.


본드 바르고 클램프로 ....


곡선은 제일 귀찮은 줄과 샌딩 작업으로... 몸으로 그냥 벅벅 문질러야 하는 과정이고...
그래서 그냥 생략하고 결과물만 찍었습니다.
린시드 오일 먹였습니다.
쐐기는 청동으로 볼트로 조여서 날물을 강하게 밀어 붙이는 구조로 만들었습니다 ...보통은 일반적으로 하드목으로 많이들 합니다.


마우스 입 부분은 1미리가 약간 안됩니다. 약 0.8~0.9 미리 정도.


날물은 꺼낸 모습입니다. 날물의 지금 보이는 부분이 chip breaker 부분입니다.

간단하게 한번 정리해 보았습니다.

결과물은 기대하는 만큼 잘 나옵니다. 대패도 낭구들이 무게가 있다보니 조금 묵직합니다.

다음에는 자작 scrub plane을 소개하겠습니다.

자작 서양대패 1호 - 잭 플레인

목공에 취미를 가지면서 기본 공구인 대패에 매달리게 된 동기는 ...
작업 장소가 베란다가 되다 보니 소음문제가 걸림돌입니다.
그러니 소리 나지 않는 수공구를 사용할 수 밖에 없고, 또 나무의 성질을 파악하는데에는 대패만한 것이 없습니다.
동양대패 즉 당겨서 대패질을 하는 대패를 온라인에서 구입하여 사용하면서 주로 만지게 되는 하드목들을 대패질할 때에는 소프트우드와 달리 나무가 뜯기고 대패질이 매끄럽게 되지 않는 문제에 부딪히게 되었습니다.

물론 초보자가 대패날도 제대로 갈지 못하는 문제도 있었고(뭐 이문제는 약 1년이 지난 지금에야 겨우 필요한 만큼 갈아서 사용하는 처지이지만...), 또 구입한 하드목 재료가 워낙 다양해서(?) 순결과 엇결이 자유롭게(?) 구성된 재료들도 어려움에 한몪을 했고...

이 카페 저카페 가입하여 전문가와 경험자들의 게시글을 보고 ...
또 중고 서양대패를 저렴하게 구입하여 사용해 본 결과...
서양대패가 초보자가 사용하기에는 조정이 쉽고 좋은 대패질 결과물을 얻을 수 있게 되었습니다.

결국은 몇개 구입했던 동양대패는 모셔만 두고..
서양대패로 눈을 돌려 급기야는 베리타스 대패중에서도 베벨업 로우 앵글 스무더 플레인을 구입하는 사건까지 벌어지게 되었습니다.

어쨋거나 고가의 서양대패를 모두다 사서 사용할 수는 없는 상황이고...
결국은 간단한 구조의 대패는 만들어서 사용해 보고 싶은 욕심과,
대패 구조에 대한 연구(?) 결과로 만들어 보는 상황까지 오게 됩니다.

몇가지 필요한 것 부터 만들어 사용하려 합니다.
우선은 만만한 잭 플레인을 여기 저기 자료를 찾아서...

그동안 몇분이 우드워커에서 자작 대패를 만드신 내용도 도움이 되었고...
3 piece 제작 방법이 만들기가 용이합니다.


상세한 제작 과정 사진은 남기지 못했습니다.
그래도 몇장의 사진으로 제작 과정은 올려 보려고 합니다.

날폭 45mm, 대패 길이 265mm, 폭 70mm
날 좌우 조정은 스크류 타입, 전 후진은 망치...

완성품 모습입니다.


뒷모습...


날을 가지고 있던 스텐리 벤치 플레인 날로 바꾸어서 대패질을 한번 해 보았습니다.
낭구는 ...


대패에 사용된 목재는 중앙부 Core는 오크(동양대패의 대패집으로 많이 사용)이고, 양 옆과 밑의 바닥은 막고래 낭구입니다. 하드목이지만 톱으로 잘 썰어 집니다.

Model : AWJ_v0.9

몇달 사용하며 상부에서 날을 눌러주는 쐐기 부분은 나무에서 청동으로 바꾸었습니다.
날을 더 강하게 밀착시키고, chip breaker 역할을 더 확실하게 해주기 위함입니다.
나무로 chip breaker 기능을 하기에는 여러가지 문제가 노출이됩니다.

그리고 가장 큰 문제는 사용한 스텐리 날의 두께가 얇은 것입니다.
위의 칩 브레이커로 날을 뒷 부분의 바디에 강하게 밀어주지 못하면 대패질을 하면서 바이브레이션이 생기는 경우가 발생합니다. 즉 chatter 떨림 현상이 생겨서 대패질이 안되는 문제가 있습니다.

대패날에 벡베벨을 약간 주어서 대패질을 했더니...
바이브레이션이 생겨서 대패질이 안되는 문제가 발생하였습니다.
지금은 날을 다시 갈아 백베벨을 없애고, 마무리용도로도 사용이 가능하게끔 보완을 했습니다.

스텐리 대패날(영국 제작)은 열처리도 잘 되어 있고 내마모성도 좋은 성질을 가지고 있습니다.
날 두께만 조금 더 두터우면 좋은데...

베리타스 대패의 날 재질에 대한 설명 (2) - Veritas Plane Blade PM-V11

베리타스 대패의 날 재질 PM-V11에 대한 소개 입니다.
기존의 A2와 O1의 재질과는 여러 측면에서 차이를 보여주고 있습니다.

베리타스 자체에서 작성된 레포트를 요약하여 아래에 소개합니다.

참고로 본인은 베리타스와 아무런 이해관계가 없습니다. 베리타스 대패를 사용하는 고객일 뿐입니다.

----------- PM-V11 스토리 -----------------
베리타스 툴로 처음부터 설계한다. 우리가 개발한 모든 제품은 새로운 개념, 새로운 재질 그리고 새로운 제조 공정을 고려한다. 설계하는 툴이 혁신적이고 고객들에게 뛰어난 가치를 제공하기를 원한다.
우드워커는 오랫동안 툴에 사용하는 완전한 공구강을 찾아왔다. 그동안 이러한 주제로 논쟁을 해왔던 다양한 공구강을 알파벳 순서로 나열한다면 M2, O1, M4, CPM-3V, A2 그리고 D2 등이다.
우리의 목표는 다양한 활용에 대하여 뛰어난 퍼포먼스를 제공할 뿐만 아니라 아마추어와 전문우드워커에게 동일한 가치를 제공해주는 베리타스가 제조하는 가공툴의 다음 세대를 위한 강을 찾는 것이다.
많은 지원자로 시작하여 21종류의 강/열처리 조합으로 압축했다.
이러한 모든 조합은 아래의 항목으로 광범위하게 테스트했다.

• 날의 유지(Edge Retention)
• 내충격성(Impact Resistance)
• 손쉽고 신속한 날갈기(Ease of Sharpening)

다양한 활용은 다양한 베벨 각을 필요로 하므로, 모든 21종류에 대한 테스트는 베벨각 20, 25, 30 그리고 35도로 반복적으로 수행하였다. 이상한 샘플로 변칙적인 검사가 발생하지 않도록 각 테스트는 여러개의 날로 반복적으로 수행되었다. 분석을 위하여 여러달 동안 테스트를 수행하여 다양한 데이터 셋트를 수집했다.

테스트를 통하여 얻은 몇가지 재미있는 사실은,

• 5600장의 디지털 마이크로스코프 사진을 통하여 날의 퍼포먼스를 측정하고 평가.
• 나무를 깍은 길이가...연장하면 2.6 Km에 달하는 작업을 수행하였다.
• 3 m의 오크 전체를 잘게 썰었다.
• 온전한 대패날 3개를 갈아서 먼지처럼 없애 버렸다.
• 엔지니어들이 모두 한번씩 가공을 수행하였다.

승자
분석이 완료된 후, 하나의 재료가 분명하게 승자로 나타났다. - PM-V11
PM-V11 합금은 충격 실험에서 가장 내구성이 있는 금속으로 테스트되었고 마모성 테스트에서 거의 두번째에 가까운 것으로 끝이 났다.
우리에게나 당신(소비자)에게 가장 중요한 것중의 하나가 PM-V11 합금으로 만들어진 날이 물 숫돌과 같은 일반적인 연마석으로 날카롭게 될 수 있느냐는 것이다.
결과는 PM-V11이 연마에  O1 보다 조금 더 시간이 걸리나, A2 보다는 약간 빨리 날카롭게 된다.
테스트의 결과는 'PM-V11의 테스트 결과 레포트'를 참조하기 바란다.
아래의 그래프는 테스트했던 4가지의 날에 대한 테스트 결과를 보여주는 레이다 차트이다. 각 축은 0~10의 스케일로 테스트 결과를 보여주며, 0은 중앙으로 가장 낮은 퍼포먼스를 가리킨다. 꼭지점인 10은 가장 우수한 퍼포먼스를 의미한다. PM-V11 합금의 퍼포먼스는 여러 강의 가장 좋은 특성을 포괄적으로 가지고 있는 것을 분명히 보여준다.

PM-V11과 분말 금속
PM-V11은 분말 금속(Powdered Metal) 합금으로, 구성 성분 금속을 녹여서 서로 혼합하며 만들어지는데, 이때 안개모양으로 산산이 부서진 아주 작은 입자들을 냉각시켜 분말로 만든다. 이 분말은 구성 입자 크기로 채로 걸른후, 압력을 가한 상태로 열을 가해 빌렛으로 만든다. 빌렛은 필요한 두께로 롤링되고 일반적인 용융 강의 처리 과정을 거친다. PM 처리는 전체에 걸쳐 균질한 아주 미세한 입자 구조를 가진 강을 만들어낸다.

PM-V11의 날은 어떻게
우리가 여러 우드워커에게 날을 테스트 용도로 제공했을 때, 피드백 받은 것은 한결같이 긍정적이었다(어떤 경우에는 거의 환상적인 반응). 그들은 PM-V11 날을 매일 매일 사용하며 손쉽게 날을 날카롭게 세우며 O1 이나 A2 강의 날보다 더 오랫동안 날카로운 상태를 유지하고 있다고 보고를 했다.

베리타스 대패의 날 재질에 대한 설명 (1) - Veritas Plane Blade A2 vs O1

사용중인 베리타스 대패 Bevel-Up Low Angle Smoother 의 대패날 재질이 PM-V11 이라는 베리타스 자체에서 붙인 모델입니다.

PM-V11 에 대하여는 다음 기회에 베리타스 자체에서 작성한 퍼포먼스 레포트를 소개하기로 하고 오늘은 베리타스의 blade로  많이 알려진 A2 vs O1에 대하여 간단히 설명 자료를 소개하겠습니다.

원문은 아래와 같습니다.

A2 vs. O1 Tool Steel

Many of the planes in the Veritas® line of planes are available with lapped blades made of either A2 or O1 tool steel. Both steels are excellent choices, but have different characteristics. Deciding whether to use an A2 or O1 blade depends on your personal preferences – how you prefer to work, how much planing you do, and your sharpening methods. Our A2 blades are air-quenched and double-tempered to a hardness of Rc60-62. They hold an edge longer than most high-carbon steel blades, but also take more effort to sharpen. Choose A2 if edge durability is of primary importance to you. Our O1 blades are oil-quenched and double-tempered to Rc58-60. They can be sharpened more quickly than an A2 blade, but they will also dull faster. The chromium content of O1 is less than that of A2 steel (0.5% vs. 5%), so they will also rust more readily. O1 blades are a good choice for rapid honing, but at a higher frequency.

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두가지 재질 모두 우수하다고(당연히 자신들이 만든 날이니 그렇다고 하겠지요?)..

그렇지만 다른 특성을 가지고 있다고 합니다.

둘중 어느 것을 사용하느냐 하는 문제는 개인적인 취향에 달려 있다고...

즉 어떻게 작업하느냐에 따라 선택할 수 있다는 얘기입니다.

대패질을 얼마나 많이 하고 날을 세우는 방법에 따라 다르다고 하는데...

A2 blade
: 공기중에서 냉각(Quenching)하였고, 2번의 열처리(더블 템퍼링)을 통하여 로크웰 경도 60~62로 만들었다고 합니다. 

대부분의 고탄소강 보다 날 수명이 길지만 날을 세우는 데 더 많은  시간이 소요된다. 

만약 날의 엣지를 오래 유지하고 싶으면 A2를 선택하라는 얘기입니다.

O1 blade

: 오일에서 냉각하였고 더블 템퍼링을 통하여 로크웰 경도 58~60을 만들었다고 합니다.

A2 날보다는 신속하게 날을 세울 수 있지만 그만큼 더 빨리 무뎌진다고 하네요.

O1의 크롬 함량이 A2 강의 크롬 함량보다 작다(0.5% vs 5%). 

그러므로 보다 쉽게 무뎌진다고 합니다.

그래서 O1 날은 신속하게 날을 세워 작업할 때 선택할 수 있는 날이지만 보다 자주 갈아야 한다는 얘기입니다.

저는 개인적으로두 재질중 선택하라면, A2 날물을 선택합니다.

다음에는 PM-V11에 대한 설명을 소개하겠습니다.

또 기회되면 로크웰 경도와 날에 대하여도 베리타스에서 설명하는 자료를 소개하겠습니다.