機械製造に使用される工具、測定ツール、金型などは、性能と寿命を確保するために十分な硬度が必要です。今日は「硬さ」にまつわる話題について編集者がお話しします。硬度は、局所的な変形、特に塑性変形、へこみ、または傷に対する材料の抵抗力の尺度です。一般に、材料が硬ければ硬いほど、耐摩耗性は高くなります。例えば、歯車などの機械部品は、十分な耐摩耗性と寿命を確保するために、ある程度の硬度が必要です。硬さの種類 硬さの種類/クリックすると拡大画像が表示されます 上図のように硬さの種類はたくさんありますが… 今回は金属の硬さの中でも一般的で実用的な押し込み硬さ試験についてご紹介します。硬さの定義 1. ブリネル硬さ/ブリネル硬さ ブリネル硬さ (記号 HB) 試験方法は、硬さの公認仕様の中で開発されまとめられた最初の方法であり、他の硬さ試験方法の出現に貢献しました。ブリネル硬さ試験の原理は、圧子（鋼球または超硬球、直径 Dmm）に試験力 F を加え、試料を押し付けた後、球圧子と試料との接触面積 S（mm2）を計算します。圧子によって残された凹部の直径d(mm)から試験力を除した値を求めます。圧子が鋼球の場合は記号はHBS、圧子が超硬球の場合は記号はHBWとなります。 k は定数 (1/g= 1/9.80665=0.102) です。 2. ビッカース硬さ ビッカース硬さ（記号 HV）は、あらゆる試験力で試験できる最も適用範囲の広い試験方法で、特に 9.807N 以下の微小硬さの分野で使用されます。ビッカース硬さは、試験力F(N)を標準シートと圧子の接触面積S(mm2)で割った値で、2本の平均値である対角長さd(mm)から算出されます。試験力 F (N) の下で圧子 (四角錐ダイヤモンド、相対面角=136˚) によって標準シートに形成された圧痕の方向) を測定します。 k は定数 (1/g=1/9.80665) です。 3. ヌープ硬さ ヌープ硬さ（記号 HK）は、下式に示すように、試験力を押し込み投影面積 A（mm2）で除した値であり、試験片の長対角長さ d（mm）に基づいて算出されます。ひし形ダイヤモンド圧子（相対側面角 172°30' と 130°）を試験力 F で押し付けることにより、標準シート上に形成されたくぼみ。ヌープ硬度も測定できます。微小硬度計のビッカース圧子をヌープ圧子に置き換えて測定します。
4. ロックウェルおよびロックウェル表面硬さ ロックウェル硬さ ロックウェル硬さ（記号 HR）またはロックウェル表面硬さを測定する前に、ダイヤモンド圧子（先端円錐角：120˚、先端半径：{{15}）を使用する必要があります。 ｝.2mm）または球状圧子（鋼球または超硬球）を使用して標準シートに予圧を加え、その後試験力を加え、予圧を戻します。硬さの値は硬さの式から導出され、予圧力と試験力の押し込み深さ h (μm) の差として表されます。ロックウェル硬度試験では 98.07N の予荷重力が使用され、ロックウェル表面硬さ試験では 29.42N の予荷重力が使用されます。圧子の種類、試験力、硬さの式とともに表示される固有の記号をスケールと呼びます。日本工業規格 (JIS) は、関連するさまざまな硬度スケールを定義しています。硬さ試験機は比較的シンプルで操作が早く、素材や部品の表面を直接検査できるため、広く使用されています。硬さ試験方法の選択ガイドをご参照ください。 硬さの選択ガイド 硬さの選択の換算 1. ヌープ硬さとビッカース硬さの換算 (1) 同じ硬さの物体は、ヌープ圧子とビッカース圧子に対する抵抗が等しいという仮定に基づき、荷重を受けたビッカース圧子とヌープ圧子の応力が推定され、σHK=σHV に基づいて次のように結論付けられます。 HV=0.968HK。この式は低負荷で測定されており、比較的大きな誤差があります。また、硬度値がHV900を超えると、この式の誤差が非常に大きくなり、基準値を失います。 (2) 導出・補正後、ヌープ硬さとビッカース硬さの換算式を提案する。実際のデータによる検証の結果、この式の最大相対変換誤差は 0.75% であり、高い参考値となります。
2. ロックウェル硬さとビッカース硬さの換算
(1) Hans Qvarnstorm が提案した Qvarnstorm 変換式を修正した後、ロックウェル硬さとビッカース硬さの間の変換式が得られます。この式は、変換のために我が国で発行されている鉄金属の硬さの標準データを使用します。その HRC 誤差は基本的に ±0.4HRC の範囲内にあり、最大誤差はわずか ±0.9HRC です。最大 HV 誤差は ±15HV です。 (2)異なる圧子の応力σHRC=σHVに従って、ロックウェル硬さとビッカース硬さの押し込み深さの間の関係曲線を分析することによって式が得られます。この計算式は国家標準の実験換算値と比較されます。換算結果と標準実験値との誤差は±0.1HRCです。 (3) 実際の実験データに基づいて、ロックウェル硬さとビッカース硬さの間の変換を線形回帰法を使用して議論し、式を取得します。 この式は適用範囲が狭く、誤差が大きいですが、計算は簡単です。精度要件が高くない場合に使用できます。 3. ロックウェル硬さとブリネル硬さの換算 (1) ブリネル押し込み深さとロックウェル押し込みの関係を解析し、圧子の応力σHRC=σHB に基づいて換算式を求めます。計算結果は国家標準実験値と比較されます。換算式計算結果と標準実験値との誤差は±0.1HRCとなります。 (2) 式は実際の実験データに基づいて線形回帰法により求められます。式誤差が大きく適用範囲は狭いですが、計算が簡単なので精度要求が高くない場合に使用できます。 4. ブリネル硬さとビッカース硬さの換算 ブリネル硬さとビッカース硬さの関係もσHB=σHVにより求められます。この式の換算結果は国家標準換算値と比較され、換算誤差は±2HVとなります。 5. ヌープ硬度とロックウェル硬度の換算 ヌープ硬度とロックウェル硬度の対応曲線は放物線に似ているため、曲線から得られる近似換算式は比較的正確であり、参考として使用できます。
