硬さ試験機 ガイド: ロックウェル法とビッカース法の説明
A 硬さ試験機 局所的な塑性変形に対する材料の抵抗を測定します。通常、制御された荷重の下で硬化した圧子を材料の表面に押し込み、結果として生じる圧痕の深さまたはサイズを評価します。硬度試験は、金属加工、熱処理、および材料工学において最も広く使用されている品質管理チェックの 1 つです。硬度は耐摩耗性、引張強さ、および機械加工性と密接に相関しており、メーカーは部品が材料仕様を満たしていることを迅速かつほぼ非破壊で検証できる方法となります。
数十の硬さ試験方法とスケールが存在しますが、ロックウェルとビッカースの 2 つは依然として産業および実験室の設定で最も広く指定されており、それぞれが異なる材料タイプ、部品形状、および精度要件に適しています。このガイドでは、硬さ試験機が一般的にどのように機能するか、ロックウェル硬さ試験機を段階的に使用する方法、およびビッカース硬さ試験機と他の試験方法との違いについて説明します。
硬度計の仕組み
すべての硬さ試験機は、方法に関係なく、同じ基本原理に基づいて動作します。つまり、特定の形状と材質の圧子を通して既知の力を加え、その結果生じる変形を測定して硬さの値を導き出します。試験方法によって異なるのは、圧子の形状、加えられる荷重、および測定が機械によって直接測定される押し込み深さに基づくか、荷重が取り除かれた後に光学的に測定される押し込みサイズに基づくかです。
ロックウェル試験では、使用する特定のスケールに応じてダイヤモンド コーンまたは硬化鋼球のいずれかを使用して、押し込みの深さを直接測定します。また、機械が小さな荷重と大きな荷重の適用の深さの差から値を自動的に計算するため、ほぼ瞬時に硬度の読み取り値が得られます。対照的に、ビッカース試験とブリネル試験は、通常は顕微鏡または統合された光学測定システムを使用して、材料の表面に残ったくぼみの物理的寸法を測定し、その測定されたくぼみ領域から硬度を計算することに依存しています。
特定の材料や用途に適した硬度計と硬度計の選択は、材料の予想される硬度範囲、試験片の厚さと表面仕上げ、用途が製造現場での迅速なチェックを必要とするか、それとも実験室レベルの正確な測定を必要とするかなどの要因によって異なります。ロックウェル用の ASTM E18 やビッカース用の ASTM E92 などの試験規格は、追跡可能で再現可能な結果を得るためにメーカーや研究所が従うことが期待される正確な手順、荷重、校正要件を定義しています。
ロックウェル硬度計の使用方法
ロックウェル硬度計を正しく使用するには、試験片の準備から始まります。表面がわずかに汚れていても結果が大きく歪む可能性があるため、試験する表面は清潔で平らで、測定値を歪める可能性のあるスケール、酸化、または表面の凹凸がない必要があります。試験片は機械のアンビルに置かれ、試験対象の材料の種類と予想される硬度の範囲に基づいて、適切な圧子（より硬い材料の場合はダイヤモンド コーン、より柔らかい材料の場合は鋼球）が、適切なスケール固有の荷重とともに選択されます。
試験プロセス自体は 2 段階の荷重シーケンスに従います。最初に小さな荷重を加えて圧子を材料表面にしっかりと固定し、安定した基準点を確立します。その後、大きな荷重を加えて、材料が加えられた力に完全に応答できるように指定された滞留時間保持します。小さな荷重が残ったまま大きな荷重が取り除かれると、機械は 2 つの荷重段階間の押し込み深さの差を測定し、その深さの差がロックウェル硬度値に直接変換され、テスターのダイヤルまたはデジタル表示に表示されます。
一貫した正確な結果を得るには、オペレータは 1 つの測定値に依存するのではなく、試験片の異なる点で複数の測定値を取得する必要があります。これは、材料のわずかな不一致や表面の変化によって個々の測定値が変動する可能性があるためです。隣接するくぼみによって生じる応力場からの干渉を避けるためにテストポイントを十分に離すことと、認定されたテストブロックを使用した定期的な検証を通じてテスターの校正を維持することは、どちらも信頼性の高いロックウェル硬度データを長期間にわたって生成するために不可欠な実践です。
ビッカース硬さ試験機の違い
A ビッカース硬さ試験機 は、四角錐の形をした精密な形状のダイヤモンド圧子を使用し、選択した荷重で材料表面に押し込みます。ロックウェル試験とは異なり、硬度の値は、試験自体中に測定された押し込みの深さではなく、残された押し込みの測定された対角線の長さから計算されます。この光学測定アプローチには、わずかな測定誤差でも硬度値の不正確さに直接つながるため、高精度でくぼみの対角線を測定できる統合された顕微鏡またはカメラ システムが必要です。
ビッカース試験の主な利点の 1 つは、適用可能な硬度範囲が非常に広いことと、同じ圧子形状を使用して、非常に柔らかい金属から非常に硬くて脆い材料まで、広範囲の材料を試験できることです。ロックウェル試験の場合はそうではありません。スケールが異なると、硬度範囲が異なると異なる圧子と荷重が必要になります。この多用途性により、ビッカース試験機は、機器構成を切り替える必要なく、さまざまな種類の材料や硬度レベルを扱う研究および品質管理環境において特に価値があります。
最近のビッカース硬さ試験機には、くぼみ画像をキャプチャして対角線の測定値とその結果の硬度値を自動的に計算する自動光学測定ソフトウェアが組み込まれることが増えており、これまで手動の顕微鏡ベースの測定の限界であったオペレータの主観が大幅に軽減されています。この自動化により、ビッカース試験は以前の手動測定アプローチよりも大幅に高速化され、一貫性が向上しました。同時に、ビッカース試験が薄いコーティング、小さな部品、および肌焼きされた表面層の微小硬度試験に推奨される方法となっている微細な精度と幅広い材料適用性を維持しています。
圧子の種類、測定基準、一般的な用途ごとの一般的な硬さ試験方法の比較。
