歴史的に硬度がスクラッチによって特徴付けられてきた鉱物とは異なり (モース スケールを参照)、金属の硬度を特徴付けるには一般に反発試験または貫入試験が使用されます。
これらのテストには、実行が簡単で再現可能な結果が得られるという利点があります。
反発による硬さ測定：ショアテスト
丸いダイヤモンドで終わる小さな鋼の塊を、一定の高さから垂直に落下させます。質量は滑らかなチューブによって落下時に誘導されます。そして、その反発の高さで硬さを評価します。
簡略化した方法で、このテストは塑性変形エネルギーを測定します。衝撃が完全に弾性である場合 (塑性変形がなく、非常に硬い試験片)、理論的にはチップは解放高さまで反発します (摩擦を無視します)。高さの差h を、衝撃時に吸収される運動エネルギーΔ E cに関連付けることができます。
- $$ {\Delta E_c=m\cdot g\cdot h} $$
ここで、 mは放出される質量、 g は重力加速度です。極端に柔らかい物の場合、先端が沈み込んで跳ね返りません。装置は原則として、炭素0.9% に硬化された鋼の場合は 100、軟鋼の場合は約 35 の硬度が得られるように校正されています。
ただし、ショア試験の結果は、試験対象部品の表面の状態に大きく依存することに注意してください。測定を歪める摩擦を避けるために、デバイスは垂直に保持する必要があります。測定対象の部品の質量は、測定装置で使用される質量の質量よりもはるかに大きくなければなりません。
(検証すべき情報、他のサイトでは海岸硬度についてまったく同じ定義がありません。明らかに 2 つの異なるテストがあり、1 つは金属の硬度を決定するためのテスト、もう 1 つはポリマーの硬度を決定するためのテストです)。
針入硬度測定
これらは最も一般的に実行されるテストです。原理は常に同じです。非変形圧子は試験対象の材料に痕跡を残します。印影の寸法を測定し、硬度を推定します。
最初のアプローチでは、非常に単純な方法で弾性限界Re e を印象の表面に結びつけることができます。貫通する物体が沈むほど、圧力表面Sは大きくなり、したがって力F は一定であり、より多くの圧力表面 S が大きくなります。ストレスが減ります。応力が試験対象の固体を塑性変形させるのに十分でなくなると、貫通物体は停止します。したがって、次のようになります。
- $$ {R_e=\frac{F}{S}\,\!} $$
以下に示すさまざまなプロトコルと試験装置を使用して得られた硬度値がこの弾性限界Reですが、これらの単純化された計算ではインプリントの突起の表面 (円盤や正方形など) が考慮されているため、結果は同一ではありません。印象の真の表面（球形のキャップの表面やピラミッド型の印象のファセットなど）を考慮する代わりに。同じ試験片に対するブリネル試験とビッカース試験では同じ結果値が得られませんが、印象（それぞれ球面キャップまたはピラミッド）の真の表面にかかる力の値を計算すると、どちらの場合も次のようになります。固体材料の「圧力」値と同じ値です。
試験の種類ごとに異なる加工硬化は考慮されていません。
ブリネル硬さ試験
原理
この試験では、金属に力 F を加えてボール状の圧子を貫通させ、この材料の硬度を推定します。
- $$ {\begin{matrix} & H_B & = & {\rm Constante} \cdot \frac{\rm ( Charge\ de\ l’essai ) }{\rm (Aire\ de\ l’empreinte) } \\ \\ & & = & 0,102 \cdot \frac{2F}{\pi \cdot D(D-\sqrt{D^2-d^2})} \end{matrix}} $$
と
- $$ {{\rm Constante} = \frac{1}{g}=\frac{1}{9,8066}=0,102} $$
- $$ {d=\frac{d_2+d_1}{2}} $$
ペネトレータ
材質：一般研磨超硬
寸法: 直径 D
テストする材料
表面は平らで、きれいでなければなりません (潤滑剤、酸化物、スケールがない状態)。ボールの貫通により材料が変形しないように、十分な厚みが必要です。そうしないと、測定は信頼できなくなります。印象の深さ h の少なくとも 8 倍の厚さが必要です。
動作モード
圧子を材料の表面に接触させて配置します。力を加えます。この充電を 10 ～ 15 秒間維持します。
くぼみの相互に 90° の 2 つの直径を測定します。測定は拡大装置と倍率を考慮した目盛り付き定規を使用して行われます。
標準
- 欧州 (CEN) および国際 (ISO) 規格:
- EN ISO 6506-1: 金属材料– ブリネル硬さ試験 – パート 1: 試験方法。
- EN ISO 6506-2: 金属材料 – ブリネル硬さ試験 – パート 2: 試験機の検証と校正。
- EN ISO 6506-3: 金属材料 – ブリネル硬さ試験 – パート 3: 基準ブロックの校正。
- アメリカ人 (ASTM)
- ASTM E10: 金属材料のブリネル硬度の標準方法。
マイヤー硬度試験
圧子はブリネル硬度圧子と同じです。より一般的には、ブリネル硬度に使用されるデュロメーターと同じデュロメーターを使用します。
測定はブリネル硬度と同じ原理で行われます。マイヤー硬度値は次の式で計算されます。
- $$ {\begin{matrix} H_M & = & 0,102 \cdot \frac{4F}{\pi \cdot d^2} \end{matrix}} $$
と
- $$ {{\rm Constante} = \frac{1}{g}=\frac{1}{9,8066}=0,102} $$
- $$ {d=\frac{d_2+d_1}{2}} $$
ビッカース硬さ試験
原理
ビッカース硬度の測定は、底面が正方形で面間の頂点角度が 136°に等しい標準化されたダイヤモンド ピラミッド ポイントを使用して実行されます。したがって、インプリントは正方形の形状になります。光学装置を使用して、この正方形の 2 つの対角線 d 1と d 2 を測定します。 d 1と d 2の平均を取ることで値 d を取得します。これは硬度の計算に使用される d です。サポートの力や持続時間も標準化されています。
- H V : ビッカース硬さ
- d 1および d 2 : 90°で作成された印影の測定 (印影の正方形の 2 つの対角線)(mm)
- F : 試験荷重(N)
- g : 重力加速度
- $$ {\begin{matrix} & H_V & = & {\rm Constante} \cdot \frac{\rm ( Charge\ de\ l’essai ) }{\rm (Aire\ de\ l’empreinte) } \\ \\ & & = & 0,102 \cdot \frac{2F \cdot \sin(\frac{136^\circ}{2})}{d^2} \\ \\ & & = & 0,189 \cdot \frac{F}{d^2} \end{matrix}} $$
と
- $$ {{\rm Constante} = \frac{1}{g}=\frac{1}{9,8066}=0,102} $$
- $$ {d=\frac{d_2+d_1}{2}} $$
次に、Hv で示される硬度の程度をそろばん (テーブル) で読み取ります。サポート力ごとにそろばんがあります。
規格
- 国際 (ISO) および欧州 (CEN)
- EN ISO 6507-1: 金属材料 – ビッカース硬さ試験 – パート 1: 試験方法
- アメリカ人 (ASTM)
- 金属
- E92: 金属材料のビッカース硬さの標準試験方法
- セラミックス
- C1327: アドバンストセラミックスのビッカース押し込み硬さの標準試験方法
ロックウェル硬さ試験
原理
ロックウェル硬さ試験は貫入試験です。実際には、ダイヤモンドコーンまたは研磨された硬化鋼球で作られたいくつかのタイプの圧子があります。ロックウェル硬度の値を求めるには、小さな荷重を加えた圧子の残留針入度を測定します。
裁判は 3 つの段階で行われます。
- 初期荷重 F 0 = 98 N (つまり 10 kgf) を圧子に適用します。圧子は初期深さ I まで沈みます。この深さは、ロックウェル硬度を測定するために使用される原点です。
- 追加の力 F 1を加えます。圧子は P の深さまで沈みます。
- 力 F 1の解放と押下インジケーターの読み取り。
ｒの値は、力Ｆ １を加えて解放することによって得られる残留凹みである。
硬度の値は次の式で求められます。
- スケール B、E、F
- $$ {HRB = 130 – r\,} $$
- Cスケール
- $$ {HRC = 100 – r\,} $$
0.002 mmの侵入に相当するロックウェル硬度の単位。
さまざまなスケール
| ラダー | シンボル | ペネトレーター | 合計力値 F 0 + F 1 | 応用 |
|---|---|---|---|---|
| もっている | HRA | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 588.6N | 超硬、薄肉鋼 |
| B | HRB | 直径 1.588 mm (1/16 インチ) の鋼球 | 981N | 銅合金、軟鋼、アルミニウム合金 破断強度が340～1000MPaの材料 |
| C | HRC | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 1471.5N | 鋼、鋳鉄、チタン 硬度、破断強度が1000MPaを超える材質 |
| D | 人材育成 | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 981N | |
| E | HRE | 直径 3.175 mm (1/8 インチ) の鋼球 | 981N | 鋳鉄、アルミニウム合金および鋳鉄 |
| F | HRF | 直径1.588mmの鋼球 | 588.6N | 焼きなました銅合金、薄いシートメタル。 |
| G | HRG | 直径1.588mmの鋼球 | 1471.5N | キュプロニッケル、銅ニッケル亜鉛合金 |
最もよく使用される 2 つのスケールは、スケール B と C です。
表面ロックウェル硬さ
これらのスケールは、非常に薄い製品やコーティングの硬度を測定するために使用されます。
使用されるスケールは、N (ダイヤモンド コーン) スケールと T (スチール ボール) スケールの 2 つです。どちらの場合も、初荷重 (F 0 ) は 29.4 N です。いずれも総荷重 147 N、294 N、または 441 N で使用できます。なお、スケール W (直径 3.175 mm のボール)、 X (直径 6.350 mm のボール) と Y (直径 12.70 mm のボール)。
この場合、ロックウェル硬度単位は 0.001 mm の窪みに相当します。
N スケールと T スケールの場合、硬度は次の式で求められます。
| ラダー | シンボル | ペネトレーター | 合計力値 F 0 + F 1 |
|---|---|---|---|
| N | HR15N | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 15N |
| N | HR30N | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 30N |
| N | HR45N | 先端が0.2mmの球面状に丸みを帯びた円形断面のダイヤモンドコーン | 45N |
| T | HR15T | 直径1.588mmの鋼球 | 15N |
| T | HR30T | 直径1.588mmの鋼球 | 30N |
| T | HR45T | 直径1.588mmの鋼球 | 45N |
規格
- 国際 (ISO) および欧州 (CEN)
- EN ISO 2039-2: プラスチック – 硬度の決定 – パート 2: ロックウェル硬度。
- EN ISO 6508-1: 金属材料: ロックウェル硬さ試験 – パート 1: 試験方法 (スケール A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T)
。
- アメリカ人
- ASTM E18: 金属材料のロックウェル硬度およびロックウェル表面硬度の標準方法。
浸透方式の比較
| 試験の種類 | 部屋の準備 | 主な用途 | コメント |
|---|---|---|---|
| ブリネル | 部品の表面には、非常に慎重な前処理 (旋削や研削) は必要ありません。 | ワークショップで | 3 つのメソッドの中で最も実装が簡単なメソッド。 |
| ロックウェル | 良好な表面処理 (たとえば、 OO サンドペーパーを使用)。傷があると価値が低く見積もられます。 | ワークショップで | テストは迅速かつ簡単です 高硬度 (ブリネル 400 以上) に適しています。むしろ小さな部品に使用されます（部品が完全に安定している必要があります） |
| ビッカース | 非常にきれいな表面状態 (小さな印刷が得られますが、凹凸があると読み取りが困難になります)。 | 研究室で | これは、柔らかい材料または非常に硬い材料に適した、非常に多用途なテストです。 |
微小硬度測定
微小硬度試験は非常に軽い負荷の下で実行されるため、非常に局所的な測定 (約 100 µm 2以上) が可能になります。マイクロデュロメーターを使用すると、たとえば、多相サンプル内の特定の相の硬度、または非常に壊れやすい薄いサンプルの硬度を測定できます。
追加情報
- 延性