硬さ試験機の基礎知識

硬さの定義

(1)ビッカース硬さ

ビッカース硬さは、任意の試験力で試験できる最も応用範囲の広い試験方法です。特に9.807N以下の微小硬さの応用分野は非常に多くなっています。ビッカース硬さは、ダイヤモンド正四角錐(対面角θ=136度)に試験力(FN)を加えて試料に押し込んだ後、圧子を取り去ったときのくぼみの対角線長さd(2方向の平均、mm)から計算される圧子と試料との接触面積(Smm2)で試験力(FN)を割った値です。kは、定数(1/g=1/9.80665)です。

ビッカース硬さの誤差は、次の式で求めることができます。なおΔd1は顕微鏡の誤差、Δd2はくぼみ読み取りの誤差、aは圧子先端の対向面によって生じる稜線の長さ、Δθの単位は度です。

(2)ヌープ硬さ

ヌープ硬さは、172°30′の対稜角と130°の横断面をもつ菱形のダイヤモンド四角錐に試験力Fを加えて試料に押し込んだ後、圧子を取り去ったときのくぼみの長い方の対角線長さd(mm)から計算されるくぼみの投影面積A(mm2)で試験力を割った値です。ヌープ硬さは、微小硬さ試験機のビッカース圧子をヌープ圧子に交換することにより測定できます。

(3)ロックウェルおよびロックウェルスーパーフィシャル硬さ

ロックウェルおよびロックウェルスーパーフィシャル硬さは、ダイヤモンド圧子(先端の円錐角120度、先端の曲率半径0.2mm)または球圧子(鋼球または超硬合金球)を用いて、まず初試験力を加え、次に試験力を加え、再び初試験力に戻したとき、前後2回の初試験力における圧子の侵入深さの差h(μm)から硬さ算出式で求めます。初試験力が98.07Nのときを、ロックウェル硬さといい、初試験力が29.42Nのときを、ロックウェルスーパーフィシャル硬さといいます。なお圧子の種類、試験力および硬さ算出式の組み合せに固有の記号を設けて、スケールといいます。JISでは、スケールまたは硬さについて規定しています。

ビッカース硬さと試料最小厚さの関係

ロックウェル/ロックウェルスーパーフィシャル硬さと試料最小厚さの関係

ロックウェル硬さの種類

スケール 圧子 試験力(N) 用途
A ダイヤモンド 588.4 超硬合金、薄鋼板
肌焼鋼
鋼(100 HRB以上~70 HRC以下)
D 980.7
C 1471
F 直径1.5875 mm球 588.4 軸受けメタル、焼鈍銅
黄銅
硬アルミ合金、ベリリウム銅、リン青銅
B 980.7
G 1471
H 直径3.175 mm球 588.4 軸受けメタル、砥石
軸受けメタル
軸受けメタル
E 980.7
K 1471
L 直径6.35 mm球 588.4 プラスチック、鉛
M 980.7
P 1471
R 直径12.7 mm球 588.4 プラスチック
S 980.7
V 1471

ロックウェルスーパーフィシャル硬さ試験機の種類

スケール 圧子 試験力(N) 用途
15N ダイヤモンド 147.1 浸炭、窒化等
の鋼の薄い表面硬化層
30N 294.2
45N 441.3
15T 直径1.5875 mm球 147.1 軟鋼、黄銅、青銅等の薄板
30T 294.2
45T 441.3
15W 直径3.175 mm球 147.1 プラスチック、亜鉛、軸受け合金
30W 294.2
45W 441.3
15X 直径6.35 mm球 147.1 プラスチック、亜鉛、軸受け合金
30X 294.2
45X 441.3
15Y 直径12.7 mm球 147.1 プラスチック、亜鉛、軸受け合金
30Y 294.2
45Y 441.3