硬度計を正しく選定するには

硬度計は、材料の剛性または抵抗を評価するために使用される測定器です。

硬さ試験で使用される硬度計は、ダイヤモンドコーンまたはスチールボールを使用して、材料の表面の変形に対する耐性を測定することができます。 硬度計は、ツールの侵入の深さや、材料の表面に残ったくぼみを測定します。

様々な測定方法があります。このガイドでは、様々な硬度計の長所と短所を紹介していきます。

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  • 硬度計の選定

    試験荷重:材料の硬度により決められます。 例えば、鋼や合金などの金属には、最大3000kgfの試験荷重が必要ですが、軟質金属には500kgfで十分です。 負荷が高いほど、精度が高くなります。 ロゴの厚さが材料の厚さの10分の1を超えてはならないことが重要です。

    硬度範囲: 硬度が650HB/30以上の場合ダイヤモンド圧子が利用され、 硬度がこれ以下の場合には、鋼圧子や超硬合金圧子が利用されます。

    精度のレベル :測定対象の表面(清浄度、平面度、静的または動的システムなど)に依存します。

    柔軟性: 測定する材料の形状と寸法によって異なります。

    選定の基準:

    • 試験荷重
    • 硬度範囲
    • 精度のレベル
    • 柔軟性
  • 硬度計の種類

    硬度計には、測定方法別に種類があります:

    • ブリネル
    • ロックウェル
    • ビッカース
    • ヌープ
    • 超音波
  • ブリネル硬度計

     

    INNOVATESTのブリネル硬度計

    ブリネル硬度計は、業界で最も使用されている硬度計です。 試片の表面にマークを付けるために、測定する材料によって直径が異なる鋼球圧子を使用します。 測定には顕微鏡または虫眼鏡を使います。 

    長所:

    • 粗い材料の硬度を測定する場合に適しており、
    • 適用される試験荷重は高いです(3000 Kg)。
    • 色々なサイズのボールと荷重が可能で、測定範囲は非常に広いです。
    • 多くの種類の金属を測定でき、
    • 球状の圧子を使用すると圧力が均等に分散されるため、ロックウェル硬度計より正確で信頼性が高い測定結果が得られます。

    短所:

    • サンプルの表面に作られたくぼみは、光学機器を使用して測定されるため、測定誤差が発生する可能性があります。
    • 試験荷重が他の測定方法より高くても、欠陥が信頼性の高い測定に影響を与える可能性があります。そのため材料の表面は十分に準備され、清潔でかつ平らでなければなりません。
    • そのため測定に時間がかかります(最大60秒、材料の準備時間は含まれません)。 したがって、この方法は定期的な測定には不向きです。
    • また平らな表面でのみ正確な測定ができるため、円筒形の表面を測定することはできません。
    • 光学機器があるため、より高価です。
  • ロックウェル硬度計

     

    Tinius Olsenのロックウェル硬度計

    ロックウェル硬度計は、貫通ダイヤモンドコーンと鋼球の両方を使用するため、幅広い材料を測定できます。

    • ダイヤモンドコーンは、硬化鋼および超硬合金のみに使用されます。 硬度が785N/mm²未満の場合は推奨されません。
    • 鋼球は柔らかい素材に使用されますが、 材料が柔らかいほど、ボールの直径が大きくなり、総荷重が小さくなることに注意してください。
    • プラスチック素材の測定には、大径のボールが使用されます。

    ロックウェル硬度計には、その他の利点もあります:

    • 光学機器なしで測定できる唯一の方法で、素早く硬度を測定する事ができます。
    • また材料の欠陥に対する感度が低いです。
    • 円筒形、球形、円錐形の材料を測定でき、測定サイクルが短いため高速です。

    短所:

    • 試験荷重の範囲は制限されています。
    • 未処理鋼などの材料には不十分であり、より高い試験荷重を使用するブリネル圧子が必要です。
    • 測定の精度は、圧子と材料の表面の接触に依存します。 支持面に不純物がある場合、試験荷重を加える時に変形し、測定結果が誤っている可能性があります。
    • また高硬度の材料を測定する場合は、測定結果の精度が低くなります。
  • ビッカース硬度計

     

    MITUMITUTOYOTOYOのビッカース硬度計

    ビッカース硬度計は微小硬度計で、ブリネル硬度計と似ています。   そのため固体や金属材料、また10gf〜100kgfの硬度範囲の材料に適しています。

    ビッカース硬度計とブリネル硬度計の違いは、固定電荷を持つ貫通正方形ベースダイヤモンドピラミッドを使用するという点です。 光学機器は、くぼみを測ります。 軽い試験荷重と最大30kgのマクロ荷重が可能です。

    長所:

    • 測定範囲は非常に広いです。 柔らかい材料から硬い材料まで、全種類の材料を簡単に測定できます。
    • 測定は、ダイヤモンドピラミッドのサイズに依存しません。
    • また、同じ圧子で異なる硬度の材料を測定できます。
    • 臨床検査に最適です。

    短所:

    • 表面のくぼみは、顕微鏡を使用して光学的に測定されるため、時間がかかり、エラーの原因になる可能性があります。
    • ブリネル硬度計と同様に、試料の表面を十分に準備する必要があります。
    • 特定の材料においては、ピラミッド(荷重は側面よりも端によりかかります)による試験荷重の不規則な分布により、くぼみが測定しずらくなります。
  • ヌープ硬度計

     

    AFFRIのビッカース硬度計/ヌープ硬度計

    ヌープ硬度計は、細いダイヤモンド型の貫通体を使う、ビッカース硬度計を代替する微小硬度計です。 数グラムだけの軽い試験負荷が可能です。

    主にセラミックなどの壊れやすい材料の亀裂リスクを評価し、材料の薄い層の硬度、特にコーティングを測定するために使用されます。

    多くの場合、ビッカース硬度計と組み合わされています。

  • 超音波硬度計

     

    INNOVATESTの超音波硬度計

    超音波硬度計は、非破壊材料の 硬度測定ができます。 音波を使用して、固体材料(金属、コンクリート、レンガ)の品質を評価し、厚さを決定し、内部欠陥を検出します。

    超音波試験は、接触または浸漬で実施できます。 プローブで構成されている機器は携帯式です。

    • 接触制御により、移動が不可能な大きな部品を検査できます。
    • 液浸による制御では、音波が動きやすいよう、材料を液体に浸します。 この方法により、小さな障害を検出できます。
  • 携帯式またはベンチトップ型の硬度計

    • ベンチトップ型硬度計は、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ、またはビッカース硬さを使用した、伝統的硬さ試験機です。 重く場所を取るため、床やテストベッドに設置する必要があります。 主な利点は、従来の方法で硬度を測定できるという点です。
    • 携帯式硬度計は、とても小さく、軽く、コンパクトな機器です。 主な利点は、利用者が測定のために材料のサンプルを採取する必要がないことです。 したがって、ほとんどの場合より実用的です。
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