● 硬さについて(硬さ試験)

金属部品の特性を示す代表的な尺度のひとつが「硬さ」です。一般的に、「硬さ」イコール「耐磨耗性」と言われています。実際の金属部品の寿命は、以下のような複合的な要因に影響されます。

  • 1.表面硬化処理の種類
  • 2.金属部品の表面状態
  • 3.組織の状態
  • 4.使用方法や環境

■表面硬さと硬化層深さ

一般的に、硬さ試験は①表面硬さと②硬化層深さのいずれか、又は両方を硬さ試験機を使って測定します。
表面硬さは、基本的に硬さ試験機の圧子を金属部品に当てる、又は押し込んで厚痕をつけてそのサイズを測定、計算して数値評価します。
硬化層深さは、金属部品をカットしその断面を表面から地の硬さまで同様の方法で測定していきます。そのため、現品をカットできない場合は、同条件(熱処理、加工)のTP(テストピース)を測定し評価するのが一般的です。(確性試験)

■全窒化層と有効硬化層深さについて

ガス窒化処理の場合、「全窒化層」は表面から地の硬さまでの深さのことを指します。また、有効硬化層深さは、地の硬さ(HV)から+50の深さのことを指します。有効硬化層深さは、表面硬化処理(ガス窒化処理、浸炭処理、高周波処理)の種類によってその定義が異なるため、数値だけで比較する際には注意する必要があります。

表面硬化処理ごとの有効硬化層深さの定義
ガス窒化処理 地の硬さ(HV)から+50の深さ
浸炭処理 表面から限界硬さ(HV550)までの距離
高周波処理 表面から限界硬さまでの距離 ※限界硬さは炭素含有率によって異なる
0.23以上~0.33未満 HV350
0.33以上~0.43未満 HV400
0.43以上~0.53未満 HV450
0.53以上~      HV500

■硬さの単位と代表的な硬さ試験の種類について

硬さ試験は、以下のような種類の試験機が代表としてよく使用されます。それぞれ精度、及び荷重の強さ等が異なり、金属部品の材質、形状、表面硬化処理後の硬さに応じ適切に使い分ける必要があります。
硬さ試験を行う場合、薄板だと正確に測定できない場合があります。厚さ(5mm以上)の試験片で測定することをお薦め致します。

種類 圧子の種類 荷重 特徴
ブリネル
(HB)
鋼球 3000 kgf 材料段階で使用される。
ショアー
(HS)
ダイヤモンドチップを
埋め込んだ鋼球
跳ね返りを見る。
ばらつきが大きい。
ロックウェルCスケール
(HRC)
ダイヤモンド製の円錐圧子 150kgf 最もよく使用される。
ロックウェル15Nスーパーフィシャル
(HRC15N)
ダイヤモンド製の円錐圧子 15kgf Cスケールよりも荷重が軽い。
ビッカース
(HV)
ダイヤモンド四角錘 1kgf超~おおよそ50kgf
マイクロビッカース
(HV)
ダイヤモンド四角錘 1kgf以下 精度が高い。
断面の測定で使用される。

■硬さ換算の考え方について

図面に明記されている硬さの単位と硬さ試験の種類(単位)が異なる場合、硬さの換算が行われる場合があります。(以下の表を参照)
硬さ試験は、試験機の種類(荷重の大きさ)と被測定物の表面状態によって大きくばらつく場合があるため、精度の低い硬さの値(単位)から精度の高い硬さ試験の値(単位)への換算は正確でない場合が多くお薦め致しません。
正確な硬さを測定したい、又は換算する場合はマイクロビッカース(HV)での測定をお薦め致します。

■ 硬さ換算表

・鋼のビッカース硬さに対する近似的換算表

ビッカース
HV
ショア―
HS
ロックウェル
Aスケール
荷重60kg
HRA
ロックウェル
Cスケール
荷重150kg
HRC
ロックウェル
スーパーフィッシャル
荷重15kg
R(15-N)
ブリネル
HBW
ヌープ
HK
1160 106 87.0 71
1050 100 86.5 70 963
1004 99 86.0 69 93.5 946
940 97 85.6 68 93.2 920
900 95 85.0 67 92.9 895
865 93 84.5 66 92.5 870
832 90 83.9 65 92.2 846
800 89 83.4 64 91.8 822
772 87 82.8 63 91.4 799
746 85 82.3 62 91.1 776
720 83 81.8 61 90.7 754
697 82 81.2 60 90.2 614 732
674 80 80.7 59 89.8 600 710
653 78 80.1 58 89.3 587 690
633 77 79.6 57 88.9 573 670
613 75 79.0 56 88.3 560 650
595 74 78.5 55 87.9 547 630
577 72 78.0 54 87.4 534 612
560 70 77.4 53 86.9 522 594
544 69 76.8 52 86.4 509 576
528 68 76.3 51 85.9 496 558
513 66 75.9 50 85.5 484 542
498 65 75.2 49 85.0 472 526
484 63 74.7 48 84.5 460 510
471 62 74.1 47 83.9 448 495
458 61 73.6 46 83.5 437 480
446 60 73.1 45 83.0 426 466
434 58 72.5 44 82.5 415 452
423 57 72.0 43 82.0 404 438
412 56 71.5 42 81.5 393 426
402 55 70.9 41 80.9 382 414
392 54 70.4 40 80.4 372 402
382 53 69.9 39 79.9 362 391
372 52 69.4 38 79.4 352 380
363 51 68.9 37 78.8 342 370
354 50 68.4 36 78.3 332 360
345 49 67.9 35 77.7 322 351
336 48 67.4 34 77.2 313 342
327 47 66.8 33 76.6 305 334
318 46 66.3 32 76.1 297 326
310 45 65.8 31 75.6 290 318
302 44 65.3 30 75.0 283 311
294 43 64.6 29 74.5 276 304
286 42 64.3 28 73.9 270 297
279 41 63.8 27 73.3 265 290
272 40 63.3 26 72.8 260 284
266 39 62.8 25 72.2 255 278
260 38 62.4 24 71.6 250 272
254 37 62.0 23 71.0 245 266
248 36 61.5 22 71.5 240 261
243 35 61.0 21 69.9 235 256
238 34 60.5 20 69.4 230 251
230 33 18 219
220 32 16 209
210 30 13 200
200 29 11 190
190 28 9 187
180 26 6 171
170 25 3 162
160 24 0 152
150 22 143
140 21 133
130 20 124

外部リンク