物質的な硬度–タイプ、試験方法及び単位

硬度は集中させた変形に抗する材料の質で 材料の摩耗を誘発する可能性のある粒子がほとんど含まれない環境に適した材料を探すときには、特に重要である可能性があります。 柔らかい材料は堅い物が形のあらゆる変更に抵抗する間、刻み目に苦しみます。

硬度は、強度、弾性などの他の材料特性との関連で見る必要があります。

例えば、多くの硬質材料は脆くなる傾向があり、その使用例が制限されています。

この記事では、材料硬度がどのようなものであるか、それがどのように測定され、異なる単位を比較するかを詳しく見ていきます。P>

材料硬度とは何ですか？硬度は、局所的な永久変形に対する材料の耐性の尺度である。

永久変形は塑性変形とも呼ばれます。 弾性変形は、材料が力の印加中にのみ形状を変化させることを意味するが、結果として生じる塑性変形は、材料が元の形状に戻らないことを意味する。いくつかの材料は自然に硬いです。

例えば、タングステンは工具鋼の合金化の要素として使用を見つける非常に堅い金属です。 これは鋼鉄のこのグループが切断操作の間に高温で摩耗に抵抗できることを確かめます。

フライスカッターで多くの使用を見つける超硬合金は、また、多くの場合、タングステンが含まれています。 これらの取り替え可能な切削工具ビットは切削工具の寿命をかなり延ばします。一方、金属を含むいくつかの材料は、多くの用途で役に立たないほど柔らかくなっています。

一方、金属を含むいくつかの材料は、多くの用途では使 純粋な金は傷が付いているか、または曲がること多くの努力を必要としないほど柔らかいです。 したがって、銀、銅、アルミニウムのような他の金属を添加することは、その硬度を改善するために不可欠である。

いくつかの材料では、熱処理は、そのコア内の金属の他の品質を維持しながら、より大きな表面硬度を誘導する可能性があります。

機械シャフトは頻繁により長い寿命を保証するためにこのプロセスを経ます。

エンジニアは、製品設計コンセプトを作成する際に硬度の比率も考慮する必要があります。 たとえば、ベアリングとシャフトのフィットでは、ベアリングは交換が容易であるため、より柔らかくなければなりません。 一定の動きでは、一部が着用しなければならず、選択はエンジニア次第です。

硬度の種類

材料は、異なるタイプの荷重の下で異なる動作をします。 例えば、非常によく巨大な一度の影響を取ることができる金属は連続的なローディングの間に同じように作用しないかもしれません。

硬さ試験は、アプリケーションのために十分な情報に基づいた選択を行うことができるように、各ケースについて実施する必要があります。硬度の3つのタイプは傷、反動および刻み目の硬度です。

硬度の3つのタイプは傷、反動および刻み目の硬度です。 各タイプの硬度を測定するには、異なるツールセットが必要です。 また、同じ材料は、上記の種類ごとに異なる硬度値を有する。

圧痕硬度

この硬度タイプは、材料に連続荷重をかけるときの永久変形に対する抵抗性を指します。

この硬度タイプは、材料に連続荷重をかけるときの永久変形に対する抵抗性を指します。

圧痕硬度は、エンジニアや冶金学者が硬度について話すときに通常参照するものです。 連続的なローディングがローディングの金属の共通の形態に服従するであるので価値を測定することは第一次興味である。このタイプの硬度は、表面の傷に抵抗する材料の能力を指す。

このタイプの硬度は、表面の傷に抵抗する材料の能力を指す。

傷は鋭い、より堅い材料が付いている接触による上部の層の狭い連続的な刻み目である。

スクラッチテストは、セラミックなどの脆性材料にも一般的に使用されています。 ある物質的な適用が記録に非常に敏感であるので傷の硬度を考慮することは重要です。

エンジンシリンダライナの場合を例として考えてみましょう。 傷やスコアリングは、様々な理由のために行われることができます。 はさみ金の表面は燃料のピストンリング、外国の粒子または潤滑オイルのようないろいろな金属と接触して来る。 ライナーの不適切な座席がそれに寄与することがあります。

研磨粒子は、最終的にエンジン性能を低下させ、メンテナンス、スペアパーツ、および長期的には燃料消費量に多くの費用がかかる傷を引き起こす可

設計段階では、適切な金属選択は、接触する材料の硬度を考慮します。 ライナーの硬度は、それが相互作用する材料よりも大きくなければなりません。 これは、多くの可能性のある問題を回避するのに役立ちます。

リバウンドまたは動的硬度

リバウンド硬度は、プラスチック硬度よりも弾性硬度と関係があります。 材料は衝撃時にエネルギーを吸収し、それを圧子に戻す。

圧子は硬度試験に使用される基準材料です。 動的硬度は通常試験片のダイヤモンドひっくり返されたハンマーを落とし、表面に当った後ハンマーの跳ね上がりを記録することによって測定されます。

高さが元の落下高さに近いほど、リバウンド硬度の値が高くなります。

異なる硬度単位

硬度のsi単位はn/mm2です。 単位パスカルは硬度のためにこうして同様に使用されるが、硬度は圧力と混同してはならない。

上記で説明した硬度の異なるタイプは、測定の異なるスケールを持っています。 傷、刻み目および反動の硬度のために、測定方法は変わります（例えばBrinell、Rockwell、Knoop、LeebおよびMeyer）。 単位はこれらの測定方法から導出されるため、直接比較するのには適していません。 ただし、Rockwell(B&C)、Vickers、およびBrinellの値を比較するために変換テーブルをいつでも使用できます。 これらのようなテーブルは100％正確ではありませんが、良い指標を与えます。

これらのスケールのすべてで、硬い材料はより高い硬度数を持っています。硬度の測定のための一般的な単位は次のとおりです:

• Brinell硬度数(HB)
• Vickers硬度数(HV)
• ロックウェル硬度数(HRA、HRB、HRC、等)
• Leeb硬度の価値(HLD、HLS、HLE、等)

測定の硬度

異なった試験方法。 すべての方法間の共通は試験片の表面積の刻み目を作成する圧子の使用である。 刻み目は材料の硬度の有形表示を提供し、測定し、複製することは容易である。

硬い材料には浅いくぼみがあり、柔らかい材料には深いくぼみがあります。

硬い材料には浅いくぼみがあります。

Brinell硬度テスト

Brinellテストは刻み目の硬度の測定のための最初の広く受け入れられ Brinellテストでは圧子としてBrinell硬度数を計算するために試験片の印象を作成するのに、直径10のmmの鋼球が使用されています。

ボールは所定の時間、通常は30秒間所定の位置に保持され、ボールに力が加えられる。 この力は測定されるテスト金属によって変わります。

標準荷重は3000kgですが、軟質金属の場合は500kgに減らすことができます。

標準荷重は3000kgです。

より堅い金属のために、炭化タングステンの球が球のゆがみを防ぐのに使用されるかもしれません。 硬度単位HB（またはHBN）は、その使用を通知するためにタングステンの場合にはHBWに変更されます（タングステン=ドイツ語/スウェーデン語でWolfram）。

圧子を除去すると、低出力顕微鏡で凹みが観察され、測定値の平均を直角に取ることによってサイズが計算される。

Brinell試験が完了すると、硬度数は次のように計算されます。

:

F力、N

D圧子の直径、mm

D圧子の直径、mm

ロックウェル硬度テスト

ロックウェル硬度テストは刻み目の硬度の測定のため ロックウェル硬度の値は、使用されるスケールを伴う。

試験する材料に応じて、適切なスケールを選択する必要があります。 この硬度のスケールは使用される圧子負荷組合せのタイプの情報を与える。から選択することが利用可能な30スケールの合計があります。

から選択することができます。

から選択すること これは多数の材料の硬度を測定するためにロックウェルに尺度テストをするものがである。 陶磁器および複合材料の硬度の測定は可能である。 最も一般的に使用されるスケールは”B”と”C”です。

ロックウェル硬度試験では、試験荷重を加える前に、試験片に圧子を座らせ、表面の凹凸の影響を除去するために、小さな小さな荷重が加えられる。 これはよりよい正確さを提供する。

その後、Brinellテストと同様に、圧子は、主要な負荷としても知られているテスト負荷を適用することによって材料に印象を作成するために使用されます。 印象は硬度を定めるためにそれから測定される。 ダイヤルゲージは、変形を記録するために使用されます。

硬度値を計算するために、凹み寸法の純増加（小荷重と大荷重の印加の間）が考慮される。

ロードの速度を指定する必要があります。 柔らかい金属では、負荷適用のさまざまな速度は最終的な価値の相当な相違を作り出すことができます。 負荷率が標準に従っていることを慎重に監視することが重要です。ロックウェル硬度の式は次のとおりです。

:

、ここで、

N–使用されるスケールに応じてスケール係数

s–使用されるスケールに応じてスケール係数

d–マイナーな負荷に比べて恒久的なインデントの深さ、mm

ビッカース硬度試験

材料硬度を測定するための第三の方法は、ビッカース これは高い負荷を必要としないより柔らかい材料のために特に適している。 柔らかい材料によって、Vickers方法はよりよい正確さを提供する。

また、vickersはすべての材料に同じダイヤモンド圧子を使用するため、硬度値の計算が簡単です。 したがって、式を微調整する必要はありません。

もう一つの重要な特徴は、特定の微細構造を有する領域を試験することを可能にする拡大鏡の使用である。

最初に、テスターは機械に部品を置き、適した高さを見つけるのに顕微鏡を使用しなければなりません。 次に、画像を使用して、正しい場所が決定されます。

ダイヤモンド圧子は四辺ピラミッドの形をしています。 部品に触れた後、機械はすぐに予め決定された力の価値に達します。 それは一定の時間同じ負荷にとどまります。

次に、インデントの測定が行われます。 ビッカース硬度の値を計算するには、次の式を使用します:

F–力、N

d–インデント対角線、mm

モース硬度試験

F-力、n

d-インデント対角、mm

モース硬度試験

モース硬度試験

ドイツの鉱物学者モースは、最初に材料のスクラッチ硬度を測定するためにモース硬度試験を考案しました。 このテストでは、材料は定義された硬度がある参照材料と傷付きます。

試験の結果に基づいて試験材料に数値硬度値が割り当てられます。

試験の結果に基づいて試験材料に数値硬度値が割り当てられます。

ohsの硬度テストはテストのためにスケールとしてさまざまな硬度の10の参照材料を使用します。使用される最も柔らかい材料はタルク（値=1）で、最も硬い材料はダイヤモンド（値=10）です。

使用される最も柔らかい材料はタルク（値=1）であり、最も硬い材料はダイヤモンド（値=10）である。 モースのスケールに使用される参照に等級別にされた増加がないことを考えると、モースのスケールは正確さに欠け、硬度の荒い測定だけである。

今日、現代のスクラッチテストは、選択された荷重値によって押された特定の長さのために試験片をスクラッチすることによって、ロックウェルダイヤモンド圧子を使用して実施されている。

Scleroscopeテスト

scleroscopeは材料の反動か動的硬度を測定する 組み立ては立場に接続される空の縦のガラス管から成っている。 この管を通して、ダイヤモンドのハンマーは試験片に落ち、ハンマーの跳ね上がりは記録されます。

ダイヤモンドハンマーは、自重の下で固定された高さから落とされます。 試験片と接触すると、ハンマーは跳ね返ります。 この跳ね上がりはより高い硬度の材料のためにより高くなります。

衝撃エネルギーの一部が試験面に凹みを作成する際に排出されるため、柔らかい金属の場合、バウンスは低くなります。 ガラス管は、バウンスの高さを測定するための勾配を有する。 反動の硬度は海岸の単位で測定される。