ブリネル硬度とロックウェル硬度とは？

ブリネル硬度とロックウェル硬度とは何か？硬さ試験と聞いて、まず思い浮かぶのはこの質問ではないでしょうか。橋や飛行機、重機などに使われている材料を目にすることがありますよね。これらの硬さ試験は、応力や圧力に耐える能力を測定します。

いくつかの硬さ試験技術 がある。その中でもブリネル硬さ測定試験とロックウェル硬さ測定試験が広く用いられている。この2つの技術を知ることは、あらゆる材料の強度を特定する上で非常に重要です。ブリネル硬さ測定とロックウェル硬さ測定について興味がありますか？この記事はあなたのためのものです。では始めましょう！

硬度とは何か？

これらのテクニックを説明する前に、まず硬さについて理解しよう。

硬度とは、あらゆる素材が変形、傷、摩耗に耐える能力のこと。あらゆる素材の硬度はそれぞれ異なります。簡単な例で説明しよう。粘土に親指を押し付けるとします。変形して跡が残るでしょう。しかし、同じことを鋼鉄で繰り返すと、変形することはなく、跡も残りません。

つまり、粘土の硬度は鋼鉄よりも低い。硬度には多くの種類があり、そのすべてが材料の試験方法を表している。例えば、圧痕硬度はへこみに対する材料の耐性を示します。スクラッチ硬度は、傷に対する材料の耐性を示します。最後に、反発硬度は、その素材の上にボールを落としたときの弾み具合を示します。

なぜこの硬度を測ることが重要なのか疑問に思うかもしれない。いくつかの理由がその重要性を物語っている。まず、材料の耐久性と強度を知ることができます。そのため、お客様のご要望に合った材料を選ぶ際に役立ちます。上述したように、さまざまな硬さ試験法が使用されています。ここでは、そのうちの2つ、ブリネルとロックウェルについて説明します。

ブリネル硬度測定

ブリネル法は、最も古く、最も効率的な硬度測定法のひとつである。1900年にオーガスト・ブリネルによって紹介され、その簡便性からよく知られている。この方法がどのように行われるかを説明しよう。まず、この方法を行うための準備が必要です。例えば、試験する材料や製品をきれいにする。

その製品を慎重に試験機の下に置き、動かないようにする。これらの要素をすべて決定した後、圧痕形成のプロセスを開始する。圧痕形成プロセスでは、材料にへこみを作ります。どうやって？直径約10mmのスチール製またはタングステンカーバイド製のボールを材料に勢いよく投げつけます。

このボールが素材にへこみや空洞を作る。そのくぼみの幅と直径を測定する。柔らかい素材は、硬い素材よりも深いへこみができる。くぼみの直径は、顕微鏡や光学機器を使って測定します。エンジニアは次の式でブリネル数を計算します：

BHN= 2P / πD（D-（sqrt（D2-d2）

ここだよ；

P = 加えられる力（キログラム単位）
D = ボールの直径（ミリメートル）
d = 刻み目の直径（ミリメートル単位）

ブリネル数値が高ければ、その素材はより硬く耐久性がある。ブリネル数値が低ければ、その素材は柔らかく、耐久性が低いことを示します。

メリット

ブリネル硬さ試験は、数十年にわたって信頼されてきました。ブリネル硬さ試験には、精度から汎用性まで、多くの利点があります。以下のセクションでは、この方法の利点を紹介します。

シンプルで簡単に実行できる： ブリネル法はシンプルな機械を使う。すべての工具は単純な設計になっている。そのため、操作に特別な技術を必要としない。これは迅速で信頼性の高い方法である。
幅広い素材に効果的： この方法は多くの材料に対応できる。例えば、鋳鉄、アルミニウム、銅、合金の硬度を測定できます。さらに、さまざまな材料に対して、異なるボールの荷重とサイズを選択することができます。
バルク特性の正確な表現： ロックウェルとは異なり、ブリネルは表面に限定されない。この方法で使用される圧子は、より深いところまで入ります。こうすることで、表面だけでなく全体的な硬さを測定することができます。
異種材料でも信頼できる ご存知のように、合金は不均一な組成を持つ。そのため、硬度を測定するのは難しい。しかし、ブリネル法はあらゆる種類の合金を容易に扱うことができます。
不規則なサンプルに適しています： 不規則な形状の材料は、一般的に管理が難しい。しかし、この方法で設置された機械なら、簡単に硬度を測定することができる。

デメリット

ブリネル試験は必ずしも完璧に適合するとは限りません。他の方法と同様、ブリネル硬さ試験にも限界があります。ブリネル硬さ試験の課題を探ってみましょう。

大きな刻み目： ブリネル法では、圧痕は大きい。ブリネル法の圧子は大きいため、材料の表面を傷つける可能性があります。そのため、材料のコーティングには適していません。
大量テストには時間がかかる： ブリネルは自動機械を使わない。そのため、圧子のサイズやセットアップ全体を毎回変更しなければならない。これには時間がかかる。
表面処理が必要： ロックウェル法とは異なり、ブリネル法は表面処理を必要とする。ブリネル法では、表面を滑らかにするために余分な圧子を使用しません。そのため、この技法を使用する前に、この方法を効率的にするために表面を準備する必要がある。
機材は比較的かさばる： この方法で使われる機械は比較的重い。道具はすべて動かない。さらに、荷重や圧子の重量もかさばる。そのため、これらすべての工具を扱うのは困難である。
微小硬さ試験用： この方法ではミクロレベルの硬さは測定できない。また、荷重の大きさも小さな特徴の識別には適していないため、高度な研究には不向きである。

アプリケーション

ブリネル硬さ試験の汎用性は、数え切れないほどの実用的な用途への扉を開きます。ブリネル硬さ試験は、エンジニアリングと製造のほぼすべての局面で活用されています。この方法の実社会における多様な応用例を探ってみましょう。

1- 橋梁とインフラのテスト

橋は頑丈な素材で作られています。その部品の耐久性と硬度を確保することは非常に重要です。そのため、橋のすべての部品はブリネル法で試験される。さらに、インフラに使用される材料は、剛性が高く頑丈でなければならない。その硬度はこの方法で試験される。

2- 鉄道産業

鉄道業界はブリネル法に大きく依存している。この方法では、鉄道線路に使用される材料を試験する。例えば、車輪や車軸は圧力や荷重に耐えられるか試験される。この方法は、安全性と信頼性の維持に役立っている。

3- 歴史的遺物の評価

素材の硬度はその歴史を物語る。そのため、博物館にある工芸品はブリネル法で検査される。この方法で硬度を分析し、年代を知ることができる。また、工芸品を修復し、その外観を維持するのにも役立つ。

4- 防衛および軍事用途

軍隊では、ブリネル法は装甲車の硬度をテストする。適切な硬度は、保護と安全のために極めて重要である。防衛産業では、発射体などの防衛関連部品がブリネル法で試験される。全体として、ブリネル法は防衛と軍事において信頼できる方法である。

5- 造船業

ブリネル試験は、海洋産業における船や船舶の硬度をチェックする。例えば、船体、プロペラ、アヒルなどは非常に硬くなければなりません。ブリネル法は、すべての部品が海洋の過酷な環境に対応できる十分な強度を備えていることを保証します。

ロックウェル硬度測定

この方式は1919年にスタンリー・ロックウェルによって導入された。両者の間には19年の差しかないが、それでも高度な技術が使われている。時間を節約でき、効率的で、速く、より正確である。その人気の理由はいくつかある。一流の要因のひとつは、複数のスケールが利用できることである。

この技術は、異なる硬度レベルの材料を測定するためにいくつかのスケールを提供しています。これらのスケールには、HRB（ロックウェルBスケール）、HRC（ロックウェルBスケール）、HBD、HBFなどがある。これらのスケールはすべて仕様が異なり、他の材料にも適用されます。HRBスケールは、圧子として鋼球を使用し、銅、アルミニウム、真鍮の硬度レベルを測定します。

逆に、HRCスケールはダイヤモンドボールを圧子として使用します。鋼鉄や鋳鉄の硬度を測定する。しかし、この方法はどのように行われるのかという疑問が生じる。簡単に説明しよう。まず、機械を準備し、材料を洗浄します。その後、実際に圧子を押し込む作業に入ります。

圧痕形成には2段階ある。第一段階は、約10kgの軽微な荷重を加えることである。この荷重は、素材表面に存在する凹凸を取り除くためのものである。その後、大きな荷重をかけ、表面にへこみを作る。荷重が取り除かれると、エンジニアはロックウェル式を使ってへこみの深さを測定する；

HR = N-h・K

ここに

人事 = ロックウェル硬度
N = ロックウェル・スケールに固有の定数（例えば、ロックウェルBは100、ロックウェルCは130）。
h = 圧痕の深さ（ミリメートル）（有意な荷重を加え、除去した後
K = スケーリング係数（ほとんどのロックウェル・スケールでは一般的に500）。

HR値が高ければ素材は硬くなり、逆もまた然りである。技術はこの方法を進歩させた。現在、この方法で使用される機械は自動的にHR値を計算する。そのため、この方法は材料の硬さを測定するための、より正確で迅速な方法となっている。

メリット

ロックウェル硬さ試験がこれほど効果的な理由は何なのか、気になりませんか？この質問には、この方法の利点が説明されています。それでは、ロックウェル硬さ試験がどのように両面で効果を発揮するのか、さっそく見ていきましょう。

スピードと効率： ロックウェル試験法は迅速な結果を提供します。材料の表面を余分に研磨する必要がないため、時間を節約できる。さらに、測定値を効率的に計算する自動機械を使用します。つまり、正確かつ迅速な方法なのです。
素材を問わない汎用性： 上述したように、ロックウェル法にはさまざまなスケールがある。それらのスケールはすべて、異なる材料の硬度レベルを測定する。このようにして、一度にさまざまな材料を扱うことができる。
非破壊検査： ロックウェル法では、小さな圧子を使用する。これにより、材料がその構造的完全性を失うことがない。従って、この方法は最終仕上げ面を持つ製品により大きなメリットをもたらします。
広い負荷範囲： ロックウェルは重いものから軽いものまで幅広い荷重に対応している。そのため、厚い材料にも薄い材料にも役立ちます。柔らかくて薄い材料をテストしたい場合は、小さな荷重を選ぶことができますし、その逆も同様です。
費用対効果の高いソリューション： この方法は初期費用がかかる。しかし、長期的には費用対効果が高い。自動化された機械を使用するため、人件費を削減できる。さらに、時間効率もよく、生産性が向上する。

デメリット

どんな試験法にも欠点はある。だから、どんな検査法にも言えることだが、ロックウェルにも欠点がある。この方法を検討する前に、欠点を知っておく必要があります。さっそく、ロックウェル硬さ試験の限界について詳しく見ていきましょう。

薄い素材には不向き： 異なるスケールを使用するとはいえ、薄い素材には不向きである。その理由は、圧痕が表面を貫通してしまうからだ。これは材料全体の表面を傷つけ、材料を無駄にする原因となる。
コーティングのテストができない： ロックウェル法では、コーティングの硬度を測定することはできません。そのため、最終的な硬度結果に影響を与える可能性がある。また、圧子がコーティングを貫通して損傷する可能性も高くなります。
表面硬度による制限:ロックウェル法は表面の硬さを測定する。この方法では、厚くて硬い材料を使用しても、対象物全体に関する情報は得られません。
圧子の経時的摩耗： ロックウェルの圧子は、ほとんどがダイヤモンドとスチールだ。そのため、力を入れて投げると摩耗しやすい。プリンターの形状が変わると、精度に影響が出る。
キャリブレーションとメンテナンスが必要： ロックウェル方式では高度な機械を使用する。それらの機械が効率的に働くためには、すべて適切なメンテナンスが必要だ。さらに、古くなった部品の交換は非常に重要であり、コストを増加させる可能性がある。

アプリケーション

材料がどのようにして過酷な条件に耐えるのか、不思議に思ったことはありませんか？その答えは、ロックウェル硬さ測定のさまざまな用途にあります。この技術の実際の応用例を探ってみましょう。

1- 製造業

ロックウェル測定法は製造業に広く利用されている。どのように？この方法は、様々な金属や合金の硬度レベルを試験します。機械や工具に使用する際、金属が必要な硬度レベルを満たしていることを確認します。ご存知のように、熱処理後に硬度が低下する材料もあります。そのため、製造業者はこの方法を用いて、金属が同じ硬度レベルに達していることを確認します。

2- 自動車産業

自動車産業もロックウェル測定に大きく依存している。この方法では、シャフトやギアなどの重要部品の硬度を測定します。また、バネやベアリングが圧力に耐えられる十分な硬度を持つかどうかも検証します。自動車のボディ・パネルは、それぞれ異なる硬度を使用しています。そのため、それらすべてのレベルが測定される 様々なロックウェル 体重計

3- 航空宇宙産業

航空宇宙産業は、硬さ測定の精度に妥協を許さない産業です。この業界では、さまざまな部品の硬度を測定するために正しいスケールが要求されます。そのため、硬度の算出にはロックウェル法が用いられます。例えば、ランディングギアやファスナーの硬度はこの方法で測定されます。ご存知のように、アルミニウムやチタンなどの軽量金属は翼を作ります。この方法は、重量を増やさずに十分な硬度を持つことを検証するものです。

4- 金型製作

フライス加工に使用される切削工具は、より高い硬度が要求されます。わずかなミスがフライス加工全体に影響することもある。そのため、ロックウェル法では工具の製造時に、工具が要求される硬度に達しているかどうかを測定します。さらに、金属プレス加工で使用される金型や射出成形で使用される金型を製造する際にも、ロックウェル法で硬度をチェックする。

5- プラスチックとポリマー

ロックウェルの方法は金属だけに限定されるものではない。さまざまなプラスチックやポリマーの硬度測定にも応用できる。例えば、電子部品の製造には合成プラスチックが使用される。この方法では、それらの部品の耐久性をテストします。また、ガスケットや絶縁材料に使用されるポリマーの硬度も検証します。

ブリネル試験とロックウェル試験の選択方法

硬さ試験に関しては、正しい方法がすべての違いを生む。両方の方法の中から正しいものを選ぶことは、仕事に適した道具を選ぶことと同じです。どちらの試験方法が自分の材料に適しているか、迷っていませんか？ご心配なく！以下のセクションで、いくつかの要素を用いて意思決定のプロセスを簡略化します。

まず、試験する物質の性質を理解してください。そして ブリネル を使用し、表面に凹凸があったり、鋳造物があったりする場合に使用する。一方、材料が薄くて均質な場合は、ロックウェルが最適です。
どちらの方法を選択するかは、材料の硬さにもよる。ブリネル試験は、アルミニウム、銅、低炭素鋼のような柔らかい材料に適しています。しかし、ロックウェル法は硬い材料をより効率的に扱うことができる。
1つの方法を選択する一方で、精度とスピードも考慮する必要がある。この点で、ロックウェル法は際立っている。自動化された機械を使用するため、人為的なミスはほとんどありません。逆に、プロジェクトに精度が必要ない場合は、ブリネル法が適しています。
最後に、どちらの方式もコストを無視してはならない。予算が限られているのであれば、ブリネルが最も適している。簡単な機械を使用し、人件費も抑えられる。反面、ロックウェルは比較的高価な方法である。しかし、長い目で見れば、費用対効果の高い選択肢でもある。

よくある質問

ブリネルとロックウェルはどちらが良いですか？

ロックウェル硬度測定は、より良い選択肢です。ロックウェル硬さ測定は、迅速でより正確であり、人為的ミスを減らす自動化された機械を使用する。BBrinell試験は信頼性が低く、より時間がかかる。

ブリネル硬さ試験とロックウェル硬さ試験はどう違うのですか？

この2つの方法にはいくつかの違いがある。主な違いは、ブリネルがくぼみの幅を測定するのに対し、ロックウェルはくぼみの深さを測定することである。その他の違いは、使用する圧子にもある。

ブリネル硬さ試験やロックウェル硬さ試験では、どのような圧子を使用するのですか？

どちらの方法も異なる識別子を使用する。ブリネルは、タングステン製または鋼製のボールを圧子として使用する。一方、ロックウェルはダイヤモンドまたはカーバイド製のボールを圧子として使用する。

結論

ブリネルとロックウェルは、2つの異なる方法で硬度を測定します。この記事では、両方の方法について詳しく説明した。これらの方法は仕様が異なります。例えば、硬度を測定するために使用する機械や計算式が異なります。また、適用される材料も様々です。

例えば、ロックウェルは硬い材料の硬さを測定することができる。一方、ブリネル法は柔らかい材料の硬さを測定します。どちらの方法も、異なる分野で異なる用途があります。このガイドが、両手法を理解する一助となれば幸いです。