どのような材料であれ、その硬度を調べることはその用途にとって最も重要である。硬度を決定しなければ、その材料を使用することは賢明ではありません。硬度は、材料の他の多くの特性を制御します。しかし、硬さ試験にはさまざまな種類があります。
これらの硬さ試験は、それぞれ硬さの測定方法が異なる。そのため、選択のプロセスは非常に難しく、厄介なものとなる。しかし、これらのテストがどのように機能するかを理解することで、物事はより管理しやすくなります。そうでしょう？メーカー各社は、ニーズに応じていくつかの硬さ試験を使い分けています。それでは、それぞれの試験について説明しましょう。
硬度とその試験の概要
その前に、なぜ材料の硬度を測定する必要があるのか不思議に思いませんか？結局のところ、この測定によって私たちはこれらの様々なテストについて議論することになるのです。硬度の測定は、プロジェクトで使用する素材を選ぶ際に非常に重要です。しかし、硬度そのものとは何でしょうか？
硬度とは、あらゆる材料が力や変形に抵抗する能力のことである。これは辞書に基づく典型的な定義である。しかし、日常生活では、摩耗や引き裂きに耐える材料の能力としてとらえる。硬度は、その材料がどの程度優れているか、あるいは強いかを定義するものである。硬度は材料の耐久性を示す。
硬度測定の重要性について説明しましょう。硬度を測定し、それを知ることは、材料に関する貴重な洞察を与えてくれます。硬度は、その材料が耐久性に優れているかどうか、あるいは特定の用途に適しているかどうかを教えてくれます。この剛性は、材料の他の多くの特性に影響を与えることを覚えておいてください。例えば、硬い材料は摩耗や損傷に強い。
応力に耐えやすく、簡単には壊れない。逆に硬度の低い素材は弱く、磨耗しやすい。だからこそ、硬度の測定が不可欠になる。硬度は、材料が使用中にどの程度の強度を持つかを示す。硬度を知ることは、エンジニアが材料の他の特性を推定するのに役立ちます。
硬度計の種類
なぜ硬さ試験が重要なのか、お分かりいただけたと思います。硬さ試験にはさまざまな種類があります。それぞれ異なる道具や機械を使って試験を行います。それらを使いこなすには、それぞれの作業方法を知っておく必要があります。
以下は、最も一般的な硬さ試験のリストです：
- ロックウェル硬さ試験
- ブリネル硬さ試験
- ビッカース硬度試験
- ヌープ硬度試験
- リーブ硬度試験
- ショア硬度試験
- ウェブスター硬度試験
これらのテストにはそれぞれ具体的な仕様がある。それらを検証し、どのように機能するかを見てみよう。
1- ロックウェル硬さ試験
ロックウェル硬さ試験は、より信頼性が高く、広く使用されている。 ロックウェル硬さ試験機 は試験プロセスで使用される。被試験材は力または荷重を受ける。圧子はワークピースに荷重をかける重要な機械部品です。
ロックウェル試験は2つの荷重を用いる。最初の荷重は一般に低め、または軽めのもの。2つ目の荷重はより強く、より高い（メジャー）。例えば、オペレーターは圧子を通して10kgの最初の荷重をワークピースにかけます。この荷重によって、材料の表面に貫入が生じますね？
オペレーターは、圧子の貫入によって生じた深さを測定する。測定が終わると、2回目の荷重が材料に加えられる。しかし、この2回目の荷重は1回目の荷重よりも強く、高くなります。最初の荷重が10 Kgf2番目は60 Kgf.この負荷は60 Kgf より深く、より浸透する。
オペレーターは、2つ目の荷重によって生じた深さを再び測定する。そして、2つの荷重によって生じた深さを比較する。この比較によって硬さの値が得られます。このタイプの試験は、一般的に硬い金属や合金に適しています。さまざまなロックウェル硬さ計があり、さまざまな材料の試験に最適です。
荷重とその値について混乱するかもしれません。一般的に、これらの第1および第2の荷重は、使用したロックウェル・スケールによって異なります。この尺度は材料によって異なります。通常、第一荷重（軽微な荷重）は変わりません。第二の荷重または重要な荷重は変化します。以下は、荷重とスケールを示した表です：
| ロックウェル・スケール | マイナーロード | 主な負荷 |
| ロックウェルA（HRA） | 10 Kgf | 60 Kgf |
| ロックウェルB（HRB） | 10 Kgf | 100 Kgf |
| ロックウェルC（HRC） | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- ブリネル硬さ試験
ブリネル硬さ試験は新しいものではなく、何十年も前から用いられている。この試験では、鋼球または超硬球を通して材料に力を加える。この超硬ボールは圧子に使用される。少なくとも3000キログラムの強い力が材料の表面に加えられる。
この極端な力によって、くぼみや深さが生じる。この深さを測定することで、ブリネル硬度がわかる。ブリネル硬度は、口で言うほど単純ではありません。最終的な材料のブリネル硬度は、多くの要因によって決まります。滞留時間、加える力、形成される深さなどです。
私がこのブリネル硬さ試験で気に入っている点は、材料に対して単一の硬さ値を与えることです。ロックウェル硬さ試験とは異なり、ブリネル硬さ試験には複数の硬さスケールがありません。必要なのは、試料をホールドの上に置くことだけです。力を加え、簡単な計算を行います。以下は、いくつかの材料のブリネル硬度のリストです。
| 素材 | ブリネル硬度番号（BHN） |
| 針葉樹（松など） | 1.6 HB |
| 純アルミニウム | 15 HB |
| 銅 | 35 HB |
| マイルド・スチール | 120 HB |
| 二ホウ化レニウム | 4600 HB |
表中のHBは "ブリネル硬度 "を示す。この試験名は、その発明者であるヨハン・アウグスト・ブリネル博士へのオマージュのようなものである。さまざまな ブリネル試験機 があり、価格も様々である。一般的に、この試験は非常に強い力を加えるため、厚くて丈夫な素材に適している。
3- ビッカース硬さ試験
この試験は1924年に考案された。他の方法とは少し異なり、材料の表面にできた深さを気にしない。その代わり、くぼみの大きさに関係する。この試験についてもう少し詳しく説明しよう。その ビッカース硬度計 ピラミッド型の菱形をした圧子で構成されている。
作業者は、このピラミッド型ダイヤモンド圧子で被削材の表面に力を加えます。この力によって、被削材の表面に圧痕ができる。この圧痕の大きさを測定します。このくぼみは、圧子の形状と同じように、ダイヤモンドの形状をしていることに留意してください。
この試験は小片や部品にも使用されるため、圧痕が小さいこともある。そのため、オペレーターは顕微鏡を使って圧痕の大きさを分析する。圧痕の大きさが測定されると、さまざまなパラメータを含む計算式に値が入れられる。
この計算式と計算によって、作業者は材料の正確な硬度を知ることができる。ブリネル硬さ試験と同様、この方法は単一の目盛りを使用するため、素人でも簡単に結果を理解することができます。小さなくぼみの大きさを測定するため、微小硬度計とも呼ばれます。
4- ヌープ硬さ試験
この試験は、ビッカース硬度にある程度似ている。細長い菱形のダイヤモンド圧子を使い、細長いくぼみを作ります。一般に、この試験は小さな材料に適しています。作業者は、顕微鏡を使ってダイヤモンド型のくぼみを観察します。
まず、材料は機械のホルダーに置かれる。約1kgまたはそれ以下の小さな力が加えられる。この力が、より細長いくぼみを作る。そのため、オペレーターはくぼみ全体の大きさを測定することはない。その代わりに、対角線上の長い長さを測定し、分析と計算を行う。
このヌープ硬さ試験には、計算式による硬さの算出が含まれることを覚えておいてほしい。私がこの試験で気に入っているのは、薄くて小さくて脆い材料の硬さを試験できることです。一般的に、他の硬さ試験では、材料が壊れやすくなるような強い力を加えます。しかし、このヌープ硬さ試験は穏やかな力を加えることで機能する。
クイックハイライト ヌープ試験とビッカース試験の違いは、圧子の形状にあります。ビッカース試験は、ピラミッド型のダイヤモンド圧子を使用します。一方、ヌープ試験は細長い圧子を使用します。ビッカース試験とは異なり、オペレーターは長い対角線の長さだけを測定します。
5- リーブ硬さ試験
リーブ試験は、他のすべての硬さ試験と比べて際立っている。その理由は、ボール（圧子）の反発速度に依存するからである。圧子として炭化タングステン製の硬球を使用します。この試験に使用される機械はコンパクトで持ち運びが可能です。
試験中、機械は硬いボールまたは圧子を材料表面上に発射または推進する。圧子は表面に衝突して戻ります。機械は、衝突後のボールの反発速度を測定する。また、表面に衝突した後、ボール（圧子）がどれだけの速さで、どれだけの距離を進んだかもチェックします。
この測定値を計算・分析することで、素材の正確な硬度が得られます。つまり、このテストは、ボールが素材に当たった後の反発速度に基づいています。表面が硬ければ硬いほど、ボールの反発速度は速くなり、逆もまた然りです。このリーブ硬さ試験は、5kg以上の重金属に適しています。小さなワークを使用する場合、その精度は信頼できません。
6- ショア硬度試験
この試験は簡単に実施できる。その名前は、デュロメーター装置を最初に作ったアルバート・ショアに敬意を表している。このデュロメーターは丸いくぼみで構成されており、試験を行うために使用されます。他の試験と異なり、このショア試験はプラスチックやゴムのような柔らかい素材に適しています。
このショア硬さ試験の仕組みについて説明しよう。まず、デュロメーターが圧子を発射または推進させ、圧子が材料の表面に当たって内部に入っていく。次に、圧子（丸い形）がどれだけ深く沈み込むかを調べます。圧子が沈んだ深さによって硬さが計算される。
圧子が深く入っていない場合は、硬さの明確な目印となる。逆に、圧子が材料の奥深くまで入っている場合は、材料が柔らかいことを意味します。素材の正確な硬さをチェックするショアスケールというものがあります。ショアスケールには2種類あり、その名称は以下の通りである：
- ショアA
- ショアD
ショアAスケールは、柔らかく柔軟な素材の硬さを測るために採用されています。一方、ショアDは硬い素材に適している。この硬さは金属を意味するのではないことを覚えておいてほしい。その代わり、硬くなったゴムやプラスチックを示します。このテストは、金属や合金のような複雑で硬い素材には使えません。
7- ウェブスター硬度試験
先ほど言ったように、ショアテストは柔らかい素材にしか適していません。しかし、このウェブスター・ハーネス・テストを持ってきたのは、硬い素材の硬さを調べたい場合です。これらはアルミニウム、真鍮、その他の金属である。ウェブスター試験機はペンチのようなもので、被試験材をクランプします。
材料がクランプされると、作業者はウェブスター装置のハンドルを握る。このスクイーズにより、圧子を材料表面に押し付ける力が発生する。この押しつけにより、圧子は材料表面にくぼみを作る。オペレーターはこの圧痕を確認・分析し、材料の硬さを示します。
このウェブスター・テスターは手持ち式で、オペレーターは材料をテストしている間、手元に置いておく。この試験で私が気に入っているのは、素早く簡単にできることだ。穏やかな経験と最小限の専門知識があれば、誰でも実施できる。さらに、このウェブスター試験機は比較的安価であることも大きなプラスだ。
結論
前述したように、素材の硬さを知ることは不可欠だ。それは、製品を作るために異なる材料を正しく使用するのに役立ちます。しかし、さまざまな硬さ試験機があります。その働き、使い方、際立った特徴はそれぞれ異なります。
エンジニアや製造業者は、試験したい材料に応じて1種類の材料を使用する。例えば、柔らかい材料を試験する必要がある場合は、ショア試験が最適です。同様に、ロックウェル試験やブリネル試験は、硬い材料の検査に適しています。