硬さ試験の種類 Measuring Principle - Portable Hardness Tester

硬さ試験の種類

硬さは、摩耗・脆さ・曲げ・伸び・ねじりなどの複数の機械的性質の関係性により決まる尺度のため、力を加える物体の材質、大きさや形状、力の強さ等、試験条件が変わると試験結果も変わります。このため、用途や目的に応じて様々な硬さ測定手法が定義され、実用化されてきました。

ここでは、金属で用いられている主要な硬さ試験について説明します。

金属の硬さ試験方法

金属の硬さ試験方法を大き分けると、「押し込み法」と「反発法」の2つに分類することが出来ます。
押し込み法は、試験体に圧子を規定の荷重で押し当て、その結果出来たくぼみ（圧痕）から硬さを求めます。ブリネル硬さ試験やビッカース硬さ試験、ロックウェル硬さ試験が該当し、各試験では使用する圧子の材料や形状、圧子を押し当てる力、圧痕の測定方法が異なります。
反発法では、ハンマーなどを試験体に落下させ、跳ね返りの高さや落下速度と跳ね返り速度の比率から硬さを求めます。ショア硬さ試験とリーブ硬さ試験が該当します。
次の表は、金属の硬度測定で用いられる代表的な試験方法を一覧にまとめたものです。

試験名称	ブリネル硬さ試験	ビッカース硬さ試験	ヌープ硬さ試験
外観イメージ
硬さ記号	HB	HV	HK
分類	押し込み	押し込み	押し込み
原理	鋼球または超硬球の圧子に荷重を負荷し、圧痕の大きさから硬さを求める	正四角錐のダイヤモンド圧子を押し込んだときの荷重とくぼみの表面積の比から硬さを求める	ビッカース硬さ試験と同じ原理だが、使用する圧子の形状が異なり圧痕はひし形になる。（ビッカースは正方形）
特徴	圧痕が大きい鋳鉄の測定に適している	圧痕が小さく、小さな試料での測定が可能焼き入れの深さ等の硬さ分布測定に適している	圧痕が小さく、くぼみ深さも浅い表面付近の硬さ評価に適している

測定手法	ロックウェル硬さ試験	UCI硬さ試験	リーブ硬さ試験（リバウンド硬さ計）
外観イメージ
硬さ記号	HR	-	HL
分類	押し込み	押し込み	反発
原理	圧子を一定の荷重で試料に押し付け、その時のくぼみの深さから硬さを算出する	ダイヤモンド圧子を所定の荷重で試料に押し付け、金属の硬さに応じて変化する共振周波数を電子的に読み取り硬さを算出する	試料表面に小さな球を衝突させ、落下速度と反発速度から硬さを求める
特徴	測定が簡便で測定者による誤差要因が少ない熱処理を施した鉄鋼材料の硬さ測定に適している	圧痕が小さく、薄物・軽量部品の測定も可能ハンディタイプのため、現場（屋外）で使用できる	操作が簡単で素早く測定ができるハンディタイプのため、現場（屋外）で使用できる

試験名称	説明
ビッカース硬さ試験	ビッカース社（イギリス）のスミス氏とサンドランド氏によって考案された試験方法。ビッカース硬さは、正四角錐のダイヤモンドで作られたピラミッド形の圧子を押し込んだときの、荷重とくぼみの表面積の比から定義される。圧子にダイヤモンドを使用しているため、硬い材料でも測定ができる。また、小物、薄物の検査に適している。
ヌープ硬さ試験	アメリカのヌープ氏が考案した試験方法。ビッカース硬さと同様にダイヤモンド圧子を用い、圧痕はひし形になる。圧子によるくぼみ深さが浅いため、硬化層の断面硬さやもろい材料の硬さ等の微小硬さ試験で利用されている。
微小硬さ試験	押込み硬さ試験のうち、ごく小さい試験荷重で行う硬さ試験の総称のこと。具体的には、9.8N（1kgf）以下の試験荷重で行うビッカース硬さ試験とヌープ硬さ試験が、微小硬さ試験として規定されている。
ブリネル硬さ試験	スウェーデンのブリネル氏によって発明された試験方法。ブリネル硬さは、鋼球圧子又は超硬合金圧子を用い、試験面にくぼみをつけたときの荷重を、くぼみの表面積で割ることで表される。鍛造品や硬さが不均一な測定物に適している。（小物や薄物には適さない。）
ロックウェル硬さ試験	アメリカのロックウェル氏が考案した試験方法。所定の荷重を加えたときのくぼみの深さの差から硬さを求める。ビッカース硬さやブリネル硬さと異なり、深さを読むだけなので簡便かつ素早く実施できることが特徴。一方で、測定対象の硬さにより試験方法が異なるため、様々な試料を同一のスケールで比較することはできない。
ショア硬さ試験	アメリカのショア氏が考案した反発係数を利用した硬さ試験方法。先端にダイヤモンドチップを埋め込んだハンマーを落とし、跳ね返りの高さから硬さを計測する。操作が簡単で素早く測定ができ、小型で持ち運びができることが特徴。大きな部品や圧延ロールの硬さ測定で利用されている。
UCI硬さ試験	UCI（超音波接触インピーダンス）硬さ計は、ビッカース硬さ試験機をベースに開発された硬さ測定方法。ビッカース硬さ試験と異なり、圧痕を電子的に評価する。他の測定手法に比べ圧痕が小さく、薄物・軽量部品でも測定できることが特徴。溶接の熱影響部（HAZ）や硬化層、ギヤの歯の硬度測定で使用されている。
リーブ硬さ試験（リバウンド硬さ計）	アメリカのリーブ氏が考案した反発係数を利用した硬さ試験方法。ショア硬さと異なり、跳ね返りの高さではなく、落下速度と跳ね返り速度の比率から硬さを求める。操作が簡単で素早く測定ができ、また測定器が安価なため、現場や屋外での硬さ測定で広く使用されている。この原理をもとに製作された硬さ計は、リバウンド硬さ計やエコーチップ硬さ試験機とも呼ばれている。

※当ページの内容の一部は、NDTマート＆レンタル株式会社から許可を得て転載しています。