金属硬度チャート：モース、HB、HV、HS、HRC

金属の硬度とは、局所的な変形、特に塑性変形、くぼみ、傷に対する抵抗力のこと。素材の柔らかさや硬さの尺度である。

金属の硬さ試験法には、大きく分けて静的試験法と動的試験法がある。静的試験法には、ブリネル法、ロックウェル法、ビッカース法、ヌープ法、マイヤー法、バーコル法などがあり、ブリネル法、ロックウェル法、ビッカース法が最も広く用いられている。動的試験法には、動的かつ衝撃的な試験力の印加が含まれる。

硬度の測定は、主に圧痕の深さ、圧痕の投影面積、または圧痕の大きさによって決定される。例えば、ブリネル硬度（HB）は、ある直径の焼入れ鋼または硬質合金球を一定の試験荷重で被検査金属表面に押し込み、一定時間保持した後、荷重を抜き、被検査表面の圧痕の直径を測定することにより算出されます。

金属の硬度を高める方法は数多くあり、材料中の硬質元素との合金化、加工硬化、結晶粒微細化強化、分散強化、第二相強化、熱処理強化（焼入れ、浸炭、窒化、金属浸潤など）、表面強化などがある。さらに、金属材料の耐摩耗性は、構造形態を変化させ、結晶状態を変化させることによって改善することができる。

金属モース硬度表

について モース硬度 1822年にドイツの鉱物学者フレデリッヒ・モースによって提唱された鉱物の硬度を表す基準。鉱物学や宝石学で用いられる基準である。モース硬度は、ダイヤモンドピラミッド針で被検査鉱物の表面に傷をつけ、その傷の深さを測定して求めます。この傷の深さがモース硬度で、記号HMで表されます。モース硬度は、他の物質の硬度を示すのにも使われます。

測定した傷の深さを10段階に分け、硬度を表す（スクラッチ法）：タルク1（最も硬度が小さい）、石膏2、方解石3、蛍石4、アパタイト5、オルソクレース（長石）6、石英7、トパーズ8、コランダム9、ダイヤモンド10。検査鉱物の硬度は、モース硬度計で傷と標準鉱物を比較して決定する。この方法の測定は大雑把ですが、便利で実用的です。天然鉱物の硬度測定によく用いられる。

硬度値は絶対的な硬度値ではなく、硬度順に表した値である。

適用する場合は、ひっかき硬度を比較する。例えば、方解石は引っ掻けるが、蛍石は引っ掻けない鉱物は、モース硬度が3～4となり、その他は推定硬度となる。モース硬度はあくまで相対硬度であり、大まかなものである。タルクの硬度は1、ダイヤモンドは10、コランダムは9だが、微小硬度計で測定した絶対硬度は、ダイヤモンドはタルクの4192倍、コランダムは442倍である。モース硬度は使い勝手がよく、現場作業でよく使われる。例えば、爪の硬度は約2.5、銅貨は3.5～4、鋼鉄のナイフは5.5、ガラスは6.5である。

1～10種類の鉱物に加え、一般的な金属の硬度も参考までに掲載。

金属材料硬度表

非鉄・鉄金属硬度表

1.非鉄金属硬度表

2.鉄の硬度表

以下のデータは主に低炭素車に適用される。 スチール (軟鋼）。

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一般的な硬度

ブリネル硬度

ブリネル硬さ試験は、焼き入れ鋼でできたボールまたは 硬合金 を圧子とする。

指定された試験力Fを被試験材の表面に加え、指定された保持時間の後、試験力を除去し、直径dのくぼみを残す。

について ブリネル硬度 の値は、試験力を圧痕の表面積で割ることによって算出される。ブリネル硬さの記号は、HBSまたはHBWと表されます。

HBSとHBWの違いは、使用する圧子の種類にある。

HBSは、圧子として硬化鋼球を使用することを示し、軟鋼など450未満の材料のブリネル硬さを測定するために使用されます、 ねずみ鋳鉄および非鉄金属。

一方、HBWは圧子として硬質合金球を使用するもので、650以下の材料のブリネル硬さを測定するために使用されます。

同じ材料と実験条件を使用した場合でも、2つの試験結果は異なることがあり、一般的にHBW値はHBS値より高く、厳密に従うべき定量的な規則はない。

2003年、中国は国際基準を採用し、鋼球圧子の使用を中止して硬質合金製ボールヘッドを採用した。

その結果、HBSは使用されなくなり、すべてのブリネル硬度値はHBWで表されるようになった。

HBWは単にHBと呼ばれることが多いが、文献にはHBSという表記も見られる。

ブリネル硬さ測定法は、鋳鉄、非鉄合金、各種鋼材など、硬さの変化を受けた材料の試験に適しています。 アニール または焼入れ・焼戻し工程。

しかし、硬すぎたり、小さすぎたり、薄すぎたり、表面に大きなくぼみができないようなサンプルやワークの試験には適さない。

ロックウェル硬度

ビッカース硬さ試験は、頂点角120度のダイヤモンドコーン、または直径Ø1.588mmまたはØ3.176mmの硬化鋼球を圧子として使用し、規定の荷重を加えます。

初期荷重10kgf、全荷重60kgf、100kgf、150kgfのいずれかを試料にかける。

全荷重をかけた後、初期荷重を保持したまま主荷重を取り除いたときの圧痕深さと、初期荷重をかけたときの圧痕深さの差から硬さを求める。

ロックウェル硬さ試験では、3つの異なる試験力と3つの異なる圧子を使用し、合計9通りの組み合わせとそれに対応するロックウェル硬さスケールが得られます。

これら9種類のスケールは、一般的に使用される幅広い金属材料に適しています。

最も一般的に使用されるロックウェル硬さスケールは、HRA、HRB、HRCの3つで、HRCが最も広く利用されている。

一般的に使用されるロックウェル硬さ試験仕様の表

ロックウェル硬さ試験は、20～70HRCの硬さ値に適している。試料の硬度が20HRC未満の場合は、圧子の感度が円錐部に対する圧力の増加とともに低下するため、HRBスケールを使用することを推奨します。

ただし、試料の硬度が67HRCを超える場合は、圧子の先端にかかる圧力が高くなりすぎてダイヤモンドが損傷し、圧子の寿命が短くなる可能性があるため、HRAスケールを使用することをお勧めします。

ロックウェル硬さ試験は、その簡便さ、速さ、最小限の圧痕で知られており、完成品や硬くて薄いワークピースの表面試験に理想的です。

しかし、圧痕が小さいため、組織や硬度が不均一な材料では硬度値が大きく変動する可能性があり、ブリネル硬さ試験よりも精度が劣る。

ロックウェル硬さ試験は、鋼、非鉄金属、超硬合金などの材料の硬さを測定するために一般的に使用されます。

ビッカース硬度

ビッカース硬さ測定の原理は、ブリネル硬さ試験と似ています。

角度136°のダイヤモンドピラミッド型圧子を用いて、被試験材の表面に規定の試験力Fを加えます。

所定の保持時間の後、試験力を除去し、正四角錐状のくぼみの単位表面積にかかる圧力の平均値として硬度値を算出し、記号HVとする。

ビッカース硬さ測定は測定範囲が広く、10～1000HVの硬さの材料を測定できる。圧痕の大きさは小さい。

この測定法は、薄い材料や浸炭や窒化によって形成された表面硬化層の測定によく使用される。

リーブ硬度

リーブ硬さ試験は、タングステンカーバイトボールを装備した装置を用いて被検査材の表面に衝撃を与え、その衝撃を跳ね返します。反発の速度は、被検査材の硬度に影響されます。

衝撃装置には永久磁石が取り付けられており、衝撃体の移動速度に比例した電磁信号を発生します。この信号は、記号HLで表される電子回路によってリーブ硬度値に変換されます。

リーブ硬さ試験機は、作業台を必要としないハンドヘルドタイプの硬さ試験機です。硬さセンサーはコンパクトで、手で簡単に操作できるため、大型、重量物、複雑な形状の試験にも適しています。

リーブ硬さ試験の主な利点のひとつは、表面への損傷が軽微で、非破壊検査に理想的なオプションとなることです。また、あらゆる方向、狭いスペース、特殊な部品にも対応できるユニークな硬さ試験です。

硬度試験

ブリネル硬さ試験は、鋼球またはダイヤモンドコーンを試料の表面に押し付け、くぼみの深さを測定することにより、試料の硬さを測定します。この方法は、焼きなまし鋼、焼きならし鋼、焼き入れ・焼き戻し鋼、鋳鉄、非鉄金属などの材料の硬さを測定するのに適しています。

ロックウェル硬さ試験は、特定の手順とダイヤモンドなどの小さな圧子を使用して硬さを測定するため、さまざまな材料に適している。

ビッカース硬さ試験は、ブリネル硬さ試験とロックウェル硬さ試験の長所を併せ持ち、非常に軟らかい材料から非常に硬い材料まで測定可能で、その結果を比較することができます。

ヌープ硬さ試験の長所と短所の詳細は、私が見つけた情報には詳しく書かれていないが、ブリネル、ロックウェル、ビッカースと並ぶ静的試験法のひとつである。

ウェブスター硬度計は、主にアルミニウム合金プロファイルの機械的特性をチェックするために使用されますが、銅、真鍮、軟鋼などの素材にも適しています。

バーコル硬度計は圧痕硬度計の一種です。その長所と短所の具体的な内容は、私が見つけた情報には明記されていない。

それぞれの硬さ試験法には特徴があり、応用範囲も広い：

• ブリネル硬さ試験は、さまざまな材料、特に焼きなまし鋼、焼きならし鋼、焼き入れ焼戻し鋼、鋳鉄、非鉄金属に適しています。
• ロックウェル硬さ試験は、測定に小さめの圧子を使用し、幅広い材料に適しています。
• ビッカース硬さ試験は、ブリネル硬さ試験とロックウェル硬さ試験の両方の長所を兼ね備えており、極めて軟らかい材料から極めて硬い材料に適しています。
• ヌープ硬さ試験は、静的試験法のひとつであり、さまざまな材料に適しているが、その詳細についてはさらなる理解が必要である。
• ウェブスター硬度計は、特にアルミニウム合金プロファイルの機械的特性の検査に適していますが、他の材料にも使用できます。
• バーコル硬度計は、押し込み硬さ試験機として、材料の硬さ試験において重要な位置を占めています。

硬度計

• マイクロビッカース硬さ試験機

HMシリーズ：

• ビッカース硬さ試験機
  HVシリーズ：

• ロックウェル硬さ試験機
  HRシリーズ：

• 携帯型リーブ硬度計
  HHシリーズ：

熱処理によって金属材料の硬度はどのように改善されるのか？

金属材料の硬度は、熱処理によって高めることができる：

浸炭と窒化： これらの化学熱処理法は、金属の表面層に炭素原子（浸炭）または活性窒素原子（窒化）を注入する。これにより、金属表面層の炭素含有量または耐摩耗性が増加し、硬度と耐摩耗性が向上する。浸炭の媒体は木炭が一般的で、窒化はアンモニアガスを加熱して分解した活性窒素原子を利用する。

焼き入れ： 一般的な中炭素鋼や高炭素鋼の場合、焼入れによって硬度を向上させることができる。焼入れは一般的な熱処理方法で、鋼を適切な温度まで加熱した後、急冷して高い硬度を得る方法である。

粒径と相組成の変化： 熱処理は、金属材料の結晶粒径と相組成を変化させることで、硬度に影響を与える。これは、粒界固溶強化、結晶固溶強化、相変態強化などのメカニズムによって達成される。

コーティング技術： 金属材料の熱処理工程でコーティング技術を使用すると、最適な硬度を達成しながら金属構造への大きな損傷を防ぐことができ、アプリケーションの結果が大幅に改善されます。

組織構造の再編成： 熱処理加工は、組織構造を再編成し、不均一性を低減または除去することにより、材料の均一性と硬度を向上させることができる。この方法は、特定のニーズに応じて様々な方法で実施することができる。

保護層の形成： 金属材料の表面に薄い保護層を形成することで、金属本来の構造を変化させる。従来の焼入れ方法に比べ、この方法は金属の表面硬度を効果的に高め、操作が簡単という利点がある。