HRCとHB硬度：違いと換算

硬度とは何か？

硬度は、硬い物体によって引き起こされる圧痕や変形に対する材料の耐性を測定するために使用される重要な性能指数です。この特性は、材料の選択、品質管理、機械工学など、さまざまな産業用途で不可欠です。

硬さ試験の方法

硬さ試験の方法はさまざまで、それぞれに独自の原理と測定値の背後にある意味があります。硬さ試験の主なカテゴリーには、静的荷重圧痕試験と反発硬さ試験があります。

静荷重圧痕硬さ試験

1. ブリネル硬度（HB）：
   • 熱処理前の非鉄金属や鋼鉄などの軟質材料によく使用される。
   • 特定の直径を持つ硬化鋼球または超硬合金球を、指定された荷重の下で材料の表面に押し込む。硬さの値は、荷重を圧痕の表面積で割って算出する。
2. ロックウェル硬度（HR）：
   • 熱処理したような表面硬度の高い素材に適している。
   • 圧子と荷重によって異なるスケールを使用：
     • HRA： ダイヤモンドコーン、荷重60 kg、非常に硬い材料用。
     • HRBだ： 直径1.59 mmのスチール製ボール、100 kg荷重、軟質材料用。
     • HRC： ダイヤモンドコーン、荷重150 kg、より硬い材料用。
   • 硬度の値は圧痕の深さによって決まる。
3. ビッカース硬度（HV）：
   • 顕微鏡分析に適している。
   • 上面角度136°のダイヤモンド角錐圧子を使用し、120kg以下の荷重で材料に押し付けます。
   • 硬度値は、荷重を圧痕の表面積で割って得られる。
4. ショア硬度（HA、HD）：
   • 主にゴムやプラスチックに使用される。

反発硬度試験

1. リーブ硬度（HL）：
   • 金属の弾性変形を測定する。
   • インパクトボールのヘッドを材料表面でバウンドさせ、衝撃速度に対する反発速度から硬度を算出する。
2. ショア硬度（HS）：
   • エラストマーやゴムの押込み硬さによって測定される。

硬度の意義

硬度は単一の物理量ではなく、材料の弾性、塑性、強度、靭性を反映する総合的な性能指数である。材料の耐摩耗性、耐久性、特定用途への適合性を理解する上で極めて重要である。

鋼の硬度

金属、特に鋼の硬度は、Hというコードで示されます。様々な硬度試験法により、鋼の特性を詳細に理解することができます：

従来法には、ブリネル（HB）、ロックウェル（HRC）、ビッカース（HV）、リーブ（HL）硬さ試験がある。このうち、HBとHRCがより一般的に使用されている。

HBは用途が広く、HRCは熱処理など表面硬度の高い材料に適しています。

この2つの試験の主な違いは、硬度計に使用されるプローブの種類です。ブリネル硬度計はプローブとして鋼球を使用しますが、ロックウェル硬度計はダイヤモンドプローブを使用します。

HV - 顕微鏡分析に適しています。ビッカース硬度（HV）は、頂角136°のダイヤモンド角錐圧子を120kg以下の荷重で材料表面に押し込んで測定します。ビッカース硬度値（HV）は、材料の圧痕の表面積を荷重値で割って得られます。

測定に便利なポータブル硬度計です。インパクトボールヘッドが硬さ面に当たって跳ね返る仕組みです。硬度は、試料面から1mmの位置での反発速度とポンチの打撃速度の比を用い、次式で算出します：リーブ硬度HL＝1000×VB（反発速度）／VA（衝撃速度）。

最も一般的に使用されている携帯型リーブ硬度計は、リーブ（HL）で測定後、ブリネル（HB）、ロックウェル（HRC）、ビッカース（HV）、ショア（HS）硬度に変換することができます。また、リーブの原理を利用して、ブリネル（HB）、ロックウェル（HRC）、ビッカース（HV）、リーブ（HL）、ショア（HS）の硬度値を直接測定することもできます。

タイム社のTHシリーズリーブ硬度計はこの機能を備えており、従来の卓上型硬度計を補完するものとして重宝されています！(詳しくはリーブ硬度計TH140/TH160/HLN-11A/HS141ポータブルシリーズをご覧ください。）

1.HB - ブリネル硬度：

ブリネル硬さ（HB）は、通常、非鉄金属、熱処理前の鋼、または熱処理後の鋼のような軟質材料に使用されます。 アニール.

一方、ロックウェル硬さ（HRC）は、一般に熱処理を施したものなど、硬度の高い材料に用いられる。

ブリネル硬度を測定するには、硬化鋼球または 超硬合金 特定の直径を持つボールを指定された試験荷重で被試験材の表面に押し込み、一定時間保持した後、荷重を抜いて被試験材表面のくぼみ直径を測定する。

ブリネル硬度は、荷重を圧痕の球状表面積で割って算出する。

通常、直径10mmの硬化鋼球を、3000kgの荷重で一定時間、材料表面に押し付けます。除荷後、荷重と圧痕面積の比からブリネル硬度値（HB）が算出され、単位はキログラム力/平方ミリメートル（kgf/mm2またはN/mm2）。

2.HR ロックウェル硬度

ロックウェル硬度（HR）は、圧痕の塑性変形深さに基づいて材料の硬度指数を決定する方法である。硬さの単位は0.002mm。

材料のHB値が450を超える場合やサンプルサイズが小さすぎる場合など、ブリネル硬さ試験が使用できない場合は、代わりにロックウェル硬さ試験が使用されます。

この試験では、頂角120°のダイヤモンド・コーン、または直径1.59 mmまたは3.18 mmのスチール・ボールを、特定の荷重をかけて被試験材の表面に押し付けます。その後、圧痕の深さから材料の硬さを算出します。

ロックウェル硬さ測定には、試験材料の硬さに応じて3種類のスケールがあります：

HRA：ダイヤモンドコーン圧子を使用し、60kgの荷重をかけて測定する硬さの尺度。このスケールは、次のような極めて高い硬度を持つ素材に使用される。 超硬合金.

HRB：直径1.59mmの焼き入れ鋼球を使用し、100kgの荷重をかけて測定する硬さの尺度。焼鈍鋼や鋳鉄など、硬度の低い素材に用いられる。

HRC：ダイヤモンド・コーン・プレスを使用し、150kgの荷重をかけて測定する硬さの尺度。焼き入れ鋼など、硬度の高い素材に用いられる。

加えて

(1）HRCはロックウェル硬度Cスケールを表す。

(2) HRCとHBは生産現場で広く使用されている。

(3) HRCの適用範囲はHRC20～67で、HB225～650に相当する。硬度がこの範囲を超える場合は、ロックウェル硬度Aスケール（HRA）を使用する。硬度がこの範囲より低い場合は ロックウェル硬度B スケール（HRB）を使用すべきである。ブリネル硬度の上限（HB650）を超えてはならない。

(4) ロックウェル硬度計のCスケールの圧子は、頂角120度のダイヤモンドコーンである。試験荷重は特定の値で、中国標準は150kgの力である。

ブリネル硬さ試験機は、圧子として焼入れ鋼球（HBS）または超硬合金球（HBW）を使用し、試験荷重は球径によって異なり、3000～31.25kgfの範囲である。

(5) ロックウェル硬さ圧痕は非常に小さく、測定値が局所的であるため、数点の平均値を測定する必要がある。完成品や薄膜に適しており、以下のように分類される。 非破壊検査.

ブリネル硬さ圧痕は大きく、測定値は正確である。完成品や薄膜には適さず、一般に非破壊検査とはみなされない。

(6) ロックウェル硬度の硬度値は無次元数であり、単位を持たない。従って、ロックウェル硬さを度数で表すのは誤りである。ブリネル硬さは単位があり、引張強さと近似の関係にある。

(7)ロックウェル硬度は、ダイヤル上に直接表示することも、デジタル表示することも可能です。操作が簡単で速く、直感的なので大量生産に適している。ブリネル硬さは、顕微鏡で圧痕径を測定し、テーブルで確認したり計算したりする必要があり、煩雑になる。

(8)一定の条件下で、HBとHRCをチェックし、交換することができる。計算式はおおよそ1HRC≒1/10HBとなる。

以下は一般的な比較表である：

1.国家標準硬度HLD/HRC/HRB/HV/HB/HSD換算表

2.ドイツ規格DIN50150によると、一般的な範囲の鋼の引張強さとビッカース硬さ、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さの比較表は以下の通りである：

各種硬度の大まかな関係表

注：表3の出典：ババー・コルマン

ブリネル換算値の目安 鋼の硬度

硬さ試験は、機械的特性を試験するためのシンプルで簡単な方法である。

一部の機械的特性試験を硬さ試験で代用するためには、硬さと強度のより正確な換算関係が生産現場で求められる。

の様々な硬度値の間には、おおよその相関関係があることが経験的証拠によって示されている。 金属材料硬度と強度の値との間でも同様である。

硬度値は初期塑性変形抵抗と連続塑性変形抵抗の両方によって決まるため、強度の高い材料ほど塑性変形抵抗が大きくなり、硬度値も高くなる。

国家標準硬度HLD/HRC/HRB/HV/HB/HSD換算表

表は、異なるスケール間での硬度値の換算や、硬度と引張強さなどの他の機械的特性との関係を理解するために不可欠です。

結論

硬さ試験は、材料科学と工学において、特定の用途に対する材料の適合性を判断するために不可欠な方法である。さまざまな方法とその適切な用途を理解することで、材料の性能と信頼性を確保するための最適な試験技術を選択することができます。この包括的なガイドブックは、硬さ試験に関する深い見識を提供することで、様々な産業においてより良い材料選択と品質管理を可能にすることを目的としています。